基于改进DTW的心电图ST段识别

在心电图诊断中,经常用到ST段的偏移和形态变化分析,由于ST段难以精确定位,使得ST段形态分析难以直接进行。本文考虑到ST段起点J难以确定,但S点与ST段融合后有较好的区分度,所以将S点到T波起点这段作为区分ST形态的数据段。首先利用小波变换准确地确定S点和ST段终点(T波起点),提取出数据段平滑后,经改进动态时间规整(dynamic time warping,DTW)算法即可得到ST段的形态。经MIT/BIHST-T数据库的验证,该方法能较好地识别出心电图ST段的5种常见压低形态,即上斜型、下陷型、水平型、下垂型、弓背型。     

心电图ST段测量的神经网络方法

心电图ST段是临床心电图测量中一项重要指标.本文介绍了一种ST段分析的神经网络方法.该方法通过训练BP神经网络学习已知的10类心电图ST段形态,使其能够对ST段进行分类识别,根据分类结果,更准确地确定ST段的起始位置和测量点,从而提高ST段指标测量的准确性.预处理时将ECG片段"标准化",使ST段测量和形态识别基本不受心率和波幅的影响,可以适应运动心电数据的分析.在心电报告中,根据ST段分类结果,增加了ST段形态分类结果,有助于医生分析ST段变化的原因.本文还对BP神经网络的结构、训练方法及优缺点作了详细叙述和讨论.     

结合快速独立成分分析算法和卷积神经网络的胎儿心电信号提取与分析方法

胎儿心电信号为胎儿异常情况的早期诊断和干预提供了重要的临床信息，本文提出一种胎儿心电信号提取与分析的新方法。首先，将改进的快速独立成分分析（FastICA）法和奇异值分解（SVD）算法结合，来提取高质量胎儿心电信号并解决波形缺失问题。其次，运用一种新的卷积神经网络（CNN）模型识别胎儿心电信号QRS复合波，并有效解决波形重叠问题。最终，实现胎儿心电信号的高质量提取与胎儿QRS复合波的智能识别。以复杂生理信号研究资源网2013年心脏病学计算挑战赛（PhysioNet2013）数据库资料对本文所提方法进行验证，结果表明该提取算法平均灵敏度与阳性预测值为98.21%和99.52%;QRS复合波识别算法平均灵敏度与阳性预测值为94.14%和95.80%，相较于其他研究成果均有较好的提升。综上，本文提出的算法与模型具有一定的实践意义，今后或可为临床医学决策提供理论依据。     

基于C型臂超短扫描路径锥束投影的图像合成

背景：CT成像质量的优劣不仅取决于仪器的精密性和先进性,在很大程度上也取决于重建算法,由二维扇束扫描向三维锥束扫描是CT技术的发展方向,因此,寻找一种合适的锥束重建算法具有无法忽略的意义。 目的：探讨基于C型臂超短扫描路径锥束投影的图像合成,为实现基于C型臂2D投影图像的3D模型重建提供算法支持。 方法：由第一作者于2012年3至5月检索PubMed数据库、CNKI系列数据库及万方数据库1990年至2011年文献。检索词为“C型臂,超短扫描路径,FDK算法,有限角锥形束三维重建,超短扫描扇束重建算法”,检索文章的语言种类为中文和英文。计算机初检得到58篇文献,其中19篇符合纳入标准被保留。 结果与结论：基于C型臂2D投影图像的3D模型重建必须进行三维模型的重建,目前应用最为广泛的的三维图像重建方法仍然是FDK。但是FDK算法适用于全路径,对超短路径而言不能直接采用,而通过将二维扇束重建算法推广到三维空间中而获得的短扫描轨迹的FDK类型锥束重建算法可对采集到的锥束投影数据进行感兴趣区域重建。未来的研究可针对减少噪声等干扰数据对重建质量造成的影响进行探讨。     

基于扩展卡尔曼滤波和奇异值分解算法的单通道胎儿心电提取方法

提出一种将扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和奇异值分解(SVD)算法相结合的单通道胎儿心电提取方法。首先,建立母体心电的动态模型,利用该模型通过扩展卡尔曼滤波或扩展卡尔曼平滑(EKS),从孕妇的单通道腹部信号中估计出母体心电成分,然后与单通道腹部信号相减得到胎儿心电信号的初步估计,随后再利用奇异值分解算法,对初步估计出的胎儿心电信号进行去噪处理,以期得到高信噪比的胎儿心电信号。另外,针对胎儿心律不齐的情况,在奇异值分解算法中提出一种改进的心电信号重构矩阵构造方法。对合成腹部信号和实际腹部信号(源于DaISy数据库和PhysioNet中的非侵入式胎儿心电数据库,共计49个腹部通道的数据),进行胎儿心电提取实验。结果表明,使用EKF+SVD或EKS+SVD的算法比单独使用EKF或EKS的算法,提取出的胎儿心电信号的信噪比提高约5 dB,胎儿心电提取的准确性分别达95.60%和95.94%。结合EKF和SVD算法的单通道胎儿心电提取方法,可以有效地提高胎儿心电信号的信噪比和提取的准确性,并且适用于母体或胎儿心律不齐的情况。     

嵌入式QT环境下的QRS波群实时检测与分析

目的 QRS波群的检测是心电图分析的核心技术之一.本文在嵌入式QT环境下实现了一套QRS波群实时检测与分析系统.方法 系统采用四点平均对ECG信号进行滤波,再对ECG信号的一二阶差分值进行平滑处理,然后在较短时间窗内实现QRS波的实时精确定位.最后采用MIT-BIH标准数据库对算法效果进行分析.结果 对于MIT-BIH标准数据库中的绝大部分心电数据,改进后的算法有96％以上的准确率,运行时间在1ms左右.结论 改进后的算法能够满足远程终端对准确率和运行时间的要求.     

基于小波变换和矢量量化的二维ECG数据压缩算法

本研究针对心电数据的压缩问题,提出了一种新的基于小波变换的二维心电（ECG）数据压缩算法。该算法首先将一维原始ECG信号转化为二维序列信号,从而使ECG数据的两种相关性可得到充分地利用;然后对二维ECG序列进行小波变换,并对变换后的系数应用了一种改进的矢量量化（VQ）方法。在改进的VQ方法中,根据小波变换后系数的特点,构造了一种新的树矢量（TV）。利用本算法与已有基于小波变换的压缩算法和其他二维ECG信号的压缩算法,对MIT/BIH数据库中的心律不齐数据进行了对比压缩实验。结果表明：本算法适用于各种波形特征的ECG信号,并且在保证压缩质量的前提下,可以获得较大的压缩比,具有一定的应用价值。     

基于DCT的心电信号分类算法

目的提高心电信号的分类准确率,降低算法复杂度。方法首先以MIT-BIH心电数据作为学习模板,然后在心电信号的频域和时域上提取其离散余弦变换(discrete cosine transform,DCT)、RR间期和QRS复合波的三种特征值进行分析,最后采用最小欧式距离分类器判断待测心电信号的类型。结果该分类模型通过MIT-BIH和AHA国际标准心电数据库的验证,分别得到96.6%和94.1%的分类准确率。结论本文的心电分类模型区别于其他分类算法的一个最大特点就是算法复杂度低,这是异常心律能够被实时检测和预警的关键,而且建立的心电分类模型已经能够在普通的手机平台上实现。     

双谱特征在基于心电图的心肌缺血检测方法中的应用

ST-T段改变是心电图检测心肌缺血的主要表现。首先,从心电信号中提取ST-T趋势信号,以便有效降低检测ST-T特征点的难度,且避免其他心电波形(如P波,QRS波)的影响;然后,对其进行双谱分析,主要的双谱特征包括双谱值、双谱权值中心(WCOB)和双谱最大幅值。实验结果表明:对心电信号进行双谱特征分析,有很好的抗噪能力;WCOB可为各心拍ST-T段的一致性分析提供一项有效的指标。经公共数据库Long-Term ST database(LTST)验证,双谱最大幅值在心肌缺血和非心肌缺血两种状态下有显著性差异,可为检测心肌缺血提供依据。     

应用基于数据融合的心率估计抑制监护仪错误报警

目的：研究重症监护病人基于心电和血压信号数据融合的心率估计算法，抑制监护仪的错误报警。方法：分别从心电和血压信号计算逐搏心率，通过分析信号特征得出反映信号质量好坏的信号质量指数，应用卡尔曼滤波方法分别对基于心电和血压分析得出的心率进行最佳估计，用卡尔曼滤波的残差和信号质量指数作为权重系数进行心率数据融合。应用融合心率算法对美国麻省理工学院多参数智能重症监护数据库Ⅱ中记录的监护仪产生的2584次严重心动过缓和严重心动过速报警数据重新分析，以期抑制监护仪的错误报警。结果：本算法对2584次报警数据分析，对真实报警的正确识别率为99．64％，对错误报警的抑制率为70．66％。结论：基于数据融合的心率估计可有效抑制监护仪的错误报警．提高报警的准确率。     

四肢恶性骨肿瘤的不同保肢重建方法

背景：目前保肢手术已经成为四肢恶性骨肿瘤的规范治疗方式,其目的是不但要提高患者的生存率,而且要保存良好的肢体功能。 目的：就四肢恶性骨肿瘤人工关节置换及同种异体骨移植等各种保肢方式进行综述。 方法：由第一作者应用计算机检索PubMed数据库1992年1月至2012年10月及中国期刊网全文数据库1994年1月至2012年12月有关四肢恶性骨肿瘤保肢治疗的文章,英文检索词为“malignant bone tumor,salvage treatment, allograft bone graft, prosthesis and microwave”,中文检索词为“恶性骨肿瘤,保肢治疗,大段异体骨,肿瘤假体,微波灭活治疗”。排除重复性研究及Meta分析,共保留31篇文献进行综述。 结果与结论：①对于四肢特别是关节周围的恶性骨肿瘤,大多采用人工关节置换、大段同种异体骨移植以及微波灭活治疗。②大段同种异体骨移植后并发症发生率较高,微波灭活治疗技术有新的进展,进一步的研究仍在进行当中。③瘤段骨灭活再植以及乙醇灭活治疗多适用于基层医院。     

人工腰椎间盘置换的临床应用：现状与未来

背景：人工腰椎间盘置换的基本理念是在稳定病变节段的前提下,力求最小影响相邻节段的生物力学状态,防止以及减少相邻节段退变的发生率。 目的：分别对人工腰椎间盘置换的适应证和禁忌证、围置换期经济学考量、远期并发症以及人工腰椎间盘置换与融合术的混合使用效果进行了探讨。 方法：计算机检索PubMed数据库、中国期刊全文数据库、中国生物医学文献数据库近十年的相关文献。纳入腰椎间盘置换术的回顾性和前瞻性临床实验报告,排除观点重复的文章,最后对34篇文献进行归纳与分析。 结果与结论：1982年人工腰椎间盘假体首次临床应用以来,已有许多关于腰椎间盘置换的临床报道,然而对临床实验中遇到的许多问题始终没有统一答案。人工腰椎间盘置换的适应证和禁忌证应考虑到置换节段数对临床结果的影响、小关节退变对临床结果的影响、既往有腰椎间盘手术史患者的选择、患者年龄、椎间盘置换前休息时间等因素。评价腰椎间盘置换是否优于传统的腰椎融合,可以从椎间盘置换中出血量、手术时间、置换后住院时间等方面进行考量。腰椎间盘置换后较常见的并发症有异位骨化、植入物机械故障、相邻节段和小关节退变。将人工腰椎间盘置换与融合术的混合使用治疗多节段腰椎间盘病变,使两种手术干预方法互补不足,得到优于单独使用的手术疗效。     

虚拟现实验证仿真多路况下人体下肢行走状态

背景：在智能下肢假肢控制器的研究过程中,无论采用肌电信号还是运动与动力学信息相结合等方式识别路况,其结果都通常抽象难懂。 目的：从直观运动学分析的角度说明不同路况之间的异同,并利用虚拟现实技术对多种路况场景进行建模和仿真以使识别结果形象化、直观化。 方法：用Simulink下的机械建模模块Simmechanics搭建人体下肢模型框图并进行输出运动学分析,比较各种路况下运动学信息的异同,结合虚拟现实工具箱建立多路况场景,用运动学信息驱动虚拟模型运动,完成不同路况的验证仿真。 结果与结论：直观利用运动学信息区分多种路况有一定的局限性,需结合其他手段或信号;虚拟现实工具箱能很好地再现数据所对应的运动场景。仿真结果表明,虚拟现实建模方法能够真实形象再现人体下肢在平地、斜坡以及楼梯的行走状况,使数据所反映的运动状态不再单调抽象,使识别结果形象化,可作为验证路况识别结果的手段,为智能假肢模式识别工作提供了一个良好的验证显示平台。     

膝关节单髁置换三维参数化建模

背景：用于外科训练和演练的单髁假体模型因尺寸和特征固定而无法满足个体患者的实际需求。 目的：为膝关节单髁置换的数字化研究提供一种三维参数化建模方法。 方法：运用三维重建技术建立膝关节炎三维模型,然后通过参数化软件Pro/Engineer 5.0设计与骨性模型相匹配的单髁假体,最后模拟膝关节单髁置换并进行三维有限元分析。 结果与结论：三维参数化建模法效率高,实现了膝关节单髁假体设计的自动化和高效化,所建模型形态逼真,精确度高。三维参数化建模法为膝关节单髁置换的生物力学研究提供了模型基础和新的实验思路。     

基于视频图像边缘检测的人体下肢运动步态

背景：步态规律主要应用人体行走的运动学、动力学等参数进行描述。目前在运动医学、康复工程和仿生学等领域,步态分析可为确定疾病诊断、康复和治疗方案提供重要依据。 目的：应用基于人体运动图像的测量装置系统,采集人体在跑步机上行走的下肢运动步态视频,分析人体步态运动规律。 方法：采用基于双摄影机的人体运动图像捕捉系统,在人体的左右髋关节、膝关节、踝关节及脚板设置标识点,对人体在跑步机上行走的下肢运动步态视频进行采集。应用图像边缘检测的原理,对测量数据进行了图像处理和分析,得到人体正常步速行走时,左右大腿与竖直方向夹角、小腿与竖直方向夹角、脚板与竖直方向夹角及膝关节、踝关节标识点的关节角度变化规律。 结果与结论：基于视频图像边缘检测人体下肢的运动步态,成本相对低廉,数据误差较小,精度与进口设备较接近。应用该测量结果初步构建了人体步态行走数据库,为建立步态评定标准、异常步态判别以及进一步的康复治疗提供了依据。     

不同年龄寰枢椎椎弓根的数字化测量

背景：CT重建技术能够提供寰枢椎内部结构的数字化模型,并利用相关软件在模型上进行手术设计及相关参数的测量,为椎弓根螺钉的安全、有效置入提供可靠数据。 目的：综述寰枢椎数字化测量的研究进展,为椎弓根螺钉技术在寰枢椎疾患治疗应用中提供理论依据。 方法：应用计算机检索1994至2012年 PubMed数据库、维普数据库及万方数据库中有关CT重建在寰枢椎椎弓根测量中应用的文献。中文检索词为寰椎椎弓根,枢椎椎弓根,计算机辅助设计,数字化,成人,儿童。英文检索词为atlas pedicle,axis pedicle,digitization,computer-aided design,children。初检得到110篇文献,40篇文献最终进入结果分析。 结果与结论：应用CT重建技术可获得清晰的颈椎图像,应用现代数字技术直接建立椎弓根进钉通道,根据通道的位置来确定螺钉的定位点、进钉方向及长度,该方法更直接更具体更精确,能够为临床个体化置钉提供指导。国内外对成人寰枢椎椎弓根的研究已经获得了许多重要的科学数据,但关于儿童寰枢椎椎弓根研究的报道较少见。相信随着医学技术的发展和对儿童寰枢椎椎弓根进行较精准的数字化测量,儿童寰枢椎椎弓根螺钉固定技术将更加安全、准确。     

拇外翻术后拇外翻角和第1-2跖骨间角X射线测量方法评价

背景：拇外翻术后拇外翻角和第1-2跖骨间角的测量关键在于第1跖骨轴线的确定。第1跖骨轴线的不同确定方法,造成了这两个角度测量值的差异,使不同临床研究之间的数据不具有可比性。对于拇外翻术后角度测量,国内外尚未形成公认的标准方法。 目的：回顾不同拇外翻术后拇外翻角和第1-2跖骨间角的测量方法的研究进展,为拇外翻的术后测量与评价研究提供参考。 方法：由第一作者在2012年2月检索PubMed、中国期刊全文数据库以及万方数据库。其中,英文检索词为：“hallux valgus”、“angles”、“radiographic measurements”。中文检索词为“拇外翻”、“角度”、“X射线测量”。选取29 篇文献进行归纳总结。 结果与结论：最好的测量方法其标记点必须是易于确定,可重复性好,应尽量避免受到截骨部位及跖骨本身解剖变异的影响。拇外翻术后X射线测量方法目前多用头部中心/基底部中心测量方法。专业化的工具软件测量取代手工测量是未来拇外翻术后X射线测量的发展趋势。     

关节内注射可乐定对比吗啡对膝关节镜后镇痛作用的Meta分析

背景：关节内注射可乐定或吗啡均能产生镇痛作用,但二者的有效性和安全性存在争议。 目的：系统评价关节内注射可乐定对比吗啡治疗膝关节镜术后疼痛的有效性和安全性。 方法：计算机检索PubMed、EMBASE、Cochrane Library、ISI Web of knowledge、中国生物医学文献数据库(CBM)、中文科技期刊全文数据库(VIP)、中国期刊全文数据库(CNKI)及万方数据库中关节内注射可乐定对比吗啡治疗膝关节镜术后疼痛的随机对照试验(RCT),检索时间均从建库至2012年1月。两位研究者按照纳入标准筛选文献、提取资料,按照改良Jadad评分表评价纳入研究质量,采用RevMan5.1进行Meta分析。 结果与结论：纳入4个RCT,合计156例患者。Meta分析结果：①疼痛目测类比评分：二者在术后1,2,4,6,12,24 h无差异。②有效镇痛时间：可乐定与吗啡相比能延长术后有效镇痛时间[MD= 200.34,95%CI(177.67,223.00),P < 0.01]。③术后镇痛药的需求率：二者差异无显著性意义[RR=1.05,95%CI(0.67,1.65),P=0.83]。④不良反应：二者在术后恶心、呕吐、过度镇静、皮肤瘙痒、低血压和心动过速等不良反应的发生方面的作用无差别。现有证据表明,关节内注射可乐定与吗啡对膝关节镜术后疼痛的缓解程度相同,术后镇痛药的需求率也无明显差异,但可乐定能产生更长的镇痛作用,二者不良反应发生率无差异,结果尚需开展更多研究来证实。     

Gaussian pulse decomposition: An intuitive model of electrocardiogram waveforms

This study presents a novel approach to modeling the electrocardiogram (ECG): the Gaussian pulse decomposition. Constituent waves of the ECG are decomposed into and represented by Gaussian pulses using an iterative algorithm: the chip away decomposition (ChAD) algorithm. At each iteration, a nonlinear minimization method is used to fit a portion of the ECG waveform with a single Gaussian pulse, which is then subtracted from the ECG waveform. The process iterates on the resulting residual waveform until the normalized mean square error is below an acceptable level. Three different minimization methods were compared for their applicability to the ChAD algorithm; the Nelder-Mead simplex method was found to be more noise-tolerant than the Newton-Raphson method or the steepest descent method. Using morphologically different ECG waveforms from the MIT-BIH arrhythmia database, it was demonstrated that the ChAD algorithm is capable of modeling not only normal beats, but also abnormal beats, including those exhibiting a depressedST segment, bundle branch block, and premature ventricular contraction. An analytical expression for the spectral contributions of the constituent waves was also derived to characterize the ECG waveform in the frequency domain. The Gaussian pulse model, providing an intuitive representation of the ECG constituent waves by use of a small set of meaningful parameters, should be useful for various purposes of ECG signal processing, including signal representation and pattern recognition.