基于公共数据库数据的心电图间期序列符号动力学分析

摘要

背景：冠心病导致的心肌缺血是恶性心律失常和心源性猝死的重要诱因。已有大量的实验证实，自主神经系统与心血管疾病的病死率，包括心源性猝死（SCD）有着密切的联系。与心肌缺血相关的自主神经活动的研究对于全面认识心肌缺血有着重要的作用。动态心电图是目前对于心肌缺血最为有效的监测手段。本研究拟利用动态心电图数据，以心电图间期时间序列为基础，采用短时序列的符号动力学方法，分析心肌缺血过程中自主神经活动变化，探讨心肌缺血的发生和发展过程中交感神经和迷走神经的相互作用的动态变化以及可能产生的影响。此外，通过健康人RR间期和QT间期序列的联合分析，探讨表征心率变异性（HRV）和QT变异性（QTV）一致性的方法及其影响因素，以期更多地提取蕴藏在动态心电图信号中的信息。
　　 方法：选取Long-term ST-T（LTST）数据库作为心肌缺血分析的数据来源，根据筛选原则，从中选出193段时长从54 s到45 min不等的缺血段进行RR间期序列符号动力学分析；进一步对其中145段进行RR间期和QT间期序列的符号动力学对比分析。对于每一缺血段，分别选取其前后5 min作为对照段，形成一个完整的待分析段。符号动力学分析方法中，以3个心拍为一符号单元，每一单元中心拍可能的变化趋势存在4种模式，将每一待分析序列中各种模式所占百分比分别记为0V％，1V％、2LV％和2UV％。对每一待分析段，分别计算缺血前、缺血中和缺血后的符号动力学分析参数。采用重复测量的方差分析，分别对缺血前与缺血中，缺血前与缺血后进行对比。在RR间期序列分析中，用0V％与2UV％之比表征自主神经的平衡，以缺血持续时间的对数为横坐标，以自主神经平衡向交感神经更占优移动（0V％与2UV％之比增大）的缺血段的比例数为纵坐标，进行线性拟合，分析心肌缺血持续时间与缺血时自主神经响应模式之间的关系，并进行拟合优度检验。
　　 选取Fantasia Database中的RR间期序列数据，进行健康年长者和年轻人符号动力学分析指标的年龄和性别差异分析；选取Normal Sinus Rhythm Database中的RR间期序列数据，进行健康人符号动力学分析指标的昼夜差异分析。此外，从每个长时RR间期序列中随机挑选2000段长度为100心拍的短时RR间期序列，同时选取与之相对应的短时QT间期序列。对于每个短时RR间期和QT间期序列，分别计算其符号动力学指标（0V％，2UV％），得到配对的HRV和QTV指标。计算这些配对指标的二维概率密度函数，并据此估算每对指标的互信息值。对这些互信息数据分别就年龄、性别和昼夜因素进行配对t检验。
　　 结果：较之心肌缺血前后，心肌缺血过程中RR间期序列的0V％显著增加而2UV％显著减小，反映了交感神经活性的增加和迷走神经活性的减弱，但这种自主神经平衡向交感神经更占优移动的趋势随着缺血持续时间的延长而减小，提示可能存在的对心脏的保护作用。对QT间期序列的符号动力学分析体现了相同的变化趋势。
　　 对于健康人，RR间期序列的0V％随年龄的增大而显著增大，2UV％随年龄的增大而显著减小；除年长组男性0V％显著大于女性外，其它均无显著性别差异；QT间期序列的0V％、2UV％不存在年龄、性别上的显著差异。对于RR间期和QT间期序列，白昼0V％显著小于夜晚，白昼2UV％显著大于夜晚。对于配对的RR间期和QT间期序列的分析指标，即配对0V％和配对2UV％，它们的互信息值于年龄、性别和昼夜无显著差异。
　　 结论：本研究运用符号动力学方法，分析心肌缺血发生过程中RR间期和QT间期序列的动态变化特性。提出以RR间期序列的0V％与2UV％之比评价自主神经的平衡，并探讨缺血持续时间与这种平衡移动之联系。符号动力学分析为研究心肌缺血中自主神经的调制提供了一个敏感的工具。
　　 互信息用于配对的符号动力学HRV和QTV指标分析，其结果反映出在健康人中具有一致性，且少有影响因素，为弱化个体差异提供了分析思路。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 心肌缺血与心率变异性

1.2 心肌缺血与QT问期变异性

1.3 HRV分析方法

1.4 数据采集、分析平台

1.5 研究目标和技术路线

第二章 心肌缺血中的符号动力学分析

2.1 材料与方法

2.1.1 LTST数据库简介

2.1.2 符号动力学方法

2.1.3 LTST数据库分析流程

2.2 心肌缺血中HRV分析

2.2.1 结果

2.2.2 讨论

2.3 心肌缺血中HRV与QTV对比分析

2.3.1 结果

2.3.2 讨论

2.4 本章小结

第三章 基于健康人数据库的HRV与QTV联合分析

3.1 年龄、性别、昼夜节律对HRV、QTV的影响

3.1.1 材料与方法

3.1.2 结果

3.1.3 讨论

3.2 应用互信息方法计算HRV与QTV的一致性

3.2.1 互信息方法

3.2.2 结果

3.2.3 讨论

3.3 本章小结

第四章 总结

4.1 关于研究分析方法

4.2 本研究的主要工作

4.3 本研究的主要结论

4.4 本研究的特点

参考文献

文献综述

参考文献

发表论文

致谢