心率变异信号的多尺度分析

摘要

心率变异信号(HRV)综合反映了脑神经、中枢神经和呼吸等生理活动,包含了大量自主神经系统功能的重要信息,即便没有确定扰动的影响,HRV信号仍具有高度不平稳性,存在非线性动力学特征,对于临床上心脏活动状态评估和疾病诊断有着重要意义.然而,目前对HRV信号的非线性动力学研究主要采用单一维度和尺度的分析方法,很难完全表征HRV信号对应的非线性生理机制.本文以健康人和心脏病人为研究对象,分别利用尺度相关Lyapunov指数(SDLE)和多尺度多重分形分析(MSMF)刻画HRV信号的多尺度混沌特性和分形特性两个方面的非线性动力学特征.结果发现,HRV信号是一个动力学过程,心脏病人HRV信号的混沌特性指数比健康人的高,分形特性指数比健康人的低,表明健康人的心脏对内外环境刺激有更强的适应性和可变性,而且利用多尺度分析比单一分析更加准确.该研究对于进一步解析HRV信号非线性特性的生理学意义有着促进作用.