基于心率变异性非线性动力学算法的不同年龄心脏分析

摘要

[目的]为改善最大李亚普诺夫指数(largest Lyapunov exponent, LLE)基于心电图(electrocardiography, ECG)信号评价非线性特性时的计算效率问题，提出基于心率变异性(heart rate variablity, HRV)的洛伦兹散点图定性和LLE定量评估方法.[方法]提出基于HRV数据的心脏非线性动态特性分析框架，首先利用聚类法去除洛伦兹散点图的信号噪声，再基于序贯概率比检验自动提取稳定的HRV片段，从而在HRV数据上获得与ECG一致的非线性描述，实现基于长期HRV信号可靠、高效的非线性动态特性定量分析.[结果]将该模型应用于42名临床诊断为心脏健康的青年(16～45岁)和老年(≥70岁)个体的24 h动态心电数据，该模型在HRV数据与ECG信号上获得一致的非线性动力学量化特性；能在4 s内完成30 min HRV数据的LLE计算，且基于HRV的洛伦兹散点图的形状与LLE及心脏的健康程度有较强的相关性.[结论]由于基于HRV的洛伦兹散点图对算力需求较低，且可作为健康状态的评判依据.可用于穿戴系统的远程实时计算，同时为临床理解不同年龄心脏系统系统非线性动力学特性提供新的视角.

关键词

非线性动力学 / 最大李雅普诺夫指数 / 心率变异性 / 心电图 / 洛伦兹散点图