[发明专利]基于NLARI心率模型的心脏及自主神经功能评估系统

说明书

本发明公开了一种基于NLARI心率模型的心脏及自主神经功能评估方法，心率变异通过描述随机弹性系统的非线性自回归整合模型建模，并通过模型参数量化心脏和自主神经相关功能，导出心率特征指标及评估参考范围。本发明在心血管系统内外环境下导出的由心率特征指标构成的评估系统，能同时提供包括涉及心肌代谢和功能、自主神经系统与体液的平衡调节功能、新陈代谢水平与变化等心血管系统及自主神经系统功能评估，以及心源性瘁死风险指标。本发明无需使用频域分析等近似逼近算法或芯片元件，方法便捷高效；以及本发明集生物信号分析技术与通信网络技术为一体，有助于促进全民健康产业发展。

技术领域

本发明属于关于生理信号分析技术在人口健康应用领域，尤其涉及一种基于NLARI心率模型的心脏及自主神经功能评估方法。

背景技术

心血管系统功能强弱是人体健康水平的重要标志，是人体机能评定和体质评价的一项重要指标，利用心率评价心脏和自主神经系统功能健康对有效预防心血管疾病、维护人体健康和体育保健具有重大意义。研究表明心率变异性(HRV)降低可能是心脏病人死亡的独立危险因子。猝死是世界范畴的健康问题，仅在美国每天就有约1200人死于猝死，多数为心源性猝死。因此利用心率分析辨别处于心脏死亡风险病人使其得到即时诊断和治疗具有积极意义。心率变异产生于自主神经对窦房结自律性的调制，反映了心迷走与心交感神经系统活动的紧张性和均衡性，HRV分析作为一种简单的、非侵袭性的、连续可重复的自主神经系统状态的无创评价方法，广泛用于各种临床研究中。然而，目前心迷走和心交感神经活动对HRV的精确贡献尚不清楚，其量化难题阻扰了心率变异分析的实际应用。通过HRV分析对自主神经系统评价的主要方法有时域、频域及非线性三类，最常用的是非参数估计的快速傅里叶变换和参数估计的自回归AR模型。常规采用的以功率谱密度为参数的频域分析法在反映自主神经活动性方面存在明显偏差，譬如作为代表迷走神经活动性的高频成分数值较小，与代表交感神经活动的低频成分数值相差悬殊，这与常态下迷走神经活动呈优势的基本规律不相符。近年大量研究表明心率变异呈现非稳定性、非预期性、非线型性、非整数性(分形)、甚至混沌等复杂行为，这些复杂的心率行为挑战了传统心血管系统内环境稳态学说。所以心率变异分析的无创评价方法必须建立在心率变异生成机制基础上，才能阐明心率变异与心血管系统和自主神经系统功能的内在关系，从而提供正确的评价标准。遗憾的是目前尚未有心率模型成功建模和仿真不同心率动态，并在此基础上揭示心率变异的发生机制。近年，通过牛顿运动第二定律在随机弹性系统的应用、经过离散化后导出一类非线性自回归整合(NLARI)过程，它可以被特定如下：

其中让Y_t＝X_t-X₀-(ω/α)t，方程(1)可被改写为在那里

其中ω表示外部扰动的期待值，ε_t表示标准差σ的白噪音外部扰动，α是阻力系数且满足0＜α＜2，β是恢复力系数且满足β＞0，κ₁是阻力上的时间滞后，κ₂是恢复力上的时间滞后。当ε_t＝0作为t＝1，2，…，方程(2)变为一个确定性系统，相对恢复力系数γ控制了它的稳定性与分岔点：作为κ₂＝1，该确定性系统是一个渐近稳定不动点在0＜γ＜1，一个渐近稳定二周期环在一个非稳定二周期环在当γ＝0，NLARI过程退化为一个线型的非稳定的单位根ARI(2，1)过程。

综上所述，针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：以NLARI过程建模心率动态为基础，导出心率变异时间序列的生成机制，揭示心率变异与心血管系统功能异常、自主神经紊乱、代谢系统水平与变化之间的相互关系；进而利用这些相互关系，提出依据心率数据的心血管系统和自主神经调节功能评价和心源性猝死风险估计的无创方法。

发明内容

针对以上现有技术的缺陷本发明的目的在于提供一种基于NLARI心率模型的心脏及自主神经功能评估方法。