《心率变异性及其相关算法的实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《心率变异性及其相关算法的实现（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、结题报告,心率变异性及其相关算法的实现,报告内容,概念介绍,基本原理与具体算法,计算结果与结果分析,算法总结,疾病诊查与研究意义,附加功能与参考文献,概念介绍,概念介绍,心率变异性（heart rate variability, HRV）是指连续心跳间R-R间期的微小涨落。HRV反映了心脏交感神经和迷走神经活动的紧张性和均衡性，是一种检测自主神经性活动的非侵入性指标。近十年来的大量研究已充分肯定了自主神经活动与多种疾病有关系，特别是与某些心血管疾病的死亡率，尤其是猝死率有关。 通过心电图（ECG）对心率的微小涨落的变换和处理来获得心血管系统、自主神经系统等有关信息的信号分析过程即HRV分析，是
2、近年来的研究热点之一。针对HRV的研究对心血管疾病的早期诊断、病中监护以及预后评估等都有重要的意义。,概念介绍,理论成熟、算法简单、各项指标意义明确，因此较广泛的应用于临床和医学实验中,仍然处于研究探索阶段，还没有实现临床应用,时域分析,时域分析是通过计算一系列有关R-R间期的数理统计指标来评价心率变异性的临床价值。常用的统计参数指标有均值（MEAN）、总体标准差（SDNN）、均值标准差（SDANN）和差值均方的平方根（r-MSSD）等。 基于时域的分析方法，计算简单意义直观，易于为临床医生所接受，但是它的灵敏度、特异性低，不能进一步区分心脏交感、迷走神经的张力及其均衡性的变化，因此在实际中还
3、要结合频域的分析方法。,频域分析,频域分析是将连续正常的R-R间期进行基于FFT的经典谱估计或基于自回归AR模型的现代谱估计获得的功率谱密度，可以作为定量的指标来描述HRV信号的能量分布情况，它将各种生理因素作适当分离后进行分析，因而有较大的临床应用价值。常用的谱参数有VLF极低频段（0.00330.04Hz）的功率、LF低频段（0.040.15Hz）的功率、HF高频段（0.150.4Hz）的功率、TP信号总功率（VLF、LF和HF的总和）。,基本原理 具体算法,QRS波群提取的微分阈值法,低通滤波 高通滤波 微分 平方 加窗平均 阈值设定以及判断,低通滤波,低通滤波旨在去除高频（肌电、高频电
4、刀等）干扰，其传递函数为 对应的差分方程为,低通滤波虽然滤除了高频干扰，但它带来了极大的基漂，所以仅仅进行低通滤波是不够的，还必须利用高通滤波来消除这些基漂,高通滤波,高通滤波旨在去除低频（基漂）干扰，其传递函数为 对应的差分方程为,高通滤波有效的去除了基漂，但是噪声部分的干扰依然较大，为了更有效的提取QRS 波群，必须对信号进行微分计算,微分,微分算法的传递函数为 对应的差分方程为,微分使得正负半轴的信号幅值近乎相等,平方及加窗平均,平方旨在将幅值为负的信号变为幅值为正的信号，32 点加窗平均旨在对平方后的信号进行平滑处理，其传递函数为 对应的差分方程为,阈值设定及判断,阈值设定采用自适应迭
5、代法 利用MATLAB的findpeaks函数对信号中的峰值进行检测，得到一组数据，设为PEAK(i) 当前检测到的峰值PEAK(i)为信号峰值时，更新SPK(i)： 当前检测到的峰值PEAK(i)为噪声峰值时，更新NPK(i)：,初值设定： SPK(0)为前8个连续的1s内各自最大值的平均；NPK(0)为0,阈值设定及判断,更新当前的阈值,时域参数的计算方法,均值（MEAN）旨在反映R-R间期的平均水平，其计算公式为 总体标准差（SDNN）可以用来评估24h长程HRV的总体变化，其计算公式为,时域参数的计算方法,均值标准差（SDANN）反映HRV中的慢变化成分，其计算公式为 差值均方的平方根
6、（r-MSSD）反映HRV中的快变化成分，其计算公式为,时域参数,频域参数的计算方法,本报告是基于FFT的经典谱估计的方法计算频域参数的 各频域参数及其生理意义如下表所示：,计算结果 结果分析,时域参数结果分析,本报告采用了10段ECG数据，每段1min，采样率200Hz，幅度单位mV,时域参数结果分析,不正常组的数据提供者自身的心率变异性存在问题； 由于SDNN是一个受个体差异、时空差异干扰很大的参数，所以如果数据的样本容量太小，则样本对总体缺乏足够的代表性，从而难以保证SDNN推算结果的精确度和可靠性。对于时域参数来说，本报告中数据长度只有1min是远远不够的，一般计算SDNN的数据长度都
7、必须是24h以上。,频域参数结果分析,频域参数结果分析,由于样本容量和心率采集分辨率的限制，导致数据的功率谱在0.0033Hz0.4Hz频段中没有采样点，所以我们无法计算频域参数VLF、LF、HF和TP。对于频域参数来说，本报告中数据长度只有1min也是远远不够的，一般计算频域参数的数据长度都必须是24h以上。,算法总结,算法总结,微分阈值法是较为有效的提取方法之一，该算法可以进行实时检测，且准确度较高，心率误判发生的概率低。,数据长度过短，时域参数的计算结果误差大、准确度低；频域参数的计算结果灵敏度差。计算心率变异性的数据长度往往要在24h以上。,采样频率太低，容易导致所需要频段（0.003
8、3Hz0.4Hz）的数据没有被采集到，影响最终分析结果。,疾病诊查 研究意义,疾病诊查与研究意义,检测冠心病病人猝死的发生。凡副交感神经张力降低的冠心病人，其心室颤动的阈值低，容易发生心脏性猝死，而且心肌梗塞后的死亡率也增高。 了解副交感神经的受损情况。充血性心力衰竭患者植物神经机能普遍受损害而降低，但副交感神经受损更显著，可运用频域分析法进行监测。 探讨高血压的始动机制。现已查明，原发性高血压患者的交感神经张力增高，而副交感神经的张力降低，且与高血压的严重程度呈明显的正相关。但是，老年高血压患者的上述变化不甚明显。通过植物神经功能测定，可以了解高血压的始动机制。,疾病诊查与研究意义,监测和评
9、价糖尿病患者的植物神经机能状况。糖尿病患者的植物神经和周围神经均受损害，且两者呈平行关系。通过心率变异性检查，可以了解植物神经机能的受损害程度。 通过评价交感神经张力亢进情况，用于诊断年轻患者的血管迷走性晕厥。 监测心肌病患者病情。无心力衰竭的扩张型心肌病患者，植物神经功能普遍受损。通过心率功率谱分析，可以了解心肌病患者的病情。,疾病诊查与研究意义,监测心脏移植术后的排斥反应。心脏移植术后，患者心脏心率变异性显著降低甚至消失，一旦发生排斥反应，心率变异性则明显增高，因此，心脏移植术后应定期检查心率变异性，以了解和预防心脏排斥反应的发生，及时采取相应措施。 对胎儿发育及产程进行监测。 判断吸烟者
10、植物神经功能受损害的程度。长期吸烟者，其植物神经功能均可受到损害，受损的严重程度与烟量及烟龄呈显著正相关。一般表现为交感神经张力增加和副交感神经张力降低。对嗜烟者监测心率变异性，可以对多种相关疾病进行预测。,附加功能 参考文献,附加功能,该算法除了可以计算心率变异性之外，还有以下2种附加功能： 对心率的正常与否进行判断，输出有心率正常、心动过速、心动过缓3种情况； 对心脏的早搏情况进行判断，输出有无早搏、室性早搏、房性早搏3种情况，并且能给出1分钟内的早搏次数。,参考文献,1 腾轶超老师课件，第3章 设计案例_心电监护仪器，2012. 2 刘晓芳，叶志前. 心率变异性的分析方法和应用. 国外医学生物医学工程分册，2001,24(1): 42-48. 3 王步青，王卫东. 心率变异性分析方法的研究进展. 北京生物医学工程，2007,26(5): 551-554. 4 牛德金，赵瑞红，黄佳. 检查心率变异性的意义. 家庭医生.,Thank You !,
