統(tǒng)計物理理論在心電信號研究中的應用.pdf

1、生命體系是自然界中最復雜的系統(tǒng)，由多個子系統(tǒng)組成。循環(huán)系統(tǒng)為其主要的子系統(tǒng)之一，而心臟又足循環(huán)系統(tǒng)中的核心部分，它是由多個振子耦合而成的復雜振蕩系統(tǒng)，給循環(huán)系統(tǒng)運行提供動力。在正常情況下，竇房結(jié)的電振蕩起著支配作用，所以通常健康人的心律是竇性心律。心臟搏動在體表形成的電位變化稱為心電圖(electrocardiogram，ECG)信號目前心電信號非線性特性分析是生命體系研究的一個重要領域。 基于混沌理論和統(tǒng)計物理理論的發(fā)展，目前

2、對于心電信號非線性特性分析，大部分研究工作主要是用關聯(lián)維數(shù)、李雅普諾夫指數(shù)、柯氏熵和分形特性參數(shù)等進行分析。本文首先對上述研究成果進行了總結(jié)，然后用多種統(tǒng)計物理方法對睡眠時期的心電數(shù)據(jù)進行分析，試圖理解支配心率變異的自主神經(jīng)系統(tǒng)兩個作用相反的分支--交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)在睡眠時期相互作用的內(nèi)在機制。論文主要完成了如下的工作： 1.我們發(fā)現(xiàn)了在不同睡眠時期(淺睡期，深睡期，快速眼動期和清醒期)的心率變異信號均展現(xiàn)出強烈的長程關聯(lián)性

3、。在此之上，我們發(fā)現(xiàn)了快速眼動期的長程關聯(lián)程度比其他時期小，這與前人的結(jié)果是相抵觸的，我們對此異?，F(xiàn)象做了進一步的探討。 2.我們證實了睡眠時期的心率信號具有多重分形特性，意味著心臟的跳動并不是規(guī)則的，這種不規(guī)則的心率才是健康心臟的標志。 3.我們發(fā)現(xiàn)了奇異譜的寬度與自主神經(jīng)的控制強度存在著某種聯(lián)系，這表現(xiàn)在快速眼動期HRV信號的奇異譜具有最寬的寬度，展現(xiàn)出最強的多重分形特性。與非REM時期相比，REM時期的交感神經(jīng)活動