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心动周期信号的混沌特征分析及应用
目的:研究心动周期信号(HPS:Heart period signal)的混沌特征和谱特征,及这些特征随年龄的变化.背景:描述心动周期信号的混沌特征的参数有:相对分散度(Hrd),李雅普诺夫指数(Hle),分维数(Hfd)以及我们提出的混沌度(Lcc: Chaosness of HPS).目前只有分维数与年龄关系的初步工作发表,未见有全面研究HPS的混沌特征的工作报道.方法:将264例14～69岁健康自愿受试者分成6个年龄组(10～19,20～29,30～39,40～49,50～59,60～69),用本室研制的计算机化心动周期信号混沌分析系统进行测试.采用CM5导联,采样频率300Hz,AD转换精度12位,提取512个心动周期,计算Hrd, Hle, Hfd,Lcc以及总功率(Tfp)及三分段的绝对及相对功率(Pvv, Plv, Phv, Pvr, Plr, Phr)及平衡参数Rvh,Rlh(Rvh=Pvv/Tfp, Rlh=Plv/Tfp),给出HPS时域图,相平面图(Phase Plane Plot),延迟映射图(Return map)以及功率谱.结果:1.四个混沌特征参数及功率谱的绝对及相对功率和总功率都随年龄的增加而降低,降低的重要原因是反映迷走活动的HPS的高频分量降低.2.功率谱参数中降低快的是Phv及Phr.3.得出了以上参数随年龄变化的拟合方程及四个混沌特征参数之间的互相关方程和相干系数.4.平衡参数Rvh随年龄增加而增加;5.Rlh先升后降.讨论:1.HPS混沌特征参数随年龄的增加而降低,反映自主神经系统功能的降低,而且主要是迷走神经系统功能的降低,若能有效地保护迷走神经系统,提高迷走神经系统功能,将是抗衰老的重要措施.2.病理条件下,易受损害的是迷走神经系统;3.混沌特征参数在预测和估计病情的严重性方面是比功率谱参数(如平衡参数Rvh)更为敏感的指标.
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慢性充血性心力衰竭患者心动周期信号混沌特征与室性心律失常关系的临床研究
目的了解慢性充血性心力衰竭患者心动周期信号混沌特征与室性心律失常发生之间的关系.方法对48例慢性充血性心力衰竭患者进行心动周期信号混沌特征分析和24 h动态心电图检查,对发生的室性心律失常进行Lown氏分级,将发生Ⅰ级、Ⅲ级和Ⅳb级室性心律失常三组患者的心动周期信号混沌特征参数进行比较分析;并将室性早搏发生的次数(VPC)与相对分散度(Hrd)、分维度(Hfd)、混沌度(Hcc)、超低频段功率(Pvv)、高频段功率(Phv)、超低频段功率与高频段功率之比(Rvh)和总功率(Tfp)之间进行相关分析.结果随着室性心律失常严重程度的增加,心动周期信号混沌度参数Hrd、李雅普诺夫指数(Hle)、Hfd和Hcc显著降低(P＜0.05);在功率频谱指标中,随着室性心律失常严重程度的增加,Pvv、超低频段相对功率(Pvr)和Rvh显著增加(P＜0.05),而Phv、高频段相对功率(Phr)和Tfp却显著降低(P＜0.05);Hcc、Pvv、Phv和Tfp与室性心律失常发生之间的相关性大.结论慢性充血性心力衰竭患者心动周期信号混沌特征与室性心律失常的发生有关,心动周期信号混沌特征分析对慢性充血性心力衰竭患者病情的评估和高危人群的识别有重要的临床意义.
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心率变异性的混沌特征与脑卒中患者猝死
心率变异性(HRV)可有效地反映心脏自主神经活性及其变化。本研究拟通过脑卒中患者HRV混沌特征的分析，探讨其发生猝死与其HRV混沌特征变化之间的关系。 1. 资料与方法：脑出血患者150例，男87例，女63例，年龄36～83（61.8±11.3）岁；脑梗塞患者100例，男59例，女41例，年龄43～84（64.0±9.2）岁；均为1996年2月至1998年2月期间住院治疗患者，脑出血患者145例(85％)和脑梗塞患者42例(42%)在发病当天入院，余均在发病3天内入院。对照组206例，男122例，女84例，年龄范围40～87（55.8±9.4）岁，来自本市高校40岁以上工作和退休人员的健康体检。两组均无能影响自主神经活性的其他共存疾病及药物。HRV检测在病程第1、2、3天9∶00～11∶00，将标准12导联心电图Ⅱ导联心电信号输入计算机对R波进行实时检测，去除早搏和干扰，获得连续512个窦性心搏间期供HRV分析。心搏间期信号的混沌特征采用量度心搏间期波动变化复杂性的分维数(FD)表示, FD定义为FD＝-logN(ε)/logε，其中ε为标度单位，N(ε)是用ε来量度RR间期的量度数［3］。将不能以脑水肿或脑疝、再次出血、继发感染、上消化道出血、代谢紊乱、明显内分泌和心、肝、肾功能衰竭等原因解释的突然意外死亡定义为猝死。
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β受体阻滞剂对慢性充血性心力衰竭患者心动周期信号混沌特征的影响
目的探讨β受体阻滞剂对慢性充血性心力衰竭患者心动周期信号混沌特征的影响.方法将用β受体阻滞剂治疗的23例慢性充血性心力衰竭患者的心动周期信号混沌特征参数与常规治疗组的心动周期信号混沌特征参数进行比较分析.结果β受体阻滞剂治疗组的心动周期信号混沌度参数(Hrd、Hle、Hfd、Hcc)和总功率Tfp与常规治疗组相比显著增加(P＜0.05或P＜0.01),功率谱参数Pvv、Pvr和Rvh较常规治疗组显著降低(P＜0.05或P＜0.01),但两组Phv和Phr相比差异无显著性(P＞0.05).结论β受体阻滞剂能显著提高慢性充血性心力衰竭患者心动周期信号的混沌度,降低交感神经活性,改善交感神经和迷走神经的平衡和心功能状态.
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心搏动力学的非线性模拟
非线性动力学的很多指标都曾尝试用于心率变异性(HRV)的分析,如DFA(Peng,1995)、多分维数(Ivanov,1999)、非线性自回归模型(Poon,1997)和同步化(Schafer,1998;Glass,2001)等,而且被证明能用于临床诊断(Gold-berger,1996;2000).但是,关于HRV的混沌特征的机理探讨所见报道甚少,甚至还有相反意见存在(Kanters,1994;Le Pape,1997).而且有一个长期争论的问题是,心率变异性是确定性混沌吗?由于传统的指标如Lyapunov指数、相关维和近似熵等对非平稳性和噪声过于敏感,并不适宜于鉴别HRV是否确定性混沌(Poon,1999).
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从混沌理论看心电现象
混沌理论与量子力学、相对论被誉为20世纪的三大发现.混沌理论的起源可以追溯到19世纪,正式诞生在20世纪60年代,而真正被发展和运用还是在80年代.混沌理论的出现是自然界发展的必然,因为自牛顿的万有引力定律发现以来,人们一直用线性的观点来分析问题,而自然界中90%以上的现象是非线性的,人体和其他生命系统是为典型的具有混沌特征的非线性系统,这就要求要用非线性的理论和方法进行研究.
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β-阻断剂对慢性充血性心力衰竭患者心动周期信号混沌特征的影响
为探讨β-阻断剂对慢性充血性心力衰竭(简称心衰)患者心动周期信号混沌特征的影响,将46例慢性心衰患者治疗前与30例正常健康对照组的心动周期信号混沌特征参数进行比较;再将46例慢性心衰患者随机分为β-阻断剂治疗组和常规治疗组,并将两组的心动周期信号混沌特征参数进行比较.结果:46例慢性心衰患者治疗前的心动周期信号混沌度参数相对分散度(Hrd)、李雅普诺夫指数(Hle)、分维数(Hfd)、混沌度(Hcc)均较正常健康对照组显著降低(P<0.05或P<0.01);功率频谱指标中,超低频段功率(Pw)、超低频段相对功率(Pvr)和超低频段与高频段功率(Rvh)之比均较正常健康对照组显著升高(P<0.01),高频段功率(Phv)、高频段相对功率(Phr)和总功率(Tfp)均较正常对照组显著降低(P<0.01).β-阻断剂治疗组的心动周期信号混沌度参数Hrd、Hle、Hfd、Hcc和Tfp与常规治疗组相比显著增加(P<0.05或P<0.01);功率谱参数中,Pw、Pvr和Pvh之比较常规治疗组显著降低(P<0.05或P<0.01),但Phv和Phr两组相比差异无显著性 (P>0.05).结论:β-阻断剂能显著提高慢性充血性心衰患者心动周期信号的Hcc,降低交感神经活性,改善交感神经和迷走神经的平衡状态.
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哮喘儿童心动周期信号混沌特征和功率谱分析
目的研究哮喘儿童心动周期信号(HPS)的混沌特征和功率谱特征,探讨其混沌特征、谱特征在哮喘发作与缓解时的差别,分析其自主神经系统功能的变化.方法采用儿童心动周期信号混沌特征分析系统,计算47例哮喘儿童和103例正常儿童HPS的混沌特征参数和谱特征参数.同时分析其中18例哮喘儿童发作期和缓解期上述指标的变化,并分析HPS的功率谱和动态谱.结果 47例哮喘儿童HPS的混沌特征参数中,相对分散度为 4.50±2.06,李氏指数为 3.17±1.26,混沌度为 26.34±13.78,均低于正常儿童[(7.29±1.62),(5.09±0.99),(51.08±17.32)](P＜0.01或0.05);其HPS的谱特征参数[超低频带功率(PVV)为(320.61±372.28)ms2,低频带功率为(221.00±243.86)ms2,高频带功率为(224.38±327.51)ms2,超低频带相对功率为(42.84±18.47)%,高频带相对功率为(26.58±17.63)%,超低频带与高频带功率比为2.72±2.74,低频带与高频带功率比为1.79±1.58,总功率)为(827.44±933.22)ms2]与正常儿童比较,差异亦有显著性(P＜0.01或0.05).18例哮喘儿童缓解期上述各指标与发作期比较均有不同程度恢复,差异有显著性(P＜0.01或0.05).结论哮喘儿童心脏状态的复杂性降低,自主神经系统对心脏的调控能力也相应降低,且以交感成分相对占优势.哮喘儿童发作期的自主神经功能紊乱可能是暂时的和可逆的.
