全心房心外膜标测显示系统及其三维等电位图插值方法的研究

摘要

本文介绍了一款能够实时记录心外膜电活动的128道全心房心外膜标测系统。为了形象的表征电活动在心外膜表东的传递,帮助理解复杂心律失常的形成、维持机制。该标测系统采用了等电位图的出图方式。等电位图是种常见的标测序列图表征方式,它将标测的电信号幅度直接在心脏的三维几何模型上用伪彩色绘制出来,相同电压区域用同一种颜色标识。绘制等电位图需要得到心脏三维几何模型上每个位置的电压,所以对非电极所处位置的电压推算需要一个快速、有效的插值算法。该插值算法依据有限个标测记录位点上的信号,插补得到心脏三维几何模型上各个位置的电压。在本文的第三章介绍了该系统中使用的三维插值算法,这一方法能在12us内完成整个几何模型的插值(6134个插值单元)、面且和常见的B样条插值相比,在8条测试样本组成的测试集上,两个测试电极上的归一化后的平均均方误差(RE)的均值分别减少18.25％和16.35%。但是由于其本质是种线性插值,所以会引入误差。
　　比如在除极波前的区域和除极波刚经过的区域,心外膜电场应该是非线性的,但是当插值参考点跨越这两个区域的时候,应用该插值方法得到的结果却是线性的(详见3.5节的论述)。在本文的后半部分,本文作者着力于改进这种插值算法,尽量减少插值引入的误差。用心外膜标测研究房颤等多激动源、多传播途径、时变的复杂心律失常是日前的研究热点。因为其标测电极紧靠着心外膜表面,标测精度高,有空间位置与电激动位置符合的特点,而且可以进行活体标测。常规的电生理检测手段效果往往不尽如人意,因为有的空间标测精度不高、有的标测周期过长、有的不能进行活体标测。在本文的最后,介绍了几次和北京安贞医院,上海中山医院合作进行的动物实验。用实测的动物数据制作的三维等电位图来进行房颤的电生理研究,并且得出与前人论文相同的结论,从而进一步验证了系统的效能。

目录

中文摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 背景综述

1.2 房颤的电生理研究及心脏标测

1.3 常见的心脏标测方式

1.3.1 十二导联心电图

1.3.2 体表标测

1.3.3 心内膜标测

1.3.4 心外膜标测

1.3.5 光学标测

1.4 标测中常用的图形表征方式

1.4.1 等电位图

1.4.2 等时图

1.4.3 积差分图

1.4.4 矢量图

1.5 标测中常用的插值方法

1.6 本文的主要内容

1.7 本文的主要创新点

第2章 全心房心外膜标测系统的研制

2.1 引言

2.2 标测系统的电极

2.3 多路心电放大器的设计

2.4 多路数据选择和数据采集卡

2.5 软件系统

2.5.1 标测软件需求综述

2.5.2 标测软件的架构设计

2.5.3 滚动显示和实时采集的设计方案

2.6 结束语

第3章 电生理标测的等电位图表征

3.1 电生理标测图表征

3.2 等电位图(Isopotential Map)与三维插值

3.2.1 等电位图制作中使用的软件工具包

3.2.2 多线程设计

3.2.3 插值

3.2.4 插值算法的验证

3.3 全心房心外膜标测系统的动物实验

3.3.1 实验方法

3.3.2 实验结果

3.4 将小波降噪引入等电位图

3.4.1 用正交空间来表征心外膜信号

3.4.2 小波变换回顾

3.4.3 小波基及镜像滤波器的选择

3.4.4 测量噪声的去除

3.4.5 信号小波去噪的实验

3.5 关于等电位图缺陷的讨论

3.6 心外膜信号特征波识别算法

3.6.1 心电记录的原理

3.6.2 局部激动时刻的判定方法

3.6.3 特征波形的定位

3.6.4 特征波识别实验

3.7 基于局部激动时间对准的等电位图修正算法

3.7.1 修正算法详述

3.7.2 修正结果演示

3.7.3 对引入修正算法后额外计算时间复杂度的讨论

3.8 结束语

第4章 房颤电生理的初步研究

4.1 迷走神经在心房上的分布

4.2 迷走神经对心脏电生理特性的影响

4.3 实验设计

4.4 实验结果

第5章 总结和展望

5.1 研究成果的总结

5.2 对未来工作的展望

参考文献

致谢

附录一 多道准同步采集卡的设计

附录二 绘图线程和数据线程的交互

附录三 3D作图线程和数据线程的交互

附录四 博士期间发表的文章