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1、(10)申请公布号 CN 102314684 A (43)申请公布日 2012.01.11 CN 102314684 A *CN102314684A* (21)申请号 201110199605.4 (22)申请日 2011.07.18 G06T 7/00(2006.01) (71)申请人 复旦大学 地址 200433 上海市杨浦区邯郸路 220 号 (72)发明人 杨翠微 孙莉倩 (74)专利代理机构 上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人 张磊 (54) 发明名称 评价 Lorenz 散点图离散程度的量化方法 (57) 摘要 本发明涉及一种评价 Lorenz 散点图离散程 度的量化方法。
2、。具体步骤为 (1) 求出散点图的 几何中心， 散点图中的每一点都有对应的横坐标 和纵坐标， 而几何中心则是横坐标、 纵坐标的平均 值， 通过统计平均的算法得到 ； (2) 计算几何中心 到坐标系原点 O 的距离， 得到归一化长度 ； (3) 采 用统计平均的算法， 计算散点图上每一散点距几 何中心的距离， 并求出所有距离的平均值 ； (4) 将 步骤 (3) 所得距离的平均值除以步骤 (2) 所得归 一化长度， 得到的商即为等效半径， 用圆的等效半 径来评价散点图的离散程度。本发明不仅从几何 的角度， 为使用者提供一个直观的描述散点图离 散程度的量化指标， 还具有很高的抗噪性能。 本发 明的。
3、抗噪性能强于传统量化方法。使用者可根据 圆 （或球） 的等效半径大小来评价散点图的离散程 度。本发明还可用于早搏等心律不齐以及房颤等 复杂性心律失常的量化研究， 扩大了研究范围。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 CN 102314688 A1/1 页 2 1. 一种评价 Lorenz 散点图离散程度的量化方法， 其特征在于具体步骤如下 ： (1) 求出散点图的几何中心 散点图中的每一点都有对应的横坐标和纵坐标， 而几何中心则是横坐标、 纵坐标的平 均值， 通过统计平均的算法得到 ； (2) 计。
4、算几何中心到坐标系原点 O 的距离， 得到归一化长度 ； (3) 采用统计平均的算法， 计算散点图上每一散点距几何中心的距离， 并求出所有距 离的平均值 ； (4)将步骤(3)所得距离的平均值除以步骤(2)所得归一化长度， 得到的商即为等效半 径， 用圆的等效半径来评价散点图的离散程度。 权 利 要 求 书 CN 102314684 A CN 102314688 A1/3 页 3 评价 Lorenz 散点图离散程度的量化方法 技术领域 0001 本发明涉及一种评价 Lorenz 散点图离散程度的量化方法。 背景技术 0002 Lorenz 散点图是具有非线性混沌特性的多维 “空间结构” 的截面。
5、图， 用于观察和研 究非线性系统的演化规律。由于此方法是由 Poincare 首先建立的， 所以亦称 Poincare 截 面。 0003 Lorenz散点图属于非线性分析方法。 近年来， 非线性科学迅速发展， 并被用于人体 心率变异性的研究中。非线性检测方法能捕捉到更多人体生理病理信息。 0004 目前动态心电分析仪中多数都装载 Lorenz 散点图制作系统， 但往往只通过散点 图的形状为临床提供诊断信息， 散点图的量化分析涉及较少。为数不多的量化方法通常仅 计算散点图中某一方向上相距最远的两个散点之间的距离， 存在算法过于简单、 抗噪声性 能较弱等缺点， 不适合复杂心律失常情况下心电信号的。
6、分析。 发明内容 0005 为了克服传统 Lorenz 散点图量化方法的缺点， 尤其是抗噪性能较弱的缺陷， 本发 明的目的在于提出一种全新的用以评价 Lorenz 散点图离散程度的量化方法。此法不仅抗 噪性能明显强于传统方法， 而且能用于分析房颤等复杂心律失常下的心电信号， 提供更有 价值的诊断信息， 以供参考。 0006 本发明提出的评价 Lorenz 散点图离散程度的量化方法， 是以一种名为 “等效半 径” 的量化指标， 将散点图中所有的散点等效到一个圆上， 用圆的等效半径来评价散点图的 离散程度。具体步骤如下 ： (1) 求出散点图的几何中心 散点图中的每一点都有对应的横坐标和纵坐标， 。
7、而几何中心则是横坐标、 纵坐标的平 均值， 通过统计平均的算法得到 ； (2) 计算几何中心到坐标系原点 O 的距离， 得到归一化长度 ； (3) 采用统计平均的算法， 计算散点图上每一散点距几何中心的距离， 并求出所有距离 的平均值 ； (4)将步骤(3)所得距离的平均值除以步骤(2)所得归一化长度， 得到的商即为等效半 径， 用圆的等效半径来评价散点图的离散程度。 0007 本发明中， 几何中心的横坐标是散点图中所有散点横坐标的平均值， 而其纵坐标 是散点图中所有散点纵坐标的平均值。 0008 本发明中， 平均距离是指散点图中所有散点距几何中心距离的平均值。 0009 本发明中， 归一化长。
8、度是指几何中心距坐标原点的距离。 0010 本发明中， 最终的量化指标 “等效半径” 是平均距离除以归一化长度得到的商。 0011 本发明主要使用的计算方法是统计平均和归一化。此外， 本方法还可推广至三维 说 明 书 CN 102314684 A CN 102314688 A2/3 页 4 Lorenz 散点图的量化评价中。此时的 “等效半径” 将从二维图中圆的等效半径变为三维图 中球体的等效半径。 0012 本发明的有益效果 ： 1. 由于计算的是散点距几何中心的平均距离， 且进行了归一化， 这种统计平均的方法 大大削弱了噪声对结果的影响。因此， 该方法的抗噪性能强于传统量化方法。 0013。
9、 2. 引入了一个几何概念来描述散点图的离散程度， 将其等效到一个以几何中心为 圆心的圆上 （对三维散点图而言， 则是球体上） ， 使用者可根据圆 （或球） 的等效半径大小来 评价散点图的离散程度。 0014 3. 该方法还可用于早搏等心律不齐以及房颤等复杂性心律失常的量化研究， 扩大 了研究范围。 附图说明 0015 图 1 是本发明中用于绘制散点图的原始信号示意图。 0016 图 2 是散点图的绘制原理示意图。 0017 图 3 是本发明的量化方法示意图。 0018 图 4 是用来说明本发明的抗噪性能优于传统量化方法。 0019 图中标号 ： 1 为原始信号的第一次激动波形 ； 2 为原始。
10、信号的第二次激动波形 ； 3 为第一和第二次激动的时间差， 即激动间期， 记作 ： d1 ； 4为紧随d1后的又一个激动间期， 记 作 ： d2 ； 5 为一次早搏的激动波形 ； 6 为早搏与前一次激动的激动间期， 记作 ： d3 ； 7 为早搏与 后一次激动的激动间期， 记作 ： d4 ； 8 为坐标原点， 记作 ： O ； 9 为坐标系横轴， 记作 ： x ； 10 为 坐标系纵轴， 记作 ： y ； 11 为散点群， 它是散点图的主体 ； 12 为散点图的几何中心， 记作 ： A ； 13 为散点到几何中心的平均距离， 记作 ： D ； 14 为几何中心到原点的距离， 即归一化长度， 记。
11、 作 ： K ； 15、 16 为由于早搏 （或其它原因） 产生的远离散点群的孤立点， 记作 ： P2、 P3 ； 17 是运 用传统散点图量化方法计算得到的短轴， 记作 ： SA。 具体实施方式 0020 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 0021 实施例 1 ： 参见图 1、 2， 简单介绍 Lorenz 散点图的绘制原理。传统的 Lorenz 散点 图多用于研究体表心电信号， 是由 RR 间期绘制而成的。散点图中的每一个点都有其横、 纵 坐标 ( x， y )， 把每一个 RR 间期及紧随其后的一个 RR 间期分别作为散点的横、 纵坐标。本 发明中用以绘制散点图的原始信号是心房。
12、心外膜标测电信号， 如图 1 所示， 所以用心房电 信号的激动间期来代替 RR 间期。图 1 中横轴代表时间， 单位为秒 （s） ， 纵轴代表信号电位幅 度， 单位为伏特 （v） 。图 1 中 d1 和 d2 分别为第一和第二次激动间期， 分别将 d1、 d2 作为散 点的横、 纵坐标， 就可以确定第一个散点 （记作 ： P1(d1， d2)） 在图中的位置， 如图 2 所示。依 次类推， 可以得到 P2(d2， d3)、 P3(d3， d4) 等其余散点的位置。 0022 实施例 2 ： 参见图 3， 本发明的量化分析的具体步骤如下 ： 1. 求出散点图的几何中心 散点图中的每一点都有对应的。
13、横、 纵坐标， 而几何中心则是横、 纵坐标的平均值， 并将 其记作 ： A ； 说 明 书 CN 102314684 A CN 102314688 A3/3 页 5 2. 计算几何中心 A 到原点 O 的距离， 得到归一化长度， 记作 ： K ； 3. 计算散点图上每一散点距几何中心 A 的距离并求出所有距离的平均值， 记作 ： D ； 4. 将距离的平均值除以归一化长度 K， 得到的商即为 “等效半径” 。 0023 实施例 3 ： 参见图 1、 4， 当原始信号出现早搏或其它心律失常情况时， 本发明的量 化方法较传统量化方法有更高的抗噪性能。图 1 中， 5 为一次早搏， 由于激动过早出现。
14、， 使 得它与前一次激动的激动间期较小， 如图 1 中的 d3 所示。生理学上， 早搏与其后一次激动 的激动间期往往会比较大， 称之为代偿间歇， 如图 1 中的 d4 所示。由于出现了早搏， 激动间 期 d3、 d4 不再像之前的 d1、 d2 那样规整， 会导致散点图上出现孤立的散点， 如图 4 中的 P2、 P3 所示。当原始信号整体比较规整， 只是偶尔伴有一次早搏时， 即其对应的散点图中的散 点整体比较聚集， 仅存在少数几个孤立点时， 这些孤立点不应在散点图的量化分析中成为 决定因素， 因而被视为噪声， 不予以考虑。 然而， 传统的量化方法， 通常仅计算散点图中某一 方向上相距最远的两个。
15、散点之间的距离， 却不考虑这两个点是否能代表整体散点的离散程 度， 即是否是噪声。如图 4 所示， 它就是传统方法中的一种， 用以计算沿着垂直于横、 纵坐标 轴夹角平分线方向上相距最远的两个散点之间的距离， 称为短轴， 记作 ： SA。 显然， 在图4中 散点整体比较聚集， 孤立点 P2、 P3 是噪声， 将其间距 SA 用作衡量散点离散程度的量化指标 是不合适的。 本发明的量化方法对所有散点进行计算， 即使存在少数噪声， 通过求平均和归 一化， 能够大大削弱噪声对最终结果的影响。因此， 本发明的抗噪性能优于传统量化方法。 0024 上述实施例并非对本发明的限制， 本发明的具体计算步骤也不局限。
16、于上述实施 例。 在本发明的实质范围内， 无论是用何种信号绘制成的散点图 （心外膜标测信号或体表心 电信号等） ， 也无论是针对 Lorenz 散点图或是其它散点图， 只要是基于散点群的量化， 如若 使用了本发明的思路， 对计算方法做出的修改、 替换和添加都应属于本发明的保护范围。 说 明 书 CN 102314684 A CN 102314688 A1/4 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102314684 A CN 102314688 A2/4 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 102314684 A CN 102314688 A3/4 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 102314684 A CN 102314688 A4/4 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 102314684 A 。