[发明专利]一种呼吸对心率调制的定量分析方法及相关系统

说明书

本发明公开了一种呼吸对心率调制的定量分析方法及相关的系统。所述方法包括如下步骤：采集人体的心电信号和呼吸信号，并从所述心电信号中提取RR间期时间序列；建立RR间期时间序列与呼吸信号时间序列的二元回归模型；将所述二元回归模型转换到频域，计算呼吸信号时间序列对RR间期时间序列的影响值；将所述影响值变换到时域，获得呼吸对心率的时域作用结果。本发明得到的呼吸对心率变化的影响值能精确量化人体实时的呼吸对心率的调制作用值。

技术领域

本申请涉及人体健康评测技术领域，具体涉及一种呼吸对心率调制的定量分析方法及相关系统。

背景技术

心血管系统受到神经调节、体液调节和自身调节，这些调节是通过各种反射来实现的，调节的因素很多，调节的过程也很复杂。心肺交互作用通常也称为心肺耦合，是指心血管循环系统与呼吸系统之间的协调机制及其相互作用。

人体在做吸气运动时，胸廓扩张，这一活动使支气管和细支气管的平滑肌层中的肺牵张感受器兴奋，发送冲动并将冲动传入到呼吸中枢。中枢将传入的信息进行整合，抑制迷走神经的活动，增强交感神经活性，从而使心率加快，血压升高。血压升高后，位于颈动脉窦和主动脉弓血管外膜下的动脉压力感受器兴奋，发放冲动并将冲动传入到中枢，中枢再次将传入信息整合后，增强迷走神经活性，抑制交感神经的活性，使心率减慢，血压降低；同时，血压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环大血管壁的心肺感受器兴奋，它们发放的冲动经中枢整合后，进一步降低交感神经活性，增强迷走神经活性，使心率减慢，血压下降。心率减慢引起血液中氧分压降低，颈动脉体和主动脉体化学感受器感受到变化，发放冲动并传入中枢，使呼吸加快，心率加快。上述这些感受器的活动与神经中枢共同作用，调节呼吸和心血管系统的活动。

呼吸对心率的调制作用涉及到中枢神经系统、压力感受器以及血液动力学变化，其蕴含的生理信息可以用来辨识人体健康状态，也可以用于评估自主神经系统功能，用于睡眠质量定量测量和睡眠呼吸事件的检测等。申请号为CN201410090721、名称为“用于心肺系统的相位同步分析的系统和方法”的专利从相位的角度度量了心肺之间的同步；申请号为CN201610727847、名称为“一种量化心肺系统交互作用的分析方法”的专利利用深度学习的手段度量了心肺之间的交互过程；申请号为CN201810024192、名称为“基于CPC的非接触式睡眠评估方法及装置”的专利利用频域上的心肺信号的能量值进行了睡眠的分析。

综上，实时量化呼吸对心率的调制作用对辨识人体健康状态，评估自主神经系统功能，及睡眠质量定量测量和睡眠呼吸事件的检测等有重要的意义。

发明内容

本发明旨在解决现有技术无法对呼吸对心率的调制作用进行适当的、精确的量化的问题。

为解决上述技术问题，本发明一方面提出一种呼吸对心率调制的定量分析方法，包括如下步骤：采集人体的心电信号和呼吸信号，并从所述心电信号中提取RR间期时间序列；建立RR间期时间序列与呼吸信号时间序列的二元回归模型；将所述二元回归模型转换到频域，计算呼吸信号时间序列对RR间期时间序列的影响值；将所述影响值变换到时域，获得呼吸对心率的时域作用结果。

根据本发明的优选实施方式，在提取RR间期时间序列后剔除该序列中的异常点。

根据本发明的优选实施方式，在建立二元回归模型之前，对所述RR间期时间序列进行重采样到与所述呼吸信号相同的采样率；

根据本发明的优选实施方式，在建立二元回归模型之前，将所述RR间期时间序列和呼吸信号时间序列归一化。

根据本发明的优选实施方式，利用格兰杰因果关系分析法计算所述呼吸信号的时间序列对RR间期时间序列的变化的影响值。