基于心电信号的肺癌诊断基础研究

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1、资助项目：国家自然科学基金（0401180016）基于心电信号的肺癌诊断基础研究BasicResearchonDiagnosisofLungCancerBasedonECGSignal工程领域：控制工程作者姓名：张明指导教师：岳士弘教授企业导师：陈军主任医师天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月摘要生物体的生物电现象和生物组织的阻抗特性都是生物体所固有的特性，两者都携带丰富的生理病理信息，虽然近年来对两者都有不少的研究，也有些进展，但是对两者关系或其影响方面却并没有相关研究。本文分别在对心电信号与肺部组织阻抗特性进行研究的基础上，又

2、对两者关系做初步研究，提出了新的肺癌诊断的方向。本文的研究工作主要有如下几点：一、分别测量肺叶组织的正常部分和癌变部分的电阻抗特性信息。用安捷伦所生产的4294A型号阻抗分析仪，对肺癌患者手术中切下来的肺部组织癌变部分和其周围正常部分进行测量。对得到的阻抗特性结果展开定量分析和比较，对不同癌变类型肺部组织阻抗特性开展分析与研究。发现了肺部组织癌变后电阻明显变小，电导率随之变大；同时，癌变部分电抗特性与激励电流频率关系密切，其频率变化时电抗特性变化较为明显。正常的肺部组织电抗随激励电流频率增加会有2个波谷，而癌变后其电抗曲线只能看到1个波谷，其

3、相对介电常数曲线二者改变不太明显。二、测量了大量人体心脏正常、肺部正常患者与心脏正常、肺部癌变患者的心电图，并从数据库中筛选调取大量可用数据进行分析。针对数据库中心电图皆为纸质心电图，且目前医院心电图机皆无法读取数字信息不利于分析的问题，探索了更为合适的方法进行图像处理。针对有些心电图背景网格不清晰，边框不清晰，采用Hough变换无法进行倾斜校正而采用Radon变换进行校正时其运算量太大的问题，使用将二者融合起来的方法完成对心电图图像倾斜校正优化。图像处理方面引入卡尔曼滤波算法进行优化处理，改进了传统算法所引起的波形识别度降低等问题。三、比较

4、分析了肺部癌变患者与正常人胸前导联的差异。分别取左下叶腺癌、左下叶鳞癌、左下叶小细胞癌、左下叶大细胞癌与正常人为样本测量其心电图，提取其胸前导联开展对比分析，并对心电信号测量导联布置提出改进方向。关键词：生物电信号；心电图；数字化；肺癌；生物组织；图像处理；卡尔曼滤波IABSTRACTThebioelectricphenomenaoforganismsandtheimpedancecharacteristicsofbiologicaltissuesareinherentcharacteristicsoforganisms,bothofthem

5、carryawealthofphysiologicalandpathologicalinformation.Althoughtherehavebeenmanystudiesandachievementsonbothoftheminrecentyears,thereisnorelevantresearchontherelationshipbetweenthemandtheirimpact.BasedonthestudyoftheECGsignalandtheimpedancecharacteristicsofpulmonarytissue,th

6、ispapermakesaninitialresearchontherelationshipbetweenthetwoandproposesanewdirectiononthediagnosisoflungcancer.Themainresearchworkofthispaperisasfollows:First,wemeasuredandanalyzedtheimpedancecharacteristicsofnormallungtissueandcancerouslungtissuerespectively.Bothofthecancer

7、ouspartandthenormalpartofthelungtissuewhichwereexcisedfromthelungcancerpatientweremeasuredusingthe4294AImpedanceAnalyzerdesignedbyAgilent.Throughthequantitativeanalysisabouttheresultsandthecomparisonofdifferenttypesofcancerouslungtissueimpedancecharacteristics.Wediscovereds

8、ignificantlydecreaseontheresistanceafterthecancerationofthelungtissue,andtheelectr