[发明专利]心脏标测信号的网络建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种心脏标测信号的网络建模方法。

背景技术

心脏标测技术可对心脏电活动进行全面细致的观察，是研究复杂心律失常电生理机制的重要手段。目前研究心脏标测信号的方法有限，无论是时域或频域分析都存在一定的局限性，阻碍了复杂心律失常的电生理机制研究。以房颤为例：时域下，复杂多变的信号为异位兴奋灶的识别带来难度；频域下，信号的频率与心律失常维持机制间的关系仍有待探索。房颤时的心房电活动过去被认为是完全随机的，近些年的研究表明房颤时心肌细胞间存在着相互作用和影响，呈现出一定的时空组织性。但是现有研究一般都是单一部位的时频域分析，没有考虑各标测位点信息传递的空间特征。

发明内容

为了克服传统分析方法的局限性，本发明的目的在于提供一种心脏标测信号的网络建模方法。本发明运用网络理论、结合心脏标测技术，构建心脏电活动的网络模型。通过分析网络的拓扑结构特征及相关参数可研究心脏不同部位心肌电活动之间信息传递的空间特征。

本发明提出的心脏标测信号的网络建模方法，具体步骤如下：

(1)、利用心脏标测技术采集心脏上的心电信号；

(2)、将得到的心电信号中的每个感兴趣位点视作网络中的一个节点；

(3)、通过计算任意两节点心电信号的互相关系数，决定两节点间是否连边，如果该系数大于设定的阈值t（0<t≤1），那么两节点之间连边；假设网络中第i、j两个节点的心脏标测信号分别为x_i、x_j，那么节点i、j间的互相关系数r_ij的计算公式如下：

其中N为信号长度。当r_ij大于设定的阈值t时，节点i、j间有一条连边，节点间的连边反映节点信号的相似程度及节点间的相互作用；

(4)、计算每个节点与其它节点的连边数，记作该节点的度，用面积的大小来反映节点度的大小，度越大的节点面积也越大；

(5)、每隔一段时间采集一段心脏标测信号，做出该时段下的网络模型，观察前后时间段下网络模型的拓扑结构及相关参数（如：网络连边数和节点的度等）的变化，以供研究网络的演变规律。

本发明中，步骤(3)中所述连边为无向无权边、有向边或有权边中任一种。 

本发明中涉及两个基本元素组成：节点和连边。构建本发明所提出的网络之前先要采集心脏的标测电信号，将感兴趣的标测位点作为节点，节点间的相互关系决定是否在节点间连边，从而得到整张网络。具体阐述如下：

1. 网络的节点

通过心脏标测技术，采集心脏上感兴趣区域的心电信号。将每一个标测位点作为网络的一个节点，因此，心脏上所有标测位点组成了网络的所有节点。

2.  网络的连边

对于每一个感兴趣的标测位点（即网络中的每个节点），在某一段时间内都可以采集到一段心电信号。对于每个节点，如果该段心电信号与其它每一个节点相同时间段下的心电信号互相关系数大于设定的阈值t（0<t≤1），那么两节点之间连一条边。例如：假设网络中第i、j两个节点的心电信号分别为x_i、x_j，那么节点i、j间是否连边取决于x_i、x_j的互相关系数r_ij。r_ij的计算公式如下：

其中N为信号长度。当r_ij大于设定的阈值t（0<t≤1）时，节点i、j间有一条连边。节点间的连边反映节点信号的相似程度及节点间的相互作用。

3.  网络节点的度

计算每个节点与其它节点的连边数，记作该节点的度，节点的度越大，代表与其它节点的连边越多，度越大的点在网络中的地位越高。

4.  网络的演变

每隔一段时间采集一段心电信号，做出该时段下的网络模型。按照时间顺序，观察前后时间段下网络模型的拓扑结构及相关参数（如：网络连边数和节点的度等）的变化，研究网络的演变规律。

本发明中，网络的节点是心脏标测信号的每一个感兴趣的位点，但也可推广至体表心电信号。

本发明中，决定节点间是否连边的互相关系数取值为0到1之间，该取值越大说明网络节点间存在连边的条件越苛刻，节点间的信号须越相似。

本发明中，节点间的连边采用的是无向无权边，即不规定边的方向或权重，但也可推广至有向边或有权边。