基于时频分析的心率变异性研究

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1、中文摘要摘要心率变异性分析已成为无创检测心脏自主神经调节功能的一种重要手段。心率变异性是指连续心跳间瞬时心率的微小涨落或逐拍心动周期之间的微小差异。它蕴含了有关心血管调节的大量信息。对这些信息的提取和分析可以定量评估心脏交感神经和迷走神经的紧张性、均衡性及对心血管活动的影响。临床医学还证明，心率变异性研究不仅对心血管疾病的早期诊断、病中监护及预后评估有重要意义，而且对体育活动及其它特种环境下心脏功能的定量评估也有参考价值。心率波动的原因非常复杂，众多因素对交感和迷走神经的作用都会引起心率的变化。因此，心率变异

2、性信号所包含的频率成分不可能是一成不变的，而是时变的，即心率变异性信号是非平稳信号。这为本文运用时频分析理论来研究心率变异性，并快速有效地提取其时频特征参数，探索这些参数与心血管疾病之间的关系提供了可能。本文以时频联合分析为理论基础，在广泛游猎了国内外有关心率变异性的研究现状和分析方法之后，对适合心率变异性分析的时频分析方法做出了详细的讨论、研究与创新。本文工作与结论主要包括以下几方面内容。(1)深入研究和对比分析了心率交异性的时域和频域分析方法，对这两类方法提取的量化参数的计算和生理意义作了全面而深入的讨论

3、。研究发现，这些方法都没有考虑心率变异性信号的非平稳性，相应的量化参数也只能反映心率变异性信号在整个记录过程中的整体特性，而不能反映记录过程中，由于各种调节因素的改变而使其表现出的局部性、暂时性特征。(21仔细研究了心率变异性信号的提取和预处理方法，从原始心电信号出发，经QRS波逐个识别，去除非窦性QRS波后提取出RR间期信号。信号预处理通常是后续分柝的基础，也是关键，不同的预处理通常会产生不同的分析结果。在心电信号预处理中，本文采用了基于自适应信号处理的工频干扰和基线漂移消除方法；在QRS波识别时，采用了基

4、于幅度和一阶导数的检测方法；最后对提取出的RR间期序列进行3次样条插值后再均匀重采样。(3)针对均匀重采样的心率变异性信号，本文提出了基于小波变换和谱图的两类时频分析方法。其中，基于小波变换的方法不但能获得传统的频域量化参数，而且能得到这些参数随时间变化的动态值，称为短时功率和短时LF／HF比，在药物实验中，这些动态参数能实时跟踪自主神经活动的平衡情况及其对心率的调节作用，这是本文的创新之处；此外，基于小波变换和独立量分析的心率变异性信号分解也是本文的新意所在，这种分解是建立在心率变异性受神经系统(交感和迷重

5、庆大学硕士论文走神经)和非神经系统因素共同调节的生理基础之上。最后，本文采用基于谱图的时频特征参数提取方法，对120例数据(其中20例正常人，40例冠心病患者和60例血压患者)进行了计算，经单因素方差分析，发现其中的4种时频特征参数能灵敏地反映出不同病理情况下的心率变异性信号的时频特性。通过本文的研究，说明运用时频分析方法能够更好地动态跟踪自主神经活动对心率变异性的影响，而基于独立量分解的方法可以验证调节心率变异性的生理机制。同时，本文也得到了对不同病理状态反映比较灵敏的时频定量指标，可以为心率变异性的临床诊

6、断提供有益的帮助。关键词：心率变异性，自主神经系统，时频联合分析，小波交换，谱图Ⅱ英文摘要ABSTRACTTheanalysisofheartratevariability(HRV)hasbecomeanimportanttoolforNon-invasivelydetectingthecardiovascularmodulationofautonomicnervoussystem．HRVreferstothetinyfluctuationsofinstantaneousheartratebetweencon

7、secutivebeatsortheminordifferenccsofthesuccessivecardiaccycles．ItcontainsaIotofinformationconcerningthecardiovascularregulation,whileextractingandanalyzingoftheinformationofHRVcar=offeraquantitativeevaluationofthetensenessandthebalanceofthesympatheticandthe

8、vagusnerveactivitiesandtheireffectOncardiovascularmotion．ClinicalmedicinehasgiventheevidencethatinvestigatingHRVhasanimportantmeaningnotonlyfortheearlydiagnosingcardiovasculardiseases，monitoringduringc