（电子科学与技术专业论文）粗糙集理论与CF模型在BCG自动识别中的应用研究.pdf

国防科学技术人学研究生院学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e mm e d i c i n ea n dt h ea d v a n c e m e n to ft e c h n o l o g y , m o r ea n d m o r ei n t e l l i g e n ti n f o r m a t i o np r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e sa r ea p p l i e d t r a d i t i o n a lm e t h o d sb a s e do n c o n f i d e n c ep u tm a n yr e q u i r e m e n t so ns t a t i s t i c sa n dp a r a m e t e r s t h e s ed e f a u l t sl i m i t e di t s a p p l i c a t i o ni na u t o m a t i cd i a g n o s e ss y s t e mo fh e a r td i s e a s e ( a d s h d ) g r e a t l y t h i sp a p e r c o m b i n e st h eu n c e r t a i n t yr e a s o n i n gm e t h o d sw i t ha t t r i b u t er e d u c t i o no fr o u g hs e tt h e o r y a c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cr e q u i r e m e n t so fi n t e l l i g e n td i a g n o s e ss y s t e mo fh e a r td i s e 醛e i ti s o r i e n t e dt ot h ef o u n d a m e n t a lr e s e a r c hw o r ka n dd e v e l o p sa ne x p e as y s t e mf o ra d s h d f i r s t l y , p r e v i o u sw o r ko na u t o m a t i cd i a g n o s e so fh e a r td i s e a s ei si n t r o d u c e da n ds e v e r a l m a i nt e c h n o l o g i e sa n dt h ef o u n d a m e n t a lp r i n c i p l e so fa d s h da r es u m m e du p s e c o n d l y , r o u g h s e tt h e o r yi si n t r o d u c e d ，t h e nt w on e wm e t h o d sf o ra t t r i b u t er e d u c t i o na r ep r e s e n t e da n d c o m p a r e dw i t hp r e v i o u sm e t h o d s w ea r et h ef i r s tt oi m p r o v et h ec fm o d e la d o p t i n gt h e a t t r i b u t er e d u c t i o no fr o u g hs e tt h e o r y a tl a s t ，a ne x p e r ts y s t e mf o ra d s h di sd e v e l o p e da n dt h e e f f i c i e n c yo f t h es y s t e mi ss h o w e di np r a c t i c a la p p l i c a t i o n a n dt h er a t eo f c o r r e c tr e c o g n i t i o ng e t t o w h a t w e w a n t k e yw o r d s ：r o u g hs e t ；a t t r i b u t er e d u c t i o n ；c - fm o d e l ；e x p e r ts y s t e m ；e c g 国防科学技术人学研究生院学似论文 图目录 图1 2 1心脏病珍断的基本过程3 图2 1 i 心脏解削和传导系统示意图6 图2 1 2静息或极化状态7 图2 2 1典型1 2 导联心电图波形9 图2 3 1典型心电图及各波段测量法示意图1 0 图5 4 1 初始证据模糊化3 7 图6 2 1专家系统的基本结构4 1 图6 2 2 专家系统的1 般结构4 2 图7 1 1心脏病智能诊断专家系统结构图4 4 图7 1 2 推理流程图4 5 图7 2 1 软件初始界面4 6 图7 2 2 导联规则录入对话框4 6 图7 2 3 疾病规则对话框4 7 图7 2 4 结果输出4 7 表目录 表2 4 1 心肌梗死定位珍断1 4 表4 2 1 汽车数据库决策表，2 3 表4 3 1 自建决策表2 7 表4 3 2 属性出现次数统计表l 2 8 表4 3 3 属性出现次数统计表2 2 8 表4 3 4 可辨识矩阵2 9 表7 3 1与同类产品对比表4 8 第i v 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下述行的研究工作及取缮 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料- 与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目：塑整塞堡垒查兰：! 熊型蕉生鱼鱼型堡型里! 鱼垒盟塑绽 学位论文作者签名：垄起亟焦日期：二口口牛年f f 月i 岁日 学位论文版权使用授权书 本入完全了解国防科学技术大学有关保留、使周学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目：粗筮啦丝垒毯型蕉兰笪鱼逝i 基型生鱼垂! 弛纽应 学位论文作者签名：丛美熊 作者指导教师签名 许 日期：2 口口牛年，月，岁日 日期：2 a 穸- 年f f 月岁日 国防科学技术人学研究生院学位论文 第一章绪论 生物体内各组织和器官活动时，无不伴有电的变化，统称为生物电现裂，这是生物细 胞兴奋的重要标志。因此，心肌细胞在其活动过程中，始终伴随着一系列电活动的变化。 由于各种病理原因引起的，山脏疾病，几乎都和心脏的生物电活动有关，心电图 ( e l e c t r o c a r d i o g r a me c g ) 是心血管疾病的渗断中十分重要的一种方法。由于e c g 诊断可 靠简便，对病人的无损性，使得其在临床上广泛应用，成为心脏病临床检查中最重要的一 种手段。计算机辅助的心电自动分析技术自五十年代产生以来，在波形检测、特征提取、 模式分类、辅助诊断方面取得了长足的进步。然而，目前其综合诊断的准确率不高，因此 极大地限制了它的应用范围。 1 。1心脏病智能诊断的发展历史与现状 心电信号( e l e c t r o c a r d i o g r a m e c g ) 是人类最早研究并应用于医学临床的生物电信号 之，它比其他7 l 三物电信号更易于检测，并具有直观的规律性。自1 9 0 3 年心电图引入医 学临床以来，无论是在生物医学方面，还是在工程学方面，心电信号的记录、处理与诊断 技术均得到飞速的发展，积累了丰富的资料。直到今天，心电信号的处理与诊断仍然是生 物学工程界的热点研究对象u 1 。 通常，心电图能直接反映人体心脏的健康状况，根据心电图的变化特征，结合其他临 床资料对诊断心脏病具有独到之处。虽然超声，心动图、彩色超声波等新的检测技术己广泛 应用于临床检查，近期又发展到了运用超导仪器检测生物体内的更微弱的磁信号，包括心 磁信号、脑磁信号等，但由于e c g 简便易行，检验花费很少，且对一些心血管疾病如心肌 缺血、房室肥大、各种心率失常的诊断有较大的准确性，所以仍是目前很实用的临床诊断 方法之一。然而，出于心电图是一门以图识病的特殊学科，各种图形、数据的变化微妙、 繁杂，且心电导联数目较多( 常用标准1 2 导联) ，临床医生在读图和诊断过程中，需要精 确测量大量的波形参数，同时还要具有丰富的临床诊断经验及理论知识，不经过数年甚至 数十年的实践是难以达到这个目标的，这势必影响医疗单位对l 临床心脏疾病的正确诊断， 经验不丰富的医务工作者判读困难且可能作出错误决策。另外，由于需要有专业知识的医 务工作者人工进行心电图阅读，所以不利于患者进行家庭自我检测，也不便于对一些特殊 地区( 如交通不便的山区) 的患者及时作出诊断。丌发计算机辅助心脏病智能诊断系统将 使这一状况得到极大的改善，临床医师可以快速自动获取心电图报告，并据此判别患者心 脏状态，再辅以患者其他临床资料可作出准确的病因、病情诊断。随着医疗器械家庭化的 发展，该系统还可以起到同常保健监测的作用，能够及时报告心电异常情况，为患者进一 步诊断、治疗赢得宝贵时问，具有重要的临床和实用价值。 心脏病的自动诊断具有明显的学术价值、社会效益及经济效益，国际、国内，学界、 业界甲已给以足够的重视，进行了深入研究并且已经有了一定程度的应用“6 。7 。由于 第1 页 国防科学技术人学研究生院学 = 论文 心电图在心脏病渗断中的广泛使用，人们早在1 9 5 7 年就丌始了心电信号在医学数掘自动 处理中的实验性研究。1 9 5 9 年荧国心脏联合会主席p i p b e r g e r 提出了自动渗断的模型，1 9 6 1 年s t a l l m a n n 和p i p b e r g e r 开始了e c g 波形自动识别的研究工作。第一个通过数字计算机 实现的能自动识别e c g 波形的系统是由p i p b e r g e r 丌发出来的。不久之后，c a n c e r s 设计 出了著名的b c a n ( 心电图分析) 系统。到1 9 7 4 年时，用于心电图诊断的程序大量涌现出来， 应用这些程序的系统被称为是第一代心电图诊断系统。此时的程序大多采用决策树结构进 行珍断，在此结构中，每个决策点依据已固定的门限值来确定“是否”的诊断结果，而实 际巾一个人的心电数据常常会有较大程度的变化，因而这些程序的适用性不强。1 9 7 5 年， 用丁第二代心电图诊断系统的程序出现了。在这个程序中，p i p b e r g e r 首次使用了统计学 中的b a y e s 决策理论进行e c g 分类。由于正常状态与患病状态本不存在明显的分界点，这 种确定疾病的存在概率的方法使e c g 分析向前迈进了一大步。但是，诊断结果的正确率高 度依赖于相关事件的先验概率，而事件问的相关性使得事件的先验概率难以准确获得，所 以该类系统的证确分辨率并不高。第三代系统的特点是将多种现有或者正在兴起的技术应 用其中，力图克服i ； 两代的不足，目前还处于研究阶段。如八十年代中后期，随着研究神 经网络的热潮再度掀起，用神经网络技术实现智能诊断的程序大量出现。1 “、“”3 。神经网络 使诊断系统有了较强的自适应学习能力和容错能力，但其仍存在着无法利用经验知识和不 利于解释实现机制的缺点。进入九十年代后，人们丌始将神经网络和模糊系统有机结合， 并将其应用到e c g 智能诊断当中。模糊神经网络融合了二者之长，弥补了各自的不足，使 e c g 智能诊断有了更大的发展。九十年代初，粗糙集理论在各个领域的成功应用使其得到 了越来越多人的关注。将有关的现代科学技术理论应用于医学行业，开发和研制完善的医 疗珍断自动化系统一直是科技领域和医学界工作人员的努力目标。随着计算机软硬件技术 的成熟发展和应用推广，特别是人工智能技术应用的逐渐普及，学术界和应用界对心脏病 智能诊断系统的开发研究将f 1 趋成熟。 就产品方面柬说，国外已开发出许多计算机辅助心脏病智能渗断系统的原型及商用系 统，如同本的f u k u d a 、荷兰的m e a n s 、美国的h e w l e t t p a c k a r d 等等。尽管国外的某些产 品在功能方面相对较强，但是价格十分昂贵，可诊断的心脏病种类比较少，而且对某些心 脏病诊断的正确率还不能满足实际的要求。国内的同类产品相对较少，且功能较弱，这主 要是由于其理论性强、技术难度大、周期较长且有风险等因素，许多研究所、公司、工厂 没有能力做或者不愿意做这方面的工作，因而目前国内心脏病智能诊断系统发展的较为缓 慢，其中比较成功的公司是北京的美高仪公司。研制功能强、通用性好、成本低廉的国内 自己的心脏病智能诊断系统非常必要，而且极具经济效益和推广价值。 第2 页 国防科学技术人学研究生院学位论文 1 2心脏病智能诊断系统概述 1 2 i 心脏病渗断的基本过程 医生在进行临床诊断时，首先需要观察常规的1 2 个导联上心电波的各组成部分，量 测i = | ；各波形的参数，在此基础k 半- r j 定心电图的各个组成波形足否正常，由各波形念与疾病 的因果关系推断出几种可能的病种假设( 一般不超过5 6 种) ，然后重点根据这几种假设的 疾病再次检验心电图的相关特征，同时考虑患者的年龄、性别、家族病史等辅助特征。如 果某种疾病对应的各个符征部得到了一定程度满足，那么病人患这种疾病的可能性就比较 大，医师就会以此作为最终的结论形成心电报告。这就是人类在临床心电领域运用经验性、 因果性及结构性知识进行诊断的过程。 为了实现计算机化心脏病智能诊断，得到接近或超过心电诊断专家水平的诊断结果， 必须真实地模拟人类的思维、渗断过程。我们将心脏病的诊断过程简单概括为数据采集、 特征提取与选择、综合诊断和结果描述四个部分，具体如图1 2 1 所示。 数据采集 特征形成 l 综台诊断 l 结呆描述 i 图1 2 1 心脏病诊断的基本过程 1 2 2 心脏病智能诊断系统的结构组成 仿照人类进行心脏病渗断的具体过程，基于心电图的心脏病智能诊断系统应由心电图 数据采集、特征提取与选择、智能识别与诊断、诊断结果描述等功能模块组成，下面分别 加以简单介绍。 1 e c g 信弓数据采集和预处理。这部分主要完成前端信号获取、信号放大、去除噪 声和基线漂移等。由于智能检测、现代信号处理等技术的成熟发展，在心脏病智能诊断系 统中这一部分是相对较容易实现的环* 。 2 特征提取与选择。次特征提取实现e c g 波形参数的识别，如获得各波形状特征、 第3 页 国防科学技术人学研究生院学位论文 幅度、宽度等数据，识别波群、判断波峰与波谷位置关系等，这部分是整个系统的基础和 关键环节之一，其准确性和可靠性将直接影响最终的渗断结果。分析表明，探索新方法以 捉高e c g 特征提取的准确性是改善系统自动诊断性能、扩大其应用范围的根本途径，作 为。前端的e c g 信号特征提取，这一部分应垓提供尽可能多而准确的e c g 波形信息。二次 特征提取对第一次特征提取后的结果进行选择和归类，判断某一类型的心脏病变时只考虑 与本类有关的特征。例如，对心房肥大的判断往往只需要各导联的p 波的特征，而对于心 室肥大的判断则主要依据q r s 波群的特征。 3 、心电模式智能识别与珍断。该模块的功能分两个步骤实现：首先应用某种智能诊断 方法对二次特征提取后的心电模式进行智能识别，输出心电报告并以数值形式给出病人患 有某种心脏病变的可能性大小，这一步骤的具体实现技术正是本论文要探讨的核心内容； 再利用信息融合、不确定性推理等智能处理技术，根据e c g 模式智能识别结果，结合其 他项目的检查情况以及患者相关临床症状、家族病史等资料，融入有关的临床诊断经验知 识，迅速准确地实现病情、病况的定位，最后给出诊断结果的具体描述。 现代先进的计算机心电图分析系统还具有数据管理、检索和远程通讯等功能。1 2 导联 同步心电图以及相应的临床资料可储存在数据库，医生可在诊所或家早观察分析病人的心 电图，并可通过网络系统在国家范围内或各固之问进行心电图信息传输和交流。 一般说来心电图自动分析系统大致有3 种类型：第1 类是建立心电图自动分析与处理 中心，采用中型或大型电子计算机，并用电话线路传输到各医院或医疗中心的终端设备。 第2 类是以医院为中心的专用系统，一般应用小型或微型计算机。第3 类是将心电图自动 分析装置组合在心电图机内，成为便携式的具有自动分析诊断的心电图机。 1 3研究内容和目标 论文的主体分为五部分。 第一章介绍了心脏病智能诊断的发展历史与现状，概述了心脏病智能渗断系统的几个 主要技术环节。 第二章讲述了心电图的基本工作原理，介绍了心电图上各导联、各种波形特征对心脏 疾病诊断的意义，并详细给出了心肌梗死的有关诊断规则。 第三章给出了一些粗糙集理论的基本知识，为第四章介绍粗糙集的知识约简提供必要 的理论基础。 第四章首先介绍了当前知识约简用到的主要方法以及这些方法的不足，接着提出了两 种新的知识约简的方法，并与其它的方法从复杂度、得到结果等方面进行了比较。然后讨 论了将料糙集的知识约简技术应用到心脏病智能诊断系统中的方法。 笫五章介绍了一些典型的不确定推理的方法，分析了它们在心脏病智能诊断系统中的 实用性。最后针对心电图诊断的特点，对其进行了改进。 第六章给出了一些关于专家系统的介绍。 第4 页 国防科学技术人学研究生院学何论文 第七章详细介绍了一个心脏病智能诊断系统的结构和功能，并利用前述方法实现了一 个专家系统，和现有的系统进行了比较。 第5 页 国防科学技术人学研究生院学位论文 2 1 1 心脏的解剖与生理 第二章心电图基本知识 2 1心脏的解剖及电生理特性 人的心脏分为四个腔：左心室、右心室、左心房及右心房，心脏四腔的功能为一双泵， 两个心室泵出血液，而两个心房起着支援泵的作用。心脏窦房结的激动传到心房后，使心 房收缩，心房内压升高，将其中的血液挤压入己大部分充满血液的心室，使心室突然伸展， 加强了心室肌的收缩力，右室泵出血液至肺循环，进行血液的氧合作用；而左室将氧合的 血液泵出至体循环。心脏的收缩由占心房与心室大部分的普通心肌纤维来完成，而在心肌 发生收缩之i j ，心肌必须受到激动，然后爿能引起心房、心室肌的机械性收缩。心脏的传 导系统由特殊的心肌纾维组成，它没有收缩性，但具有自发性产生激动( 自律性) 与传导激 动( 传导性) 的能力，因此由这两利，心肌纤维构成了心脏的激动与传导系统。 心脏传导系统是由窦房结、结问束、房室结、房室束、左右房室束支和p u r k i n g j e 纤维 构成。窦房结是心脏j 下常冲动的起源，位于上腔静脉入口与右心室交界处。结间束是窦房 结与房室结之间的传导径路，分为前、中、后三个传导束。房室结位于房间隔的右后部， 向下延伸为房室束，房室结与房室束构成房室交界区，再向前下伸延到室间隔膜部，分成 左、右房室束支，分别位于间隔的左、右侧内膜下。左束支在室阳j 隔左侧起始部位又分为 前上支和后下支两束纤维。右束支沿室间隔右侧下行直到心尖处刊开始分支为p u r k i n j e 纤 维。两侧束支在心室内膜下分成无数p u r k i n j e 纤维与心肌纤维相连接i l ”。 图2 1 1心脏解剖和传导系统示意图 生物体内各组织和器官活动时，伴有细胞电位的变化，将产生生物电现象，同样，心 肌细胞在活动过程中，始终伴随着电位的改变。一束心肌就如同一根电缆，由于局部已被 激动的细胞电位发生了变化，凼而刺激了邻近细胞，于是激动沿着被兴奋的心肌细胞向另 第6 页 国防科学技术人学研究生院学位论文 一个心肌细胞传导。 2 1 2 心脏的电生理 在静息状念下，由于细胞膜对钾离子有一定的通透性，而膜内外存在着显著的钾离子 浓度差，细胞内的钟离子浓度高出细胞外约3 0 倍，因此，少量的钾离子顺着浓度梯度向 外扩散，增加了细胞膜外的正电倚，这样，就以细胞膜为中心形成了电场，膜外为正电荷， 而膜内由于存在不能扩散的有机负离子而成为负电荷。山于这个电场的作用，使钾离子继 续外流受到阻碍，当由于钾离子浓度梯度而形成的向外扩散力和阻止钟离子外流的电场力 达到动念平衡时，细胞膜外的正电荷就稳定在一定的数值而卅i 再增加，这就是钾离子平衡 电位。通过细胞内的微电极，且使细胞外的参考电极为零，可以测得静息膜电位，其近似 等丁钏离子平衡电位。一般情况下。静息膜电位约为一8 0 一9 0 毫伏，此时没有电流产生， 此种状态称为极化状态。 图2 1 2 静息或极化状态 对f 钠离子，细胞外浓度显著高于细胞内，但静息细胞膜对钠离子的通透性小，只有 少量钠离子进入细胞内。当极化状态的心肌细胞某一部位受到刺激而兴奋时，细胞膜变为 对钠离子有较大的通透性，钠离子将进入细胞内，使膜电位降低，当膜电位降到闽值电位 时，膜对钠的通透性骤然增加，钠离子在电化学梯度作用下迅速进入细胞内，使细胞迅速 除极，由于细胞膜内增添了大量带正电荷的钠离子，这样会在刹那问使细胞内由原来的负 电位变为具有+ 2 0 + 3 0 毫伏的正电位。此时细胞膜内外电荷逆转，膜外为负电荷，膜内为 f 电荷，这称为除极过程。心肌细胞除极完毕后，细胞内过多的钠离子排出细胞外，同时， 也有较大量的钟离子向细胞外渗出，以后细胞内外钾与钠离子又重新分布，使细胞恢复极 化状态，这称为复极过程。 2 2 1 心电的产生 2 2心电的产生及心电图导联 心脏细胞除极与复极的 乜生理现象，是心脏运动的基础。由心脏内部产生的一系列非 常i 办调的电刺激脉冲，分别使心房、心室的肌肉细胞兴奋，使之有节律的舒张和收缩，从 而实现“血液泵”的功能，维持人体循环系统的证常运转。心电信号就是从宏观上记录心 第7 页 国防科学技术人学研究生院学但论文 脏细胞的除极与复极过程，从一定程度上反映了心脏各部位的生理状况。心电图的形 成足符部位心肌细胞动作电位变化的综合。用有特殊电放大作用和描记能力的设备一心电 图描记器，把每次心动周期的电位变化曲线连续的描记下米，这就足心电图。l j f 面己叙述 了心肌细胞的各种电生理特性、心肌细胞的除极与复极过程，但临床心电图学是将电极放 于身体的体表，体表电极所记录的心电图与微电极插入心肌细胞内所记录的动作电位不 同，因为心电图是许多心肌纤维同时除极或复极所形成的波形，所以从宏观米说，心电图 的发生与心肌纤维的除极与复极过程紧密相关。心肌在极化状态下，心电图记录仪上不能 记求出波形，在心电图纸上画出一横线，称为基线，说明心肌周围无电位差存在，没有电 流产g i 。当刺激心肌的左侧时，则除极过程由左向右进行，面对正电荷的电极描记向上的 波形；面对负电荷的电极描记向下的波形，电极放置的位置不同，记录仪所录得的波形也 不相同。当电极放在右侧，电极始终朝着负电荷，故记录出一个完全向下的波形；当电极 放在左侧时，l f 电荷总是向着电极，因此曲线不断上升，直到除极到达该点时才下降为零， 产生一个完全向上的波形。将电极放在心肌纤维的中点，当电偶刚到达或越过电极所在的 一点时，曲线突然朝下曲折，下降到基线或基线以下。在复极过程中，复极由右侧向左侧 进行，电偶的负电荷在前，f 电荷在后因此放在右侧的电极描记向上的复极波形；放在 左侧的电极描记向下的复极波形；放在心肌纤维中点的电极描记一个般向波形，由于复极 过程是通过细胞的代谢来完成的，因此波形小而宽。 2 2 2 心电图的导联 心脏除极、复极过程中产生的心电向量，通过容积导电传至身体各部，并产生电位差， 用会属板作为电极，连接身体任何两点，通过心电图机记录经过身体组织传到体表的心脏 电流，这种放簧电极并与心电图机连接的线路，称为心电图导联( 1 e a d ) 。心电图上所记 录的是i f 、负极电位差的变化，而不是绝对值，心电图机记录向上的波代表正电位，向下 的波代表负电位。目f j i 临床上常用的导联有下列数种： l 、标准导联 这是最早使用的导联，可以反映出两个肢体之问的电位差，办称双极肢体导联。其中， 导联i 的正极接左上肢，负极接右上肢；导联i i 的j 下极接左下肢，负极接右上肢；导联i i i 的正极接左下肢，负极接左上肢。 2 、加压单极肢体导联 为了能达到探测某一部位电位变化的目的，将安置在左、右上肢及左下肢的三个电极 连接到一点，称为中心电端，并且在各肢体通向此点的线路上各加一个5 0 0 0 欧姆的电阻， 以避免各肢体皮肤阻力差别的影响。描记心电图时，将中心电端与电流计的负极相连，将 左i 二肢、右上肢及左下肢分别连接至电流计的正极，即可得出各单极肢体导联，分别称为 v l 、v r 和v f ，实际中都使用加压单极肢体导联，其中a v l 是将探查电极置于左上肢，切 断中心电端与左上肢的连线；a v r 是将探查电极置于右上肢，切断中心电端与右上肢的连 第8 页 国防科学技术人学研究生院学忙论文 线：a v f 足将探查电极置于左f 肢，切断中心电端与左下肢的连线。 3 、胸导联 为了更清楚地反映探查电极探测的心肌电流大小，还设立了单极胸导联，探查电极距 心脏很近，能从不同角度反映心肌的电激动。连接时将负极接于中心电端，探查电极接于 胸前，因胸曲面积较大，常划分为六个位置，分别是导联v 1 、v 2 、v 3 、v 4 、v 5 和v 6 。 临床上除了常用的导联以外，为了诊断需要，有时还做一些不常用导联，如右胸导联、 食道导联等，由j 二在萨常情况下，描记1 2 个常规导联心电图己经够用，所以在此不再详 述。一个l l ：常的典型1 2 导联心电图波形如图2 2 1 所示。 图2 2 1 典型1 2 导联心电图波形 2 3心电各波的形成及其生理意义 在描记心电图时，无论采取哪一组导联方式，在每一个心动周期中所记录的基本波 形都大同小异。图2 3 1 是一个心动周期内的e c g 信号波形，一般出现五个波，依次命名 为p 波、q r s 波群和t 波，有时t 波后面尚有一个小u 波。各波的形态、幅度、出现次序 与心房或心室的除极和复极有直接关系，这些波的命名是为了叙述和记录的方便，名词的 小身并没有任何意义。 第9 页 叫竹她 国防科学技术人学研究生院学位论文 r 卜一q - t 同期一 图2 3 1典型心电图及各波段测量法示意图 1 、p 波 p 波是心电周期的第一个波，由心房激动产生。心房正常激动起于窦房结，通过三条 结间束抵达房室结，同时激动心房肌产生p 波。p 波前半部分代表右房除极过程，后半部 分代表左房除极过程。 除a v r 导联中的p 波外，其他导联的p 波都呈向上的钝圆形，可有轻微切迹。p 波的 振幅( 电压) 为0 0 5 0 2 5 毫伏；波长( 也称时限) 为0 0 6 0 1 1 秒。p 波方向在i 、 i i 、a v f 、v 4 6 导联直立，a v r 导联倒置。在l i i 、a v l 、v l 一3 导联可直立、倒置或双向。 p 波的起始点代表心房兴奋开始，心房肥大时p 波的电压可增高，时限亦可延长。正 常窦性心率的p - pi 日j 期应小于0 1 2 秒，阃期缩小常见于窦性心动过速或阵发性窦性心动 过速；问期增大常见于窦性心动过缓；若各个p - p 问期显著不等，可见于窦性心率不齐、 窦房传导阻滞或窦性停搏。p 波的振幅和宽度超过上述范围即为异常，常表示心房肥大。p 波在a v r 导联直立，i i 、i i i 、a v f 导联倒置者称为逆行型p 波，表示激动自房室交界区向 心房逆行传导，常见于房室交界性心律，这是一种异位心律。 2 、q r s 波群 代表心室激动过程，房室结的激动经房室束、左、右束支及浦肯野纤维传到心内膜下 心肌后，爿开始在心肌中由心内膜面向心外膜面传递，使整个心室激动产生q r s 综合波。 第一个向下的波为q 波，其后向上的波为r 波，紧接着又一个向下的波称为s 波。如果s 波后面还有向上的波则叫r 波，再有向下的波则叫s7 波。 q r s 综合波的宽度即代表激动经房室束至两侧心室肌的全部激动所需时问，正常成人 为0 0 6 0 1 秒，儿章为0 0 4 0 0 8 秒。v l 、v 2 导联的室壁激动时间小于0 0 3 秒，v 5 、 v 6 的窒壁激动时问小于0 0 5 秒。q r s 波群时问或室壁激动时间延长常见于心室肥火或心 室内传导阻滞等。正常左心室电压在v 5 导联上r 波不应超过2 5 毫伏，v 5 导联r 波与v l 导联s 波振幅相加时男性 4 0 毫伏，女性 3 5 毫伏。正常右心室电压，v l 导联中的r 波 0 0 4 秒。坏死型q 波是急性心肌梗塞定位的主要依据。 另外，在背向心肌梗死区的导联上无病理性q 波，有普遍性s t 段压低，但a v r 导联 s t 段抬高。 2 4 2 急性心肌梗死发生后各时期的心电图改变 i 、超急性期： 约在梗死后1 0 余分钟到数小时内发生急性心肌缺血及损伤，多于发病后1 2 小时达最 高峰。心电图表现为： ( 1 ) t 波高尖：两支近乎对称，波形变窄振幅增高，顶端变钝，近似直立“冠状t 波” 为a m i 最早期出现的改变； ( 2 ) 急性损伤性阻滞：如左日口分支阻滞、左后分支阻滞、左或右双支传导阻滞； ( 3 ) 损伤性s t 段改变：面向梗死部位的导联s t 段呈背向上型抬高，损伤进展则s t 呈单向曲线抬商： ( 4 ) 由于心肌坏死尚可逆、肌膜电位不稳定，故可出现致命性心律失常。 2 、心梗充分发展期： 出现心肌梗死后1 4 周，可持续3 6 个月。心电图表现为： ( 】) s t 段呈弓背向上型抬高，与t 波前肢干h 连呈单向曲线，至s t 段恢复到等电位线， 其后半部可产生倒置t 波； ( 2 ) 进而出现坏死型q 波。 3 、慢性期： 梗死后数月至年，又称陈旧梗死期。心电图表现为： ( 1 ) s t 段逐渐下降至等电位； ( 2 ) t 波逐渐深倒或向上； ( 3 ) 坏死性q 波可持久存在，办可经数月至数午后自行消退或变浅； ( 4 ) r 波振幅较前稍低。 2 4 3 急性心肌梗死的定位判断 根抓急性心肌梗塞特征性心电图所出王见的导联可作出急性心肌梗塞的定位诊断 时间壁：v l v 3 ； 前壁：v 3 、v 4 ： 前侧壁：v 5 、v 6 、i 、a v l ； 广泛前壁：v 1 v 6 ； 高侧壁：i 、a v l 、v 6 ； 第1 3 页 国防科学技术人学研究生院学仿论文 下壁：l i 、i i l 、a v f ： _ f 侧壁：i i 、i i i 、a v f 、v 5 、v 6 ； 下问壁：i i 、i i i 、a v f 、v 1 、v 2 ； 具体参数如表2 4 1 所示： 袭2 4 1 心肌梗死定位诊断 前n u 壁前壁| j 侧壁，趁盯辈 高侧壁下壁下侧壁下问壁 v l + + v e +士 + v 3 + 士 + v d + + v s 士 + + v 6 +十+ + a v l士 +士+ a v f + + + i 土+士 + l i + + 上 1 1 1 + 上 注： + 指有异常q 波、s t 段抬高利或t 波倒置的梗塞图形出现。 一指表现为s t 段压低，t 波直立 指l u 能有梗塞图形出现 一般认为，坏死型qn n = t n 心电图导联愈多，梗塞范围就愈大，反之则愈小。临床 研究证明，用胸前心电图多位点q 波标测与血清肌酸磷酸激酶含量对比，结果q 波数愈多， 肌酸磷酸肌酶含量就愈高，说明坏死心肌也愈多。另外有人发现：i 、i i 、i i i 导联q r s 波群电压愈低，梗塞范围愈大，病死率也愈高。因此，分析心电图q 波和q r s 波电压， 可以估计心肌梗塞的范围，q 波数愈多，q r s 波群电压愈低，梗塞范围就愈大。 第1 4 页 国防科学技术人学研究生院学位论文 第三章粗糙集理论基础 3 1粗糙集理论的基本思想 人们为了掌握客观事物，按事物相似的程度组成类别，这就是分类。在已有分类的基 础上，通过学习和训练形成一定的规则，机器学习就足在这样规则的基础上，预测和判断 新例的类! i 】j 。而分类的基本思想就是把一些性质相同的元素归为一类；这罩所指的性质常 常“以认为是由一些基本属性和所讨论对蒙在浚属性下的墩值组成。粗糙集理论就是建立 在分类机制的基础之上，将分类理解为在特定空问上的等价关系，而等价关系构成了对该 空f u j 的划分。粗糙集理论将知识理解为对数据的划分，每一被划分的集合称为概念。粗糙 集理论的主要思想是在保持分类能力不变的i i 提下，通过知识约简，导出问题的决策或分 类规则。但是，由于这个理论没有包含处理不精确或不确定原始数据的机制，因此对对象 的分类是建立在已有知识的基础之上的；或者说在构建分类之前，如果已有知识是不完善 的( i n c o m p l e t e ) ，不精确的( i m p r e c i s e ) 都将直接影响着我们获取有价值的规则，这就要 求我们必须对其进行处理。粗糙集理论与其他处理) 二确定性问题的理论有很强的互补性， 例如文献【1 8 】就是把粗糙集和模糊集理论结合起来进行规则提取，而文献【1 9 】则提出 了、一种将粗糙集理论和神经网络相结合解决问题的方法。 3 2粗糙集理论的发展 粗糙集( r o u g hs e t ) 理论由z p a w l a k 于1 9 8 2 年提出的。由于最初关于粗糙集理论的研 究主要集中在波兰，因此当时并没有引起国际计算机界和数学界的重视，研究地域仅局限 于东欧的一些国家。 直到1 9 9 0 年前后，由于该理论在数据的决策与分析、模式识别、机器学习与知识发现 等方面的成功应用，爿逐渐引起了世界各国学者的广泛关注。1 9 9 1 年z p a w l a k 的专著粗 糙集关于数据推理的理论【2 0 】( r o u g hs e t s t h c o r e t i c a la s p e c t so fr e a s o n i n ga b o u t d a t a ) 问世，标志着该理论及其应用的研究进入了活跃时期。 1 9 9 2 年在波兰召丌了关于粗糙集理论的第一届国际学术会议。这次会议着重讨论了集 合近似定义的基本思想及应用，其中羊h 糙集环境下的机器学习的基础研究是这次会议的四 个专题之。 1 9 9 3 年在加拿大引j r 了第二届国际粗糙集与盆谚 发现研讨会。这次会议积檄推动了国 助；一f ：刘荆l 糙集理论1 j 应用的研究。会议的主题是糨糙集、摸糊集与知谚 发现。山于此时f 值k d d 成为研究的热点话题，一些著名的k d d 学者参加了这次会议，并且介绍了许多基 j i 扩展的料糙集理论的知识发现方法与系统。 1 9 9 4 年在美国召丌了第三届国际粗糙集与软计算研讨会，这次会议讨论了粗糙集与模 糊逻辑、神经网络、进化理论等问题的融合问题。 第1 5 贞 国防科学技术人学研究生院学位论文 1 9 9 5 年a c mc o m m u n i c a t i o n 将粗糙集列为新浮现的计算机科学的研究课题。同年还 召丌了第四界模糊理论与技术国际会议，针对萃h 糙集理论与模糊集的基本观点与相互关系 展丌了激烈的讨论，推动了粗糙集理论的研究。 r d ，率 l 糙集理论已经成为信息科学最为活跃的研究领域之一，同时，浚理论还在医 学、化学、材料学、地理学、管理科学和金融等其他学科得到了成功的应用。 3 3粗糙集理论的基本概念和定义 基本粗糙集的理论认为知以是人类和其他物种所固有的分类能力。分类足人类的最基 本的智能行为，是推理、学习与决策中的关键问题。因此，粗糙集理论重点讨论对对象进 行分类的能力。这! 要的“对象”指我们所能言及的任何具体或抽象的事物。我们称为“论 域( u n i v e r s e ) ”。事实上，知识便是对某一感兴趣领域中各种分类模式的一个族集( f a m i l y ) ， 这个族集提供了关于现实的事实以及从这些事实中推导出隐含事实的推理能力。因此粗糙 集理论采用了_ 平十称为知识表达系统的数据表达方法。 设r 足论域u 上的一个等价关系，u r 表示尺的所有等价类构成的集合， x k 表示包 含元素工u 的r 等价类。 定义3 3 i t 2 i 】一个知以表达系统在形式上可以表示成一个四元组s = ( u ，爿，v ，厂) ，其中 u ：对象的非宅有限集合，称为论域； a ：属性的非空有限集合； v = u 屹，圪是属性口的值域： i e f ：u a _ v 是一个信息函数，它为每个对象的每个属性赋予一个信息值，即 v a a ，x u ，f ( x ，口) 屹。 知识表达系统也称为信息系统( i n f o r m a t i o ns y s t e m ) 。通常也用s = ( u ，a ) 来代替 s = ( “，a ，v ，f ) 。 知识表达系统的数据以关系表的形式表示。关系表的行对应要研究的对象，列对应对 象的届性，对象的信息是通过指定对象的各属性值来表达的。 定义3 3 2 i 2 1 1 设s = ( ，a ，v ，厂) 为一个知识表达系统，彳= c u d ，c n d = 巾，c 称为条 件属性集，d 称为决策属性集。具有条件属性和决策属性的知识表达系统称为决策表。 定义3 3 3 【2 1 1 若p r ，且p 砂，则n p ( p 中所有等价关系的交集) 也是一个等价 关系，称为p 上的不可区分( i n d i s c e m i b i l i t y ) 关系，记为i n d ( p ) ，且有 第1 6 页 国防科学技术人学研究生院学伉论文 帆州) 2 恩【x 一 ( 3 3 1 巾，u i n d ( p ) ( 即等价关系i n d ( p ) 的所有等价类) 表示与等价关系族p 相关的知识， 简记为u p 。其中， x l 。表示包含元素x u 的r 等价类。 定义3 3 4 2 1j 给定知识库k = ，月) ，对于每个子集x u 和个等价关系 r i n d ( k ) ，定义两个子集： 丛= u y u r i y x ) ； ( 3 3 2 ) r x = u y e u r f ，n x ) 。 ( 3 3 3 ) 分别称它们为x 的r 下近似集和月上近似集。集合b n 。( x ) = r x 一量x 称为x 的r 边界域； p o s 。= 丛称为的r f 域；n e g r ( x ) = u 一胄x 称为的r 负域。 集合的近似表示当一个集合不能用有效的等价关系来恰当的分类时，可通过另外的集 合来表示这个集合的近似。 出上述定义可以知道，集合的不精确性是出于边界域的存在而引起的。集合的边界域 越大，其精确性则越低。为了更准确地表达这点，我们引入精度的概念。 定义3 3 5 刚由等价关系月定义的集合的近似精度为 州耻夥 眠s m 其中x ， x f 表示集合z 的基数。精度( x ) 用柬反映我们对于了解集合x 的知识的 完全程度。显然，对每一个r 和x e u 有0 ( ) l 。当口。( ) = l 时，x 的r 可定义的； 当口。( x ) 1 时，集合有非空r 边界域，集合x 为月不可定义的。 定义3 3 6 集合x 的r 粗糙度肌( ) 定义如下： 以( x ) = l 一口“( x ) ( 3 3 5 ) 集合x 的r 粗糙度表示的是集合x 的知识的不完全程度。 叮以看到，与概率论和模糊集合论不同，不精确性的数值不是事先假定的，而是通过 表达知谚 4 i 精确性的概念近似计算得到的，这样，不精确性的数值表示的是有限知识( 对 象分类能力) 的结果。 知识约简足半l 糙集理论的核心内容之一。知识约简中有两个基本的概念：约简( r c d u c t ) 和核( c o r e ) 。 第1 7 页 国防科学技术人学研究生院学位论文 令露为族等价关系，r r ，如果 i n d ( r ) = i n d ( r 一例) ( 3 3 6 ) 则称r 为曰中不必要的：否则称r 为矗中必要的。 如果每一个r r 都为矗中必要的，则称胄为独立的：否则称届为依赖的。 定义3 3 7 设q 互p 。如果q 是独立的，j t i n d ( q ) = i n d ( p ) ，则称q 为p 的一个约 简