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一種量化心肺系統(tǒng)交互作用的分析方法與流程

文檔序號:12321247閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種量化心肺系統(tǒng)交互作用的分析方法,其特征在于包括以下步驟:

1)采集受試者夜間睡眠7小時的體表心電信號、呼吸氣流信號及食指末端的脈搏波信號,并根據(jù)R&K標準進行睡眠分期標記:REM(快動眼睡眠期),NREM(非快動眼睡眠期);

2)對采集的體表心電信號逐拍提取RR間期序列{RRi,i=1,2,3,…,N},對采集的脈搏波信號逐拍提取PP間期序列{PPi,i=1,2,3,…,N},對采集的呼吸氣流信號逐拍提取RA間期序列{RAi,i=1,2,3,…,N},并根據(jù)同步的體表心電信號和脈搏波信號,計算脈搏波傳導時間PTT序列{PTTi,i=1,2,3,…,N};

3)同步截取上述4種時間序列在REM或NREM睡眠狀態(tài)下的連續(xù)5分鐘片段序列;

4)從截取的4種時間序列的連續(xù)5分鐘片段序列中提取2個特征參數(shù),作為受試者不同睡眠深度下的心血管及肺系統(tǒng)的功能變化的判斷指標;

5)將截取的4種時間序列的連續(xù)5分鐘片段序列進行特定配對,并提取1個特征參數(shù),作為受試者夜間睡眠的心血管及肺系統(tǒng)交互作用的判斷指標;

6)建立神經(jīng)網(wǎng)絡心肺系統(tǒng)交互作用評估模型,將上述提取的3個特征參數(shù)作為神經(jīng)輸入矢量,訓練神經(jīng)網(wǎng)絡,確定神經(jīng)網(wǎng)絡參數(shù);

7)利用訓練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡對受試者進行心肺功能評估。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述量化心肺系統(tǒng)交互作用的分析方法,其特征在于:所述步驟2)中的脈搏波傳導時間PTT序列為同一心動周期的心電R波到脈搏波上升沿一階導數(shù)最大值的時間差。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述量化心肺系統(tǒng)交互作用的分析方法,其特征在于:所述步驟5)中將截取的4種時間序列的連續(xù)5分鐘片段序列進行特定配對的配對方式如下:

a、RR間期序列與RA間期序列;b、PP間期序列與RA間期序列;c、PTT序列與RA間期序列。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述量化心肺系統(tǒng)交互作用的分析方法,其特征在于所述步驟4)中提取的2個特征參數(shù):

第一個特征參數(shù)為:計算REM和NREM兩種睡眠狀態(tài)下的4種時間序列的低頻帶香農(nóng)熵ShEnL;

所述低頻帶香農(nóng)熵ShEnL的計算方法是:將REM或NREM睡眠狀態(tài)下同步截取的4種時間序列的連續(xù)5分鐘片段序列通過通帶帶寬為0.04Hz~0.15Hz的濾波器,獲取低頻帶序列,再計算香農(nóng)熵ShEn,即得到該睡眠狀態(tài)下的低頻帶香農(nóng)熵ShEnL;

第二個特征參數(shù)為: 計算REM和NREM兩種睡眠狀態(tài)下的4種時間序列的高頻帶香農(nóng)熵ShEnH;

所述高頻帶香農(nóng)熵ShEnH的計算方法是:將REM或NREM睡眠狀態(tài)下同步截取的4種時間序列的連續(xù)5分鐘片段序列通過通帶帶寬為0.15Hz~0.4Hz的濾波器,獲取高頻帶序列,再計算香農(nóng)熵ShEn,即得到該睡眠狀態(tài)下的高頻帶香農(nóng)熵ShEnH。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述量化心肺系統(tǒng)交互作用的分析方法,其特征在于所述步驟5)中提取的1個特征參數(shù)為:計算REM和NREM兩種睡眠狀態(tài)下特定配對序列間的傳遞熵TE;

所述傳遞熵TE包括:

TEa1:REM或NREM睡眠狀態(tài)下同步5分鐘RR間期序列到RA間期序列的傳遞熵TE;

TEa2:REM或NREM睡眠狀態(tài)下同步5分鐘RA間期序列到RR間期序列的傳遞熵TE;

TEb1:REM或NREM睡眠狀態(tài)下同步5分鐘PP間期序列到RA間期序列的傳遞熵TE;

TEb2:REM或NREM睡眠狀態(tài)下同步5分鐘RA間期序列到PP間期序列的傳遞熵TE;

TEc1:REM或NREM睡眠狀態(tài)下同步5分鐘PTT序列到RA間期序列的傳遞熵TE;

TEc2:REM或NREM睡眠狀態(tài)下同步5分鐘RA間期序列到PTT序列的傳遞熵TE。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述量化心肺系統(tǒng)交互作用的分析方法,其特征在于所述步驟6)中神經(jīng)網(wǎng)絡心肺系統(tǒng)交互作用評估模型的構(gòu)建是:

構(gòu)建3-N-1三層的神經(jīng)網(wǎng)絡,即輸入層為3個神經(jīng)元,輸出層為1個神經(jīng)元,中間層為N個神經(jīng)元,其中N可調(diào);

所述輸入層的3個神經(jīng)元為:低頻帶香農(nóng)熵ShEnL、高頻帶香農(nóng)熵ShEnH和傳遞熵TE;

所述神經(jīng)網(wǎng)絡的構(gòu)建步驟如下:

a1:輸入訓練樣本的3個特征參數(shù),中間層神經(jīng)元從1開始,檢查比較輸出誤差與期望誤差;

a2:若輸出誤差沒有達到期望誤差,神經(jīng)網(wǎng)絡中間層神經(jīng)元個數(shù)自動增加1,重復此過程直到訓練得到期望誤差為止;

其中,可通過大樣本和最大梯度法確定神經(jīng)網(wǎng)絡的權(quán)值參數(shù)和閾值。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述量化心肺系統(tǒng)交互作用的分析方法,其特征在于所述步驟7)中對受試者進行心肺功能評估的方法是:將受試者的REM和NREM兩種睡眠狀態(tài)下的低頻帶香農(nóng)熵ShEnL、高頻帶香農(nóng)熵ShEnH和傳遞熵TE的特征值輸入到訓練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡中,獲得受試者心肺交互作用的功能分級,所述神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出層神經(jīng)元的輸出采用“1,2,3”代表受試者的心肺功能狀態(tài),其中“1”代表心肺功能為I級,代表受試者發(fā)生氣促、胸悶、胸痛的突發(fā)事件概率高;“2”代表心肺功能為II級,代表受試者發(fā)生氣促、胸悶、胸痛的突發(fā)事件概率低;“3”代表心肺功能為III級,代表受試者基本不發(fā)生氣促、胸悶、胸痛的突發(fā)事件。

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