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电阻抗断层成像技术的心肺信号降维集合经验模态分解方法研究

Study on Extraction Method of Reduced-Dimensionality Ensemble Empirical Mode Decomposition for Cardiopulmonary Signals Based on Electrical Impedance Tomography Technology

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摘要心脏射血与肺通气活动信息的实时获取具有重要临床意义.本研究提出了一种基于胸部电阻抗断层成像(EIT)的心肺信号降维集合经验模态分解方法,以同时分离胸部EIT数据中的心脏射血和肺通气活动信号.招募9名志愿者进行了 EIT胸部数据采集.首先,根据屏息状态下胸部EIT数据中心脏活动信号的强弱对测量通道分类;随后,使用集合经验模态分解方法对自主呼吸状态下的EIT数据进行分解,并根据频谱特性对分解出的各分量归类,以得到肺通气EIT信号;然后,结合带通滤波方法,同时依据前述通道分类对心脏活动信号降维,得到心脏活动EIT信号;最后,重构得到通气相和心搏相EIT图像序列.结果表明,该方法可在通气相图像的肺区能够获得最高的肺通气功率谱峰(52.71±1.39)dB,在心搏相图像的心脏区域能够获得最高的心脏活动功率谱峰(43.05±3.26)dB,表明保留的通气信息和心脏活动信息非常丰富,同时在通气相图像心脏区域获得了最低心脏活动相关功率谱峰(10.02±2.65)dB,表明心脏活动的抑制效果更佳,相较于参考方法均有显著性差异(P＜0.05).研究表明,该方法可以有效分离肺通气与心脏活动相关信号,分别保留各自活动信息并抑制心脏对肺区成像的影响,同时实现对干扰信号的有效抑制,为临床上提供更加准确的治疗策略指导奠定基础.

作者李坤 ^[1] 李蔚琛 ^[2] 郭奕彤 ^[3] 王伟策 ^[4] 王煜 ^[5] 闫孝姮 ^[5] 史学涛 ^[4] 学术成果认领

作者单位辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛 125105;空军军医大学生物医学工程系,西安 710032 ^[1] 西北大学生命科学学院,西安 710127 ^[2] 空军军医大学生物医学工程系,西安 710032;空军军医大学唐都医院超声诊断科,西安 710038 ^[3] 空军军医大学生物医学工程系,西安 710032 ^[4] 辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛 125105 ^[5]

关键词电阻抗断层成像集合经验模态分解心脏活动相关信号肺通气 electrical impedance tomography ensemble empirical mode decomposition cardiac activity related signals lung ventilation

分类号 R318（医用一般科学）

栏目名称

论著

DOI 10.3969/j.issn.0258-8021.2024.05.003

发布时间 2024-12-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

基金项目

国家重点研发计划（2022YFC2404803）科技委基础加强计划重点基础研究项目（2019-JCJQ-ZD-115-00-02）国家自然科学基金（52207008）