穿戴式心电信号处理的几个关键问题研究及在房颤检测中的应用
批准号:
82072014
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
魏守水
依托单位:
学科分类:
人体医学信号检测、识别、处理与分析
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
魏守水
中文摘要
随着大健康战略的实施和移动技术的发展,穿戴式生理信号的实时测量与处理成为现实.真正做到人体几个关键指标(如心电、脉搏、血压)在人体自然状态下的实时监控,可以早期发现50%以上人类健康问题。但实时和动态生理信号监控的数据量巨大、噪声强和大量的信息冗余,使得实时处理相对静态异常困难,成为穿戴式设备走向临床的瓶颈。鉴于此,项目以穿戴式心电在房颤疾病的早期发现、术后评价为突破口,针对信号处理的老问题(去冗余、去噪声),基于SQI指数发展心电信号质量评估理论与方法,筛选临床有意义的信号段;研究信号的稀疏性和信息融合理论实现稳健RR序列构建;发现RR序列不同时间尺度上的生物特征,为RR序列研究从静态走向动态、从统计有效到真正临床提供创新的理论和方法;最后针对临床常见的房颤疾病,探索AI诊断理论,建立临床房颤的预测与术后评价模型。
英文摘要
As the implementation the health strategy and the development of mobile technology, real time measurement and processing of wearable physiological signals are to become a reality.If a few key indicators (ECG\Pulse\blood pressure) are monitoring in the body's natural state, more than 50% of the early human health problems can be solved, but the dynamic monitoring of physiological signals lead to great amount of data and big noise and information redundancy, that make this work extremely difficult than that in static. It become the bottleneck of wearable devices come to clinical application. This research is on several key problems of wearable ECG signal processing and its application in atrial fibrillation detection. Aiming at the old problems of signal processing (de-redundancy and de-noise), the ecg signal quality evaluation theory and method are developed based on SQI theory.The sparse signal and information fusion theory are studied to realize robust RR sequence construction.The biological characteristics of RR sequence on different time scales were discovered, which provided innovative theories and methods for the study of RR sequence, to push this technology into clinical. Finally, Aiming at the common clinical atrial fibrillation diseases, the AI diagnosis theory was explored, and the prediction and postoperative evaluation model of clinical atrial fibrillation was established.
项目以穿戴式心电为代表的动态监测面临准自然状态下连续动态心电的高质量获取和不间断采集状态下的海量心电数据的实时分析处理二个难题,从信号的质量评估、稳健RR时间序列信号的获取及房颤动力学特征发现三个方面展开研究。1、在研究中发现更根本的就是动态信号的如何去噪的老问题,采用了信号评估和去噪相结合,把有效信号的选择转化为评价和去噪两个任务同步协调完成,相较于单纯去噪和评价,把去噪效果的时域内评价指标和临床医生观察信号的诊断指标结合起来构建联合损失函数取得了很好的效果,解决了信号分析领域的指标优秀与医生临床判断无效的矛盾。2、针对稳健RR序列获取,发现现在的长程信号分析是必须分段进行的,分段是建立在信号准确分割的基础上,因此动态环境下的心电波形定位(心电分割)尤为必须,因此研究了基于规则的、基于统计的、基于马尔科夫链的心电分割,其中基于马尔科夫链的方法取得了很好的效果,并优化了其使用版本。3、房颤动力学方面感觉意义不是很大,尝试了吸引子图、李雅普诺夫环等间接非线性指标对房颤检测不佳,因此这方面主要从深度学习和信息融合的角度开展,即多导联信息互补、相互指导、一维信号与多维信号的转换角度展开,通过损失函数的构建(引入重要特征、伪标签弱化等)确有很好的效果。4、研究基于数据驱动的深度学习房颤检测算法(多路径方法、多模态方法),虽然在训练数据库上获得优异表现,但泛化能力和可解释性不强,因此我们尝试了基于预模型的微调方法,获得初步成功,并在齐鲁医院和山东省立医院的双中心数据得到验证。5、为了简化动态移动的算力有限问题,开展了模型轻量化设计,把传统机器学习和深度学习结合,采用分布式结构大大简化了模型的复杂度,可以初步在FPGA上运行。6、用本项目的成果开展了血压无感在线测量的初步研究,把分类问题推广到回归问题,利用易测量的、无感的PPG信号及能够成熟测量的ECG信号获取受试者的血压回归图,并获得较好的结果,并从时域、频域、能量域、流形理论、信息学角度,借助机器学习、信号分析对深度学习模型尝试理解,从机制上解释分类与回归的本质,获得初步效果。
超声行波微流体驱动机理的试验研究
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批准号:51075243
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项目类别:面上项目
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资助金额:39.0万元
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批准年份:2010
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负责人:魏守水
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依托单位:
超声行波微流体驱动与控制技术研究
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批准号:10572078
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项目类别:面上项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2005
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负责人:魏守水
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依托单位:
国内基金
海外基金