一种基于心源性呼吸信号的精神压力评估方法与流程

本发明涉及一种精神压力评估技术，特别涉及一种基于心源性呼吸信号的精神压力评估方法。

背景技术：

精神压力被世界卫生组织定为“西方世界的灾难”，依照国际劳工办公室的说法，它已成为“我们时代最严重的问题之一，不仅危害个人身体和精神健康，而且对企业和政府也有害”。现代社会的发展伴随着无形的压力左右人们的生活。在工作压力，家庭压力，学习压力等共同作用下，人们的情绪难以宣泄。累积的压力可能会引起身体的其他疾病，影响人体功能的平衡。

如今对精神压力的评估方法主要采取心理测试得到压力指标，这种评估方式受到多方面影响，如患者的精神状态、表达能力等因素。近年来，心率变异性在自主神经评估方面有广泛的研究，主要使用心率变异性的时域、频域参数作为评估神经系统平衡的指标，从而应用在抑郁症精神疾病等方面的诊断。但是，心率变异性信号是不平稳信号，受呼吸频率影响，特别是心率均值、高频成分等参数受呼吸频率影响较大，用于评估神经系统状态需要受测者维持稳定的一致的呼吸频率，否则测试结果存在较大误差。

针对直接分析心率变异性评估神经系统平衡方面存在的问题，本发明对心源性呼吸信号进行分析获取呼吸基频，基于呼吸基频的浮动频段法灵活地划分高频带与低频带。利用高低频带功率有效地反映神经系统活跃性，从而评估精神压力。此评估方法具有研究基础、可行性和临床实用性。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于克服现有精神压力评估技术的缺点和不足，提供一种基于心源性呼吸信号的精神压力评估方法，该方法能够客观量化地评估精神压力状态。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于心源性呼吸信号的精神压力评估方法，包括以下步骤：

步骤1：采集心电信号，计算心电波形中QRS波面积提取心源性呼吸信号，对心源性呼吸信号进行傅立叶变换获得呼吸基频；

步骤2：提取心电R波波峰获取RR间期信号，根据RR间期信号计算瞬时心率信号，对瞬时心率信号进行傅立叶变换获得瞬时心率功率谱；

步骤3：结合呼吸基频和瞬时心率功率谱，基于浮动频段法计算神经系统特征参数低频带功率(LFP)、高频区域(HFP)和LFP/HFP，对神经系统特征参数与精神压力值进行多元线性回归分析，输出基于神经系统特征参数的精神压力评估模型，计算精神压力值。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤11、采集放松坐位状态下的十分钟心电数据；

步骤12、对心电信号进行基线漂移消除后，计算R波位置左右50ms内的积分面积作为QRS波面积，提取QRS波面积信号得到心源性呼吸信号EDR(i)；

步骤13、对心源性呼吸信号EDR(i)进行插值和重采样处理，对处理后的心源性呼吸信号进行傅立叶变换计算心源性呼吸信号功率谱。根据心源性呼吸信号的功率谱，提取功率最大值对应的频率作为呼吸基频。

作为优选，所述步骤2包括以下步骤：

步骤21、提取心电R波波峰获取RR间期信号，根据RR间期信号计算瞬时心率信号，所述瞬时心率＝60/RR间期；

步骤22、对瞬时心率信号进行4Hz的三次样条插值和重采样，然后对插值后瞬时心率进行去基线处理；

步骤23、对处理后的瞬时心率信号傅立叶变换，计算瞬时心率功率谱。

作为优选，所述步骤3包括以下步骤：

步骤31、结合步骤1求得的呼吸基频与步骤2求得的瞬时心率功率谱，基于浮动频段法计算神经系统特征参数低频带功率(LFP)、高频带功率(HFP)和LFP/HFP。所述神经系统特征参数LFP为瞬时心率功率谱中频率为0.04Hz-0.1Hz的功率，LFP反映交感神经活跃性；所述神经系统特征参数HFP为瞬时心率功率谱中根据呼吸基频的0.65倍到1.35倍的频带范围的功率，HFP反映迷走神经活跃性；所述神经系统特征参数LFP/HFP为参数LFP与参数HFP的比值，反映交感神经与迷走神经的平衡；

步骤32、利用214个不同精神压力程度的受测者的神经系统特征参数与在心理医生介入测量的精神压力值进行多元线性回归分析，输出基于神经系统特征参数的精神压力评估模型，所述精神压力评估模型的计算公式如下：

其中系数a,b,c,d,e通过对神经系统特征参数与精神压力值进行多元线性回归建模分析求得。

步骤33、根据计算所得的神经系统特征参数，输入到精神压力评估模型中，输出当前精神压力值，从而实现基于心源性呼吸信号的精神压力评估方法。

本发明通过采集心电信号，计算心电波形中QRS波面积提取心源性呼吸信号，对心源性呼吸信号进行傅立叶变换获得呼吸基频。提取心电R波波峰获取RR间期信号，根据RR间期信号计算瞬时心率信号，对瞬时心率信号进行傅立叶变换获得瞬时心率功率谱。结合呼吸基频和心率功率谱，基于浮动频段法计算神经特征参数，对神经系统特征参数与精神压力值进行多元线性回归分析，输出基于神经系统特征参数的精神压力评估模型，计算精神压力值。本发明基于呼吸基频灵活地划分高频带与低频带，有效地反映神经系统活跃性，从而评估精神压力，可行性和临床实用性强。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、实现了根据客观定量的神经系统特征参数评估精神压力的效果，避免对精神压力程度评估的主观性。

2、在心电信号中提取心源性呼吸信号，基于呼吸基频灵活地划分瞬时心率功率谱中的高低频功率范围，避免精神压力评估结果受呼吸频率影响，减少精神压力评估过程中受到的干扰，使评估结果更精确有效。

3、在进行精神压力评估中，只需采集十分钟的放松坐位的心电数据，测试过程和测试内容简单易操作，具有很好的临床实用性。

附图说明

图1为基于心源性呼吸信号的精神压力评估方法示意图。

图2为基于心源性呼吸信号功率谱提取呼吸基频示意图。

图3为心率功率谱图示意图。

图4为结合呼吸基频与心率功率谱计算神经系统特征参数示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种基于心源性呼吸信号的精神压力评估方法包括：采集心电信号，计算心电波形中QRS波面积提取心源性呼吸信号，对心源性呼吸信号进行傅立叶变换获得呼吸基频；提取心电R波波峰获取RR间期信号，根据RR间期信号计算瞬时心率信号，对瞬时心率信号进行傅立叶变换获得瞬时心率功率谱；结合呼吸基频和瞬时心率功率谱，基于浮动频段法计算神经系统特征参数低频带功率(LFP)、高频区域(HFP)和LFP/HFP，对神经系统特征参数与精神压力值进行多元线性回归分析，输出基于神经系统特征参数的精神压力评估模型，计算精神压力值。

基于心源性呼吸信号的精神压力评估方法具体实施步骤如下：

步骤1：采集放松坐位状态下的十分钟心电数据。对心电信号进行基线漂移消除后，计算R波位置左右50ms内的积分面积作为QRS波面积，提取QRS波面积信号得到心源性呼吸信号EDR(i)。对心源性呼吸信号EDR(i)进行插值和重采样处理，对处理后的心源性呼吸信号进行傅立叶变换计算心源性呼吸信号功率谱。根据心源性呼吸信号的功率谱，提取功率最大值对应的频率作为呼吸基频，呼吸基频的提取如图2所示。

步骤2：提取心电R波波峰获取RR间期信号，根据RR间期信号计算瞬时心率信号，所述瞬时心率＝60/RR间期。对瞬时心率信号进行4Hz的三次样条插值和重采样，然后对插值后瞬时心率进行去基线处理；对处理后的瞬时心率信号傅立叶变换，计算瞬时心率功率谱，心率功率谱如图3所示。

步骤3：如图4所示，结合步骤1求得的呼吸基频与步骤2求得的心率功率谱，基于浮动频段法计算神经系统特征参数低频带功率(LFP)、高频带功率(HFP)和LFP/HFP。所述神经系统特征参数LFP为瞬时心率功率谱中频率为0.04Hz-0.1Hz的功率，LFP反映交感神经活跃性；所述神经系统特征参数HFP为瞬时心率功率谱中根据呼吸基频的0.65倍到1.35倍的频带范围的功率，HFP反映迷走神经活跃性；所述神经系统特征参数LFP/HFP为参数LFP与参数HFP的比值，反映交感神经与迷走神经的平衡。利用214个不同精神压力程度的受测者的神经系统特征参数与在心理医生介入测量的精神压力值进行多元线性回归分析，输出基于神经系统特征参数的精神压力评估模型，所述精神压力评估模型的计算公式如下：

$Stress=a*LFP+b*HFP+c*\frac{LFP}{HFP}+d*LFP*HFP+e,$

其中系数a,b,c,d,e通过对神经系统特征参数与精神压力值进行多元线性回归建模分析求得。根据计算所得的神经系统特征参数，输入到精神压力评估模型中，输出当前精神压力值，从而实现基于心源性呼吸信号的精神压力评估方法。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。