一种心息一致性评估方法、存储介质及心息指标监测设备技术

本发明专利技术涉及健康养生技术领域，特别涉及一种心息一致性评估方法、存储介质及心息指标监测设备，一种心息一致性评估方法，包括以下步骤：获取心率和呼吸数据；计算获得心率和呼吸数据各自的振幅谱和相位，并利用各自的相位计算获得心率和呼吸的相位差；对呼吸振幅谱进行线性尺度调整；计算心率振幅谱和调整后的呼吸振幅谱的耦合部分并用相位差对该部分进行校正；基于校正后的耦合部分计算心息一致性指标值。本发明专利技术提供的一致性指标能更好地衡量心肺耦合的和谐度，更细致地体现心肺的耦合状态，从而更好的反应出人体的生理状态。从而更好的反应出人体的生理状态。从而更好的反应出人体的生理状态。

【技术实现步骤摘要】
一种心息一致性评估方法、存储介质及心息指标监测设备


[0001]本专利技术涉及健康养生
，其特别涉及一种心息一致性评估方法、存储介质及心息指标监测设备。

技术介绍

[0002]心率这一生理指标的应用越来越广泛，其相关信息的分析可以监测人体生理机能。市面上的众多的健康手环就是在对心率分析的基础上分析人体健康状态，其中以针对心率的时域和频域的指标分析为主。美国HeartMath研究所则基于心率序列信息构建了人体心脑一致性的指标并应用在其设备Inner
‑
Balance上(纳入美国的多家商业医保报销范围)。这些指标都仅仅考虑到心率这一单一生理数据。但人体是个复杂的多子系统强耦合系统，呼吸是体现人体体征的最重要的生理指标之一，循环系统和呼吸系统是紧密耦合的，心率、呼吸与血管中的压力反射器(与情绪控制中枢杏仁核有直接通道)形成了紧密耦合反馈回路，所以心率、呼吸和情绪等心理活动之间密切相关。
[0003]因此，为了获得人体的更准确丰富的状态信息，则需要进一步结合呼吸波形数据并考虑呼吸与心率的同步性关系。现有文献中有一些研究工作在对心率频域分析时利用了呼吸指标，M.T.V.Yamuza等人利用呼吸与心率在频域上的相干系数重新定义了传统意义的高频频段，以更好地区分不同的情绪状态；R.Bail
ó
n等人提出了一种新的运动应激测试中HRV的时变分析方法，其中包括呼吸频率的信息，可以降低在运动状态下对高频成分估计的平均误差和标准差；M.Daoud等人利用呼吸与心率的相干性对频率进行加权平均，重新定义低频频段与高频频段的分界线，使之与心率功率谱高低功率分界线更一致，可以更好地区分经典的直立测试中仰卧位和直立位两种姿势。
[0004]以上的这些技术均利用了呼吸的信息，但只应用于特定的状态下，特别是用于界定心率的高低频区域，只能反映粗略的心肺耦合状态，并不能体现和衡量人体在多种场景下的心肺耦合程度和心息意的一致性。而且这些技术均未考虑到心率与呼吸的相位关系。由呼吸介导的心率频率 (呼吸性窦性心律不齐，简称RAS)对肺泡内气体交换的效率有重要的影响，呼吸和心率的相位差关系对应着气体交换的效率。因此呼吸与心率的相位差蕴含了人体一致性更多的信息，上述已有的技术并不能够充分地刻画心肺耦合的程度，从而反映出人体的生理状态。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术不能够充分地反映心肺耦合程度的问题，本专利技术提供一种心息一致性评估方法、存储介质及心息指标监测设备。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题，提供如下的技术方案：一种心息一致性评估方法，包括以下步骤：
[0007]获取心率和呼吸数据；
[0008]计算获得心率和呼吸数据各自的振幅谱和相位，并利用各自的相位计算获得心率
和呼吸的相位差；
[0009]对呼吸振幅谱进行线性尺度调整；
[0010]计算心率振幅谱和调整后的呼吸振幅谱的耦合部分并用相位差对该部分进行校正；
[0011]基于校正后的耦合部分计算心息一致性指标值。
[0012]优选地，获取心率和呼吸数据时为同步获取。
[0013]优选地，对心率和呼吸数据分别计算振幅谱，并计算获得相位差具体为：
[0014]对获取的心率和呼吸数据按照时间进行分组处理；
[0015]对于每一组，分别利用傅里叶变换得到各自的振幅谱和相位；
[0016]再通过心率和呼吸的相位计算这两者差值获得相位差。
[0017]优选地，对呼吸振幅谱进行线性尺度调整具体为：
[0018]在呼吸振幅谱中寻找其振幅峰值对应的频率，然后在此频率附近寻找心率振幅谱的振幅峰值对应的频率，并记录各峰值频率对应的心率振幅以及呼吸振幅；
[0019]利用峰值频率对应的心率振幅以及呼吸振幅计算获得比例系数；
[0020]再利用比例系数对呼吸振幅谱进行线性的尺度调整。
[0021]优选地，调整后的呼吸振幅谱为：
[0022][0023]其中
[0024][0025]其中d
b
(f)表示调整前的呼吸振幅谱中任意频率f对应的振幅，d
h
(f)表示心率振幅谱任意频率f对应的振幅，k 为比例系数；为在心率振幅谱内的振幅峰值对应的频率，为心率振幅谱在频率对应的振幅，为呼吸振幅谱在频率对应的振幅，为在呼吸振幅谱内的振幅峰值对应的频率，为心率振幅谱在频率对应的振幅，为呼吸振幅谱在频率对应的振幅。
[0026]优选地，设定S
p
为心率振幅谱和调整后的呼吸振幅谱的耦合部分，则利用相位差对S
p
进行校正的公式为：
[0027][0028]其中θ(f)表示相位差，f∈[x，y]表示呼吸振幅谱的频率范围，其中
[0029][0030][0031]优选地，在计算心息一致性指标值之前，还在心率振幅谱的频率范围内计算心率的总功率：
[0032][0033]其中f∈[p，q]表示心率振幅谱的频率范围，dh(f)表示心率振幅谱在任意频率f下对应的振幅。
[0034]优选地，计算心息一致性指标值的公式为：
[0035][0036]本专利技术为解决上述技术问题，提供又一技术方案如下：一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如前述的一种心息一致性评估方法的步骤。
[0037]本专利技术为解决上述技术问题，提供又一技术方案如下：一种心息指标监测设备，所述心息指标监测设备具有采集心率数据以及呼吸数据的采集单元，以及与采集单元信号连接的处理心率数据和呼吸数据的处理单元；
[0038]所述处理单元在处理心率数据和呼吸数据时，采用如前述的一种心息一致性评估方法的步骤计算获得心息一致性指标值。
[0039]与现有技术相比，本专利技术所提供的一种心息一致性评估方法、存储介质及心息指标监测设备，具有如下的有益效果：
[0040]1.本专利技术实施例提供的一种心息一致性评估方法，通过对心率以及呼吸数据的处理，用呼吸的频率来抽取相关的心率功率谱部分，计算其功率谱的集中程度和振幅大小反映心脏在呼吸带动下的共振程度(一致性程度)；另一方面，同时利用心率与呼吸的相位差对两者的频域信息进行校正，使得相位差更小的频域信息占据更大的权重，从而反映心率
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呼吸的同步性以衡量体内气体交换的效率，综合上述方法，本专利技术提出的心息一致性指标能更好地衡量心肺耦合的和谐度，更细致地体现心
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息的耦合状态。
[0041]2.本专利技术实施例提供的一种心息一致性评估方法，获取心率和呼吸数据时为同步获取，同步采集同一个对象的心率和呼吸数据，便于后续更好的对当前被采集对象的身体生理状态进行有效的评估。
[0042]3.本专利技术实施例提供的一种心息一致性评估方法，通过比例系数将呼吸振幅调整后，使得呼吸振幅谱可将至少部分的心率振幅谱覆盖住，也即重合，从而反映出心率在呼吸带动下的共振程度，或称之为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种心息一致性评估方法，其特征在于：包括以下步骤：获取心率和呼吸数据；计算获得心率和呼吸数据各自的振幅谱和相位，并利用各自的相位计算获得心率和呼吸的相位差；对呼吸振幅谱进行线性尺度调整；计算心率振幅谱和调整后的呼吸振幅谱的耦合部分并用相位差对该部分进行校正；基于校正后的耦合部分计算心息一致性指标值。2.如权利要求1所述的一种心息一致性评估方法，其特征在于：获取心率和呼吸数据时为同步获取。3.如权利要求1所述的一种心息一致性评估方法，其特征在于：对心率和呼吸数据分别计算振幅谱，并计算获得相位差具体为：对获取的心率和呼吸数据按照时间进行分组处理；对于每一组，分别利用傅里叶变换得到各自的振幅谱和相位；再通过心率和呼吸的相位计算这两者差值获得相位差。4.如权利要求2所述的一种心息一致性评估方法，其特征在于：对呼吸振幅谱进行线性尺度调整具体为：在呼吸振幅谱中寻找其振幅峰值对应的频率，然后在此频率附近寻找心率振幅谱的振幅峰值对应的频率，并记录各峰值频率对应的心率振幅以及呼吸振幅；利用峰值频率对应的心率振幅以及呼吸振幅计算获得比例系数；再利用比例系数对呼吸振幅谱进行线性的尺度调整。5.如权利要求4所述的一种心息一致性评估方法，其特征在于：调整后的呼吸振幅谱为：其中其中d
b
(f)表示调整前的呼吸振幅谱中频率f对应的振幅，k为比例系数；是呼吸振幅谱内的振幅峰值对应的频率；为在心率振幅谱内附近范围内的振幅峰值对应的频率；d
h
(f)表示心率振幅谱频率f对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩靖，
申请(专利权)人：中国科学院数学与系统科学研究院，
类型：发明
国别省市：