本發(fā)明涉及一種用心率測度實(shí)時(shí)檢測說話期間心理應(yīng)激狀態(tài)的方法。

背景技術(shù)：

心理應(yīng)激的長期存在可能導(dǎo)致多種身體損害，比如免疫力降低，誘發(fā)心血管疾病等。文獻(xiàn)中通過統(tǒng)計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)的方法，已經(jīng)證實(shí)心理應(yīng)激會導(dǎo)致心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)的如下反應(yīng)：交感神經(jīng)激活和副交感神經(jīng)抑制。上述自主神經(jīng)應(yīng)激反應(yīng)在RR間期上的體現(xiàn)為，使RR間期縮短，并且使RR間期序列的變異率變小。盡管已有上述確定結(jié)論，但目前檢測心理應(yīng)激所使用的心電信號特征還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，通常需要基線特征作為參照來識別心理應(yīng)激狀態(tài)，缺少適合實(shí)時(shí)心理應(yīng)激檢測的無需基線信息的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是：提供一種無需基線的用心率測度實(shí)時(shí)檢測說話期間心理應(yīng)激狀態(tài)的方法，準(zhǔn)確地判斷出說話期間是否有強(qiáng)的或弱的心理應(yīng)激出現(xiàn)。

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用心率測度實(shí)時(shí)檢測說話期間心理應(yīng)激狀態(tài)的方法，其特征在于，所述心理應(yīng)激檢測方法包括以下步驟：

(S1)、采集說話期間的心電信號；

(S2)、檢測R波并計(jì)算得到RR間期時(shí)間序列；

(S3)、計(jì)算呼吸性竇性心律不齊指標(biāo)，并判斷是否由淺而慢的呼吸引起RR間期多次在相鄰周期內(nèi)連續(xù)變長或連續(xù)變短；

(S4)、計(jì)算RR間期變異率指標(biāo)，并判斷是否出現(xiàn)弱心率變異特征；

(S5)、計(jì)算RR間期均值；

(S6)、檢測是否出現(xiàn)心理應(yīng)激狀態(tài)，該步驟包括：

判斷RR間期均值和RR變異率指標(biāo)是否達(dá)到強(qiáng)心理應(yīng)激的條件；

若未達(dá)到強(qiáng)心理應(yīng)激的條件，判斷呼吸性竇性心律不齊指標(biāo)是否達(dá)到弱心理應(yīng)激的條件；

若既未達(dá)到強(qiáng)心理應(yīng)激條件，也未達(dá)到弱心理應(yīng)激的條件，則判斷為無心理應(yīng)激。

本發(fā)明的有益效果在于：首先，本發(fā)明所使用的三個(gè)心率測度都經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，可以有效地指示說話期間的心理應(yīng)激狀態(tài)。其次，本發(fā)明所采用的新型RR間期變異率指標(biāo)還未被其他研究和技術(shù)用于檢測心理應(yīng)激狀態(tài)，但發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)已證明，該指標(biāo)可以在無需基線的條件下指示說話期間強(qiáng)心理應(yīng)激的出現(xiàn)。最后，本發(fā)明所采用的新型呼吸性竇性心律不齊指標(biāo)也還未被其他研究和技術(shù)用于檢測心理應(yīng)激狀態(tài)，而該指標(biāo)可以在無需基線的條件下準(zhǔn)確地檢測出實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)中的弱心理應(yīng)激狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為實(shí)施例中R波定位和RR間期序列的計(jì)算；

圖3為實(shí)施例中弱心率變異特征的RR間期序列示意圖；

圖4為實(shí)施例中弱心率變異特征的RR間期對應(yīng)的相鄰RR間期差序列示意圖；

圖5為實(shí)施例中淺而慢的呼吸引起的竇性心律不齊特征的RR間期序列示意圖；

圖6為實(shí)施例中淺而慢的呼吸引起的竇性心律不齊特征的對應(yīng)的相鄰RR間期差序列示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：

如圖1所示，本發(fā)明的用心率測度實(shí)時(shí)檢測說話期間心理應(yīng)激狀態(tài)的方法，包括心電信號的采集，R波定位，心率的計(jì)算，心率均值的計(jì)算，心率變異指標(biāo)的計(jì)算和呼吸性竇性心律不齊指標(biāo)的計(jì)算。

其中心率是從心電信號的R波定位和RR間隔中計(jì)算得到，心電信號是直接通過生理信號采集設(shè)備得到。R波定位是用閾值法檢測R波頂點(diǎn)。當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集丟失R波的情況，用閾值法檢測R波丟失引起的異常長的RR間期，異常短的RR間期，以及異常大的相鄰RR間期差。若R波丟失嚴(yán)重，則停止心理應(yīng)激的檢測并報(bào)告數(shù)據(jù)采集失常；若R波僅有少數(shù)丟失，則根據(jù)R波頂點(diǎn)位置和采樣頻率計(jì)算RR間期時(shí)間序列，如圖2所示。

心率的均值采用數(shù)據(jù)緩沖時(shí)間內(nèi)所有RR間隔長度相加再除以總的RR間隔個(gè)數(shù)的方式進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算之前先去除異常RR間期。在已進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中，數(shù)據(jù)緩沖時(shí)間設(shè)為120秒。正常心率范圍普遍認(rèn)為是60-100次/分鐘。當(dāng)心率大于100次/分鐘即為心動過速。心理應(yīng)激的特點(diǎn)之一就是引起心動過速。因此，可以100次/分鐘，即0.6秒/RR間隔，作為強(qiáng)的心理應(yīng)激的經(jīng)驗(yàn)閾值T_m。當(dāng)RR間隔長度均值小于該經(jīng)驗(yàn)閾值時(shí)，再結(jié)合心率變異率指標(biāo)共同判斷是否強(qiáng)的心理應(yīng)激。

心率變異指標(biāo)的計(jì)算，首先設(shè)置弱心率變異的經(jīng)驗(yàn)閾值T_w。在數(shù)據(jù)采樣率為400點(diǎn)/秒時(shí)，弱心率變異的經(jīng)驗(yàn)閾值是T_w＝0.0075秒。當(dāng)相鄰RR間期差小于該經(jīng)驗(yàn)閾值時(shí)，判斷為弱的心率變異。而判斷是否強(qiáng)的心理應(yīng)激還需如下計(jì)算：

(1)在數(shù)據(jù)緩沖時(shí)間內(nèi)，無重疊地截取約等于一次慢呼吸周期時(shí)間內(nèi)的相鄰RR間期差數(shù)據(jù)。正常成年人的呼吸率約為12次/分到22次/分，即一次慢呼吸的周期長度約為5秒，可以此作為考察弱心率變異出現(xiàn)次數(shù)的數(shù)據(jù)長度經(jīng)驗(yàn)閾值T_b。

(2)對截取長度為T_b的相鄰RR間期差數(shù)據(jù)，若RR間期差小于T_w情況出現(xiàn)的次數(shù)大于T_s次，則認(rèn)為心率變異特征出現(xiàn)一次。其中，T_s是判斷弱心率變異特征是否出現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)閾值，對已有實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，該經(jīng)驗(yàn)閾值取為7。

(3)對整個(gè)數(shù)據(jù)緩沖時(shí)間內(nèi)的每一次數(shù)據(jù)截取，統(tǒng)計(jì)弱心率變異特征出現(xiàn)的總次數(shù)。當(dāng)該特征出現(xiàn)的總次數(shù)大于經(jīng)驗(yàn)閾值T_n時(shí)，結(jié)合用RR間期均值體現(xiàn)出的心動過速，即可判斷強(qiáng)的心理應(yīng)激出現(xiàn)。

呼吸性竇性心律不齊指標(biāo)的計(jì)算步驟如下：

(1)類似于心率變異指標(biāo)計(jì)算，在數(shù)據(jù)緩沖時(shí)間內(nèi)截取無重疊的T_b長度的相鄰RR間期差序列，用閾值判斷相鄰RR間期差序列是否對應(yīng)淺呼吸。已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用的經(jīng)驗(yàn)閾值是T_r＜0.03秒對應(yīng)于淺呼吸。

(2)對滿足淺呼吸條件的相鄰RR間期差序列，分別計(jì)算該序列中取值為正的分量的個(gè)數(shù)，取值為負(fù)的分量的個(gè)數(shù)，以及取值為零的分量的個(gè)數(shù)，并將取值為零的分量個(gè)數(shù)合并到正/負(fù)分量個(gè)數(shù)中較大的一個(gè)。

(3)用RR間期差序列正/負(fù)分量個(gè)數(shù)二者較大的一個(gè)是否大于閾值T_l來判斷是否出現(xiàn)淺而慢的呼吸。對已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，T_l的經(jīng)驗(yàn)值為6。

(4)對整個(gè)數(shù)據(jù)緩沖時(shí)間內(nèi)的每一次數(shù)據(jù)截取，統(tǒng)計(jì)淺而慢的呼吸引起的竇性心律不齊特征出現(xiàn)的總次數(shù)。當(dāng)該特征出現(xiàn)的總次數(shù)大于經(jīng)驗(yàn)閾值T_o時(shí)，即可判斷弱的心理應(yīng)激出現(xiàn)。

考慮到異常大和異常小的RR間期并不會導(dǎo)致弱心率變異特征的多檢和淺而慢呼吸特征的多檢，為了保留相鄰RR間期序列的時(shí)間順序性，在計(jì)算心率變異指標(biāo)和竇性心律不齊指標(biāo)時(shí)，對偶爾出現(xiàn)的異常RR間期不做去除處理。圖3顯示了一個(gè)處于強(qiáng)心理應(yīng)激狀態(tài)的說話人的120秒長度RR間期序列，對應(yīng)的相鄰RR間期差序列(圖4短線條)以及弱心率變異特征(圖4長線條區(qū)間)。可知其中弱心率變異特征出現(xiàn)了10次。圖5顯示了一個(gè)處于弱心理應(yīng)激狀態(tài)的說話人的120秒長度RR間期序列，對應(yīng)的相鄰RR間期差序列(圖6短線條)以及呼吸性竇性心律不齊指標(biāo)反應(yīng)出的淺而慢的呼吸特征(圖6長線條區(qū)間)，可知淺而慢的呼吸特征出現(xiàn)了7次。

上述閾值T_m，T_n和T_o適用于經(jīng)驗(yàn)閾值法判斷是否出現(xiàn)心理應(yīng)激狀態(tài)。對已經(jīng)計(jì)算得到的RR間期均值、RR間期變異率指標(biāo)值和呼吸性竇性心律不齊指標(biāo)值，也可先用已知數(shù)據(jù)訓(xùn)練任意一種經(jīng)典分類器，比如支持向量機(jī)分類器，然后用訓(xùn)練過的分類器來檢測新數(shù)據(jù)中是否出現(xiàn)心理應(yīng)激狀態(tài)。

以上對本發(fā)明的描述是說明性的，而非限制性的，本專業(yè)技術(shù)人員理解，在權(quán)利要求限定的精神與范圍之內(nèi)可對其進(jìn)行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。