基于心电信号的睡眠呼吸暂停综合征检测算法研究

来源 :河北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jifaling1
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
睡眠呼吸暂停综合征(Sleep Apnea Syndrome,SAS)是一种发病率极高却不易被察觉的睡眠疾病。它严重影响着人们的睡眠质量,更是导致高血压、中风、冠心病等危险性疾病的主要因素之一,严重时会造成夜间猝死。临床上通常使用多导睡眠仪诊断SAS,但其存在费时费力、检测费用昂贵、检测过程不舒适等缺点,导致大多数患者不能得到及时的诊断和治疗。当睡眠过程中发生呼吸暂停时患者心率变慢,恢复正常呼吸时心率在短暂增加后逐渐恢复正常,心电信号包含了可以表征SAS的主要特征,所以本文基于心电信号开发便捷、有效的SAS自动检测算法。目前基于心电信号的SAS检测算法大多集中于手动提取传统统计学特征或神经网络提取深层特征。前者高度依赖医学知识和波形提取准确性且提取的特征不全面,后者特征可解释性较差,指向性不强,导致模型鲁棒性较差。针对上述问题,本文开展了如下研究内容:(1)提出了基于单导联心电信号统计学特征的SAS检测算法。本文在单导联心电信号上提取心率变异性(Heart Rate Variability,HRV)的时域、频域、非线性特征,共17个特征参数对SAS进行检测。时域特征从心率变化的角度对SAS进行判断;频域特征从频谱角度分析了SAS对交感神经和副交感神经活性的影响;非线性特征从HRV信号的复杂度和长短期变化的角度对SAS进行判断。在Apnea-ECG数据库上通过5折交叉验证,该算法对一分钟长度的SAS段检测的平均准确率、敏感度、特异性分别达到95.79%、95.91%、95.68%。(2)提出了基于判别典型相关分析(Discriminant Canonical Correlation Analysis,DCCA)融合HRV统计学特征和心电信号波形深层特征的SAS自动检测算法。基于医学知识提取的统计学特征是针对HRV信号提取的多域特征,卷积神经网络提取的深层特征是针对心电信号波形提取的特征。本文采用DCCA将两类特征进行融合,不仅弥补了两类特征在特征提取上的不足,而且充分考虑了特征类内和类间的关系,最大化同类特征相关性的同时减弱不同类特征间的相关性,去除了冗余特征。在Apnea-ECG数据库上通过5折交叉验证,该算法对一分钟长度的SAS段检测的平均准确率、敏感度和特异性分别达到97.33%、97.73%和96.94%。且使用该算法对Apnea-ECG数据库的每条心电记录进行SAS检测,其准确率、敏感度、特异性均达到100%,实现了SAS的自动检测,为临床便携设备的实现提供了有力的理论依据。
其他文献
在人类的生活与工作中,上肢起着至关重要的作用。近年来,由于意外事故或疾病的发生,上肢功能缺失甚至伤残的患者数量日渐增长,这些上肢问题会对患者的生活品质造成严重的影响。医学研究表明,康复训练是辅助恢复上肢运动功能最有效地方式之一。但在康复训练的过程中,由于对动作的熟悉度低或是术后肌肉力量差,患者十分容易因为肌肉疲劳的累积而造成肌肉损伤。同时肌肉疲劳还会引起肌肉代偿导致患者原有的运动模式改变,这种改变
学位
脑-机接口(Brain-Computer Interface,BCI)通过计算机算法识别大脑活动并生成控制指令,构建了大脑与外部设备之间新型的通信方式。运动想象(Motor Imagery,MI)脑电信号(Electroencephalogram,EEG)因具有受试者主动想象而不需要外界刺激的特点,被广泛使用在BCI系统中,MI BCI也被认为是最具有潜力的方向之一。由于人类脑电信号存在微弱、非线
学位
随着科学技术的不断发展与进步,高灵敏度、宽带光响应的红外传感器被越来越多的应用到安全和医疗领域,在没有制冷设备的情况下,研究实现红外光的快速和高灵敏探测具有重要意义。本文研究了利用红外光辐照高品质因数(Quality Factor,Q)石英音叉(Quartz Tuning Fork,QTF)臂产生光声效应及热弹形变,通过压电效应将QTF产生的热形变转化为电信号,最后经过锁相放大器进行信号解调实现高
学位
脑肿瘤是一种严重威胁人类生命健康的恶性疾病,其发病率和致死率极高,目前仍然缺乏有效的治疗手段。脑肿瘤具有不同的组织学亚区,从多模态核磁共振影像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)中分割出脑肿瘤区域,有助于对患者进行早期诊断和后续治疗。然而,由于脑肿瘤结构复杂,肿瘤区域与正常组织的边界不易区分,通常情况下只能通过有经验的医生手动标注来进行肿瘤区域的分割。手动分割的方式费时
学位
负极薄膜材料在微型电池与全固态薄膜电池结构中扮演着重要的角色,对电池的电化学性能有着重要的影响。硒化锑(Sb2Se3)负极薄膜材料具有高理论比容量(670mAh/g)、化学性能稳定、低成本等优点,被认为是一种性能优异的锂离子电池负极材料。本文采用射频磁控溅射法制备微米厚度的Sb2Se3负极薄膜,深入研究磁控溅射工艺条件对Sb2Se3负极薄膜形貌、成分和电化学特性的影响,为进一步制备全固态薄膜电池提
学位
高通量表征技术可对金属材料进行跨尺度的全域分析,评价材料表面宏观特性、微观不均匀性及局部缺陷。辉光放电溅射源可沿样品表面的纵深方向,以大尺寸、平坦快速的方式逐层剥蚀样品,再将暴露出内部组织的样品送至多种分析仪器中进行成分、组织结构的分析,可作为金属材料的高通量表征样品前处理环节的关键设备。为解决高通量表征所需大尺寸溅射带来的同条件下溅射率较低的问题,本文研制了一种磁场增强型辉光放电溅射源,并对其性
学位
随着科技的进步与工业的崛起,人们的生存环境也遭到了破坏,因此大气环境监测、工业过程废气排放监测随之变得尤为重要;在生物医学领域,人体呼出的气体中包含很多种痕量气体,对某种痕量气体的检测可以进行特征疾病的预示,因此对于气体检测技术的需求日益提高。基于石英音叉的激光热弹光谱气体检测(LITES)是一种新型的气体检测技术,较其他技术具有成本低、灵敏度高、响应快等优势。本文主要利用基于石英音叉的激光热弹光
学位
部队士兵的射击水平影响着国防军队的现代化建设,然而目前在靶场中主要的训练方式还是人工报靶,此种方式存有许多的不足,比如效率低、安全保障低、易错报漏报、消耗人力等。而通过相关技术实现弹着点定位的自动报靶技术,既可以在一定程度上减少人力物力的浪费,又能使训练效率在很大程度得以提高,应用前景十分广泛。相对于传统的人工报靶方式,自动报靶技术能够消除人工报靶所造成的人为误差,提高部队整体的射击训练水平,满足
学位
心肌缺血是我国常见的心血管疾病之一,同时也是心肌梗死、心衰、猝死等其他心血管疾病的主要诱发因素。随着人们生活方式的改变,心肌缺血的发病率和死亡率逐年攀升,对人们的生命健康造成了极大威胁。早期发现心肌缺血,可以及时干预治疗,避免病情恶化为心肌梗死等更严重的疾病,及时挽救患者的生命。心电图是诊断心肌缺血最常用的方法,具有操作简单、价格低廉、无创伤的优势,随着互联网和人工智能的快速发展,利用心电信号进行
学位
在“碳达峰”和“碳中和”的背景下,分布式风电直流微电网以其控制简单、损耗较小的优势成为重点研究对象。风速的波动性、随机性以及负载投切都会引起系统功率波动,造成母线电压偏差,严重影响电能质量。混合储能技术既能平抑功率波动,又能发挥蓄电池与超级电容的低频、高频特性优势,延长储能元件寿命。为保证系统稳定运行与方便Web监控,本文以风储直流微电网为研究对象,主要研究混合储能功率分配、母线电压补偿及超级电容
学位