经络心电信息传输特征提取及其建模

• 作 者: 王争
• 机 构: 上海师范大学
• 出 处: 上海师范大学
• 发表日期: 2015年12期
• 关键词: 经络心电信号

经络理论是传统中医学说中的核心之一，通过对中医经络的研究，能够加深人们对中国传统医学的认识，从而为今后中医治疗提供参考。心电信号体现心脏在每个心动周期的能量变化，是现代医学诊断、治疗心脏类相关疾病的重要依据。目前对于经络穴位点心电信号的智能检测方法的研究尚有欠缺，对经络中心电信号传输特性的研究尚属空白。为了研究经络穴位点心电信号智能检测算法以及经络中心电信号的传输规律，本文针对经络穴位点处心电信号进行分析，主要内容有：经络穴位点心电信号滤波方法的研究，经络穴位点心电信号特征提取方法的研究，经络心电信号传输特性的分析。
　　虽然已有许多科研工作者对心电信号的滤波消噪方法进行了研究，但是针对穴位点心电信号滤波方法的研究尚有欠缺。本文提出了一种基于同相关性收缩函数的自适应小波阈值滤波法AWTICSF用于穴位点心电信号的滤波，首先根据心电信号采集时主要包含的三种噪声的频率信息设计了一种分段滤波方案，对不同层小波系数采用不同阈值进行有针对性的滤波。其次，提出了一个最优小波基选择方法，根据单周期心电信号与小波基函数的相关系数以及心电信号小波分解后的能量值与熵值比进行选择。最后，文章提出了一个同相关性收缩函数作为阈值转换函数，由心电信号小波分解的小波系数确定阈值转换函数的参数，从而实现自适应滤波。通过使用AWTICSF与其他常用小波阈值法进行比较后发现，该方法避免了传统硬、软阈值滤波法的缺点，在有效抑制信号噪声成分的同时，保留了有用信号的成分，具有非常好的滤波性能。
　　为了研究经络中心电信号特征变化规律，就要对滤波后的心电信号进行特征提取。本文针对穴位点心电信号各子波的特点，对其R波峰值、RR间期、T波峰值、P波峰值、QRS波宽、ST位移和ST斜率这10个主要特征进行提取。首先使用拉格朗日微分公式对R波波峰点检测，其次使用峰点谷点检测的思路对穴位点心电信号P、Q、S、T波进行了提取，对于穴位心电信号检测的难点——J点和Ton点检测，本文提出了斜率比极值法进行检测。最后，采用提取到的穴位点心电信号各特征点坐标，计算得出10个主要特征的数值。通过使用实验室采集的穴位点心电信号和European ST-T Database心电信号来对文中的特征提取思路进行分析后发现，本文采用的心电信号特征提取方法能够有效提取穴位点心电信号各特征，具有非常好的性能，尤其是针对J点和Ton点的特征提取，新方法——斜率比极值法有很好的适应性，对不用形态的穴位点心电信号ST段都能准确识别其J点和Ton点。
　　为了探究经络中心电信号的传输规律，文章设计了经络心电信息传输实验，通过同时采集手厥阴心包经上7个重要穴位点的心电信号来分析心电传输特性。首先使用文中提出的AWTICSF滤波法和特征提取思路对采集的信号进行检测，提取其心电特征；其次对所有10个实验样本的7个穴位点经络心电信号的能量值和10个主要特征的变换规律进行总结后发现，7穴位点经络心电能量和R波、S波、T波幅值的变化遵循相似规律，并且在内关穴处取值均为最小，然后采用多项式模型拟合出心电信号特征变化曲线；最后，根据经络中各穴位点心电信号的输入输出关系，采用ARX模型、ARMAX模型和NARX神经网络模型分别对经络心电信息传输系统进行建模，通过分析三种模型预测误差后发现，经络心电传输系统是一个非线性系统，NARX神经网络模型能够有效的模拟经络心电传输系统，为研究经络特性以及心脏病远程医疗监护提供参考。