论文部分内容阅读
对于心脏系统的输出信号的非线性研究,可得到心脏系统内部的隐藏信息,为我们研究心脏系统的非线性动力学行为提供了很大的帮助。心脏系统是自然界最复杂的系统之一,心脏的作用就是把富含氧及营养物质的动脉血泵到身体的不同部位,使我们的身体机能保持在正常,健康的状态。大量的实验研究表明,心脏系统的复杂性是由心脏中多个组织以及自主神经调控共同作用的结果。这种复杂而有组织的调控模式可通过心脏系统输出信号的变异性表现出来,我们称这种信号为心率变异性信号(HRV)。该信号具有生理信号共有的特性,该信号的输出波形看似有规律实际又存在微小的波动,因此该信号是一种复杂的混沌信号。对心率变异信号的研究不仅可以推广非线性分析法在生物医学信号处中的应用,而且可发现心脏系统的复杂性与自主神经调控功能间的关系,为心血管疾病的理论研究提供有价值的信息。近些年我国人口老龄化的日益加重,研究生理老化对心脏系统带来的影响具有非常重要的意义。本文运用非线性理论中的分形方法,通过切实可行的实验,根据去势波动分析分析了健康年轻人和健康老年人HRV信号的相关性,结合去趋势波动分析法,建立多重分形去趋势波动分析法分析健康年轻人以及健康老年人HRV信号的多重分形特性。得到结论,健康年轻人的HRV信号的相关性波动范围大于健康老年人,这说明健康老年人的心脏系统更加的平稳,并且健康老年人HRV信号的多重分形特性小于健康年轻人,这说明健康老年人的心脏系统的混沌性较弱,心率变异性低。文章还研究了不同频率分量下HRV信号的相关性以及多重分形特性的变化,具体的实验步骤是:对健康年轻人以及健康老年人的HRV信号先进行集合经验模态分解,得到信号频率由高到低的本征模函数,相比于EMD方法EEMD方法克服了 EMD分解会出现的模态混叠现象,接着又基于DFA算法计算了不同IMF分量下健康年轻人和健康老年人的HRV信号的相关性,得到结论,IMF4分量可以一个区分健康年轻人和健康老年人HRV信号的指标。为了保证论文结果的精确性和普适性,我们又基于MF-DFA方法计算了不同标度下不同IMF分量下信号的多重分形特性,我们可以发现,不论在哪一种分形阶数下,两条曲线都完全可以被分开,IMF4分量可以被作为区分健康年轻人和健康老年人HRV信号的一个重要参数。为心脏功能的诊断提供依据。本文使用的实验方法具有很好的自适应性,而且可以用少量的实验数据点得到精确地计算结果。对于HRV信号相关性以及多重分形特性的分析,不仅可以从不同分形尺度研究信号的本征信息而且可以深层次的分析信号不同频率分量的分形特性,从本质上解释生理老化对HRV信号的影响,为临床医学HRV信号的检测和诊断提供理论依据。