小波分析在心电图四维分析中的应用初探

丁明玲 章慎磊 张作勇 邵锦丽 苗兆鹏 山东省枣庄市市中区人民医院 271100

心血管疾病是当今危害人类身体健康的主要疾病之一,而心电图检查是临床上诊断心血管疾病的重要方法,如何利用计算机对心电图(ECG)进行快速、自动、准确的分析,一直是国内、外学者的热门课题。心电图是与心脏搏动相关的电位变化图,由于心电图各波形的形状及其间隔皆与心脏的电气特性有直接的关系,所以医生可以此判定心脏微电气活动中的异常,从而诊断出各种不同的心脏疾病,并且可用来监测病人的安危、评估病情的进展和治疗成效等[1]。小波分析具有处理多尺度、多分辨的特点,可将信号进行多尺度分解,并把不同频带的信号显现在小波分解的各个尺度上[2]。笔者选取了近几年的正常心电图、带有干扰心电图和临床病态心电图50例,利用matlab平台,编程调用小波包工具箱对心电信号进行8层频带分解,在传统基础上进一步分析。

1 正常心电图小波图分析

正常心电图的分解在8频带低频部分与原信号拟合度高,在第一、第二低频带上,P波、Q RS波、T波都比较容易区分。

在第一低频带上QRS波幅度和T波比较相近,从数值上看小波分析有T波放大作用,这对临床上鉴别T波比较有用,具体原理尚无探讨。QRS波的检测是心电信号分析的基础,QRS波群定位准确与否直接影响后继处理的正确性。QRS波检测的难度在于:不仅每个人之间的QRS波的形态各有差异,即使同一个人在不同时刻的QRS波也会有所变化;ECG信号中可能出现各种类型的噪声从而干扰QRS波的检测。从小波图中看,QRS波形比较复杂,在低频到高频均有分解的波形,估计与心室不同心肌的去极和复极有关,或QRS波宜受各种影响[3]。对于TP段,小波图仍然有可分解的波形,与心肌4期复极有关,可见小波分析有明显的信息放大作用。小波分析还有良好的校正基线作用,在基线不稳的心电图上8频带小波图基线比较平直,可以有效排除超低频的呼吸、情绪等因素影响[4]。

2 干扰心电图

笔者选择了一些有外界干扰的心电图,小波分析能有效筛除干扰信号。从图中看干扰波多在高频部分。

3 临床常见病态心电图

房早、房速、房颤、室早、ST 段改变、传导阻滞、心室肥大、低电压等临床常见病态心电图,在小波图中相对容易识别。

4 讨论

心电图的小波信号有多分辨率特征,可提供更多的诊断价值,能有效筛除干扰信息,平稳基线。在低频带与原心电图拟合度比较高,在高频带有较多QRS波形信息和干扰信息。由于小波分析是最近二十年发展起来的研究方法,相关研究较少,研究涉及计算机技术、数学运算、医学领域等多交叉学科,目前理论研究多,缺少具体数值统计和判断标准,阻碍了进一步研究。

心室晚电位是发生在心室电活动晚期的高频、低振幅的碎裂波,是由缺血区心肌内缓慢而不规则的折返活动引起的。心室晚电位是在心肌的心内膜或心外膜、体表信息叠加的心电图,于QRS波终末部至 ST段起始部的40ms,记录到的一种高频、低振幅的碎裂电位,称为心室晚电位。心室晚电位代表了缺血区心肌的电兴奋传导延缓,去极化速度延迟,是发生折返性室性心律失常的重要机制。因此晚电位的存在,是心肌电活动不稳定状况的反映。在危险的室性心律失常中,检出晚电位是猝死的预报信号,在急性心肌梗死后猝死的预测中,晚电位检查占有重要位置。小波分析能筛选出心室晚电位,而且是无创的诊断方法。

1 许建强,袁震东,李高平,等.基于小波变换的12-导联心电图特征提取方法〔J〕.华东师范大学学报(自然科学版),2005,(2):27-32.

2 廖云朋,何继善,张飞.小波分析在心电信号处理中的应用〔J〕.山东生物医学工程,2003,22(2):54-56.

3 郑凯梅,余生晨.基于小波变换的心电信号中QRS复合波内异常高频分量的检测〔J〕.生物医学工程研究,2003,22(4):37-39.

4 张华,潘冬明,王立会.小波包变换在消除心电图基线漂移方面的研究〔J〕.中国医学物理学杂志,2007,24(1):71-73,76.