[发明专利]一种极短时自主神经状态的光电容积波多参量分析方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学工程技术领域，涉及一种数字信号处理方法，具体涉及一种极短时自主神经状态的光电容积波多参量分析方法。

背景技术

当人处于病理状态或受到外部刺激时，比如睡眠呼吸暂停发生前后，激烈运动后或急性药物反应时，心血管调节系统往往会产生快速响应。追踪检测心血管调节的这些动态变化，对临床监护和病理生理研究有着十分重要的意义。

目前临床上广泛使用心率变异性分析作为心脏自主神经状态的分析方法。心率变异性分析通过计算比较心电信号RR间期时间序列的时、频域指标来评价自主神经功能，一般可分为短时程(5分钟)和长时程(24小时)两种基本类型。由于标准心率变异性测量有着严格的时间限制，而且还需要假定在这些时间段自主神经功能近似处于稳定状态。因此不适于自主神经活动的快速、动态评测。也有研究者为展示心率的动态变化而采用了时-频联合分析方法，但是因为缺少可量化的指标也难以对自主神经系统的快速变化进行量化分析。然而在检测方法缺乏的同时，极短时(<1分钟)自主神经活动变化被发现具有越来越显著的临床诊断和濒危预警意义。因此对极短时心血管调节功能分析方法的需求日益增强。

近几年来，关于极短时自主神经状态分析的研究逐步开展。实验证实在稳定状态下，从长度为10秒的心电信号中提取的相邻RR间期差值的均方根指标(rMSSD)能够准确表征5分钟的平均心迷走张力的变化。而最新的研究结果则是从各种不同方法获得的心率变异性指标中挑选出31个有可能用于30-拍心率变异性分析的指标，但是其有效性尚待进一步评估。总体而言，由于心率变异性指标是表征自主神经系统对心脏节律调节的单一指标，而且大多数指标基于统计方法得到。当数据长度有限时，误差明显，评估的准确性难以保证。这些被筛选的极短时心率变异性指标也难以有效反映出通过局部自主神经调节、通过中枢神经和荷尔蒙调节的整体心血管调节状态。

光电容积波信号(PhotoPlethysmograph,PPG)是通过光电技术获得的反映外周组织中微血管床血液容积变化的检测信号。该信号已被广泛应用于血氧饱和度和心率的监测。由于光电容积的检测点位于循环系统的下游，因此几乎心血管调节活动的所有结果都可能从光电容积波的不同参量中得以体现。现有研究显示，基于光电容积波的脉率间期参量的变异性已被认为可以替代心电信号来获得心率变异性；光电容积波脉搏幅度参量变化与心输出量，血流灌注以及血管舒张等紧密相关；光电容积波的基线参量变化也可以作为受呼吸调制的血容量指标，而血容量则主要受到中央静脉到右心房的回流变化的影响。这些参量从不同方面都体现了自主神经系统对心血管系统功能的调节活动。因此，同时对光电容积波中不同参量的变化进行评估就有可能得到一种更为全面的心血管调节的检测方法。

在分析信号动态变化的诸多方法中，彭家莱图(Poincaré plot)是能够从时间序列中直观显示系统动态特性的二维可视化工具。彭家莱图常用的定量分析指标为SD1和SD2。其中SD1为彭家莱图中在y＝x轴两侧，即与该轴方向垂直的散点离散宽度，反映了相邻点的差异，表达序列的瞬时或短时变化；而SD2则是沿y＝x轴方向的散点离散长度，表现的是序列的总体变异程度。彭家莱图这种定量分析方法已被广泛应用于标准的心率变异性分析，RR序列的SD1和SD2以及SD1/SD2已被证实能够分别表征副交感活性；交感和副交感的整体作用；交感和副交感的平衡。这种非线性的分析方法的优点还在于其对信号平稳性以及长度没有严格的限制，因此适用于极短时信号的动态检测。已有研究组将5s的彭家莱心率指标用于自主神经功能的动态分析。而作为定性和定量地分析混沌现象的经典方法，彭家莱图的应用并不应局限于心率的分析。也就是说，现有仅基于心率变异性的研究方法对于极短时自主神经状态分析还存在较大的局限性。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种极短时自主神经状态的光电容积波多参量分析方法，该方法是利用光电容积波多参量归一化的彭家莱非线性指标以及参量间的相关系数对极短时自主神经系统状态进行量化表征，该方法使用简便无创，比单一的心率变异性指标更能反映自主神经系统的整体状态。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种极短时自主神经状态的光电容积波多参量分析方法，包括以下步骤：

1)采集被测部位皮肤表层微血管床血液容积变化的光电容积波数字信号；

2)对采集得到的光电容积波数字信号进行预处理，去除该光电容积波数字信号的基线；

3)根据步骤2)得到的预处理信号，检测光电容积波每拍的峰值点和谷值点；