專利名稱：心臟標(biāo)測信號的網(wǎng)絡(luò)建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種心臟標(biāo)測信號的網(wǎng)絡(luò)建模方法。
背景技術(shù)：
心臟標(biāo)測技術(shù)可對心臟電活動(dòng)進(jìn)行全面細(xì)致的觀察，是研究復(fù)雜心律失常電生理機(jī)制的重要手段。目前研究心臟標(biāo)測信號的方法有限，無論是時(shí)域或頻域分析都存在一定的局限性，阻礙了復(fù)雜心律失常的電生理機(jī)制研究。以房顫為例時(shí)域下，復(fù)雜多變的信號為異位興奮灶的識別帶來難度；頻域下，信號的頻率與心律失常維持機(jī)制間的關(guān)系仍有待探索。房顫時(shí)的心房電活動(dòng)過去被認(rèn)為是完全隨機(jī)的，近些年的研究表明房顫時(shí)心肌細(xì)胞間存在著相互作用和影響，呈現(xiàn)出一定的時(shí)空組織性。但是現(xiàn)有研究一般都是單一部位的時(shí)頻域分析，沒有考慮各標(biāo)測位點(diǎn)信息傳遞的空間特征。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)分析方法的局限性，本發(fā)明的目的在于提供一種心臟標(biāo)測信號的網(wǎng)絡(luò)建模方法。本發(fā)明運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)理論、結(jié)合心臟標(biāo)測技術(shù)，構(gòu)建心臟電活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)模型。通過分析網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征及相關(guān)參數(shù)可研究心臟不同部位心肌電活動(dòng)之間信息傳遞的空間特征。本發(fā)明提出的心臟標(biāo)測信號的網(wǎng)絡(luò)建模方法，具體步驟如下
(1)、利用心臟標(biāo)測技術(shù)采集心臟上的心電信號；
(2)、將得到的心電信號中的每個(gè)感興趣位點(diǎn)視作網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
(3)、通過計(jì)算任意兩節(jié)點(diǎn)心電信號的互相關(guān)系數(shù)，決定兩節(jié)點(diǎn)間是否連邊，如果該系數(shù)大于設(shè)定的閾值t (0〈t ( 1)，那么兩節(jié)點(diǎn)之間連邊；假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中第i、j兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的心臟標(biāo)測信號分別為Xi、\，那么節(jié)點(diǎn)i、j間的互相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式如下
其中N為信號長度。當(dāng)大于設(shè)定的閾值t時(shí)，節(jié)點(diǎn)i、j間有一條連邊，節(jié)點(diǎn)間的連邊反映節(jié)點(diǎn)信號的相似程度及節(jié)點(diǎn)間的相互作用；
(4)、計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)與其它節(jié)點(diǎn)的連邊數(shù)，記作該節(jié)點(diǎn)的度，用面積的大小來反映節(jié)點(diǎn)度的大小，度越大的節(jié)點(diǎn)面積也越大；
(5)、每隔一段時(shí)間采集一段心臟標(biāo)測信號，做出該時(shí)段下的網(wǎng)絡(luò)模型，觀察前后時(shí)間段下網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)(如網(wǎng)絡(luò)連邊數(shù)和節(jié)點(diǎn)的度等)的變化，以供研究網(wǎng)絡(luò)的演變規(guī)律。本發(fā)明中，步驟(3)中所述連邊為無向無權(quán)邊、有向邊或有權(quán)邊中任一種。本發(fā)明中涉及兩個(gè)基本元素組成節(jié)點(diǎn)和連邊。構(gòu)建本發(fā)明所提出的網(wǎng)絡(luò)之前先要采集心臟的標(biāo)測電信號，將感興趣的標(biāo)測位點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間的相互關(guān)系決定是否在節(jié)點(diǎn)間連邊，從而得到整張網(wǎng)絡(luò)。具體闡述如下
1.網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)
通過心臟標(biāo)測技術(shù)，采集心臟上感興趣區(qū)域的心電信號。將每一個(gè)標(biāo)測位點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此，心臟上所有標(biāo)測位點(diǎn)組成了網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)。2.網(wǎng)絡(luò)的連邊
對于每一個(gè)感興趣的標(biāo)測位點(diǎn)(即網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn))，在某一段時(shí)間內(nèi)都可以采集到一段心電信號。對于每個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果該段心電信號與其它每一個(gè)節(jié)點(diǎn)相同時(shí)間段下的心電信號互相關(guān)系數(shù)大于設(shè)定的閾值t (0〈t ( 1)，那么兩節(jié)點(diǎn)之間連一條邊。例如假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中第i、j兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的心電信號分別為Xi、\，那么節(jié)點(diǎn)i、j間是否連邊取決于Xi、\的互相關(guān)系數(shù)Aj。！Tij的計(jì)算公式如下
其中N為信號長度。當(dāng)大于設(shè)定的閾值t (0〈t彡I)時(shí)，節(jié)點(diǎn)i、j間有一條連邊。節(jié)點(diǎn)間的連邊反映節(jié)點(diǎn)信號的相似程度及節(jié)點(diǎn)間的相互作用。3.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的度
計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)與其它節(jié)點(diǎn)的連邊數(shù)，記作該節(jié)點(diǎn)的度，節(jié)點(diǎn)的度越大，代表與其它節(jié)點(diǎn)的連邊越多，度越大的點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的地位越高。4.網(wǎng)絡(luò)的演變
每隔一段時(shí)間采集一段心電信號，做出該時(shí)段下的網(wǎng)絡(luò)模型。按照時(shí)間順序，觀察前后時(shí)間段下網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)(如網(wǎng)絡(luò)連邊數(shù)和節(jié)點(diǎn)的度等)的變化，研究網(wǎng)絡(luò)的演變規(guī)律。本發(fā)明中，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)是心臟標(biāo)測信號的每一個(gè)感興趣的位點(diǎn)，但也可推廣至體表心電信號。 本發(fā)明中，決定節(jié)點(diǎn)間是否連邊的互相關(guān)系數(shù)取值為O到I之間，該取值越大說明網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間存在連邊的條件越苛刻，節(jié)點(diǎn)間的信號須越相似。本發(fā)明中，節(jié)點(diǎn)間的連邊采用的是無向無權(quán)邊，即不規(guī)定邊的方向或權(quán)重，但也可推廣至有向邊或有權(quán)邊。本發(fā)明中，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)不是沒有面積的理想點(diǎn)，度越大的節(jié)點(diǎn)面積越大，凸顯其在網(wǎng)絡(luò)中的重要性。本發(fā)明中，既可用本發(fā)明的方法觀察不同時(shí)間段下復(fù)雜心律失常的網(wǎng)絡(luò)演變規(guī)律，也可用本發(fā)明的方法觀察心臟從正常的竇律變?yōu)樾穆墒С５倪^程中，網(wǎng)絡(luò)的演變規(guī)律。本發(fā)明的有益效果
I. 將心臟的不同部位連成一張網(wǎng)，通過節(jié)點(diǎn)間的連邊來反映心臟各部位心電活動(dòng)之間的相互作用和關(guān)聯(lián)。2. 從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕嵌妊芯啃碾娦盘柨臻g傳遞特征，探索維系網(wǎng)絡(luò)的主要節(jié)點(diǎn)，從而映射出維持心律失常的主要心肌部位。3. 通過分析網(wǎng)絡(luò)的演變規(guī)律、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)隨時(shí)間的變化情況來研究復(fù)雜心律失常情況下心電信號的時(shí)空演變規(guī)律。


圖I是心臟標(biāo)測電信號的示意圖。圖2是某一時(shí)間段內(nèi)心臟電活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)模型示意圖。圖3是有別于圖2的另一時(shí)間段內(nèi)心臟電活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)|旲型不意圖。圖4是竇性心律下心房電活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖5是心房撲動(dòng)時(shí)心房電活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖6是房顫時(shí)心房電活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號1為心臟某一感興趣位點(diǎn)標(biāo)測到的心電信號；2為心臟另一感興趣位點(diǎn)標(biāo)測到的心電信號；3為標(biāo)號I所指的感興趣部位在網(wǎng)絡(luò)模型中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；4為標(biāo)號2所 指的感興趣部位在網(wǎng)絡(luò)1旲型中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；5為標(biāo)號3、4所指的兩節(jié)點(diǎn)間的連邊；6為Iv孤立節(jié)點(diǎn)，它與任何其它節(jié)點(diǎn)都沒有連邊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例I :如圖1、2、3所示，本發(fā)明提出的心臟標(biāo)測信號的網(wǎng)絡(luò)建模方法如下首先，利用心臟標(biāo)測技術(shù)對每一個(gè)感興趣部位采集心電信號，如圖I中所示的心臟某一感興趣位點(diǎn)標(biāo)測到的心電信號I和心臟另一感興趣位點(diǎn)標(biāo)測到的心電信號2。將每個(gè)感興趣位點(diǎn)視作網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖2中的標(biāo)號I所指的感興趣部位在網(wǎng)絡(luò)模型中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)3和標(biāo)號2所指的感興趣部位在網(wǎng)絡(luò)模型中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)4，它們分別代表網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。接著計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)心電信號的互相關(guān)系數(shù)，決定兩節(jié)點(diǎn)間是否連邊，若互相關(guān)系數(shù)大于O. 7，則在兩節(jié)點(diǎn)間連一條無向無權(quán)邊。圖2中的兩節(jié)點(diǎn)間的連邊5代表標(biāo)號I所指的感興趣部位在網(wǎng)絡(luò)t旲型中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)3和標(biāo)號2所指的感興趣部位在網(wǎng)絡(luò)I旲型中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)4之間的連邊，這表示標(biāo)號I所指的感興趣部位在網(wǎng)絡(luò)模型中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)3和標(biāo)號
2所指的感興趣部位在網(wǎng)絡(luò)模型中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)4處的信號互相關(guān)系數(shù)大于O. 7。然后，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)與其它節(jié)點(diǎn)的連邊數(shù)，記作該節(jié)點(diǎn)的度。用面積的大小來反映節(jié)點(diǎn)度的大小，度越大的節(jié)點(diǎn)面積也越大。如圖2中標(biāo)號2所指的感興趣部位在網(wǎng)絡(luò)模型中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)4的面積大于標(biāo)號I所指的感興趣部位在網(wǎng)絡(luò)1旲型中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)3,這代表標(biāo)號2所指的感興趣部位在網(wǎng)絡(luò)t旲型中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)4的連邊數(shù)大于標(biāo)號I所指的感興趣部位在網(wǎng)絡(luò)t旲型中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)3。另外，如果某一節(jié)點(diǎn)與其它所有節(jié)點(diǎn)無連邊，該節(jié)點(diǎn)被視作孤立點(diǎn)，如圖3中的一個(gè)孤立節(jié)點(diǎn)6所示。最后，每隔一段時(shí)間采集一段心電信號，做出該時(shí)段下的網(wǎng)絡(luò)模型。觀察前后時(shí)間段下網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)(如網(wǎng)絡(luò)連邊數(shù)和節(jié)點(diǎn)的度等)的變化，以供研究網(wǎng)絡(luò)的演變規(guī)律。圖4、5、6是本發(fā)明用于心房心外膜標(biāo)測動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的實(shí)施例，分別是竇律、房撲和房顫情況下心房電活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。這三幅圖的節(jié)點(diǎn)數(shù)均為44，且節(jié)點(diǎn)與感興趣心房部位的對應(yīng)關(guān)系也相同。從圖4中可以看到，竇性時(shí)節(jié)點(diǎn)間的連邊普遍較多，沒有出現(xiàn)孤立點(diǎn)，即竇性時(shí)網(wǎng)絡(luò)的連通性好，整體關(guān)聯(lián)程度高。然而，當(dāng)發(fā)生房撲時(shí)，如圖5所示，網(wǎng)絡(luò)的連邊數(shù)驟然減少，出現(xiàn)大量孤立點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)不再連通且整體關(guān)聯(lián)度低。當(dāng)發(fā)展為房顫后，如圖6所示，網(wǎng)絡(luò)連邊數(shù)進(jìn)一步減少，孤立點(diǎn)的數(shù)量進(jìn)一步增加，即網(wǎng)絡(luò)連通性進(jìn)一步被破壞?？梢?，心臟電活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及相應(yīng)參數(shù)會(huì)隨心律情況的變化而變化，揭示了復(fù)雜心律失常情況下心電信號的時(shí)空演變規(guī)律。
上述實(shí)施例雖然是以心房標(biāo)測為例，但并非對本發(fā)明的限制，本發(fā)明所提出的網(wǎng)絡(luò)模型的具體構(gòu)建步驟也不局限于上述實(shí)施例。在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，無論是何種部位(心房、心室、心外膜、心內(nèi)膜或體表等)的標(biāo)測，也無論標(biāo)測時(shí)心律是處于正常的竇律還是房撲、房顫等心律失常的情況，只要是基于以標(biāo)測位點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間信號的相關(guān)性決 定節(jié)點(diǎn)是否連邊的原則所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，均屬于使用了本發(fā)明的思路，對構(gòu)建方法做出的修改、替換和添加都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種心臟標(biāo)測信號的網(wǎng)絡(luò)建模方法，其特征在于具體步驟如下 (1)、利用心臟標(biāo)測技術(shù)采集心臟上的心電信號； (2)、將得到的心電信號中的每個(gè)感興趣位點(diǎn)視作網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)； (3)、通過計(jì)算任意兩節(jié)點(diǎn)心電信號的互相關(guān)系數(shù)，決定兩節(jié)點(diǎn)間是否連邊，如果該系數(shù)大于設(shè)定的閾值t，其中0〈t ^ 1，那么兩節(jié)點(diǎn)之間連邊；假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中第i、j兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的心臟標(biāo)測信號分別為Xi、\_，那么節(jié)點(diǎn)i、j間的互相關(guān)系數(shù)!^的計(jì)算公式如下 其中N為信號長度； 當(dāng)ru大于設(shè)定的閾值t時(shí)，節(jié)點(diǎn)i、j間有一條連邊，節(jié)點(diǎn)間的連邊反映節(jié)點(diǎn)信號的相似程度及節(jié)點(diǎn)間的相互作用； (4)、計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)與其它節(jié)點(diǎn)的連邊數(shù)，記作該節(jié)點(diǎn)的度，用面積的大小來反映節(jié)點(diǎn) 度的大小，度越大的節(jié)點(diǎn)面積也越大； (5)、每隔一段時(shí)間采集一段心臟標(biāo)測信號，做出該時(shí)段下的網(wǎng)絡(luò)模型，觀察前后時(shí)間段下網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)的變化，以供研究網(wǎng)絡(luò)的演變規(guī)律。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的心臟標(biāo)測信號的網(wǎng)絡(luò)建模方法，其特征在于步驟(3)中所述連邊為無向無權(quán)邊、有向邊或有權(quán)邊中任ー種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種心臟標(biāo)測信號的網(wǎng)絡(luò)建模方法。具體步驟為(1)運(yùn)用心臟標(biāo)測技術(shù)得到心電信號，并將心臟標(biāo)測信號的每一個(gè)感興趣的位點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)；(2)計(jì)算節(jié)點(diǎn)間信號的互相關(guān)系數(shù)，決定節(jié)點(diǎn)間是否有連邊；(3)計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)與其它節(jié)點(diǎn)的連邊數(shù)，記作該節(jié)點(diǎn)的度。用節(jié)點(diǎn)面積的大小來反映節(jié)點(diǎn)度的大小，度越大的節(jié)點(diǎn)面積也越大；(4)每隔一段時(shí)間采集一段心電信號，做出該時(shí)段下的網(wǎng)絡(luò)模型。觀察前后時(shí)間段下網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)(如網(wǎng)絡(luò)連邊數(shù)和節(jié)點(diǎn)的度等)的變化，以供研究網(wǎng)絡(luò)的演變規(guī)律。本發(fā)明可用于研究心臟不同部位心肌電活動(dòng)之間信息傳遞的空間特征。
文檔編號G06F19/00GK102629301SQ201210089390
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者孫莉倩, 楊翠微 申請人:復(fù)旦大學(xué)