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基于多尺度时频分析的心电R波检测以及心率变异性(HRV)分析方法研究

李向军  
【摘要】:基于RR间期序列的心率变异性分析(HRV)是近20年发展起来的定量评估心脏自主神经调节功能的无创性检测方法,在科研和临床上有较大的应用价值。HRV分析的第一步是心电R波的准确检测。小波分析在R波检测方面得到了有效应用,显示了多尺度分析在分析诸如心电信号这样非平稳信号方面的独特优势。在第三章介绍了小波变换检测信号奇异性的原理,即可用信号小波变换的模极值与奇异性的对应的关系来确定信号奇异点的位置,并介绍了使用一次微分小波和二次微分小波检测R波的原理和特点,给出了算法流程,还简要介绍了此类算法的发展方向。 在第四章深入介绍了经验模式分解(EMD)方法的原理,该方法在具有小波变换多尺度分析优势的同时,更具有自适应性。虽然在地震、水波和故障检测领域得到了良好的应用,但在R波检测方面的应用还极少见诸报道。本文分析结果显示将心电信号用EMD分解后的一阶本证模函数(IMF)能有效抑制和缓解工频、肌电以及呼吸伪迹等各种干扰,并准确突出了R波位置,可用以进一步检测定位,并用MIT/HIB的标准心电信号进行了验证,取得了良好的效果。 在准确探测R波的基础上,可对以RR间期为基础的URV信号进行分析。HRV可以反映自主神经系统活性和定量评估心脏交感神经与迷走神经张力及其平衡性,是预测及判断心血管疾病的一个有价值的指标,并在人群健康评估,运动员、飞行员以及航天员的生理状况监测上得到了有效应用。第五章将从研究方法上指出以小波分析和EMD为代表的多尺度时频分析可以比通常的HRV时频分析方法揭示更多的信息,和非线性动力学分析一起成为HRV分析的发展方向。特别是经EMD分解得到的Hibert谱及Hibert边际谱具有更好的分辨率,非常适合对HRV进行时频分析。


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