心率变异性及其相关算法的实现课件.ppt
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1、关于心率变异性及其相关算法的实现第1页,此课件共33页哦概念介绍概念介绍第2页,此课件共33页哦概念介绍概念介绍v 心率变异性(心率变异性(heart rate variability,HRV)是指连续心跳)是指连续心跳间间R-R间期的微小涨落。间期的微小涨落。HRV反映了心脏反映了心脏交感神经交感神经和和迷走神经迷走神经活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,尤其是猝死疾
2、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。率有关。v 通过心电图(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)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,是近分析,是近年来的研究热点之一。针对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、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病中监护以及预后评估等都有重要的意义。第3页,此课件共33页哦HRV的的分析方法分析方法概念介绍概念介绍理论成熟、算法简单、各理论成熟、算法简单、各项
3、指标意义明确,因此较项指标意义明确,因此较广泛的应用于临床和医学广泛的应用于临床和医学实验中实验中仍然处于研究探索仍然处于研究探索阶段,还没有实现阶段,还没有实现临床应用临床应用第4页,此课件共33页哦时域分析时域分析v 时域分析是通过计算一系列有关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(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()、总体标准差(SDNN)、均值标准差()、均值标准差(SDANN)和差值均方的)和差值均方的平方根(平方根(r-MSSD)等。)等。v 基于时域的
4、分析方法,计算简单意义直观,易于为临床医生所接受,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,因此在实际中还要结合频域的分析方法。张力及其均衡性的变化,因此在实际中还要结合频域的分析方法。第5页,此课件共33页哦频域分析频域分析v 频域分析是将连续正常的频域分析是将连续正常的R-R间期进行基于间期进行基于FFT的经典谱估计或基于的经典谱估计或基于自回归自回归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模型的现代谱估计获得的功率
5、谱密度,可以作为定量的指标来描述来描述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极低频极低频段(段(0.00330.04Hz)的功率、)的功率、LF低频段(低频段(0.040.15Hz)的功率、的功率、HF高频段(高频段(0.150.4Hz)的功率、)的功率、TP信号总功率(信号总功率(VLF、LF和和HF的总和)。的总和)。第6页,此课件共33页哦基本原理基本原理具体算法具体算法第7页,此课件共33页哦QRS波群提取的微分阈值法
6、波群提取的微分阈值法v 低通滤波低通滤波v高通滤波高通滤波v微分微分v平方平方v加窗平均加窗平均v阈值设定以及判断阈值设定以及判断第8页,此课件共33页哦低通滤波低通滤波v 低通滤波旨在去除高频(肌电、高频电刀等)干扰,其传递函低通滤波旨在去除高频(肌电、高频电刀等)干扰,其传递函数为数为v 对应的差分方程为对应的差分方程为低通滤波虽然滤除了高频干扰,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须利用高通滤波来消除这些基漂第9页,此课件共33页哦高通滤波高通滤波v 高通滤
7、波旨在去除低频(基漂)干扰,其传递函数为高通滤波旨在去除低频(基漂)干扰,其传递函数为v 对应的差分方程为对应的差分方程为高通滤波有效的去除了基漂,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但是噪声部分的干扰依然较大,为了更有效的提取,为了更有效的提取QRS 波群波群,必须对信号进行微分计算,必须对信号进行微分计算第10页,此课件共33页哦微分微分v 微分算法的传递函数为微分算法的传递函数为v 对应的差分方程为对应的差分方程为微分使得正负半轴的信微分使得正负半轴的信号幅值近乎相等号幅值近乎相等第11页,此课件共33页哦平方及加窗平均平方及加窗平均v 平方旨在将幅值为负的信号变为幅值为
8、正的信号,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,其传递函数为对平方后的信号进行平滑处理,其传递函数为v 对应的差分方程为对应的差分方程为第12页,此课件共33页哦阈值设定及判断阈值设定及判断v 阈值设定采用自适应迭代法阈值设定采用自适应迭代法v 利用利用MATLAB的的findpeaks函数对信号中的峰值进行检测,得到一函数对信号中的峰值进行检测,得到一组数据,设为组数据,设为PEAK(i)v 当前检测到的峰值当前检测到的峰值PEAK(i)为信号峰值时,更新为信号峰值时,更新SPK(i):v 当前检测到的峰值当前检测到的峰值P
9、EAK(i)为噪声峰值时,更新为噪声峰值时,更新NPK(i):初值设定:初值设定:SPK(0)为前为前8个连续的个连续的1s内各内各自最大值的平均;自最大值的平均;NPK(0)为为0第13页,此课件共33页哦阈值设定及判断阈值设定及判断v 更新当前的阈值更新当前的阈值第14页,此课件共33页哦时域参数的计算方法时域参数的计算方法v 均值(均值(MEAN)旨在反映)旨在反映R-R间期的平均水平,其计算公式为间期的平均水平,其计算公式为v 总体标准差(总体标准差(SDNN)可以用来评估)可以用来评估24h长程长程HRV的总体变化,的总体变化,其计算公式为其计算公式为第15页,此课件共33页哦时域参
10、数的计算方法时域参数的计算方法v 均值标准差(均值标准差(SDANN)反映)反映HRV中的慢变化成分,其计算公式中的慢变化成分,其计算公式为为v 差值均方的平方根(差值均方的平方根(r-MSSD)反映)反映HRV中的快变化成分,其计中的快变化成分,其计算公式为算公式为第16页,此课件共33页哦时域参数时域参数SDNNSDANNr-MSSD1829岁岁169.9241.01 151.0741.3172.3947.103049岁岁148.3132.80 130.2333.7548.4020.905069岁岁121.1929.27 108.8728.4640.4018.29第17页,此课件共33页哦
11、频域参数的计算方法频域参数的计算方法v 本报告是基于本报告是基于FFT的经典谱估计的方法计算频域参数的的经典谱估计的方法计算频域参数的v 各频域参数及其生理意义如下表所示:各频域参数及其生理意义如下表所示:频域参数频域参数参数意义参数意义VLF极低频段(极低频段(0.00330.04Hz)的功率)的功率机制不明。可能是与体温调节、肾素血管紧张素系统及体液因子等因素有关的长期的调节机制有关LF低频段(低频段(0.040.15Hz)的功率)的功率解释仍然有争议,但是大多数学者认为它是交感神经活动的标志HF高频段(高频段(0.150.4Hz)的功率)的功率由迷走神经介导,代表呼吸变异TP信号总功率(
12、信号总功率(VLF、LF和和HF的总和)的总和)信号总的变异性第18页,此课件共33页哦计算结果计算结果结果分析结果分析第19页,此课件共33页哦时域参数结果分析时域参数结果分析v 本报告采用了本报告采用了10段段ECG数据,每段数据,每段1min,采样率,采样率200Hz,幅度单,幅度单位位mV组号组号心率(次心率(次/min)MEAN(ms)SDNN(ms)r-MSSD(ms)174812.328849.835980.0976271849.785750.031726.7842370855.579733.007930.1528474811.438435.447051.5658567881.6
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- 关 键 词:
- 心率 变异性 及其 相关 算法 实现 课件
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