《基于盲信号分析的复杂心电信号检测关键技术》

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心血管疾病已经成为威胁我国国民健康的第一大疾病,我国心血管病患者数已超过3亿,并呈上升趋势。心血管疾病会引起心电信号的畸变,体表心电信号检测是心血管疾病预防诊断的常用手段。然而,体表心电信号具有混叠性、微弱性、差异性和强干扰等特点,导致心电信号分析的空间分辨率低、病理特征波提取困难、胎儿心电信号检测手段缺失等难题,给心血管疾病的临床诊断带来很大的困难。在国家自然科学基金、广东省社会发展重点项目等支持下,经十多年的理论与技术创新和产品研发,在国内外率先系统的开展基于盲信号分离的心电信号检测研究和技术攻关,在多导联心电信号检测、病理特征波提取和母胎心电信号分离等核心技术上取得重大突破,并将其应用到心电图机、监护仪和胎监仪中,为心血管疾病诊断和胎儿早期健康监测提供了有效手段。

1)针对传统12导联ECG空间分辨率低、无法检测左心室正后壁和右心室心肌缺血的难题,发明了十八导联同步动态ECG采集系统并提出了基于方差比的心电信号盲分离方法,实现了心房心室心电信号的同步动态检测,提高了左心室后壁和右心室心肌缺血的诊断效果;

2)猝死、高血压、冠心病和房颤是我国增长最快的心血管疾病,J、P、F三大病理特征波是这些疾病诊断的重要依据。针对现有技术手段难以准确地提取微弱的J波、P波和F波的医学难题,该项目发明了一系列基于盲信号分析的病理特征波提取方法,包括:基于希尔伯特黄变换和非负矩阵分解的J波提取方法,实现了J波和S波的分离,提高了猝死早期诊断的正确率:基于正交投影和独立分量分析的P波提取方法,解决了心房早搏时P波与T波混叠和心动过速P波被QRS波掩盖的问题,提髙了高血压心脏病和冠心病风险预测的准确率:基于独立分量分析和稀疏表示的分步F波提取方法,实现了QT段心室心电和F波的分离,突破了心室活动期内房颤诊断中F波提取难的问题。

3)针对母胎心电混叠信号中提取微弱胎儿心电信号的难题,发明了多模态胎儿心脏信号采集系统并提出了基于时域相对稀疏性的多通道胎儿心电信号盲分离方法,实现了母体心电信号干扰下微弱胎儿心电信号的提取,解决了胎儿先天性心脏病早期诊断、胎儿健康状况实时监测等难题。

获得授权国家发明专利27件、软件著作权9件,申请海外发明专利6件,发表高水平论文12篇:三大类产品均通过国家食品药品监督管理局等机构检测,并获得国家医疗器械注册证,通过10余家三甲医院的临床检验。项目成果已经在深圳理邦、广东宝莱特的三大类产品中规模化应用;三大类产品的国内国产市场占有率和出口市场占有率均排名第一:实现了由中低端向高端转型升级,提升了在欧美日韩等发达国家的高端市场份额,打破国外品牌在高端心电医疗仪器的长期垄断。产品覆盖国内480多家三级医院,7000多家一二级医院和30000多家基层卫生服务机构,近五年产生直接经济效益20.6亿元人民币,出口欧美日韩等100多个国家,创汇1.8亿美元。

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