房颤信号处理及其临床应用的研究

论文摘要

房颤是临床最常见的一种心律不齐病症，在通常人群中的发病率为0．4％到1．0％，并且随着人群年龄的增加，其发病率逐渐提高。临床医学表明，房颤是诱发血栓，导致心血管疾病的重要因素。除导致血流动力学改变和生活质量下降外，房颤对人体有严重的致残和致命的威胁。因此，房颤的监护和治疗正逐渐成为当今国际心电生理研究的热点。在临床监护中，用“无损”的方法从房颤病人的体表心电图中得到房颤信号是分析和描述房颤特征十分重要的一个环节，房颤信号的提取起着关键性的作用。在临床治疗中，射频导管消融（radiofrequency catheter ablation，RFCA）治疗房颤的安全性和有效性在过去的10年中得到了验证。然而，相关的治疗仪器市场却被国外品牌（Carto和Ensite）所占据，射频导管消融治疗仪器的开发是国内临床医学界亟待解决的技术难题之一。本论文围绕房颤的监护和治疗研究了以下两个方面的内容：基于盲源分离的房颤信号的提取；RFCA软件系统中图像配准。研究内容分列如下：1在盲源分离的基础上引入基于二阶统计量的盲源提取技术来提取房颤信号。由于盲源分离技术对体表12导联心电数据进行分离将得到12组源信号，必须对分离后的所有12组信号做进一步判断（例如频谱分析法等）才能决定房颤信号，这样不仅计算量大而且提取精度差，不利于临床监护。为了解决这个问题，我们提出一种新的基于二阶统计量的盲源提取算法，可直接提取出房颤信号。理论分析和实验仿真证明了该算法的有效性。2提出一种基于四阶统计量的盲源提取算法来提取房颤信号。房颤病人的体表心电图是房颤波、心室波和其它干扰的混合。心室波的幅度较大，是正峭度的超高斯信号；房颤波的幅度较小，是负峭度的亚高斯信号，但具有绝对值最大的负峭度；其他干扰可以近似为高斯噪声。因此，我们利用信号的四阶统计量提取房颤信号。实验仿真证明了该算法的有效性。与盲源分离算法相比，盲源提取算法只提取一个所需信号，从而更适合临床监护。3研究心脏三维标测中的配准算法，并介绍了我们与国内医疗仪器厂商合作开发射频导管消融治疗仪器的一些研究进展。在图像配准中，我们引入了基于12个自由度的仿射变换模型和相应的迭代最近点算法来实现配准，并研究了如何把该算法与手术操作结合起来。结合OpenGL，我们用Visual C++6．0软件实现了该配准方法。仿真结果验证了该算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 房颤的定义及其分类
• 1.1.1 房颤的定义
• 1.1.2 房颤的分类
• 1.1.3 房颤的流行病学
• 1.2 房颤的电生理机制
• 1.3 房颤的治疗
• 1.3.1 房颤治疗的总策略
• 1.3.2 房颤治疗的射频导管消融技术
• 1.3.3 射频导管消融治疗房颤在国内发展的态势
• 1.3.4 射频导管消融的核心设备——三维标测系统
• 1.4 房颤信号提取技术的研究进展
• 1.5 本论文的主要工作和结构安排
• 第二章 盲源分离理论与房颤信号提取
• 2.1 引言
• 2.2 BSS/ICA的基本理论
• 2.2.1 ICA概述
• 2.2.2 ICA基本理论
• 2.3 一种改进的在线ICA算法
• 2.3.1 ICA基本模型与在线白化方法
• 2.3.2 自然梯度优化方法
• 2.3.3 一种改进的在线ICA算法
• 2.3.4 实验仿真
• 2.4 BSS/ICA用于房颤信号提取的理论依据
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于二阶统计量的房颤信号提取算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于BSE获取房颤信号的新框架
• 3.3 基于AR模型的房颤信号估计算法
• 3.3.1 均方预测误差作为代价函数的局限性
• 3.3.2 新代价函数——均方协预测误差
• 3.3.3 基于特征值分解的算法
• 3.3.4 排序不确定性问题
• 3.3.5 房颤信号的AR模型估计
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 模拟数据实验
• 3.4.2 真实房颤病人12导联ECG数据实验
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于四阶统计量的房颤信号提取算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于高阶统计量的盲源提取算法原理
• 4.3 改进的房颤信号提取算法
• 4.4 数值仿真实验与分析
• 4.4.1 模拟数据实验与结果分析
• 4.4.2 临床房颤病人数据实验结果与分析
• 4.4.3 OurALG与OrigALG的比较
• 4.4.4 OurALG与PCA/ICA的比较
• 4.4.5 临床监护适用性的讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 心脏三维标测中配准算法的研究
• 5.1 引言
• 5.2 医学图像配准的基本原理
• 5.3 心脏三维标测中配准方法的设计
• 5.3.1 空间坐标正交性分析
• 5.3.2 配准方法设计
• 5.3.3 基于迭代最近点算法的仿射变换参数求解方法
• 5.3.4 配准算法与临床手术的结合
• 5.4 实验结果与分析
• 5.4.1 仿真实验
• 5.4.2 动物实验
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本论文的主要工作和创新点
• 6.2 本论文工作的不足和对将来工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历及在学期间的研究成果