心率变异性以及其相关算法实现.ppt
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1、关于心率变异性及其相关算法的实现第一张,PPT共三十三页,创作于2022年6月概念介绍概念介绍第二张,PPT共三十三页,创作于2022年6月概念介绍概念介绍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指标。近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,特别十年来的大量研究已充分肯定了自主神经活动与多
2、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。是与某些心血管疾病的死亡率,尤其是猝死率有关。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)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,分析,是近年来的研究热点之一。针对是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、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。第三张,PPT共三十三页,创作于2022年6月HRV的的分析方法分析方法
3、非线性非线性非线性非线性分析分析分析分析时域分析时域分析频域分析频域分析概念介绍概念介绍理论成熟、算法简单、理论成熟、算法简单、各项指标意义明确,因各项指标意义明确,因此较广泛的应用于临床此较广泛的应用于临床和医学实验中和医学实验中仍然处于研究探索阶仍然处于研究探索阶段,还没有实现临床段,还没有实现临床应用应用第四张,PPT共三十三页,创作于2022年6月时域分析时域分析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心率变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(异性的临床价值。常用的统计参数指标有均值(MEAN)、总体标
4、准差)、总体标准差(SDNN)、均值标准差()、均值标准差(SDANN)和差值均方的平方根()和差值均方的平方根(r-MSSD)等。)等。v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、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,因此在实际中还要结合频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。域的分析方法。第五张,PPT共三十三页,创作于2022年6月频域分析频域分析v频域分析是将连续正常的频域分析是将连续正
5、常的R-R间期进行基于间期进行基于FFT的经典谱估计或基的经典谱估计或基于自回归于自回归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)的功率、功率、HF高频段(高频段(0.150.4Hz)的功率、)的功率、T
6、P信号总功率信号总功率(VLF、LF和和HF的总和)。的总和)。第六张,PPT共三十三页,创作于2022年6月基本原理基本原理具体算法具体算法第七张,PPT共三十三页,创作于2022年6月QRS波群提取的微分阈值法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八张,PPT共三十三页,创作于2022年6月低通滤波低通滤波v低通滤波旨在去除高频(肌电、高频电刀等)干扰,其传递函数为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
7、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九张,PPT共三十三页,创作于2022年6月高通滤波高通滤波v高通滤波旨在去除低频(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,但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,为是噪声部分的干扰依然较大,为了更有效的提取了更有效的提取QRS 波群,必波群,必须对信号进行微分计算须对信号进行微分计算第十张,PPT共三十三页,
8、创作于2022年6月微分微分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微分使得正负半轴的信号幅值近乎相等信号幅值近乎相等第十一张,PPT共三十三页,创作于2022年6月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,其传递函数为平均旨在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十二张,PPT共三十三页,创作于2022年6月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
9、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PEAK(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内各自内各自最大值的平均;最大值的平均;NPK(0)为为0第十三张,PPT共三十三页,创作于2022年6月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十四张,PPT
10、共三十三页,创作于2022年6月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十五张,PPT共三十三页,创作于2022年6月时域参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,其计算公式为中的慢变化成分,其计算公式为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,其中的快变化成分,其
11、计算公式为计算公式为第十六张,PPT共三十三页,创作于2022年6月时域参数时域参数SDNNSDANNr-MSSD1829岁岁169.9241.01151.0741.3172.3947.103049岁岁148.3132.80130.2333.7548.4020.905069岁岁121.1929.27108.8728.4640.4018.29第十七张,PPT共三十三页,创作于2022年6月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
12、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(信号总功率(VLF、LF和和HF的总和)的总和)信号总的变异性第十八张,PPT共三十三页,创作于2022年6月计算结果计算结果结果分析结果分析第十九张,PPT共三十三页,创作于2022年6月时域参数结果分析时域参数
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- 心率 变异性 以及 相关 算法 实现
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