[發明專利]一種基于極值能量分解法的心率變異性信號分析方法

有效

• 申請號: 201910841605.6
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110464337B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 寧新寶;曾彭;周作建;姜曉東;劉果;王斌斌;王華
• 申請（專利權）人: 江蘇華康信息技術有限公司
• 主分類號: A61B5/0402
• 分類號: A61B5/0402;A61B5/0205;A61B5/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張婧

本發明公開了一種基于極值能量分解法的心率變異性信號分析方法，包括獲取給定時間和給定采樣頻率下的未知狀態的ECG信號，去噪后得到RRI信號x(t)；將RRI信號x(t)作為原始信號，將原始信號x(t)分解為n個極值模態函數分量和一個余量，將原始信號x(t)分解得的n個極值模態函數分量，代表了原始信號不同頻段的分量，根據n個極值模態函數分量判定該RRI信號是否為異常心率變異性信號。本發明采用極值能量分解方法分析RRI信號，將原始信號分解為多個分量，也就是極值分量函數，計算每一個分量的能量，得到其能量分布。

技術領域

本發明涉及一種心電圖信號分析，尤其涉及一種基于極值能量分解法的心率變異性信號分析方法。

背景技術

生理信號是由生命體多個系統相互作用產生的，不同系統作用的時間和強度不同，導致生理信號具有時間和空間上的復雜性。心率變異性(HRV)是指測量連續心動周期之間的時間變異數，準確地說，應該是測量連續出現的正常P-P間期之間的差異的變異數。但由于P波不如R波明顯或P波頂端有時寬鈍，所以對心率變異性信號的研究通常用與P-P間期相等的R-R間期信號(RRI)來代替。研究表明，HRV可做為植物神經系統活動的無創性檢測指標，尤其在判斷某些心血管疾病的預后方面有著重要意義。

現有技術中研究心臟的長時調節節律(1Hz))常用心律變異性信號(HRV信號)作為分析對象。大量的研究表明，人體HRV信號具有長時相關性和非線性動力學復雜性，并且年齡和疾病會導致動力學復雜性降低。對心率變異性(Heart Rate Varibility,HRV)信號的研究常用的是RR間期(Interbeat Intervals，RRI)信號，即連續RRI信號R波之間的時間間隔信號。

研究HRV信號的能量改變最常用的方法是功率譜分析(PSD)。PSD通過傅里葉變換將HRV信號的功率轉化成頻率的函數，研究不同頻域范圍的功率大小，通常HRV頻譜分為高頻(HF)、低頻(LF)和極低頻(VLF)等幾個頻段。LF/HF比值有重要的臨床價值。心臟疾病會引起HRV功率譜的改變，比如心衰和心肌梗死引起歸一化HF增高、LF和VLF降低。然而，PSD不是一種基于數據驅動的方法，并且對頻域的分段比較粗糙，導致細節缺失，分割也不夠靈活。

因此，亟待解決上述問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種可采用較少數據即可直觀反映心電圖能量分布和信號波動的真實規律的基于極值能量分解法的心率變異性信號分析方法。

技術方案：為實現以上目的，本發明公開了一種基于極值能量分解法的心率變異性信號分析方法，包括如下步驟：

(1)、獲取給定時間和給定采樣頻率下的未知狀態的ECG信號，然后對ECG信號進行去噪預處理，從中提取RRI信號，得到未知狀態的RRI信號x(t)；

(2)、將RRI信號x(t)作為原始信號，求出原始信號的所有局部極值點，然后將原始信號的所有極大值點和所有極小值點采用樣條曲線連起來分別形成上包絡線e_max和下包絡線e_min，得到上、下包絡線的包絡均值信號m(t)＝(e_max+e_min)/2；

(3)、將原始信號x(t)減去包絡均值信號m(t)，得到h(t)＝x(t)-m(t)；然后判斷h(t)是否滿足極值模態函數的判定條件，如果不滿足，將h(t)作為原始信號返回至步驟(3)，直到h_k(t)滿足極值模態函數的判定條件，則記c₁(t)＝h_k(t)，作為第一個極值模態函數分量；