心電混沌信號(hào)特征C0復(fù)雜度與急性冠脈綜合征的相關(guān)性

易力 李祥 李偉 王捷 楊紹汪

急性冠脈綜合征(ACS)是指以冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂或侵襲，繼發(fā)完全或不完全閉塞性血栓形成為病理基礎(chǔ)的一種臨床綜合征。急性心肌缺血是引起ACS的常見(jiàn)機(jī)制，心肌缺血時(shí)間延長(zhǎng)可導(dǎo)致心肌細(xì)胞損傷、壞死。臨床上用于檢測(cè)急性心肌缺血的方法很多，但最簡(jiǎn)單易行的方法是心電信號(hào)的檢測(cè)，主要是進(jìn)行心電圖ST段與T波改變的檢測(cè)[1-3]。然而，已有的研究表明，約10%的ACS患者的心電圖表現(xiàn)為正?；虼笾抡?，在疾病早期缺乏典型癥狀[4-7]。為了應(yīng)對(duì)現(xiàn)有研究存在的困難，一些研究者開(kāi)始以更為敏感的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，進(jìn)行可以對(duì)疾病起到輔助診斷作用的圖像學(xué)研究[8]。然而，這些研究無(wú)法將心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，因此判定存在主觀(guān)性。本文在基于心電動(dòng)力學(xué)C0復(fù)雜度可呈現(xiàn)混沌系統(tǒng)復(fù)雜性和隨機(jī)性的基礎(chǔ)上[9]，采集了30例健康者和30例心電波形無(wú)明顯改變的ACS患者的心電數(shù)據(jù)，截取ST-T段計(jì)算心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的混沌特征指標(biāo)C0復(fù)雜度進(jìn)行研究，探討心電混沌信號(hào)特征C0復(fù)雜度與ACS的相關(guān)性，為ACS患者的輔助檢測(cè)提供一種新的研究方向。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究在六盤(pán)水市人民醫(yī)院進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間為2018年1月至2018年4月，隨機(jī)獲取的待診人員納入六盤(pán)水醫(yī)院心內(nèi)科進(jìn)行確診，得到心電波形無(wú)明顯改變的ACS患者30例和健康者30例為研究對(duì)象；其中，健康者男24例，女6例，年齡為(35±15)歲；ACS患者中，男24例，女6例，平均年齡為(36±16)歲。

1.2 心電信號(hào)的數(shù)據(jù)取得

采用深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司的12通道心電圖機(jī)(Benherart R12A)采集健康者和ACS患者的12導(dǎo)聯(lián)心電信號(hào)，采集時(shí)間為12 s，采樣速率為1 kHz (A/D)。在獲得心電數(shù)據(jù)后，對(duì)其進(jìn)行濾波等預(yù)處理，獲得符合計(jì)算要求的樣本數(shù)據(jù)。

1.3 心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)提取

1.4 心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的C0復(fù)雜度指標(biāo)提取

C0復(fù)雜度是一種描述時(shí)間序列數(shù)據(jù)信息隨機(jī)程度的復(fù)雜性指標(biāo)[16-17]，是混沌系統(tǒng)量化特征指標(biāo)之一；心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)C0復(fù)雜度是描述心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的復(fù)雜程度及隨機(jī)程度， 表征心電動(dòng)力學(xué)混沌特征的指標(biāo)。

2 結(jié)果及分析

2.1 結(jié)果的統(tǒng)計(jì)

為了探索心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)C0復(fù)雜度與ACS的相關(guān)性，對(duì)健康人和ACS患者的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)C0復(fù)雜度的量化指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

圖1為健康人和ACS患者的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的C0復(fù)雜度的量化指標(biāo)值區(qū)間分布圖，圖2為心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的C0復(fù)雜度單因素方差分析結(jié)果圖。如圖1、圖2所示，健康人心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)C0復(fù)雜度的量化指標(biāo)值區(qū)間主要集中在0.2～0.5，ACS患者的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)C0復(fù)雜度的量化指標(biāo)值區(qū)間主要集中在0.5～0.9。2組數(shù)據(jù)的F=25.760，可知2組數(shù)據(jù)差異性的P<0.001，二者之間的C0復(fù)雜度量化指標(biāo)值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 健康人和ACS患者的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的C0 復(fù)雜度的量化指標(biāo)值區(qū)間分布

圖2 心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的C0復(fù)雜度單因素方差 分析結(jié)果 (○為異常值)

2.2 急性冠脈綜合征患者的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)各個(gè)維度的C0復(fù)雜度的結(jié)果研究

前面研究得到的健康人和ACS患者的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)C0復(fù)雜度量化指標(biāo)值的差異性結(jié)果說(shuō)明心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)C0復(fù)雜度與ACS具有明顯的相關(guān)性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了30例健康人和30例ACS患者的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)各個(gè)維度C0復(fù)雜度的相關(guān)性。

在X維度的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)中，健康人和ACS患者的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)C0復(fù)雜度量化指標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，2組數(shù)據(jù)的F=19.929、P<0.001，2組數(shù)據(jù)的C0復(fù)雜度在X維度上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

在Y維度的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)中，健康人和ACS患者的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)C0復(fù)雜度量化指標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，2組數(shù)據(jù)的F=0.083、P=0.774，2組數(shù)據(jù)的C0復(fù)雜度在Y維度上差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

在Z維度的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)中，健康人和ACS患者的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)C0復(fù)雜度量化指標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，2組數(shù)據(jù)的F=5.367、P=0.024，2組數(shù)據(jù)的C0復(fù)雜度在Z維度上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3 分析

從圖1、圖2以及統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算結(jié)果可以看出，ACS患者與健康人的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的C0復(fù)雜度間存在著顯著差異，心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的C0復(fù)雜度具有作為判別健康人和ACS患者的特征標(biāo)準(zhǔn)的潛在價(jià)值。

具體到心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)每一維度的C0復(fù)雜度，健康人和ACS患者的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的C0復(fù)雜度只在X維度差異有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的C0復(fù)雜度在不同維度上所表現(xiàn)出的復(fù)雜性有不一致性。

從數(shù)據(jù)分析可以看出，心電動(dòng)力學(xué)的C0復(fù)雜度計(jì)算數(shù)據(jù)與ACS具有明顯的相關(guān)性，具有作為ACS患者輔助檢測(cè)的潛在臨床價(jià)值。由此也為ACS患者提供了一種以心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的混沌特征指標(biāo)量化值為參考進(jìn)行輔助檢測(cè)的研究方向。

3 結(jié)束語(yǔ)

本研究以確定學(xué)習(xí)算法獲取心電信號(hào)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，基于混沌學(xué)理論計(jì)算得出心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的混沌特征指標(biāo)C0復(fù)雜度，通過(guò)對(duì)健康人和ACS患者的心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的C0復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異性比較與分析，表明了心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)更具有敏感性，基于混沌學(xué)理論計(jì)算的C0復(fù)雜度具有能夠表征ACS的價(jià)值。此外，本研究樣本量尚不夠充分、取樣人群?jiǎn)我?，?duì)研究結(jié)果可能會(huì)造成一些偏差，未來(lái)的研究應(yīng)針對(duì)心電動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行更多的混沌特征指標(biāo)計(jì)算、更多的波段數(shù)據(jù)截取、更多的樣本種類(lèi)及數(shù)量來(lái)進(jìn)行，并拓展到更多的疾病檢測(cè)研究當(dāng)中。