[發明專利]用于心肺系統相位同步分析的系統和方法

有效

• 申請號: 201410090721.6
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103876733A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 張建保;謝琳
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61B5/0456
• 分類號: A61B5/0456;A61B5/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種用于心率與呼吸相位同步分析的系統和方法。

背景技術

心血管系統和呼吸系統受到神經和體液的調控，以各自的節律工作，維持了人體正常的生命活動。但它們之間并不是相互獨立沒有影響的，而是密切配合，共同完成生理功能。

在中樞的調節和控制下，呼吸活動和心臟活動一樣有自己的運動節律，而且這種節律的深度和頻率會隨著機體內外的環境而改變。同時，節律性呼吸不僅受到中樞的調控，還受到來自呼吸器官本身以及血液循環等其他器官感受器傳入沖動的反射性調節，例如化學感受性呼吸反射、肺牽張反射和呼吸肌本體感受性反射。

呼吸過程由外呼吸（包括肺通氣和肺換氣）、內呼吸（即組織細胞和毛細血管血液之間的氣體交換過程）、氣體在血液中的運輸三個環節組成，呼吸運動通過這三個環節使人體獲取新陳代謝所需要的O₂，向外界排出代謝產物CO₂。其中，后兩個環節均在血液循環系統中完成，因此，呼吸運動是在神經和體液的調控下以及心血管系統的協調配合下完成的。同時，呼吸運動又會通過神經和體液的調節來影響心血管系統的活動。呼吸性竇性心率不齊是呼吸影響心血管系統活動的很好的例子。

心血管系統受到神經調節、體液調節和自身調節，這些調節是通過各種反射來實現的，調節的因素很多，調節的過程也很復雜。以下以竇性心率不齊為例，描述呼吸過程中，各種影響因素調節心血管系統活動的過程。

人體在做吸氣運動時，胸廓擴張，這一活動使支氣管和細支氣管的平滑肌層中的肺牽張感受器興奮，發放沖動并將沖動傳入到呼吸中樞。中樞將傳入的信息進行整合，抑制迷走神經的活動，增強交感神經活性，從而使心率加快，血壓升高。

血壓升高后，位于頸動脈竇和主動脈弓血管外膜下的動脈壓力感受器興奮，發放沖動并將沖動傳入到中樞，中樞再次將傳入信息整合后，增強迷走神經的活性，抑制交感神經的活性，使心率減慢，血壓降低；與此同時，血壓升高引起心房和心室的血容量增多，使位于心房、心室和肺循環大血管壁的心肺感受器興奮，它們發放的沖動經中樞整合后，進一步降低交感神經活性，增強迷走神經活性，使心率減慢，血壓下降。

心率減慢引起血液中的PO₂（氧分壓）降低，PCO₂升高，H⁺濃度升高，頸動脈體和主動脈體化學感受器感受到這些變化，發放沖動并傳入中樞，使呼吸加快，心率加快。

上述這些感受器的活動與神經中樞共同作用，調節呼吸和心血管系統的活動，使心率與呼吸同步。研究心血管系統和呼吸系統的同步在本領域具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于心肺系統相位同步分析的系統和方法。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案。

一種用于心肺系統的相位同步分析的系統，所述系統包括心電信號采集模塊、心電信號預處理模塊、心電信號R波峰檢測模塊、呼吸信號采集模塊、呼吸信號預處理模塊、呼吸信號波峰檢測模塊和相位同步分析模塊；

心電信號采集模塊采集心電信號；

心電信號預處理模塊包括基線漂移處理模塊和數字濾波模塊，數字濾波模塊進行低通濾波處理、高通濾波處理及/或50/60HZ的陷波處理；

心電信號R波峰檢測模塊采用基于小波變換的R波檢測算法檢測R波峰，基于小波變換的R波檢測算法采用了支持緊支集且具有一階消失矩的二次B樣條小波，二次B樣條小波的等效濾波器系數如下：

h₁=0.3750,h₂=0.1250,h₃=0.0000

g₁=0.5798,g₂=0.0869,g₃=0.0061

h_k=h_1-k,g_k=-g_1-k,若k>3,h_k=g_k=0,

呼吸信號采集模塊采集呼吸信號；

呼吸信號預處理模塊對呼吸信號進行濾波；所述呼吸信號預處理模塊使用Chebyshev低通濾波器濾除高頻噪聲和干擾，設置截止頻率fc=0.04Hz，通帶紋波0.01dB；所述呼吸信號預處理模塊在低通濾波的基礎上，再對呼吸信號做自適應濾波；使用Widrow-Hoff?LMS算法來實現自適應濾波器，取N=71，μ=-0.0001，其中N和μ為Widrow-Hoff?LMS算法中自適應濾波器的參數；