一种基于变分心肺耦合的睡眠动力学分析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于变分心肺耦合的睡眠动力学分析方法，属于睡眠医学和信息技术领域。本发明专利技术对心跳间隔时间序列和心电图衍生呼吸信号进行变分模态分解，具有对噪声和采样率的鲁棒性，并且频带分离效果好，解决了模态混叠问题，能将信号分解成几乎没有频带重叠的成分，能避免后续画出的心肺耦合图谱出现虚假耦合的现象。本发明专利技术结合希尔伯特变换能极大地提高心肺耦合图谱的时频分辨率，得到细节化的心肺耦合图谱和准确的心肺耦合指数，能提高诊断阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的准确性。阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的准确性。阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于变分心肺耦合的睡眠动力学分析方法


[0001]本专利技术涉及一种基于变分心肺耦合的睡眠动力学分析方法，属于睡眠医学和信息


技术介绍

[0002]阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（OSAHS）是老年人常见病，并逐渐呈现年轻化趋势。OSAHS与高血压、心律失常、心力衰竭等心血管疾病有潜在相关性，严重情况下患者可能在睡眠过程中窒息死亡，因此，对OSAHS进行及时的诊断和治疗具有重要意义。多导睡眠监测是诊断OSAHS的权威方法。但是，多导睡眠监测需要专业的大型设备，价格昂贵。此外，在使用多导睡眠监测获得脑电图后，需要专业的睡眠技师花费大量时间手动识别脑电波的特征波形，识别睡眠中发生的呼吸暂停或低通气事件。因此，有必要找到一种更加准确便捷的方法来研究OSAHS。
[0003]目前根据OSAHS患者睡眠期间心跳间隔时间序列的变化表现出与正常人不同的特征这一特点，出现了大量利用能代表心跳间隔时间序列变化规律的心率变异性来诊断OSAHS的方法。然而，某些疾病（例如充血性心力衰竭或自主神经病变）和药物（例如副交感神经溶解剂）与心率变异性的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变分心肺耦合的睡眠动力学分析方法，其特征在于该方法的步骤包括：第一步，采集受试者的心电信号，对采集的心电信号进行预处理，并绘制预处理后心电信号的心电图；第二步，提取第一步采集到的心电信号的心跳间隔时间序列和心电图衍生的呼吸信号；第三步，对第二步提取的心跳间隔时间序列和呼吸信号分别进行变分模态分解，得到心跳间隔时间序列的本征模态函数集合和呼吸信号的本征模态函数集合；第四步，对第三步得到的心跳间隔时间序列的本征模态函数集合进行希尔伯特变换，然后计算心跳间隔时间序列的本征模态函数集合的瞬时包络、瞬时相位和瞬时频率；第五步，对第三步得到的呼吸信号的本征模态函数集合进行希尔伯特变换，然后计算呼吸信号的本征模态函数集合的瞬时包络、瞬时相位和瞬时频率；第六步，根据第四步得到的心跳间隔时间序列的本征模态函数集合的瞬时频率将心跳间隔的本征模态函数的时间序列转换为以瞬时频率和时间为因变量的二维解析函数A；第七步，根据第五步得到的呼吸信号的本征模态函数集合的瞬时频率将呼吸信号的本征模态函数的时间序列转换为以瞬时频率和时间为因变量的二维解析函数B；第八步，计算第六步得到的二维解析函数A和第七步得到的二维解析函数B的互功率谱和相干性，并进一步得到心肺耦合指数；第九步，以时间为x轴、频率为y轴、第八步得到的心肺耦合指数为z轴，得到可视化的睡眠期间心肺耦合图谱，并根据得到的心肺耦合图谱得到心肺耦合特征，完成基于变分心肺耦合的睡眠动力学分析。2.根据权利要求1所述的一种基于变分心肺耦合的睡眠动力学分析方法，其特征在于：所述第一步中，对采集的心电信号进行预处理时，使用50Hz的陷波滤波器去除心电信号中的工频干扰，使用中值滤波算法去除基线漂移，使用通带截止频率为80 Hz、阻带截止频率为100 Hz的巴特沃斯低通滤波器去除肌电干扰。3.根据权利要求1或2所述的一种基于变分心肺耦合的睡眠动力学分析方法，其特征在于：所述第二步中，提取的心电信号的心跳间隔时间序列为心电图上所有R峰间的时间间隔；所述R峰的定位方法为心电信号的积分功率谱与心电信号的积分功率阈值的交点；所述积分功率谱P (t)为：，其中，x(t)代表心电信号，g(t
ꢀ‑ꢀ
τ)代表高斯函数；[δ1, δ2]为心电信号的频率范围；f代表频率，t代表时间，τ代表高斯函数g(t)每次平移的步长；心电信号的积分功率阈值的确定方法为：对积分功率谱进行滑动Tukey窗口加权，取每次加权数据中的最大值作为每个窗口的积分功率阈值。4.根据权利要求3所述的一种基于变分心肺耦合的睡眠动力学分析方法，其特征在于：
所述第二步中，提取的心电信号衍生的呼吸信号为心电图上所有QRS波的面积。5.根据权利要求4所述的一种基于变分心肺耦合的睡眠动力学分析方法，其特征在于：所述第三步中，设心跳间隔时间序列的本征模态函数集合为{u
R,k
} ={ u
R,1
,
ꢀ…
, u
R,KR
}，K
R
为心跳间隔时间序列的本征模态函数的个数；本征模态函数集合的确定方法为求出变分模态分解过程中的约束变分问题的解；所述约束变分问题为：，其中，y
R
为心跳间隔时间序列；{ω
R,k
} ={ω
R,1
,
ꢀ…
, ω
R,KR
}，表示这K
R
个本征模态函数的中心频率的集合；t代表时间，δ(t)代表狄拉克函数；j为虚数单位；所述变分问题的解的确定方法为：使用二次惩罚项α
R
和拉格朗日乘子λ
R
(t)，将约束变分问题转化为增广拉格朗日函数，所述的增广拉格朗日函数为：；其中，α
R
是一个预设值，λ
R
(t)将在求解过程中变化，初始值为0；在傅里叶域内计算这个增广拉格朗日函数关于u
R,k
和ω
R,k
的鞍点，并在傅里叶域内迭代更新{u
R,k
}、{ω
R,k
}以及λ
R
(t)直到满足迭代停止条件，得到本征模态函数集合{u
R,k
} ={ u
R,1
,
ꢀ…
, u
R,KR
}；第n+1步的更新公式为：；停止条件为
；其中，u
̂
R,k
(ω)代表u
R,k
(t)的傅里叶变换；y

【专利技术属性】
技术研发人员：史文彬，冯欢，叶建宏，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：