基于图论与连通性分析的模拟子宫肌电信号研究：揭示早产预测新机制

推荐：本研究针对早产预测难题，通过构建子宫电-机械耦合模型模拟EHG信号，结合图论与连通性分析（H2/R2/FW_h2/ICOH），发现FW_h2结合PR/BC/CC等图参数能有效监测子宫同步化机制（ED/EDM），为无创早产预警提供新方法。

　　

在全球范围内，早产（Preterm Labor, PL）是导致新生儿死亡和长期健康问题的首要原因，每年约有1500万例早产发生。尽管医学技术不断进步，但准确预测早产仍是产科领域的重要挑战。传统监测方法如宫缩监测仪和超声检查存在灵敏度不足、有创性等问题，而新兴的子宫肌电信号（Electrohysterography, EHG）技术因其无创、低成本特性成为研究热点。然而，EHG信号分析面临两大瓶颈：一是难以区分短程电扩散（Electrical Diffusion, ED）与长程机械转导（Electro-Diffusion-Mechanotransduction, EDM）的协同作用机制；二是缺乏量化子宫同步化的有效指标。

为解决这些问题，Kamil Bader Eldine等研究人员在《Biomedical Engineering Advances》发表研究，通过创新性地结合多物理场子宫模型与图论分析，构建了16电极（4×4矩阵）模拟EHG信号体系。研究采用非线性相关（H2）、滤波窗口分析（FW_h2）等4种连通性方法，结合强度（Str）、聚类系数（CC）等5种图参数，系统评估了组织电阻（24-80Ω）和5种EDM参数（λ/σ/nbCES等）对子宫同步化的影响。

关键技术包括：1）基于FitzHugh-Nagumo模型的电-机械耦合仿真；2）Welch周期图法分析0.1-0.7Hz频段功率谱密度（PSD）；3）采用学生t检验验证50次重复模拟的显著性差异；4）创新性应用PageRank（PR）等复杂网络参数量化同步化程度。

研究结果部分：
电扩散单独作用（ED组）
通过调节组织电阻发现，H2与电阻呈显著负相关（斜率-0.0064），证实其能敏感反映电导率变化。H2(Str)组合表现最优，验证强度参数可增强电扩散监测。

机械转导协同作用（EDM组）
FW_h2(PR)对λ参数灵敏度最高（斜率0.0089），显示PageRank算法能有效捕捉长程同步化。意外发现R2(PR)在β_sig参数中呈正响应，提示线性相关结合图论可能揭示新的机械转导特征。

特征选择对比
与真实EHG数据相比，模拟信号中FW_h2相关特征被选中9次（占50%），显著高于R2方法（仅3次）。Str参数在模拟/真实数据中分别出现4/8次，证实其跨模型适用性。

讨论指出，当前10cm×10cm电极矩阵可能低估EDM效应，未来需扩大采样范围。研究创新点在于：1）首次量化ED与EDM对EHG特征的差异化影响；2）证实FW_h2(Str)组合的临床转化潜力；3）为开发实时早产预警算法奠定理论基础。

该研究突破传统信号分析局限，通过计算模型与复杂网络理论的交叉融合，为理解子宫收缩的时空协调机制提供了新范式。特别是发现FW_h2方法在0.1-0.7Hz滤波窗口的优越性，为后续便携式监测设备开发指明了优化方向。这些发现不仅推动产前监护技术进步，更为研究其他平滑肌器官（如肠道、血管）的同步化机制提供了方法论参考。