基于多分形及非廣度熵的室性心動(dòng)過(guò)速和心室纖顫分析.pdf

1、近年來(lái)，心血管疾病的發(fā)病率日益增加。在心血管疾病的研究中發(fā)現(xiàn)，室性的心臟功能衰退和機(jī)能性病變而導(dǎo)致的心臟疾病占有很大的比例。室性心動(dòng)過(guò)速(VT，ventriculartachycardia)和心室纖顫(VF，ventricularfibrillation)是兩種最重要的心律失常，時(shí)常引起惡性的血液動(dòng)力學(xué)障礙，危及患者的生命；一般的，心室纖顫是由室性心動(dòng)過(guò)速退化所致。在心臟的整體水平和心肌細(xì)胞水平上，室性心動(dòng)過(guò)速和心室纖顫都同時(shí)具有復(fù)雜性

2、和混沌性，因此，我們希望能夠找到對(duì)它們進(jìn)行定量刻劃的量度方法，尋找其固有的非線性特征參數(shù)。而逐漸發(fā)展起來(lái)的分形、渾沌等非線性動(dòng)力學(xué)理論正是這種研究的理想工具。 論文綜述了惡性心律失常信號(hào)VT和VF的危害性，指出了研究VT和VF監(jiān)測(cè)、診斷和治療，仍具有重大的臨床價(jià)值，直接關(guān)系著病人的生命。在論文中，我們綜述了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹了有關(guān)非線性動(dòng)力學(xué)的基本概念、原理和方法。從生物醫(yī)學(xué)工程理論和應(yīng)用的角度，利用非線性動(dòng)力學(xué)方法，對(duì)室性心

3、動(dòng)過(guò)速和心室纖顫信號(hào)兩種信號(hào)進(jìn)行理論性的定性定量分析研究。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處如下：1.從心臟整體水平上對(duì)體表VF/VT信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)分析，首先在定性上確定這兩種信號(hào)都是具有混沌特性的信號(hào)，然后利用去趨勢(shì)波動(dòng)分析(DFA)的方法對(duì)兩種信號(hào)進(jìn)行定量分析，利用標(biāo)度指數(shù)來(lái)刻畫VF/VT的動(dòng)力學(xué)特性，表明VF/VT信號(hào)不但具有非線性、時(shí)變性和復(fù)雜性，還表現(xiàn)出長(zhǎng)程相關(guān)性(long-rangecorrelation)，并且在一定范圍內(nèi)具有標(biāo)度不變(s

4、caleinvariant)，因此可以認(rèn)為VF/VT都是分形信號(hào)。 2.由于VF/VT都是分形信號(hào)，因此可以用一個(gè)標(biāo)度指數(shù)來(lái)刻畫它們的動(dòng)力學(xué)特性。然而，人體是一個(gè)復(fù)雜的自調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此人體產(chǎn)生生理電信號(hào)，包括VF和VT，都表現(xiàn)出不均勻(inhomogeneous)和不穩(wěn)定性。于是我們有理由懷疑只用一個(gè)標(biāo)度指數(shù)能否準(zhǔn)確描述VF/VT的真正的動(dòng)力學(xué)特性。于是我們研究了VF/VT信號(hào)的f(α)奇異譜和D(h)奇異譜，研究發(fā)現(xiàn)兩種信號(hào)的

5、奇異譜曲線都表現(xiàn)為單峰的拱形，而用來(lái)計(jì)算D(h)奇異譜的質(zhì)量指數(shù)τ(q)也表現(xiàn)出非線性形式，這些都是多重分形信號(hào)的特定表現(xiàn)形式，因此我們得出的結(jié)論是VF/VT都是多重分形信號(hào)。因此我們不能像表示單分形那樣只用一個(gè)指數(shù)來(lái)刻畫它們的動(dòng)力學(xué)特性，而必須采用一系列的參數(shù)才能完整地描述它們的動(dòng)力學(xué)特性。 3.鑒于心臟是復(fù)雜的信息產(chǎn)生、傳輸和處理系統(tǒng)，我們提出用信息學(xué)方法來(lái)研究心電活動(dòng)。針對(duì)傳統(tǒng)的廣度Shannon熵在處理長(zhǎng)時(shí)間空間相關(guān)系統(tǒng)

6、上的局限性，我們除了引入ConstantinoTsallis博士在1988年提出的非廣度熵來(lái)處理VF和VT信號(hào)之外，還將非廣度熵與小波分析結(jié)合產(chǎn)生的多分辨率熵(multiresolutionentropy)應(yīng)用到VF/VT信號(hào)的研究中來(lái)。非廣度熵從提出至今僅13年，用非廣度熵來(lái)分析生物醫(yī)學(xué)信號(hào)也出于剛剛起步階段，從目前已經(jīng)發(fā)表的文章中已經(jīng)可以看出非廣度熵的獨(dú)特性能。由于心臟本身是一個(gè)具有時(shí)間和空間強(qiáng)相互作用的系統(tǒng)，而且在前面的研究中我們