基于人体hrv的神经信息提取研究

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1、基于人体HRV的神经信息提取研究ExtractionofPerson’sNeuralInformationBaseonHRV学科专业：电路与系统研究生：徐文会指导教师：刘开华教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要处于高速发展的社会，人们在生活水平提高的同时工作压力也在逐渐增大，这导致许多人处于过度疲劳的状态。长期过度疲劳可能引发心脏骤停、抑郁、癌症和心脏衰竭等恶性疾病，给人类带来巨大的危害。由此，如何测定人体的疲劳程度，以避免过度疲劳发生成为科学工作者研究的热点。心电信号和心率变异信号蕴含着人体丰富的神经活性信息，对这些信

2、息的深度挖掘和提取在疾病预防、疲劳检测方面具有重要意义。本文在总结前人研究成果的基础之上，重点进行了心率变异与人体疲劳关系的研究。首先简要介绍了心电信号和心率变异的生理机理以及国内外研究现状。然后针对本文的研究问题，对比现代信号处理中时域分析、频域分析、时频域分析以及非线性分析的利与弊，最终选择采用功率谱分析方法对心率变异信号进行处理。并对比周期图法和Welch功率谱分析方法的优势，采用后者分别对MIT提供的StressRecognitioninautomobileDrivers数据库数据以及自行设定疲劳实验测得的数据进行测量分析，

3、得出疲劳导致人体迷走神经活性下降交感神经活性增强的结论。本文通过对心率变异信号进行功率谱分析，得到疲劳与人体神经信息的关系，为今后可穿戴设备的研发和应用打下了一定的基础。关键词：疲劳心率变异迷走神经交感神经ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofsociety,thestandardsofourlifeisimproving,whilethepressureisalsograduallyincreased，whichleadtomanypeoplebeinginthestateoffatigue.Long-

4、termfatiguemaycausecardiacarrest,depression,cancerandheartfailureandothermalignantdiseases,andallthesewilldamagehumanbeings.Thus,howtomeasurethedegreeoffatigueofthebodytoavoidtheoccurrenceoffatiguehasbecomeahotinthescienceresearch.ECGandheartratevariabilitysignalcontai

5、nsawealthofinformationaboutthebody'sneuralactivity,itisveryimportanttothedepthofexcavationandextractionofsuchinformationindiseasepreventionandfatiguedetection.Thisdissertationbaseonthesummarizesoftheresultsofpreviousstudies,mainlyresearchtherelationsaboutheartratevaria

6、bilityandhumanfatigue.Firstly,thisdissertationmakeabriefintroductionofphysiologicalmechanismandresearchstatusofECGandHRV.Then,forthisdissertation’sresearch,wecontrasttheprosandconsoftimedomainanalysis,frequencydomainanalysis,time-frequencydomainanalysisandnonlinearanal

7、ysisinmodernsignalprocessing.Wefinallychoosepowerspectralanalysistoprocesstheheartratevariability.AftercomparingtheadvantagesofPeriodogramandWelchpowerspectrumanalysismethod,wechooseWelchpowerspectrumanalysismethodtoprocessthedatafromStressRecognitioninautomobiledriver

8、sprovidedbystressrecognitionMITandthedatafromafatigueexperimentsetbyourselves.Finally,weconcludethatwhenthepersonisfa