利用LabVIEW进行心率变异分析..doc

利用LabVIEW进行心率变异分析 2 评级 | 3.00 out of 5 阅读语言 | 打印 概览 心率变异（HRV）分析是一项在研究和临床中广泛使用的重要应用。LabVIEW包含多个信号处理VI，使用户可以非常方便地创建自定义的HRV分析应用。本文介绍了利用LabVIEW进行HRV分析的应用与实践。 目录 引言 什么是HRV？ 采集RR间隔 HRV分析方法 应用 获取HRV分析起步工具 参考文献 下载 引言 心电图（ECG）是一种由心电图仪产生的图形，提供了有关个人心脏健康的信息。ECG常在临床应用中帮助医生诊断心跳过速等心脏疾病。除了直接分析ECG信号，研究人员和医生们还可以从ECG信号中提取其他非直接的测量信息，最常见的测量之一便是心率变异（HRV）。本文描述了如何利用NI LabVIEW图形化开发环境提取并分析HRV测量结果，并同时介绍了LabVIEW HRV分析起步工具—— 一款基于LabVIEW的面向HRV分析的程序。本文所展示的HRV分析结果来自于该HRV分析起步工具。 什么是HRV？ 一个正常的单周期ECG信号由若干个波组成，如图1所示。 [+] 放大图片 图1. ECG信号的R波峰与RR间隔 具有最高峰值的波被称为R波。RR间隔是指两个相邻R波之间的时间间隔。波峰较小的波分别为P波、T波和U波。 心率变异（HRV）测量可以分析出这些RR间隔（它们显示了连续心跳之间的变化）是如何随时间而变化的。例如，图2展示了一个典型的成人的HRV。 [+] 放大图片 图2. 一个成人的HRV 图2中的HRV分析显示了该RR间隔范围从0.6秒变化至1秒，其平均值为0.8秒。 HRV分析提供了自主神经系统（ANS）的一个定量标记，因为HRV的调节机制源自交感和副交感神经系统[5]。迄今为止，许多研究人员和工程师们都致力于发掘HRV分析中对临床应用有价值的信息。在过去的十年中，已经发表了超过2000篇关于HRV的文章[1]。这些文章考察了HRV与血压、心肌梗塞、神经系统、心律失常、糖尿病、呼吸、肾衰竭、性别、年龄、疲劳程度、药物、吸烟、酒精等因素的关系[2]。目前，多个医学学科都已经在对HRV进行研究，相信HRV分析在未来的患者图形与数据分析中的应用将越来越多。 采集RR间隔 为了进行HRV分析，首先必须获取RR间隔。图3展示了 RR间隔的采集过程。 图3. RR间隔的采集过程 采集原始ECG信号 ECG信号可通过各种心电图仪采集获得。这些仪器的带宽并不要求很高。可以利用NI多通道DAQ设备，如NI PCI-6221，从ECG记录设备的输出端采集原始ECG信号。典型的采样率设置为125 Hz或250 Hz。所采集的ECG信号可以以NI TDMS文件类型存储以便进行离线分析。一些在线数据库（如MIT-BIH数据库database）也提供许多典型的ECG信号。该HRV分析起步工具包含一个导入MIT-BIH ECG数据的向导。 从ECG信号中提取RR间隔 从原始的ECG信号中可以提取到RR间隔。该提取过程通常包括预处理步骤和波峰检测步骤。如果原始ECG信号具有噪声和显著的基线漂移趋势，就有必要对其进行预处理。然后，您可以通过阈值设置或利用基于小波的波峰检测方法，检测R波峰，从而计算RR间隔。 请参阅NI开发者园地，获取关于ECG信号处理和特性提取的更多信息。 HRV分析方法 HRV分析有不同的方法[1][2]。方法之一便是时域分析，即利用暂态的RR间隔信号提取一些特别的度量。另一个方法是频谱分析，该方法以某个特定的速率对RR间隔进行插值处理，并将该间隔信号变换到频域。针对这两种方法，目前有一些标准可供使用[1]。还有一些其他方法，如非线性分析和时频分析，也有相关讨论和研究。 图4展示了HRV分析的整个过程。 [+] 放大图片 图4. HRV分析的整个过程。 LabVIEW具有多个可用于HRV分析的工具包或函数。如图5所示的HRV分析起步工具，展现了利用LabVIEW进行HRV分析的简便性。 [+] 放大图片 图5. HRV分析起步工具的前面板 预处理 RR间隔信号可能存在一些基线抖动，这会导致不精确的暂态分析和频率分析。您可以选择是否在分析前对RR间隔信号进行去漂移处理，如图6所示。对RR间隔信号进行去漂移处理的方法，与使用LabVIEW进行ECG信号处理文档中所提及的方法相似。 图6. 预处理配置对话框 图7展示了去漂移处理的过程。图中的红线表示该基线漂移。 [+] 放大图片 图7. RR间隔信号的预处理 分析RR间隔信号 下面描述了用于分析RR间隔信号的不同方法。HRV分析起步工具支持所有这些方法。 时域分析 对于时间序列分析，通常使用时域量度。许多量度可以从最初的RR间隔信号中提取，以展现ANS