基于RR间期频域参数的隐匿性房颤检测分析系统及方法与流程

本发明涉及一种心电信号检测分析，尤其涉及基于rr间期频域参数的隐匿性房颤检测分析系统及方法。

背景技术：

1、心房颤动是一种快速、不规则的房性心律，症状包括心悸，有时疲乏，体力下降和晕厥先兆，可能形成心房栓子，有引起栓塞性脑卒中的明显危险性。诊断靠心电图，如图1所示，用肉眼就可区分正常心电图和房颤心电图，这时房颤已到了一定严重的程度。房颤初期(轻度)其颤动的小波仅有10微伏左右，甚至更小，靠心电图很难辨出是否有房颤，这种轻度症可称其为隐匿性房颤。一旦认定已患轻度房颤即可及时治疗，包括用药物控制心率，用抗凝药物预防血栓栓塞，有时用药物或心脏转复的方法使心房颤动转复成窦性心律。

2、房颤的不良后果有五个方面：

3、(1)难受：心慌、气短、胸闷、胸疼、头晕、乏力、失眠、导致心理压力，紧张、害怕恐惧等等；

4、(2)心衰：心脏功能下降，舒张功能降低，心缓心衰；

5、(3)卒中：房颤容易形成血栓导致栓塞，容易堵到脑血管形成脑血栓，半身不遂；

6、(4)缺血：如果同时有冠心病，心肌缺血的，房颤会加重心肌缺血；

7、(5)猝死：房颤属于严重的心律失常，心律失常的猝死率一般都会比普通人群高5-6倍；

8、根据中国国家卒中登记中心的数据，房颤患者卒中的复发率、致残率和死亡率分别约为32.35％、51.58％及34.23％。患有房颤的卒中患者的复发风险比无房颤患者高3.7倍。房颤中心联盟于2020年7月—2021年9月开展了房颤流行病学调查，调查结果显示，中国房颤患病率为1.6％，在接近60万人群的机会性筛查中，目前中国房颤人群患者人数高达2000万，据调查在诊断为房颤的患者中，36％的人不知道自己患有房颤。

9、因此，亟待解决上述问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是提供一种可精准监测隐匿性房颤风险等级的基于rr间期频域参数的隐匿性房颤检测分析方法。

2、本发明的第二目的是提供一种基于rr间期频域参数的隐匿性房颤检测分析系统。

3、技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种基于rr间期频域参数的隐匿性房颤检测分析方法，包括如下步骤：

4、(1)采集待分析的心率变异信号并保存；

5、(2)对心率变异数字信号rr间期进行频域分析计算，通过平均周期法计算自主神经功能频域参数lfnorm、hfnorm、lf/hf的功率数值，通过ar模型法获得待分析心电数据的自主神经功能频域参数lfnorm、hfnorm、lf/hf的频谱包络图；

6、(3)若频域参数lf/hf的功率数值在第一阈值范围内，则表明隐匿性房颤的风险等级为低风险，若频域参数lf/hf的功率数值在第二阈值范围内，则表明隐匿性房颤的风险等级为中风险，若频域参数lf/hf的功率数值在第三阈值范围内，则表明隐匿性房颤的风险等级为高风险；或若待分析心率变异信号的频谱包络图在第一标准群体图内，则表明隐匿性房颤的风险等级为低风险，若待分析心率变异信号的频谱包络图在第二标准群体图内，则表明隐匿性房颤的风险等级为中风险，若待分析心率变异信号的频谱包络图在第三标准群体图内，则表明隐匿性房颤的风险等级为高风险。

7、优选的，步骤(2)中通过平均周期法计算自主神经功能频域参数lfnorm、hfnorm、lf/hf的功率数值的具体步骤为：

8、通过对rr间期的数据进行快速傅里叶变换，计算出功率谱密度psd，其中功率谱密度psd可表示为频率的一个函数，记为p(f)，表示如下：

9、

10、式中，x(n)(n＝0,1,……,n-1)表示心脏跳动的rr间期序列，n为待分析的rr间期序列长度，通常取n＝256或n＝512；δt为rr间期序列的平均采样间隔，即本段rr间期序列的平均值x(f)为x(n)的离散傅里叶变换；

11、将功率谱密度psd分为以下四个频带：超低频带ulf：<0.003hz，即为psdulf，极低频带vlf：0.003～0.04hz，即为psdvlf，低频带lf：0.04～0.15hz，即为psdlf，高频带hf0.15～0.40hz，即为psdhf，总频带：≤0.4hz，即为psd总；

12、总频带的功率谱密度psd总＝psdulf+psdlf+psdhf+psdvlf，

13、lfnorm＝100×psdlf/(psd总－psdvlf)，

14、hfnorm＝100×psdhf/(psd总－psdvlf)，

15、lf/hf＝psdlf/psdhf。

16、再者，步骤(2)中通过ar模型法获得自主神经功能频域参数lfnorm、hfnorm、lf/hf的频谱包络图的具体步骤为：

17、ar模型即自回归模型的差分方程可表示为：

18、

19、式中，x(n)为心脏跳动的rr间期序列，u(n)是一个均值为零，方差为σ2的白噪声序列；p为模型阶数，取p＝15，ak为ar模型的系数，k＝1,2,3,…,p；

20、根据x(n)的自相关函数构建ar模型的正则方程，即yule-walker方程，求解后获得各系数ak及σ2的估计值；则最终x(n)的功率谱par(f)可表示为：

21、

22、得到rr间期的每5分钟一条的功率密度谱曲线的待分析心电数据的包络图，即为自主神经功能频域参数lfnorm、hfnorm、lf/hf的频谱包络图。

23、进一步，步骤(2)中模型阶数p确定值的选取方法为：心率变异数字信号rr间期进行频域分析计算，通过平均周期法计算自主神经功能频域参数lfnorm、hfnorm、lf/hf的功率数值，并绘制对应的功率密度谱曲线图；设定模型阶数p的初始值，通过ar模型法获得rr间期的功率密度谱曲线的包络图，即自主神经功能频域参数lfnorm、hfnorm、lf/hf的频谱图；若功率密度谱曲线图与频谱包络图相匹配，则该模型阶数p即为确定值，若功率密度谱曲线图与频谱包络图不相匹配，则调整模型阶数p的数值，重新通过ar模型法获得rr间期的功率密度谱曲线的包络图，直至功率密度谱曲线图与频谱包络图相匹配，得到模型阶数p的确定值。

24、其中，第一阈值为0.4～3，第二阈值为0.2～0.4，第三阈值为<0.2。

25、再者，步骤(3)中第一标准群体图的的选取方法为：选取频域参数lf/hf的功率数值在第一阈值范围内的心率变异信号作为第一标准心率变异数字信号，将标准心率变异数字信号输入到ar模型中得到一簇标准的ar模型图，再选取与标准的ar模型图若干相似程度大于0.7图形，形成第一标准群体图。

26、优选的，步骤(3)中第二标准群体图的的选取方法为：选取频域参数lf/hf的功率数值在第二阈值范围内的心率变异信号作为第二标准心率变异数字信号，将标准心率变异数字信号输入到ar模型中得到一簇标准的ar模型图，再选取与标准的ar模型图若干相似程度大于0.7图形，形成第二标准群体图。

27、进一步，步骤(3)中第三标准群体图的的选取方法为：选取频域参数lf/hf的功率数值在第三阈值范围内的心率变异信号作为第三标准心率变异数字信号，将标准心率变异数字信号输入到ar模型中得到一簇标准的ar模型图，再选取与标准的ar模型图若干相似程度大于0.7图形，形成第三标准群体图。

28、本发明一种基于rr间期频域参数的隐匿性房颤检测分析系统，包括信号采集存储模块，用于采集待分析的心率变异信号并保存；

29、频域计算模块，对心率变异数字信号rr间期进行频域分析计算，通过平均周期法计算自主神经功能频域参数lfnorm、hfnorm、lf/hf的功率数值，通过ar模型法获得待分析心电数据的自主神经功能频域参数lfnorm、hfnorm、lf/hf的频谱包络图；

30、风险判断模块，若频域参数lf/hf的功率数值在第一阈值范围内，则表明隐匿性房颤的风险等级为低风险，若频域参数lf/hf的功率数值在第二阈值范围内，则表明隐匿性房颤的风险等级为中风险，若频域参数lf/hf的功率数值在第三阈值范围内，则表明隐匿性房颤的风险等级为高风险；或若待分析心率变异信号的频谱包络图在第一标准群体图内，则表明隐匿性房颤的风险等级为低风险，若待分析心率变异信号的频谱包络图在第二标准群体图内，则表明隐匿性房颤的风险等级为中风险，若待分析心率变异信号的频谱包络图在第三标准群体图内，则表明隐匿性房颤的风险等级为高风险。

31、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明采集待分析的心电信号，对心电信号频域分析，分别得到频域参数的功率数值和频谱包络图，然后基于频域参数的功率数值和频谱包络图分别分析并判断隐匿性房颤的风险的等级，保障风险预判的准确性，提高监测的灵敏性。