基于脉搏时空解析建模的恶性心律失常定量识别方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61901062
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.5万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0125.医学信息检测与处理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In the process of malignant arrhythmia recognition, aiming to some problems, e.g. the pulse periods and waveforms changes of patients are unclear, and the abnormal segments and pathological segments in pulse signal are difficult to distinguish, quantitative identification methods for malignant arrhythmia with engineering application prospect are proposed based on pulse signal time-space analytical model. The main research contents include: (1) On the basis of analyzing the time domain and spatial domain characteristics of pulse signal, a pulse time-space analytical modeling method is proposed to quantitatively describe the changes of pulse waveforms and periods when combing pulse decomposition model with pulse rhythm. (2) The cyclostationary characteristics of the pulse signal are integrated into the model parameter estimation process to improve the speed and accuracy of the parameter estimation, and an abnormal segments adaptive detection method is proposed by the difference of model parameters between the abnormal segments and pathological segments. (3) A quantitative method for analyzing the pathological differences of model parameters is studied after clarifying the intrinsic connection and regularity among the synchronous pulse and ECG signals, and a model parameter fusion method is employed for quantitative identification of malignant arrhythmia. (4) With the help of the developed test prototype, an objective evaluation system for the proposed methods is designed from the three dimensions of the algorithm itself, the clinical medical measurement and the practicality. It is believed that our results will enrich the methods which would be engaged to describe the change of dynamic pulse signal quantitatively and detect abnormal segments in pulse signal and will provide theoretical support for the research of malignant arrhythmia recognition, remote monitoring and early warning as well.
针对恶性心律失常导致的脉搏波周期和形态变化不明、干扰段与病理段难以区分等问题,本项目拟基于脉搏时空解析模型,提出具有工程应用前景的恶性心律失常定量识别方法。主要研究内容包括(1)分析脉搏信号时域和空间域特征,将脉搏解析模型与脉律结合,提出脉搏时空解析建模方法,定量描述脉搏波形态和周期变化;(2)将脉搏信号的循环平稳特性引入模型参数的估计过程,提高参数估计的速度和精度,并根据干扰段和病理段模型参数的差异,提出干扰段自适应检测方法;(3)依据同步脉搏心电信号间内在联系与规律,提出模型参数病理学差异的定量分析方法,以及基于模型参数融合的恶性心律失常定量识别方法;(4)结合已研制的试验样机,从方法开发本身、临床医学度量和方法实用性三个维度,设计系统对所提出方法进行客观评价。本项目研究成果将进一步完善和丰富动态脉搏信号定量描述与干扰段检测方法,并为恶性心律失常识别、远程监测与预警的研究提供理论支撑。

结项摘要

恶性心律失常是导致患者晕厥甚至死亡的一种心血管疾病,大部分患者在医院外发病,其具有突发性、偶发性的特点,增加了防治难度。恶性心律失常会引起心血管系统血流动力学和搏动节律的变化,现有基于脉率的诊断方法忽略了血流动力学参数的变化,准确率有待提高。因此,本项目以恶性心律失常定量识别为研究对象,将脉搏信号解析模型与脉律结合,研究脉搏信号时空解析建模方法,定量描述脉搏波形态和周期的变化;研究解析模型的参数估计方法,从模型中提取可用于极度心律过缓、极度心律过速、室性心律过速、心室扑动/颤动等恶性心律失常识别的量化参数;研究基于机器学习的恶性心律失常识别方法;研制样机验证所提出方法。本项目主要研究成果为:.(1)针对在线采集脉搏信号的噪声抑制问题,将微处理器数据更新过程与数学形态学滤波原理相结合,提出一种快速的数学形态学滤波法。实验结果表明:该方法在保持原方法精度不变的前提下,可用于脉搏信号单采样点实时滤波。.(2)针对在线采集脉搏信号数据量大的问题,提出一种基于时域关键特征点的脉搏信号压缩方法,并构建信号压缩与恢复流程。实验结果表明:该方法在保持高压缩比的同时,保留了时域波形的关键特征,可直接用于脉率等参数提取。.(3)针对脉搏波周期和形态的量化描述问题,根据脉搏波的形成机理与时域波形特征的关联,构建时空解析模型及其参数求解流程,通过实验获取最优化解析模型。实验结果表明:3-Lognormal函数模型为脉搏波量化描述的最优选择,模型参数可有效反映心血管系统相关的生理和病理信息。.(4)针对恶性心律失常识别问题,分析脉搏主波间期特征及脉搏时空解析模型参数的显著性变化,选择贡献率高的特征,基于决策树、极限学习、随机森林等机器学习算法实现恶性心律失常识别。实验结果表明:四种恶性心律失常识别平均准确率在95%以上。.(5)开发和升级可穿戴设备原型样机,对所提出的技术和算法进行验证,探索项目研究理论及成果的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
A recognition method for extreme bradycardia by arterial blood pressure signal modeling with curve fitting
一种基于曲线拟合的动脉血压信号建模的极度心动过缓识别方法
  • DOI:
    10.1088/1361-6579/ab998d
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Physiological Measurement
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Chou Yongxin;Zhang Aihua;Gu Jason;Liu Jicheng;Gu Ya
  • 通讯作者:
    Gu Ya
A Life-threatening Arrhythmias Detection Method based on Pulse Rate Variability Analysis and Decision Tree
基于脉率变异分析和决策树的危及生命的心律失常检测方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in Physiology
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Lijuan Chou;Jicheng Liu;Shengrong Gong;Yongxin Chou
  • 通讯作者:
    Yongxin Chou
基于时空解析建模的脉搏信号量化分析方法研究
  • DOI:
    10.7507/1001-5515.201904024
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    生物医学工程学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丑永新;张爱华;刘继承;林家骏;黄旭峰
  • 通讯作者:
    黄旭峰
The Optimal Morphological Model for Arterial Blood Pressure Wave Related Classification: Comparison of Two Types of Kernel Function Mixtures
动脉血压波相关分类的最佳形态模型:两种核函数混合物的比较
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2958304
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Chou Yongxin;Wang Ping;Feng Yufeng
  • 通讯作者:
    Feng Yufeng
面向应用型人才培养的信号类课程改革
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    电气电子教学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丑永新;钟黎萍;刘继承;谢启;陈飞
  • 通讯作者:
    陈飞

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其他文献

基于无线通信的多信号实时采集与分析系统
  • DOI:
    10.14107/j.cnki.kzgc.15d2.0382
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    控制工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张爱华;王倩;丑永新
  • 通讯作者:
    丑永新
基于动态差分阈值的脉搏信号峰值检测算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    吉林大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张爱华;王平;丑永新
  • 通讯作者:
    丑永新
基于改进滑窗迭代DFT的动态脉率变异性提取
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    仪器仪表学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丑永新;张爱华;杨晓华
  • 通讯作者:
    杨晓华
基于循环平稳算法的脉搏信号质量评估与滤波
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国医疗器械杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张爱华;胡文龙;丑永新
  • 通讯作者:
    丑永新
基于压缩感知的脉搏信号重构方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国医疗器械杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张爱华;欧继青;丑永新;杨彬
  • 通讯作者:
    杨彬

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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