專利名稱：一種心率變異性的c的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種動態(tài)心電圖中心率變異性的檢測分析方法以及測量儀器。
背景技術(shù)：
心率變異的臨床指標(biāo)是一種定量的、可重復(fù)應(yīng)用的指標(biāo)，它既是對竇性心律不齊的程度的定量指標(biāo)，也是評價自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能的重要定量指標(biāo)。正確測定心率變異的種種指標(biāo)，無論是對生理、病理研究，還是對臨床的診斷和防治，都具有指導(dǎo)性的意義。特別對分析和觀察交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)的調(diào)控功能、對界定心肌梗死病人預(yù)后的危險因子、對糖尿病、陣發(fā)性心律失常、高血壓病、睡眠呼吸暫停綜合癥等的診斷具有重要的臨床應(yīng)用價值。
目前最為常用或者常見的方法是(1)線性的時域指標(biāo)，主要包括檢測動態(tài)心電全程心電RR間期的標(biāo)準(zhǔn)差SDNN、短程每5分鐘間期的SDANN/SDANN的均值，相鄰間期的參數(shù)SDSD/NN50/PNN90、微分/對數(shù)指數(shù)等；(2)線性的頻域指標(biāo)，主要包括短程(每5分鐘)的總功率、極低頻、低頻、高頻、低頻高頻正態(tài)以及低頻高頻比值；長程(24小時)的超低頻、極低頻、低頻、高頻以及對數(shù)坐標(biāo)中的頻譜的線性內(nèi)插值斜率；(3)非線性分析方法，目前運(yùn)用最多的是RR間期、RR間期差值的龐加萊(Poincaré)散點(diǎn)圖，主要依靠肉眼直觀圖形特征來進(jìn)行區(qū)分。對于現(xiàn)行時域、頻域線性方法的進(jìn)一步臨床運(yùn)用，其主要癥結(jié)是難以準(zhǔn)確刻畫和分析心率變化——這一受到血流動力學(xué)，電生理及激素的變化及自主神經(jīng)和中樞系統(tǒng)等多項(xiàng)因素影響的非常復(fù)雜的過程。所以現(xiàn)行的線性方法過于粗糙，對外界噪聲干擾比較敏感，其數(shù)學(xué)模型并不符合心率調(diào)控系統(tǒng)本身是非線性系統(tǒng)的這一基本事實(shí)。對于現(xiàn)行的非線性散點(diǎn)圖分析方法，主要還是憑借肉眼的觀察和一些簡單數(shù)值定量指標(biāo)的分析，而這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，也不十分符合心率變化這一高維非線性系統(tǒng)的基本事實(shí)。所以無論是現(xiàn)行的那一類方法，都有其顯著的局限性，對心率變異性指標(biāo)的臨床運(yùn)用和推廣帶來了阻礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種能夠反映心率變異過程和非線性特征的心率變異性非線性指標(biāo)及其檢測方法，并提供一種相應(yīng)于該方法的心率變異性非線性指標(biāo)的檢測儀器。
本發(fā)明中，心率變異性的非線性分析指標(biāo)稱作為C0模式度PM(PatternMeasurement)。C0模式度PM的檢測分析方法如下(1)利用動態(tài)心電儀器記錄24小時心電信號ECG；(2)將采集的心電信號ECG在計(jì)算機(jī)中回放，其中考慮濾波、數(shù)字信號壓縮等環(huán)節(jié)，從而顯示24小時動態(tài)心電波形；(3)基于人工輔助下的自動識別動態(tài)心電RR間期，構(gòu)成時間序列RRi＝{ri1，ri2，…，rij，…rin}，其中i＝1，2，…，24；(4)基于人工輔助下的自動識別動態(tài)心電R峰的躍度(以水平基線為準(zhǔn))，構(gòu)成時間序列RLi＝{li1，li2，…，lij，…lin}，其中i＝1，2，…，24；(5)通過上述記錄的時間序列，用計(jì)算機(jī)分析測量相應(yīng)的心率變異性的非線性C0模式度PM的值。上述這種非線性C0模式度PM指標(biāo)完全是基于建立合適的理論模型以及嚴(yán)格的計(jì)算方法。下面我們給出這種指標(biāo)的相關(guān)模型和計(jì)算方法。
考慮一小時的RR間期時間序列RRi＝{ri1，ri2，…，rij，…rin}(i＝1，2，…，24)。為了給出能夠反映自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能強(qiáng)弱正常與否的一個非線性心率變異指標(biāo)，則需要引入離散信號傅立葉變換和其逆變換。
為了記號方便，我們重新記RR間期時間序列rik＝ri(k)，i＝1，2，…，24，k＝1，2，…，n。于是，F(xiàn)(j)=1nΣk=1nri(k)·e-2π-1kjn,j=1,2,···,n,--(2.1)]]>為時間序列rik＝ri(k)的傅立葉變換，生成新的時間序列DFT＝{F(j)，j＝1，2，…，n}。
另一方面，新生成時間序列DFT的逆變換為，ri(k)=F~(k)=Σj=1nF(j)·e2π-1kjn,k=1,2,···,n,--(2.2)]]>下面給出心率變異非線性指標(biāo)C0模式度的計(jì)算步驟(1)將每一個小時的RR間期心電時間序列RRi＝{ri1，ri1，…，rij，…rin}＝{ri(1)，ri(2)，…，ri(j)，…ri(n)}根據(jù)公式(2.1)作傅立葉變換得到新的序列DFTi＝{Fi(1)，F(xiàn)i(2)，…，F(xiàn)i(j)，…Fi(n)}；(2)記Gin=1n(Σj=1n|Fi(j)|2),]]>如下構(gòu)造新的序列 于是，得到新的序列集合
DF^Ti={F^i(1),F^i(2),···,F^i(j),···F^i(n)};]]>(3)根據(jù)公式(2.2)，對于序列集合 作傅立葉逆變換，從而得到r.i={r.i(1),r.i(2),···,r.i(j),···,r.i(n)};]]>(4)于是，我們就可以如下定義第i小時的RR間期序列模式度PMi的運(yùn)算公式PMi=Σk=1n|ri(k)-ri.(k)|2Σk=1n|ri(k)|2.--(2.4)]]>對于如上(2.4)定義的第i小時的RR間期序列模式度模式度(見圖1)，具有如下若干性質(zhì)(a)如果心跳RR間期為常值，即ri(k)＝const；那么PMi＝0；(b)如果心跳RR間期為周期的，即存在某個自然數(shù)к，使得ri(k)＝ri(k+к)成立，那么PMi趨向于0；(c)如果心跳間期RRi＝{ri1，ri2，…，rij，…rin}是一個獨(dú)立的隨機(jī)時間序列，均服從相同的概率分布，并且存在有限的四階矩，μ是均值，σ是方差，那么PMi依概率1趨向于常數(shù)σ2μ2+σ2,]]>特別地，當(dāng)μ＝0時，PMi依概率1趨向于1。
以上即給出了定量評價自主神經(jīng)功能的心率變異性非線性指標(biāo)——C0模式度——的檢測方法和模型構(gòu)造的基本思路。當(dāng)然對于給出R峰躍度時間序列的相應(yīng)非線性指標(biāo)，可以用以上類似方法來說明醫(yī)學(xué)臨床生理機(jī)制。
根據(jù)上述心率變異非線性C0模式度指標(biāo)的檢測方法，本發(fā)明特別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的檢測裝置，該裝置包括動態(tài)心電記錄器、心電信號預(yù)處理系統(tǒng)和非線性C0模式度指標(biāo)檢測系統(tǒng)。
動態(tài)心電記錄器分為兩種，一種為磁帶式記錄器，一種為閃光卡式記錄器。均具備24-30小時動態(tài)心電采集存儲功能。
在心電信號預(yù)處理系統(tǒng)中，對于磁帶式記錄器提供的數(shù)據(jù)采用以單片機(jī)為核心，配有讀寫存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、A/D轉(zhuǎn)換器以及計(jì)算機(jī)連接并行通訊接口；對于閃光卡式記錄器提供的數(shù)據(jù)可以直接通過Flash卡USB讀取器及配以相應(yīng)的驅(qū)動程序、解碼軟件即可。在預(yù)處理系統(tǒng)通過軟體固化，在只讀存儲器中還包含心電信號自動濾波，自動識別R峰等功能。計(jì)算機(jī)通過并行通訊接口或者USB接口可以獲得并且顯示自動識別R峰以后的PQRST波群。此外，在計(jì)算機(jī)上，可以對機(jī)器自動識別的R峰作進(jìn)一步的人工修正，并可以剔除例如早搏之類的心律失常的波形，從而獲得用于計(jì)算心率變異非線性指標(biāo)的心電間期時間序列RRi和RLi。具體處理過程參流程圖2。計(jì)算步驟(1)-(4)編成程序，組成C0模式度指標(biāo)檢測系統(tǒng)。
本發(fā)明給出的心率變異非線性指標(biāo)C0模式度檢測的方法是建立在嚴(yán)格的信號處理與非線性動力系統(tǒng)理論，以及自主神經(jīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有非線性機(jī)制的基礎(chǔ)上的。所建立的指標(biāo)體系是建立在科學(xué)建模和300例以上臨床樣本對照試驗(yàn)的基礎(chǔ)上的(該樣本來自上海第一人民醫(yī)院、武漢同濟(jì)醫(yī)院以及國際標(biāo)準(zhǔn)MIT數(shù)據(jù)庫等)。因此，該套指標(biāo)能夠較好地反映心率變化的動力學(xué)行為特征和生理、病理特征，該指標(biāo)區(qū)分能力強(qiáng)，顯著性高，具有廣闊的臨床應(yīng)用價值。事實(shí)表明，本發(fā)明及相應(yīng)儀器可廣泛應(yīng)用于對于自主神經(jīng)調(diào)節(jié)功能的臨床評價，對于心肌梗死的危險因子的評價，為心血管疾病的早期診斷、及時診斷和準(zhǔn)確診斷提供了有益的評價體系；同時，其對心血管疾病的藥物性能的客觀評價篩選和推動心血管研究領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展具有重要的意義。


圖1為模式度曲線，圖中給出了樣本院號為6023、6122、5958、6148的24小時及在10:00-14:00總共6個非線性C0模式度繪出的復(fù)雜度PM曲線。
圖2為動態(tài)心電數(shù)據(jù)計(jì)算非線性模式度指標(biāo)流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下給出若干樣本關(guān)于非線性C0模式度指標(biāo)PMi(i＝10，…，14)的實(shí)例計(jì)算結(jié)果以及某幾個樣本24小時以及在不同小時中C0模式度PMi的連接曲線。(見圖1)。
0-正常人樣本，1-有病人樣本樣本院號 健康狀況 24小時 10:00 11:00 12:00 13:00 14:006023 0 0.009465 0.003896 0.0049560.0065670.00566 0.0045096024 0 0.006196 0.004379 0.00282 0.0037270.0027480.0029846037 0 0.021149 0.006649 0.0070870.0207970.0214180.0199026040 0 0.017704 0.018302 0.0107080.0087040.0134010.0152196118 0 0.007177 0.002845 0.00487 0.0017290.0010640.0029946122 0 0.005933 0.001894 0.0023020.0020610.00152 0.0020825958 1 0.003020.002514 0.0009710.0004920.0009950.0009795983 1 0.003071 0.000543 0.0008960.0007160.00078 0.0009465986 1 0.003146 0.002697 0.0025560.0017660.0021570.0022935995 1 0.002515 0.001160.0012810.0007720.0003870.000576148 1 0.002939 0.001110.0007960.0009530.0014080.001226158 1 0.003014 0.001279 0.0009080.0009810.0006520.000889
權(quán)利要求
1.一種心率變異性的C0模式度PM指標(biāo)檢測分析方法，其特征在于步驟如下(1)利用動態(tài)心電儀器記錄24小時心電信號ECG；(2)將采集的心電信號ECG在計(jì)算機(jī)中回放，顯示24小時動態(tài)心電波形；(3)基于人工輔助下的自動識別動態(tài)心電RR間期，構(gòu)成時間序列RRi＝{ri1，ri2，…，rij，…rin}，其中i＝1，2，…，24；(4)基于人工輔助下的自動識別動態(tài)心電R峰的躍度，構(gòu)成時間序列RLi＝{li1，li2，…，lij，…lin}，其中i＝1，2，…，24；(5)通過上述記錄的時間序列，用計(jì)算機(jī)分析測量相應(yīng)的心率變異性的非線性C0模式度PM的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的述的檢測分析方法，其特征在于C0模式度的計(jì)算步驟如下(1)將每一個小時的RR間期心電時間序列RRi＝{ri1，ri2，…，rij，…rin}＝{ri(1)，ri(2)，…，ri(j)，…ri(n)}根據(jù)公式(2.1)作傅立葉變換F(j)=1nΣk=1nri(k)·e-2π-1kjn,j=1,2,···,n,---(2.1)]]>得到新的序列DFTi＝{Fi(1)，F(xiàn)i(2)，…，F(xiàn)i(j)，…Fi(n)}；(2)記Gin=1n(Σj=1n|Fi(j)|2),]]>如下構(gòu)造新的序列 于是，得到新的序列集合DF^Ti={F^i(1),F^i(2),···,F^i(j),···F^i(n)};]]>(3)根據(jù)公式(2.2)，對于序列集合 作傅立葉逆變換，ri(k)=F~(k)=Σj=1nF(j)·e2π-1kjn,k=1,2,···,n,----(2.2)]]>從而得到r·i={r·i(1),r·i(2),···,r·i(j),···r·i(n)};]]>(4)于是，我們就可以如下定義第i小時的RR間期序列模式度PMi的運(yùn)算公式PMi=Σk=1n|ri(k)-r·i(k)|2Σk=1n|ri(k)|2---(2.4)]]>
3.一種如權(quán)利要求1所述心率變異性的C0模式度PM指標(biāo)檢測分析方法的實(shí)現(xiàn)儀器，其特征在于由動態(tài)心電記錄器、心電信號預(yù)處理系統(tǒng)和非線性C0模式度指標(biāo)檢測系統(tǒng)組成；其中，動態(tài)心電記錄器采用磁帶式記錄器或閃光卡式記錄器；在心電信號預(yù)處理系統(tǒng)中，對于磁帶式記錄器提供的數(shù)據(jù)采用以單片機(jī)為核心，配有讀寫存儲器、只讀存儲器、A/D轉(zhuǎn)換器以及計(jì)算機(jī)連接并行通訊接口；對于閃光卡式記錄器提供的數(shù)據(jù)可以直接通過Flash卡USB讀取器及配以相應(yīng)的驅(qū)動程序、解碼軟件。
全文摘要
本發(fā)明為一種心率變異性的C
文檔編號G06F17/00GK1559340SQ200410016570
公開日2005年1月5日 申請日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者阮炯, 林偉, 顧凡及, 蔡志杰, 阮 炯 申請人:阮炯, 林偉, 顧凡及, 蔡志杰, 阮 炯