心外膜電位標(biāo)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)分析方法研究及心外-心內(nèi)通用復(fù)律除顫器的研制.pdf

1、心臟電生理機(jī)制研究和心律失常的電治療儀器研制是人們?cè)谛穆墒С７矫骈_(kāi)展研究的兩個(gè)重要方向,二者相輔相成。在心臟電生理機(jī)制研究方面,心外膜電位標(biāo)測(cè)技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),同時(shí)具有貼靠心臟、定位準(zhǔn)確、信息量大和適用于在體標(biāo)測(cè)等特點(diǎn);其技術(shù)中的一個(gè)很大難點(diǎn)在于如何對(duì)標(biāo)測(cè)到的心外膜電位信號(hào)進(jìn)行有效分析以獲取準(zhǔn)確完備的信息、進(jìn)而對(duì)心臟電活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行深入探索,具體來(lái)說(shuō),可包括信號(hào)去干擾、特征點(diǎn)識(shí)別和信息提取與表達(dá)三方面內(nèi)容。此外,“刺激一標(biāo)測(cè)”技術(shù)是一種非

2、常好的心臟電生理機(jī)制研究手段,尤其是在心律失常電治療新方法的探索上;該技術(shù)對(duì)刺激電源具有較高要求。在心律失常的電治療儀器研制方面,電擊復(fù)律除顫器是一種非常有效的治療儀器,在手術(shù)室中、院外急救場(chǎng)合和長(zhǎng)期植入式治療中發(fā)揮著重要的作用;但現(xiàn)有產(chǎn)品中缺乏專用于心臟外科手術(shù)室中的復(fù)律除顫設(shè)備。
　　 論文針對(duì)心外膜電位標(biāo)測(cè)技術(shù)和心臟外科手術(shù)室專用復(fù)律除顫器研制方面的需要而展開(kāi)。在心外膜電位標(biāo)測(cè)信號(hào)分析方法的研究上:以獨(dú)立元對(duì)各電極點(diǎn)投影系

3、數(shù)的離散度為干擾獨(dú)立元選取準(zhǔn)則,提出了基于獨(dú)立元分析的心外膜電位標(biāo)測(cè)信號(hào)去干擾新方法;根據(jù)特征點(diǎn)時(shí)刻心外膜電位標(biāo)測(cè)信號(hào)中除極波形的關(guān)鍵特征,提出了基于信號(hào)時(shí)域信息及其二次B樣條小波變換信息的特征點(diǎn)識(shí)別算法;提出“時(shí)間依賴性”的觀點(diǎn),并基于此設(shè)計(jì)了具有時(shí)間依賴性的波形能量分析方法,以揭示除極波的傳播路徑;提出“特征點(diǎn)群”的概念,并設(shè)計(jì)了基于短時(shí)波形能量分析的特征點(diǎn)群識(shí)別算法,用于定位某一除極波穿越電極片所在區(qū)域的時(shí)間窗。在上述方法的基礎(chǔ)上

4、,設(shè)計(jì)了一整套心外膜電位標(biāo)測(cè)信號(hào)自動(dòng)聯(lián)合分析方法;首先,基于獨(dú)立元分析對(duì)心外膜電位標(biāo)測(cè)信號(hào)進(jìn)行去干擾;其次,根據(jù)信號(hào)及其小波變換進(jìn)行特征點(diǎn)識(shí)別;再次,使用特征點(diǎn)群識(shí)別算法自動(dòng)定位除極波穿越電極片所在區(qū)域的時(shí)間窗;最后使用波動(dòng)圖、具有時(shí)間依賴性的波形能量分析和等時(shí)圖聯(lián)合對(duì)特定除極波的傳播進(jìn)行分析。此外,根據(jù)“刺激-標(biāo)測(cè)”技術(shù)的要求,開(kāi)發(fā)了一種基于UC3845的DC-DC反激式開(kāi)關(guān)電源,應(yīng)用于“刺激-標(biāo)測(cè)”實(shí)驗(yàn)。在心臟外科手術(shù)室專用復(fù)律除顫

5、器的研制方面,以心外/心內(nèi)通用復(fù)律除顫器為研制目標(biāo),分四個(gè)模塊進(jìn)行系統(tǒng)的硬件和程序開(kāi)發(fā):復(fù)律除顫主模塊、阻抗檢測(cè)模塊、R波識(shí)別模塊和供電模塊,分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試;高壓、低壓電路之間全部進(jìn)行了隔離以確保安全。而后,對(duì)其中的R波識(shí)別模塊進(jìn)一步改進(jìn),設(shè)計(jì)了一種基于心電信號(hào)幅度及其微分信息的全硬件R波同步觸發(fā)電路,并開(kāi)發(fā)了一套基于Labview和DAQ6062E的測(cè)試系統(tǒng),以測(cè)試該R波同步觸發(fā)電路的性能。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于獨(dú)立元

6、分析的去干擾方法較有效地去除了心外膜電位標(biāo)測(cè)信號(hào)中的外界非平穩(wěn)噪聲和偽跡等干擾,真實(shí)的除極信息得到保留或突出;基于信號(hào)幅度及其樣條小波變換的特征點(diǎn)識(shí)別算法較精確地識(shí)別到心外膜電位標(biāo)測(cè)信號(hào)的特征點(diǎn)位置;基于短時(shí)波形能量分析的特征點(diǎn)群識(shí)別算法較準(zhǔn)確地定位出除極波穿越電極片所在區(qū)域的時(shí)間,使后續(xù)分析能夠聚焦于特定除極波的傳播;在此基礎(chǔ)上,具有時(shí)間依賴性的波形能量分析揭示了特定除極波傳播的路徑,結(jié)合波動(dòng)圖和等時(shí)圖,除極波的信息得到了較全面的揭示

7、和表達(dá);根據(jù)“刺激-標(biāo)測(cè)”技術(shù)的要求而開(kāi)發(fā)的反激式開(kāi)關(guān)電源能夠在刺激期間提供足夠大的電流、且刺激電壓下降的幅度保持在允許閾值之上,同時(shí)刺激電壓恢復(fù)迅速;針對(duì)心臟外科手術(shù)中的需要而研制的心外/心內(nèi)通用復(fù)律除顫系統(tǒng)可快速充電至最高允許電壓,準(zhǔn)確釋放出低能量雙相指數(shù)截尾波進(jìn)行電擊,預(yù)設(shè)能量的釋放準(zhǔn)確,釋放能量的計(jì)量也較精確,阻抗檢測(cè)結(jié)果較準(zhǔn)確,可進(jìn)行分級(jí)阻抗補(bǔ)償工作;新的R波同步觸發(fā)電路可自動(dòng)準(zhǔn)確定位R波、陽(yáng)性預(yù)測(cè)率高、延時(shí)小、危險(xiǎn)性低、靈敏

8、度較高,測(cè)試系統(tǒng)能以MIT-BIH Arrhythmia Database為數(shù)據(jù)源、輸出心電信號(hào)、實(shí)時(shí)觀察并記錄R波識(shí)別結(jié)果。
　　 因此,基于去干擾、特征點(diǎn)識(shí)別、特征點(diǎn)群識(shí)別、具有時(shí)間依賴性的波形能量分析、波動(dòng)圖和等時(shí)圖的一整套心外膜電位標(biāo)測(cè)信號(hào)自動(dòng)聯(lián)合分析方法能夠較有效地去除信號(hào)中的干擾成分、精確識(shí)別特征點(diǎn)、較準(zhǔn)確地定位除極波穿越電極片所在區(qū)域的時(shí)間、全面揭示和表達(dá)除極波傳播的信息,幫助研究人員更好地理解心外膜電活動(dòng)現(xiàn)象、進(jìn)

9、而揭示其中的規(guī)律,所以該方法適用于心外膜電位標(biāo)測(cè)系統(tǒng)中的信號(hào)分析工作。反激式開(kāi)關(guān)電源達(dá)到設(shè)計(jì)要求,適用于“刺激-標(biāo)測(cè)”技術(shù)。心外/心內(nèi)通用復(fù)律除顫系統(tǒng)具備了在心臟外科手術(shù)中以心外或心內(nèi)電擊方式實(shí)施電擊復(fù)律除顫的能力;新的R波同步觸發(fā)電路能夠自動(dòng)為復(fù)律除顫器提供較準(zhǔn)確、安全的R波識(shí)別信息、支持其進(jìn)行R波同步電擊復(fù)律,基于Labview和DAQ6062E的測(cè)試系統(tǒng)使PC機(jī)同時(shí)成為心電信號(hào)發(fā)生器、示波器和數(shù)據(jù)記錄儀,能夠提高工作效率,亦可方便