应用于纳米刀的心脏有效不应期实时检测算法研(4) - 临床心电学杂志杂志社投稿

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应用于纳米刀的心脏有效不应期实时检测算法研(4)

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关键词:

摘要：

对以上两表分析可知，仿真结果的平均阳性预测度为99.88%，最高为100%，最低为98.37%；平均延时为13.02 ms，最小为9.49 ms，最大为14.67 ms，达到了实时性和准确性的要求。

4.2 实测信号检测实验

将该算法移植到自主开发的心电信号采集分析系统，并采用SKX-2000G＋型心电信号模拟仪和人体实测心电作为数据源进行检测，实验结果如下:

4.2.1 使用心电信号模拟器作为数据源的测试结果

如下图所示，黑色实线代表心电波形；虚线代表不应期检测结果，虚线的上升沿代表检测到R波的时刻，下降沿代表理论上IRE治疗脉冲输出的时刻，该时刻位于心脏的有效不应期内。

①正常心电和窦性心电。可以100%的准确检出R波，实现不应期定位。

图9 正常心电

图10 窦性心电

②含有接触噪声。在含有大量噪声的时间段内，自动停止检测R波，噪声结束后再重新开始检测R波。

③叠加50 Hz工频干扰的心电信号。由图可见，50 Hz工频干扰被完美滤除，不影响R波的正常检测效果。

④高大T波。当出现高大T波时，能够准确检测出R波的波峰。

⑤倒尖角波形，模拟 QS、Qr、rS、rSr这类波形，可以完美滤除，不进行R波识别。

图11 含有大量噪声的心电

图12 叠加50 Hz工频干扰的心电

图13 大T波

图14 倒尖角波形

4.2.2 使用心电信号模拟器作为数据源的测试结果

利用心电信号采集分析系统对人体的心电信号进行采集识别，结果表明本算法不但可以有效的对正常人体心电进行识别，而且当心电信号含有较大的运动伪迹或其他噪声干扰时，同样可以起到较好的识别效果，具有较强的鲁棒性。

图15 正常心电

图16 含有运动伪迹

图17 含有大量噪声的心电

如上图所示，虚线的上升沿对应于R波下降沿顶端的位置，表明本算法可以在极小的延时内识别到R波，达到了实时性要求；折线的下降沿一般在S波上升沿过后的位置，表明本算法可以避开易颤期，准确的将IRE治疗脉冲释放的时间控制在心脏有效不应期内，达到了较好的效果。

5 总结

针对IRE治疗需要实时检测患者的心脏有效不应期这一需求，本文在时域分析法的基础上进行改进和创新，实现了复杂噪声条件下的R波实时检测功能和心脏有效不应期定位功能，平均阳性预测度达到99.84%，平均延迟在15 ms以内，且能够准确识别并排除部分变异心电信号和噪声干扰。对比于传统心电信号检测算法，在保证准确率的同时，实时性有了明显的提高，与杨衍菲等人针对除颤器设计的 QRS波斜率检测方法相比[16]，平均延时从17.3 ms降低到了13.02 ms。

本文算法测试环境与实际IRE治疗时的心电信号略有差异。首先，纳米刀消融的高频脉冲会为心电信号引入一些噪声。关于这一问题，本团队已经开展基于动物实验的相关研究，后续进展将在下一篇论文中呈现。其次，即使在精确识别心脏有效不应期的情况，外加全身麻醉及深度神经肌肉阻滞的情况下，纳米刀手术过程中仍有可能由于高压脉冲的作用而偶然引发自限性心律失常[17]。针对这一问题，算法设计检测到非正常心电信号后，会发送指令停止一段时间的检测，以暂停纳米刀的输出。当专业医疗人员观测到心电信号回归正常可以继续手术后，再次启用算法进行检测。

本文算法可用于指导临床纳米刀消融手术过程，降低对心脏正常生理活动的影响，提高手术安全性。下一步可以使用心电信号采集分析系统结合高频脉冲发生器展开相关动物实验，对本算法和心电信号采集分析系统做进一步的改进和优化。

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文章来源：《临床心电学杂志》网址: http://www.lcxdxzz.cn/qikandaodu/2021/0305/459.html