小波分析在心電圖四維分析中的應(yīng)用初探

丁明玲 章慎磊 張作勇 邵錦麗 苗兆鵬 山東省棗莊市市中區(qū)人民醫(yī)院 271100

心血管疾病是當(dāng)今危害人類身體健康的主要疾病之一,而心電圖檢查是臨床上診斷心血管疾病的重要方法,如何利用計(jì)算機(jī)對(duì)心電圖(ECG)進(jìn)行快速、自動(dòng)、準(zhǔn)確的分析,一直是國(guó)內(nèi)、外學(xué)者的熱門(mén)課題。心電圖是與心臟搏動(dòng)相關(guān)的電位變化圖,由于心電圖各波形的形狀及其間隔皆與心臟的電氣特性有直接的關(guān)系,所以醫(yī)生可以此判定心臟微電氣活動(dòng)中的異常,從而診斷出各種不同的心臟疾病,并且可用來(lái)監(jiān)測(cè)病人的安危、評(píng)估病情的進(jìn)展和治療成效等[1]。小波分析具有處理多尺度、多分辨的特點(diǎn),可將信號(hào)進(jìn)行多尺度分解,并把不同頻帶的信號(hào)顯現(xiàn)在小波分解的各個(gè)尺度上[2]。筆者選取了近幾年的正常心電圖、帶有干擾心電圖和臨床病態(tài)心電圖50例,利用matlab平臺(tái),編程調(diào)用小波包工具箱對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行8層頻帶分解,在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析。

1 正常心電圖小波圖分析

正常心電圖的分解在8頻帶低頻部分與原信號(hào)擬合度高,在第一、第二低頻帶上,P波、Q RS波、T波都比較容易區(qū)分。

在第一低頻帶上QRS波幅度和T波比較相近,從數(shù)值上看小波分析有T波放大作用,這對(duì)臨床上鑒別T波比較有用,具體原理尚無(wú)探討。QRS波的檢測(cè)是心電信號(hào)分析的基礎(chǔ),QRS波群定位準(zhǔn)確與否直接影響后繼處理的正確性。QRS波檢測(cè)的難度在于:不僅每個(gè)人之間的QRS波的形態(tài)各有差異,即使同一個(gè)人在不同時(shí)刻的QRS波也會(huì)有所變化;ECG信號(hào)中可能出現(xiàn)各種類型的噪聲從而干擾QRS波的檢測(cè)。從小波圖中看,QRS波形比較復(fù)雜,在低頻到高頻均有分解的波形,估計(jì)與心室不同心肌的去極和復(fù)極有關(guān),或QRS波宜受各種影響[3]。對(duì)于TP段,小波圖仍然有可分解的波形,與心肌4期復(fù)極有關(guān),可見(jiàn)小波分析有明顯的信息放大作用。小波分析還有良好的校正基線作用,在基線不穩(wěn)的心電圖上8頻帶小波圖基線比較平直,可以有效排除超低頻的呼吸、情緒等因素影響[4]。

2 干擾心電圖

筆者選擇了一些有外界干擾的心電圖,小波分析能有效篩除干擾信號(hào)。從圖中看干擾波多在高頻部分。

3 臨床常見(jiàn)病態(tài)心電圖

房早、房速、房顫、室早、ST 段改變、傳導(dǎo)阻滯、心室肥大、低電壓等臨床常見(jiàn)病態(tài)心電圖,在小波圖中相對(duì)容易識(shí)別。

4 討論

心電圖的小波信號(hào)有多分辨率特征,可提供更多的診斷價(jià)值,能有效篩除干擾信息,平穩(wěn)基線。在低頻帶與原心電圖擬合度比較高,在高頻帶有較多QRS波形信息和干擾信息。由于小波分析是最近二十年發(fā)展起來(lái)的研究方法,相關(guān)研究較少,研究涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)運(yùn)算、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等多交叉學(xué)科,目前理論研究多,缺少具體數(shù)值統(tǒng)計(jì)和判斷標(biāo)準(zhǔn),阻礙了進(jìn)一步研究。

心室晚電位是發(fā)生在心室電活動(dòng)晚期的高頻、低振幅的碎裂波,是由缺血區(qū)心肌內(nèi)緩慢而不規(guī)則的折返活動(dòng)引起的。心室晚電位是在心肌的心內(nèi)膜或心外膜、體表信息疊加的心電圖,于QRS波終末部至 ST段起始部的40ms,記錄到的一種高頻、低振幅的碎裂電位,稱為心室晚電位。心室晚電位代表了缺血區(qū)心肌的電興奮傳導(dǎo)延緩,去極化速度延遲,是發(fā)生折返性室性心律失常的重要機(jī)制。因此晚電位的存在,是心肌電活動(dòng)不穩(wěn)定狀況的反映。在危險(xiǎn)的室性心律失常中,檢出晚電位是猝死的預(yù)報(bào)信號(hào),在急性心肌梗死后猝死的預(yù)測(cè)中,晚電位檢查占有重要位置。小波分析能篩選出心室晚電位,而且是無(wú)創(chuàng)的診斷方法。

1 許建強(qiáng),袁震東,李高平,等.基于小波變換的12-導(dǎo)聯(lián)心電圖特征提取方法〔J〕.華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,(2):27-32.

2 廖云朋,何繼善,張飛.小波分析在心電信號(hào)處理中的應(yīng)用〔J〕.山東生物醫(yī)學(xué)工程,2003,22(2):54-56.

3 鄭凱梅,余生晨.基于小波變換的心電信號(hào)中QRS復(fù)合波內(nèi)異常高頻分量的檢測(cè)〔J〕.生物醫(yī)學(xué)工程研究,2003,22(4):37-39.

4 張華,潘冬明,王立會(huì).小波包變換在消除心電圖基線漂移方面的研究〔J〕.中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志,2007,24(1):71-73,76.