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精神壓力測試基于心源性呼吸信號評估方法
1.一種基于心源性呼吸信號的精神壓力測試評估方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟1：采集心電信號，計算心電波形中QRS波面積提取心源性呼吸信號，對心源性呼吸信號進行傅立葉變換獲取呼吸基頻；
步驟2：提取心電R波波峰獲取RR間期信號，根據RR間期信號計算瞬時心率信號，對瞬時心率信號進行傅立葉變換獲得瞬時心率功率譜；
步驟3：結合步驟1求得的呼吸基頻與步驟2求得的心率功率譜，基于浮動頻段法計算神經系統特征參數低頻帶功率即LFP、高頻帶功率即HFP和LFP/HFP，對神經系統特征參數與精神壓力測試值進行多元線性回歸分析，輸出基于神經系統特征參數的精神壓力測試評估模型，計算精神壓力測試值。
2.根據權利要求1所述的基于心源性呼吸信號的精神壓力測試評估方法，其特征在于，在步驟3中，所述精神壓力測試評估模型的計算公式如下：
通過對神經系統特征參數與精神壓力測試值進行多元線性回歸建模分析求得系數a,b,c,d,e；所述a為LFP的線性系數，所述b為HFP的線性系數，所述c為LFP/HFP的線性系數，所述d為LFP*HFP的線性系數，所述e為平移系數。
3.根據權利要求1所述的基于心源性呼吸信號的精神壓力測試評估方法，其特征在于，在步驟1中，所述獲取呼吸基頻的方法包括以下步驟：
步驟1、采集放松坐位狀態下的十分鐘心電數據；
步驟2、對心電信號進行基線漂移消除后，計算R波位置左右50ms內的積分面積作為QRS波面積，提取QRS波面積信號得到心源性呼吸信號EDR(i)；
步驟3、對心源性呼吸信號EDR(i)進行插值和重采樣處理，對處理后的心源性呼吸信號進行傅立葉變換計算心源性呼吸信號功率譜；根據心源性呼吸信號的功率譜，提取功率最大值對應的頻率作為呼吸基頻。
說明書
一種基于心源性呼吸信號的精神壓力測試評估方法
技術領域
本發明涉及一種精神壓力測試評估技術，特別涉及一種基于心源性呼吸信號的精神壓力測試評估方法。
背景技術
精神壓力測試被世界衛生組織定為“西方世界的災難”，依照國際勞工辦公室的說法，它已成為“我們時代最嚴重的問題之一，不僅危害個人身體和精神健康，而且對企業和政府也有害”�，F代社會的發展伴隨著無形的壓力左右人們的生活。在工作壓力，家庭壓力，學習壓力等共同作用下，人們的情緒難以宣泄。累積的壓力可能會引起身體的其他疾病，影響人體功能的平衡。
如今對精神壓力測試的評估方法主要采取心理測試得到壓力指標，這種評估方式受到多方面影響，如患者的精神狀態、表達能力等因素。近年來，心率變異性在自主神經評估方面有廣泛的研究，主要使用心率變異性的時域、頻域參數作為評估神經系統平衡的指標，從而應用在抑郁癥精神疾病等方面的診斷。但是，心率變異性信號是不平穩信號，受呼吸頻率影響，特別是心率均值、高頻成分等參數受呼吸頻率影響較大，用于評估神經系統狀態需要受測者維持穩定的一致的呼吸頻率，否則測試結果存在較大誤差。
針對直接分析心率變異性評估神經系統平衡方面存在的問題，本發明對心源性呼吸信號進行分析獲取呼吸基頻，基于呼吸基頻的浮動頻段法靈活地劃分高頻帶與低頻帶。利用高低頻帶功率有效地反映神經系統活躍性，從而評估精神壓力測試。此評估方法具有研究基礎、可行性和臨床實用性。
發明內容
本發明的首要目的在于克服現有精神壓力測試評估技術的缺點和不足，提供一種基于心源性呼吸信號的精神壓力測試評估方法，該方法能夠客觀量化地評估精神壓力測試狀態。
本發明的目的通過下述技術方案實現：一種基于心源性呼吸信號的精神壓力測試評估方法，包括以下步驟：
步驟1：采集心電信號，計算心電波形中QRS波面積提取心源性呼吸信號，對心源性呼吸信號進行傅立葉變換獲得呼吸基頻；
步驟2：提取心電R波波峰獲取RR間期信號，根據RR間期信號計算瞬時心率信號，對瞬時心率信號進行傅立葉變換獲得瞬時心率功率譜；
步驟3：結合呼吸基頻和瞬時心率功率譜，基于浮動頻段法計算神經系統特征參數低頻帶功率(LFP)、高頻區域(HFP)和LFP/HFP，對神經系統特征參數與精神壓力測試值進行多元線性回歸分析，輸出基于神經系統特征參數的精神壓力測試評估模型，計算精神壓力測試值。
所述步驟1包括以下步驟：
步驟11、采集放松坐位狀態下的十分鐘心電數據；
步驟12、對心電信號進行基線漂移消除后，計算R波位置左右50ms內的積分面積作為QRS波面積，提取QRS波面積信號得到心源性呼吸信號EDR(i)；
步驟13、對心源性呼吸信號EDR(i)進行插值和重采樣處理，對處理后的心源性呼吸信號進行傅立葉變換計算心源性呼吸信號功率譜。根據心源性呼吸信號的功率譜，提取功率最大值對應的頻率作為呼吸基頻。
作為優選，所述步驟2包括以下步驟：
步驟21、提取心電R波波峰獲取RR間期信號，根據RR間期信號計算瞬時心率信號，所述瞬時心率＝60/RR間期；
步驟22、對瞬時心率信號進行4Hz的三次樣條插值和重采樣，然后對插值后瞬時心率進行去基線處理；
步驟23、對處理后的瞬時心率信號傅立葉變換，計算瞬時心率功率譜。
作為優選，所述步驟3包括以下步驟：
步驟31、結合步驟1求得的呼吸基頻與步驟2求得的瞬時心率功率譜，基于浮動頻段法計算神經系統特征參數低頻帶功率(LFP)、高頻帶功率(HFP)和LFP/HFP。所述神經系統特征參數LFP為瞬時心率功率譜中頻率為0.04Hz-0.1Hz的功率，LFP反映交感神經活躍性；所述神經系統特征參數HFP為瞬時心率功率譜中根據呼吸基頻的0.65倍到1.35倍的頻帶范圍的功率，HFP反映迷走神經活躍性；所述神經系統特征參數LFP/HFP為參數LFP與參數HFP的比值，反映交感神經與迷走神經的平衡；
步驟32、利用214個不同精神壓力測試程度的受測者的神經系統特征參數與在心理醫生介入測量的精神壓力測試值進行多元線性回歸分析，輸出基于神經系統特征參數的精神壓力測試評估模型，所述精神壓力測試評估模型的計算公式如下：
其中系數a,b,c,d,e通過對神經系統特征參數與精神壓力測試值進行多元線性回歸建模分析求得。
步驟33、根據計算所得的神經系統特征參數，輸入到精神壓力測試評估模型中，輸出當前精神壓力測試值，從而實現基于心源性呼吸信號的精神壓力測試評估方法。
本發明通過采集心電信號，計算心電波形中QRS波面積提取心源性呼吸信號，對心源性呼吸信號進行傅立葉變換獲得呼吸基頻。提取心電R波波峰獲取RR間期信號，根據RR間期信號計算瞬時心率信號，對瞬時心率信號進行傅立葉變換獲得瞬時心率功率譜。結合呼吸基頻和心率功率譜，基于浮動頻段法計算神經特征參數，對神經系統特征參數與精神壓力測試值進行多元線性回歸分析，輸出基于神經系統特征參數的精神壓力測試評估模型，計算精神壓力測試值。本發明基于呼吸基頻靈活地劃分高頻帶與低頻帶，有效地反映神經系統活躍性，從而評估精神壓力測試，可行性和臨床實用性強。
本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果：
1、實現了根據客觀定量的神經系統特征參數評估精神壓力測試的效果，避免對精神壓力測試程度評估的主觀性。
2、在心電信號中提取心源性呼吸信號，基于呼吸基頻靈活地劃分瞬時心率功率譜中的高低頻功率范圍，避免精神壓力測試評估結果受呼吸頻率影響，減少精神壓力測試評估過程中受到的干擾，使評估結果更精確有效。
3、在進行精神壓力測試評估中，只需采集十分鐘的放松坐位的心電數據，測試過程和測試內容簡單易操作，具有很好的臨床實用性。
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
實施例
如圖1所示，一種基于心源性呼吸信號的精神壓力測試評估方法包括：采集心電信號，計算心電波形中QRS波面積提取心源性呼吸信號，對心源性呼吸信號進行傅立葉變換獲得呼吸基頻；提取心電R波波峰獲取RR間期信號，根據RR間期信號計算瞬時心率信號，對瞬時心率信號進行傅立葉變換獲得瞬時心率功率譜；結合呼吸基頻和瞬時心率功率譜，基于浮動頻段法計算神經系統特征參數低頻帶功率(LFP)、高頻區域(HFP)和LFP/HFP，對神經系統特征參數與精神壓力測試值進行多元線性回歸分析，輸出基于神經系統特征參數的精神壓力測試評估模型，計算精神壓力測試值。
基于心源性呼吸信號的精神壓力測試評估方法具體實施步驟如下：
步驟1：采集放松坐位狀態下的十分鐘心電數據。對心電信號進行基線漂移消除后，計算R波位置左右50ms內的積分面積作為QRS波面積，提取QRS波面積信號得到心源性呼吸信號EDR(i)。對心源性呼吸信號EDR(i)進行插值和重采樣處理，對處理后的心源性呼吸信號進行傅立葉變換計算心源性呼吸信號功率譜。根據心源性呼吸信號的功率譜，提取功率最大值對應的頻率作為呼吸基頻，呼吸基頻的提取如圖2所示。
步驟2：提取心電R波波峰獲取RR間期信號，根據RR間期信號計算瞬時心率信號，所述瞬時心率＝60/RR間期。對瞬時心率信號進行4Hz的三次樣條插值和重采樣，然后對插值后瞬時心率進行去基線處理；對處理后的瞬時心率信號傅立葉變換，計算瞬時心率功率譜，心率功率譜如圖3所示。
步驟3：如圖4所示，結合步驟1求得的呼吸基頻與步驟2求得的心率功率譜，基于浮動頻段法計算神經系統特征參數低頻帶功率(LFP)、高頻帶功率(HFP)和LFP/HFP。所述神經系統特征參數LFP為瞬時心率功率譜中頻率為0.04Hz-0.1Hz的功率，LFP反映交感神經活躍性；所述神經系統特征參數HFP為瞬時心率功率譜中根據呼吸基頻的0.65倍到1.35倍的頻帶范圍的功率，HFP反映迷走神經活躍性；所述神經系統特征參數LFP/HFP為參數LFP與參數HFP的比值，反映交感神經與迷走神經的平衡。利用214個不同精神壓力測試程度的受測者的神經系統特征參數與在心理醫生介入測量的精神壓力測試值進行多元線性回歸分析，輸出基于神經系統特征參數的精神壓力測試評估模型，所述精神壓力測試評估模型的計算公式如下：
其中系數a,b,c,d,e通過對神經系統特征參數與精神壓力測試值進行多元線性回歸建模分析求得。根據計算所得的神經系統特征參數，輸入到精神壓力測試評估模型中，輸出當前精神壓力測試值，從而實現基于心源性呼吸信號的精神壓力測試評估方法。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
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