基于多分形及非廣度熵的室性心動過速和心室纖顫分析.pdf

1、近年來，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能性病變而導致的心臟疾病占有很大的比例。室性心動過速(VT，ventriculartachycardia)和心室纖顫(VF，ventricularfibrillation)是兩種最重要的心律失常，時常引起惡性的血液動力學障礙，危及患者的生命；一般的，心室纖顫是由室性心動過速退化所致。在心臟的整體水平和心肌細胞水平上，室性心動過速和心室纖顫都同時具有復雜性

2、和混沌性，因此，我們希望能夠找到對它們進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)展起來的分形、渾沌等非線性動力學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VT和VF的危害性，指出了研究VT和VF監(jiān)測、診斷和治療，仍具有重大的臨床價值，直接關系著病人的生命。在論文中，我們綜述了國內外研究現(xiàn)狀，介紹了有關非線性動力學的基本概念、原理和方法。從生物醫(yī)學工程理論和應用的角度，利用非線性動力學方法，對室性心

3、動過速和心室纖顫信號兩種信號進行理論性的定性定量分析研究。本論文的主要創(chuàng)新之處如下：1.從心臟整體水平上對體表VF/VT信號進行詳細分析，首先在定性上確定這兩種信號都是具有混沌特性的信號，然后利用去趨勢波動分析(DFA)的方法對兩種信號進行定量分析，利用標度指數(shù)來刻畫VF/VT的動力學特性，表明VF/VT信號不但具有非線性、時變性和復雜性，還表現(xiàn)出長程相關性(long-rangecorrelation)，并且在一定范圍內具有標度不變(s

4、caleinvariant)，因此可以認為VF/VT都是分形信號。 2.由于VF/VT都是分形信號，因此可以用一個標度指數(shù)來刻畫它們的動力學特性。然而，人體是一個復雜的自調節(jié)系統(tǒng)，因此人體產(chǎn)生生理電信號，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標度指數(shù)能否準確描述VF/VT的真正的動力學特性。于是我們研究了VF/VT信號的f(α)奇異譜和D(h)奇異譜，研究發(fā)現(xiàn)兩種信號的

5、奇異譜曲線都表現(xiàn)為單峰的拱形，而用來計算D(h)奇異譜的質量指數(shù)τ(q)也表現(xiàn)出非線性形式，這些都是多重分形信號的特定表現(xiàn)形式，因此我們得出的結論是VF/VT都是多重分形信號。因此我們不能像表示單分形那樣只用一個指數(shù)來刻畫它們的動力學特性，而必須采用一系列的參數(shù)才能完整地描述它們的動力學特性。 3.鑒于心臟是復雜的信息產(chǎn)生、傳輸和處理系統(tǒng)，我們提出用信息學方法來研究心電活動。針對傳統(tǒng)的廣度Shannon熵在處理長時間空間相關系統(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處理VF和VT信號之外，還將非廣度熵與小波分析結合產(chǎn)生的多分辨率熵(multiresolutionentropy)應用到VF/VT信號的研究中來。非廣度熵從提出至今僅13年，用非廣度熵來分析生物醫(yī)學信號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特性能。由于心臟本身是一個具有時間和空間強相互作用的系統(tǒng)，而且在前面的研究中我們