心率变异性的分析方法及装置与流程

本申请涉及心律失常分析及心电信号处理领域，具体而言，涉及一种心率变异性的分析方法及装置。

背景技术：

心率变异性(heartratevariability，hrv)是指窦性心律一定时间内逐次心搏间期时间长度的差异变化。hrv定量分析是评估自主神经和心脏状态的方法。通过对hrv信号的分析处理，可以得到心脏、交感神经、迷走神经等的状态以及相互的制衡情况。近年来众多方法应用到hrv研究中，但是目前广泛应用的主要是传统的时域、频域分析方法。由于人体是一个复杂的非线性系统，心脏本质上也是一个非线性动力系统，因此非线性分析方法更有助于揭示心脏动力系统的本质。

心电散点图作为hrv非线性分析的一种重要手段，早已开始应用到对心率变异性的辅助分析中。而且心电散点图的hrv分析日益受到重视，心电散点图作为一种非线性的分析方法，是描述心率变异性的重要指标。常用的心电散点图使用连续相邻的2个rr间期即(rrn，rrn+1)作为散点横纵坐标在平面直角坐标系中做散点图。它能反映相邻2个rr间期的变化，在显示hrv整体特征的同时，又能显示出逐次心搏之间的变化，揭示出心率变异性的非线性特征。但是常用的心电散点图是利用相邻的两个rr间期在平面进行绘制，在心律失常多样化的情况下易出现心搏点集重叠情况发生，导致研究者难以对心电散点图进行彻底有效心率变异性的定量分析。此外，目前的心率变异性分析指对窦性心搏间期的变化进行研究，而对室性、房性等心搏并没有开展研究工作。

针对采用传统心电散点图对hrv进行分析时，利用相邻的两个rr间期在平面进行绘制，在心律失常多样化的情况下易出现心搏点集重叠情况发生，导致研究者难以对心电散点图进行彻底有效心率变异性的定量分析的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种心率变异性的分析方法及装置，以至少解决采用传统心电散点图对hrv进行分析时，利用相邻的两个rr间期在平面进行绘制，在心律失常多样化的情况下易出现心搏点集重叠情况发生，导致研究者难以对心电散点图进行彻底有效心率变异性的定量分析的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种心率变异性的分析方法，包括：采集心电图信号；对采集的心电图信号进行分析，得到心电图信号的rr间期，依据心电图信号的rr间期绘制三维心电散点图，其中，rr间期为心电图上两个相邻qrs波的r波时长；将三维心电散点图中的各聚类团块划分为不同属性的聚类团块，其中，各聚类团块为心脏起搏点构成的点集；分别确定不同属性的聚类团块的心率变异性指标。

可选地，对采集的心电图信号进行分析，得到心电图信号的rr间期，包括：确定心电图信号的r波的位置，计算相邻两个r波的时长，得到心电图信号的相邻的rr间期；依据心电图信号的rr间期绘制三维心电散点图，包括：依据相邻的三个rr间期迭代绘制三维心电散点图。

可选地，依据相邻的三个rr间期迭代绘制三维心电散点图之前，上述方法还包括：对采集的心电图信号进行分析，将心电图信号至少分为如下类型：正常心搏的心电图信号、室性早搏的心电图信号以及房性早搏的心电图信号。

可选地，依据相邻的三个rr间期迭代绘制三维心电散点图，包括：以当前间期rrn为坐标x，以间期rrn+1为坐标y，以间期rrn+2为坐标z，在三维空间坐标系中绘制三维心电散点图；在三维心电散点图中分别以不同的颜色标注不同类型的心电图信号。

可选地，将三维心电散点图中的各聚类团块划分为不同属性的聚类团块，包括：将三维心电散点图中的各聚类团块划分为以下属性的聚类团块：室早团块、房早团块以及正常团块；分别从不同属性的聚类团块中分离出不相容的小聚类团块。

可选地，分别确定不同属性的聚类团块的心率变异性指标，包括：分别计算不同属性的聚类团块及小聚类团块的心率变异性指标；将心率变异性指标对应的计算结果输入至目标表格。

可选地，分别计算不同属性的聚类团块及小聚类团块的心率变异性指标，包括：确定时间范围；旋转三维心电散点图，从旋转之后的三维心电散点图中确定目标聚类团块，目标聚类团块包括从聚类团块和小聚类团块中选定的团块；计算目标聚类团块在时间范围内的各项心率变异性指标。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种心率变异性的分析装置，包括：采集模块，用于采集心电图信号；绘制模块，用于对采集的心电图信号进行分析，得到心电图信号的rr间期，依据心电图信号的rr间期绘制三维心电散点图，其中，rr间期为心电图上两个相邻qrs波的r波时长；划分模块，用于将三维心电散点图中的各聚类团块划分为不同属性的聚类团块，其中，各聚类团块为心脏起搏点构成的点集；确定模块，用于分别确定不同属性的聚类团块的心率变异性指标。

根据本申请实施例的再一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行以上的心率变异性的分析方法。

根据本申请实施例的再一方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行存储在存储器中的程序，其中，程序运行时执行以上的心率变异性的分析方法。

在本申请实施例中，采用采集心电图信号；对采集的心电图信号进行分析，得到心电图信号的rr间期，依据心电图信号的rr间期绘制三维心电散点图，其中，rr间期为心电图上两个相邻qrs波的r波时长；将三维心电散点图中的各聚类团块划分为不同属性的聚类团块，其中，各聚类团块为心脏起搏点构成的点集；分别确定不同属性的聚类团块的心率变异性指标的方式，通过对于同一份动态心电数据采用连续相邻的3个rr间期即(rrn，rrn+1，rrn+2)在空间坐标系绘制三维心电散点图，在三维心电散点图中计算各团块的心率变异性指标，从而实现了提高心率变异性分析的准确性的技术效果，进而解决了采用传统心电散点图对hrv进行分析时，利用相邻的两个rr间期在平面进行绘制，在心律失常多样化的情况下易出现心搏点集重叠情况发生，导致研究者难以对心电散点图进行彻底有效心率变异性的定量分析技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的一种二维心电散点图；

图2是根据本申请实施例的一种三维心电散点图；

图3是根据本申请实施例的一种心率变异性的分析方法的流程图；

图4是根据本申请实施例的一种三维心电散点图；

图5是根据本申请实施例的一种三维心电散点图空间心率变异性分析结果示意图；

图6是根据本申请实施例的一种指定时间的三维心电散点图；

图7是根据本申请实施例的一种指定时间段的三维心电散点图空间心率变异性分析结果示意图；

图8是根据本申请实施例的一种心率变异性的分析装置的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本申请实施例，提供了一种心率变异性的分析方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

常用的心电散点图是利用相邻的两个rr间期在平面直角坐标系下绘制的二维心电散点图，在心律失常多样化的情况下易出现不同属性心搏点集的重叠，导致研究者难以对二维心电散点图进行彻底有效心率变异性定量分析，如图1，在二维心电散点图上，室性团块只能观察到一个。为了解决这个问题，对于同一份动态心电数据采用连续相邻的3个rr间期即(rrn，rrn+1，rrn+2)在空间坐标系中绘制三维心电散点图，如图2所示，在三维心电散点图上，通过旋转，可以观察到三个不同的室性聚类团块。三维心电散点图在空间中具备团块分离的优势更易于使用模糊识别算法分离各聚类空间团块，并对分离后的各团块计算心率变异性指标，其计算的心率变异性指标具备空间向量的特性，稳定性更强。利用该方法可进行相关疾病的检测和分类，结论可用于临床监护和远程医疗中。同时本发明也针对室性、房性聚类团块计算各心率变异性指标，用以评估各心律失常事件的心率变异性特征，方便临床对其进行研究。

鉴于hrv信号所具有的非线性特征，以及传统心电散点图分析方法会出现点集重叠的情况发生，本申请提供了一种采用三维心电散点图对空间各聚类团块进行模糊分离并计算各聚类团块心率变异性指标的新方法：

图3是根据本申请实施例的一种心率变异性的分析方法的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤s302，采集心电图信号。

根据本申请的一个可选的实施例，在本步骤中对患者进行动态心电数据采集，注意进行皮肤清洁处理，保证采集来的数据干扰较小。

步骤s304，对采集的心电图信号进行分析，得到心电图信号的rr间期，依据心电图信号的rr间期绘制三维心电散点图，其中，rr间期为心电图上两个相邻qrs波的r波时长。

步骤s306，将三维心电散点图中的各聚类团块划分为不同属性的聚类团块，其中，各聚类团块为心脏起搏点构成的点集。

步骤s308，分别确定不同属性的聚类团块的心率变异性指标。

通过上述步骤，通过对于同一份动态心电数据采用连续相邻的3个rr间期即(rrn，rrn+1，rrn+2)在空间坐标系绘制三维心电散点图，在三维心电散点图中计算各团块的心率变异性指标，从而实现了提高心率变异性分析的准确性的技术效果。

根据本申请的一个可选的实施例，执行步骤s102时，通过以下方法对采集的心电图信号进行分析，得到心电图信号的rr间期：确定心电图信号的r波的位置，计算相邻两个r波的时长，得到心电图信号的相邻的rr间期。然后依据相邻的三个rr间期迭代绘制三维心电散点图。

在本步骤中，自动分析提取r波位置并计算相邻的rr间期，根据相邻的三个rr间期迭代绘制三维心电散点图。

根据本申请的一个可选的实施例，依据相邻的三个rr间期迭代绘制三维心电散点图之前，还需要对采集的心电图信号进行分析，将心电图信号至少分为如下类型：正常心搏的心电图信号、室性早搏的心电图信号以及房性早搏的心电图信号。

对采集来的心电数据进行自动分析或人工分析，正确标识各心搏属性如：正常心搏、室性早搏、房性早搏等。

在本申请的另一个可选的实施例中，依据相邻的三个rr间期迭代绘制三维心电散点图，包括以下步骤：以当前间期rrn为坐标x，以间期rrn+1为坐标y，以间期rrn+2为坐标z，在三维空间坐标系中绘制三维心电散点图；在三维心电散点图中分别以不同的颜色标注不同类型的心电图信号。

图4是根据本申请实施例的一种三维心电散点图，如图4所示，以当前心搏间期rrn为横坐标x，以心搏间期rrn+1为纵坐y，以心搏间期rrn+2为竖坐标z，在三维空间中绘制三维心电散点图，并用不同的颜色表示不同的心搏属性，如用绿色代表室早心搏，粉色代表房早心搏、黑色代表正常心搏等。

根据本申请的一个可选的实施例，步骤s306通过以下方式实现：将三维心电散点图中的各聚类团块划分为以下属性的聚类团块：室早团块、房早团块以及正常团块；分别从不同属性的聚类团块中分离出不相容的小聚类团块。

在本步骤中，对空间中的各聚类团块根据属性划分为室早团块、房早团块、正常团块，然后对各属性团块使用模糊识别算法分离其中的各聚类小团块。三维心电散点图由连续3心搏rr间期迭代作图生成，其在三维空间中由于吸引子作用，形成了多个既融合又不完全融合的聚类空间团块，本发明就是将这些不同的聚类空间团块通过模糊识别算法自动识别，并分别计算其三维空间中的空间心率变异性指标，这些空间心率变异性指标将用于心脏突发事件及其他相关心律失常的预测。

如图4所示，首先，根据自动识别的心搏属性，将所有室早属性的心搏点集归为室早团块、将所有房早属性的心搏点集归为房早团块、将所有正常属性的心搏点集归为正常团块。然后，以各属性团块点集分别为识别目标，根据团块在三维空间中的分布，先检定团块中的多个高密度分布区域，然后对这些高密度分布区域使用模糊算法检测相容性，最终分离出若干不相容的小聚类团块。

在本申请的另一个可选的实施例中，执行步骤s308时，分别计算不同属性的聚类团块及小聚类团块的心率变异性指标；将心率变异性指标对应的计算结果输入至目标表格。

对各属性团块及各聚类小团块分别进行多项心率变异指标计算，包括但不限于以下指标：三维空间向量值r3d、sdnn3d、rmssd3d、pnn503d、三角指数3d、vli3d、vai3d、totalpower3d、vlf3d、lf3d、hf3d等指标，并将结果输出为表格。

对各属性团块进行多项心率变异指标进行计算，如

其中，ra(i)为三维散点图中的空间半径，

等。

对各属性团块分离出来的小聚类团块也分别进行各项心率变异指标的计算，并将结果输出为表格，如图5所示，输出结果每次以心搏修改校准后为基础。

根据本申请的一个可选的实施例，分别计算不同属性的聚类团块及小聚类团块的心率变异性指标，包括：确定时间范围；旋转三维心电散点图，从旋转之后的三维心电散点图中确定目标聚类团块，目标聚类团块包括从聚类团块和小聚类团块中选定的团块；计算目标聚类团块在时间范围内的各项心率变异性指标。

在本步骤中，选择时间范围及指定团块，计算各项心率变异性指标并将结果输出为表格。具体实施时，时间散点图上，选定要分析的时间范围，旋转三维心电散点图，用鼠标圈选任意三维团块，计算所选团块的各项心率变异性指标，并输出为表格。

图6为在时间散点图上随机选择进行绘制的三维心电散点图(不局限在时间散点图这一种选择方式)，通过该选定的时间范围的三维心电散点图去计算团块的各项心率变异性指标，并输出为表格如图7所示。

在三维心电散点图上，通过旋转，可以观察到三个不同的室性聚类团块。三维心电散点图在空间中具备团块分离的优势更易于使用模糊识别算法分离各聚类空间团块，并对分离后的各团块计算心率变异性指标，其计算的心率变异性指标具备空间向量的特性，稳定性更强。

对比现有的基于二维心电散点图的非线性定量分析方法，本申请采用三维心电散点图作为研究对象，利用三维心电散点图具有的团块分离特性，可避免由于二维心电散点图上点集重叠导致的研究目标不准确的缺点。此外在三维心电散点图的计算上，采用分属性、模糊识别各属性小的聚类团块，分别输出各自的心率变异性指标，可以对各团块的空间心率变异指标做出更准确的研究。这些聚类团块包含着窦性、房性、室性心律失常的各种属性，对于当下只研究窦性心率变异的现状提供了更广的研究范围，在过去的研究中已经证实，散点图中某些区域的散点可能与心律失常发作呈相关性，而另一些区域散点集可能具有保护作用。在hrv分析中如果采用空间散点计算各团块的变异性，可能会给某些类型心律失常提早预测从而得到提前干预的效果。

图8是根据本申请实施例的一种心率变异性的分析装置的结构图，如图8所示，该装置包括：

采集模块80，用于采集心电图信号；

绘制模块82，用于对采集的心电图信号进行分析，得到心电图信号的rr间期，依据心电图信号的rr间期绘制三维心电散点图，其中，rr间期为心电图上两个相邻qrs波的r波时长；

划分模块84，用于将三维心电散点图中的各聚类团块划分为不同属性的聚类团块，其中，各聚类团块为心脏起搏点构成的点集；

确定模块86，用于分别确定不同属性的聚类团块的心率变异性指标。

需要说明的是，图8所示实施例的优选实施方式可以参见图3所示实施例的相关描述，此处不再赘述。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行以上的心率变异性的分析方法。

计算机可读存储介质用于存储执行以下功能的程序：采集心电图信号；对采集的心电图信号进行分析，得到心电图信号的rr间期，依据心电图信号的rr间期绘制三维心电散点图，其中，rr间期为心电图上两个相邻qrs波的r波时长；将三维心电散点图中的各聚类团块划分为不同属性的聚类团块，其中，各聚类团块为心脏起搏点构成的点集；分别确定不同属性的聚类团块的心率变异性指标。

本申请实施例还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，在程序运行时执行以上的心率变异性的分析方法。

处理器用于运行执行以下功能的程序采集心电图信号；对采集的心电图信号进行分析，得到心电图信号的rr间期，依据心电图信号的rr间期绘制三维心电散点图，其中，rr间期为心电图上两个相邻qrs波的r波时长；将三维心电散点图中的各聚类团块划分为不同属性的聚类团块，其中，各聚类团块为心脏起搏点构成的点集；分别确定不同属性的聚类团块的心率变异性指标。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，redmrjd-onlymemory)、随机存取存储器(rdmrjm，rdmrjndomdmrjccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。