基于大数据的心脏性猝死预测中心电关键特征提取与分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61673158
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0304.系统工程理论与技术
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

This project is focused on the investigation of the key issues in feature extraction and analysis of dynamic electrocardiogram (ECG) signals for forecasting the sudden cardiac death in the context of telemedicine. Considering the individual differences as well as the increased level of signal noise and interference in telemedicine environments, we will investigate a set of ECG signal enhancement and characteristic wave detection algorithms for arrhythmia classification and Q-T feature extraction based on deep learning. The main research of this project includes: (1) the de-noising method based on adaptive wavelet threshold and de-noising auto-encoder will be integrated to improve the system robustness under complex noise; (2) by analyzing the ECG signals’ characteristics in energy domain, energy window will be introduced to build R wave extraction algorithm and then Q-wave and S-wave will be calibrated based on R-wave and morphology; (3) ECG signals’ phase space will be constructed using the chaos theory, and the chaotic representation of arrhythmia signals will be obtained by calculating Lyapunov exponential, and arrhythmia classification will be realized by designing deep neural network composing of auto-encoder and softmax classifier; (4) the T wave morphology will be identified based on the deep belief networks, and then the key points will be detected guiding by the morphology character and the Q-T features will be analyzed eventually. This research has strong innovative as well as practical values. The result of this research can be directly applied to telemedicine systems.
本项目围绕心脏性猝死预测中动态心电信号特征提取和分析关键问题展开研究。充分考虑人体个体差异特征,增加此背景下信号噪声多、干扰大等因素,利用心电信号具有大数据特征的优势,引入深度学习,研究心电信号去噪和特征波检测算法,构建心律不齐分类和Q_T特征提取方法。主要研究内容包括:(1)将自适应阈值小波去噪法与降噪自动编码器方法相结合提高系统对复杂噪声的鲁棒性;(2)分析心电信号的能量域特性,利用能量窗变换构建R波提取算法,基于R波和形态特征完成Q波和S波的标定;(3)构建心电信号的相空间,通过计算Lyapunov指数得到心律不齐信号的混沌表示,采用自动编码机构造深神经网络分类器完成心律不齐分类;(4)基于深神经网络识别T波形态,然后在形态特征指导下检测关键点,分析Q-T特征。此研究成果可直接应用于远程医疗系统,具有较强的创新性和实用价值。

结项摘要

研究了心电信号去噪算法,将降噪自动编码深度学习网络引入到心电信号降噪中,并融合小波变换实现了多类噪声的有效去除,在保证算法精度的前提下提高了实时性。考虑导联间信号的差异性,构建了不同导联之间推导的统计模型,实现了多导联联合去噪,将信噪比提升到21.54dB,均方根误差小于0.0401。.研究了心电信号特征波自动提取算法,利用小波变换多频域分析优势,结合能量窗变换和时域修正算法,实现了R波、P波和T波提取的准确提取,三种特征波的平均检出率大于99%。提出了改进吉布斯采样与基于深度卷积神经网络的T波形态学分类算法,有效提高了T波检测精度,T波峰值的位置误差为-0.60±51ms,T波终止点的误差为-2.44±78ms。.研究了心律不齐心电信号的特征构建方法,利用混沌域表示描述心电信号,提取了心电信号Lyapunov指数曲线震荡特性作为心律不齐的混沌特征,实现了室性早搏的早期识别。构建了堆栈稀疏自动编码网络自动提取心律不齐心电信号信号深度特征,实现了6类心拍的准确识别,总体识别精度达99.5%,对噪声具有更高的鲁棒性,更符合实际系统中复杂环境下的心律不齐分类需求。.研究了心脏性猝死智能预测算法,从心电信号的时序信号出发,引入深层回声状态网络自动提取心电信号的心脏猝死特征,实现了正常和心脏性猝死的智能区分,心脏性猝死的智能预测敏感度达96.6%。扩展研究了心肌梗死自动定位与预测算法,分别利用多导联特征的串联和浅层的稀疏自动编码机实现了下壁心肌梗死和多类心肌梗死的准确定位,平均检测精度达到99.9%。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Multi-lead model-based ECG signal denoising by guided filter
基于多导联模型的心电图信号引导滤波器去噪
  • DOI:
    10.1016/j.engappai.2018.12.004
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Engineering Applications of Artificial Intelligence
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Hao Huaqing;Liu Ming;Xiong Peng;Du Haiman;Zhang Hong;Lin Feng;Hou Zengguang;Liu Xiuling
  • 通讯作者:
    Liu Xiuling
A multi-dimensional Association Information Analysis Approach to Automated Detection and Localization of Myocardial Infarction
心肌梗死自动检测和定位的多维关联信息分析方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Engineering Applications of Artificial Intelligence
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Jieshuo Zhang;Ming Liu;Peng Xiong;Haiman Du;Hong Zhang;Guoming Sun;Zengguang Hou;Xiuling Liu
  • 通讯作者:
    Xiuling Liu
基于黎曼流形稀疏编码的阵发性房颤检测算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    生物医学工程学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孟宪辉;刘明;熊鹏;陈健;杨林;刘秀玲
  • 通讯作者:
    刘秀玲
ECG signal denoising based on deep factor analysis
基于深度因子分析的心电信号去噪
  • DOI:
    10.1016/j.bspc.2019.101824
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Biomedical Signal Processing and Control
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Ge Wang;Lin Yang;Ming Liu;Xin Yuan;Peng Xiong;Feng Lin;Xiuling Liu
  • 通讯作者:
    Xiuling Liu
基于递归最小二乘法的回声状态网络算法用于心电信号降噪
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    生物医学工程学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张杰烁;刘明;李鑫;熊鹏;刘秀玲
  • 通讯作者:
    刘秀玲

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其他文献

基于置信连接的 CT 血管造影分层可视化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王光磊;史英杰;苑昊;王洪瑞;刘秀玲
  • 通讯作者:
    刘秀玲
应用生物信息学方法筛选与早期胃癌 预后相关的核心基因
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    山东医药
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓建忠;刘秀玲;陆文斌;张华;李文晶;吴颉;刘迁
  • 通讯作者:
    刘迁
基于心电信号和回声状态网络的心源性猝死心拍预测
  • DOI:
    10.14016/j.cnki.jgzz.2019.09.187
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    激光杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王洪瑞;杨建利;刘秀玲
  • 通讯作者:
    刘秀玲
基于移不变二维混合变换的机场雷达噪声抑制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    系统工程与电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘帅奇;胡绍海;肖扬;赵杰;刘秀玲
  • 通讯作者:
    刘秀玲
真实软组织特性的肝脏物理建模及受力分析优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    计算机辅助设计与图形学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘秀玲;陈栋;董亚龙;董斌;王洪瑞
  • 通讯作者:
    王洪瑞

其他文献

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刘秀玲的其他基金

融合多导联心电信号多维度特征的心肌梗死早期诊断及精准定位研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    258 万元
  • 项目类别:
    联合基金项目
面向虚拟手术的人体肝脏物理建模方法研究
  • 批准号:
    61203160
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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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

        graph TD
          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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