「ECG信号处理——(18)基于时空特征的心率变异性分析」2025年6月23日

一、HRV概述

心率变异性(Heart rate variability ,HRV)分析是通过测量分析连续正常R-R间期的时间变化来反映心率的变化程度的,根据计算RR 序列的统计指标,或者是画出RR间期的直方图和散点图来反映HRV的大小情况。下面我们从男性与女性、老年与青年和健康与患病三个维度来进行统计分析。

相关内容略,详情见我博客👇

「ECG信号处理------(12)心率变异性分析」2025年4月1日_hrv(心率变异性)所有健康人群的散点图,如何绘制,值是rr间期-CSDN博客

二、HRV分析之散点图

(一)男性与女性

下图是mit-bih-arrhythmia-database-1.0.0数据库中男性(69岁-100号记录)和女性(75岁-101号记录)的健康状况散点图。散点图的形状直接反映了瞬时心率变化曲线的特征。

图1:69岁健康男性散点图 图2:75岁健康女性散点图

正常男性和女性的散点大都集中在45度角的直线附近且呈彗星状,正常人相邻的窦性心搏的RR间期大致相等。在心率缓慢时(对应RR间期较长,即散点图的上部)窦性心律不齐增大,而散点图的下端(对应心率快时)散点图比较窄,说明在心率加快时,窦性心律不齐减小,这些结论与临床现象符合。

(二)健康与患病

下图是75岁的女性(健康)与76岁的女性(患病)的健康状况散点图。由图可知,对比健康的女性而言,患有一定程度的心律失常的患者的散点图呈现发散的趋势。该节律与病态窦房结综合征相符。

图3:75岁健康女性散点图 图4:76岁患病女性散点图

(三)年轻与年老

下图是69岁健康男性(100记录a)、32岁健康男性(230记录b)、76岁的女性(患病c)、24岁的女性(患病d)的散点情况图。

(a)69岁健康男性 (b)32岁健康男性

(c)76岁患病女性 (d)24岁患病女性

图5:散点图对比

由上图5(a)和(b)可知,同属于健康男性情况下,年轻人的散点图分布更具延展性,而老年人的散点图分布更为集中。由上图5(c)和(d)可知,同属于患病女性情况下,老年患者的发散趋势较年轻人更弱且更为集中,而年轻患者的发散趋势广且散,结果表明老年人的心跳活动下降且生理特征衰弱。

三、HRV分析之直方图

(一)年轻与年老

下面我们仅以老年组和年轻组为例,进一步分析HRV直方图。分别选取健康老年组和健康年轻组的一个受试者的心电信号,画出直方图。图6和图7分别是老年人和年轻人的RR间期直方图。

图6:69岁男性 图7: 32岁男性

由图中也可以看出,年老人的RR间期时间大部分分布在750~850ms之间,时间差异的波动较集中:而年轻人的主要分布在650~970ms之间,时间差异的振幅较大。年老人的RR间期差值的变化范围比年轻人的小很多, RR间期时间的波动较小。这也在一定程度上,直观地说明年老人比年轻人的 HRV 要小。

(二)相关指标结果分析

现在对正常年老组和年轻组的完整RR间期数据进行时域上的三个线性指标分别为:均值MEAN、差值均方的平方根RMSSD、均值标准差SDANN。

表1: 线性指标

|-------|--------------|--------------|
| 线性指标 | 年老组 | 年轻组 |
| MEAN | 794.593630ms | 786.752882ms |
| SDANN | 48.11ms | 126.84ms |
| RMSSD | 61.489893ms | 92.137013ms |

从表中可以看出,年轻组均值参数结果比年老组的要小,说明年轻人的RR间期平均时间要比年老人相对短一些,心跳相对快一些。而年轻组的RMSSD和SDANN参数结果稍微大,说明副交感神经和交感神经的张力要大一些,迷走神经功能较年老人良好,年轻人的心率变异性偏大。

Tips:下一讲,我们将进一步探讨,心电信号的特征提取的其他部分。

以上就是基于时空特征的心率变异性分析的全部内容啦~

我们下期再见,拜拜(⭐v⭐) ~

(Ps:有代码实现需求,请见主页信息,谢谢支持!~)

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