心電對睡眠蘇醒鑒別方式探究范文

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作者：葛宏呂曉東范軍蔣科胡曉林景百勝單位：空軍航空醫(yī)學(xué)研究所北京

睡眠狀況的好壞是對人體健康狀態(tài)進(jìn)行評價的重要指標(biāo)，睡眠紊亂可導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生。在信息高度發(fā)達(dá)的當(dāng)今社會，人們承受著巨大的工作、生活壓力，由此引發(fā)了許多身心健康問題，其中最嚴(yán)重的就是睡眠障礙。因此，有必要監(jiān)測評估睡眠質(zhì)量。然而，由于傳統(tǒng)的睡眠監(jiān)測需要采集腦電（EEG）、眼動（EOG）、頜肌電（EMG）等生理參數(shù)，必須在專門的監(jiān)測場所（如醫(yī)院的睡眠監(jiān)測室）進(jìn)行，而且價格昂貴，操作復(fù)雜，并且對人的睡眠有明顯影響，不利于廣泛開展睡眠監(jiān)測。因此，需要一種簡便的、低負(fù)荷的睡眠監(jiān)測手段進(jìn)行睡眠質(zhì)量評估。國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了許多類似研究工作［1－4］，并取得了一定成果。相對而言，心電信號的采集比較容易，而且對受試者的影響幾乎可以忽略不計。因此本文利嘗試?yán)蒙镝t(yī)學(xué)信號處理技術(shù)，研究一種基于心電信號的睡眠、覺醒狀態(tài)辨識方法，進(jìn)行睡眠質(zhì)量的基本評估。

2對象與方法

2.1研究對象

本文采用的實驗數(shù)據(jù)為30名男性健康男性受試者在睡眠監(jiān)測室一整夜的多導(dǎo)睡眠圖（PSG）及KF2型飛行員飛行生理參數(shù)記錄檢測儀（以下簡稱生參儀）的數(shù)據(jù)記錄。其中，多導(dǎo)睡眠圖為TYCOSD32+型，受試者年齡21～50歲，樣本數(shù)據(jù)和驗證數(shù)據(jù)各15例。本文用醫(yī)院睡眠分析醫(yī)師對PSG記錄的睡眠分析結(jié)果作為睡眠真實狀態(tài)，研究和驗證睡眠、覺醒識別算法。

2.2心電參數(shù)獲取

2.2.1QRS波群檢測

首先對生參儀記錄的心電信號濾除基線漂移和工頻濾波，然后進(jìn)行QRS波群檢測。傳統(tǒng)的QRS波群檢測采用閾值法，近年來，隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的檢測方法，如小波變換法等［5］。本文采用差分閾值法進(jìn)行QRS波檢測，得到R-R間期序列。然后計算整個記錄過程的平均心率（MEANHR），按每段30秒分段計算各段的平均心率（HR）、心率差分（HRDif）、每段平均心率（HR）與總平均心率（MEANHR）的百分比等參數(shù)。

2.2.2心率變異性分析

HRV分析是對正常竇性心率進(jìn)行時域和頻域分析，提取心率在時域和頻域的變異指標(biāo)。

2.2.2.1時域分析

時域分析主要是對竇性R－R間期序列進(jìn)行統(tǒng)計分析，以獲得正常竇性R-R間期標(biāo)準(zhǔn)差（SD）、相鄰正常R-R間期差值的均方根（RMSSD）等時域指標(biāo)。

2.2.2.2頻域分析

為便于使用PSG分析結(jié)果，首先將數(shù)據(jù)按每段30秒進(jìn)行分段，然后對每段進(jìn)行頻域分析。頻域分析采用經(jīng)典功率譜估計方法，得到以下頻域指標(biāo)：總功率（TP，0～0．5Hz）、極低頻段功率（VLF，0．0033～0．04Hz）、低頻段功率（LF，0．04～0．15Hz）；高頻段功率（HF，0．15～0．40Hz）以及低高頻比值（LF／HF）。

2.3建立判別函數(shù)

專業(yè)的睡眠分析醫(yī)師對PSG記錄的信號經(jīng)過認(rèn)真仔細(xì)的判讀，逐段（30秒）給出睡眠分期結(jié)果（4、3、2、1、REM和覺醒）。由于本研究只需對睡眠、覺醒狀態(tài)進(jìn)行識別，所以將睡眠分期結(jié)果合并為睡眠、覺醒（分別以1和0表示）兩種狀態(tài)，作為真實結(jié)果。應(yīng)用統(tǒng)計分析軟件SPSS11.5進(jìn)行相關(guān)分析后，選擇與睡眠覺醒相關(guān)系數(shù)較高的R-R間期標(biāo)準(zhǔn)差（SD）、心率百分比、低高頻比值（LF/HF）、心率差值以及R-R間期差值均方根（RMSSD）五個參數(shù)，用分類判別法分別建立睡眠、覺醒判別函數(shù)（公式1和2）。其中，為HR_SD間期標(biāo)準(zhǔn)差，LHRatio為低高頻比，RMSSD為RR間期差值均方根，HR_Percent為心率百分比，HR_Dif為心率差值。逐段將5個心電參數(shù)值代入公式（1）進(jìn)行計算，如果計算結(jié)果D≥0，則判別為覺醒，否則判別為睡眠。

3結(jié)果

3.1樣本數(shù)據(jù)判別結(jié)果

樣本數(shù)據(jù)的覺醒判別準(zhǔn)確率分別為78.5%，睡眠判別準(zhǔn)確率為86.8%，平均判別準(zhǔn)確率為86.0%。

3.2驗證數(shù)據(jù)判別結(jié)果

用15例驗證數(shù)據(jù)對算法進(jìn)行驗證，判別結(jié)果見表2驗證數(shù)據(jù)覺醒判別準(zhǔn)確率分別為76.1%，睡眠判別準(zhǔn)確率為85.2%，平均判別準(zhǔn)確率為84.4%。

4討論

用心電參數(shù)建立的睡眠、覺醒識別方法，實驗表明其判別結(jié)果與PSG的一致性較高。但是對覺醒的識別準(zhǔn)確率較低，這是由于人在安靜狀態(tài)時心率較低且比較平穩(wěn)，HRV指標(biāo)特征與睡眠狀態(tài)時相似，因此容易識別為睡眠。下一步應(yīng)對心電參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步挖掘，改進(jìn)算法，提高識別準(zhǔn)確率。同時，要進(jìn)一步開展用心電參數(shù)進(jìn)行睡眠分期的相關(guān)研究。總之，我們的研究證實利用

心電參數(shù)可以進(jìn)行睡眠、覺醒狀態(tài)的識別，從而對睡眠質(zhì)量進(jìn)行基本的評估。該方法由于信號采集簡便容易，幾乎不影響正常睡眠，適于在各種場合進(jìn)行簡單的睡眠狀況評價。