「ECG信号处理——（18）基于时空特征的心率变异性分析」2025年6月23日

一、HRV概述

        心率变异性（Heart rate variability ,HRV）分析是通过测量分析连续正常R-R间期的时间变化来反映心率的变化程度的，根据计算RR 序列的统计指标，或者是画出RR间期的直方图和散点图来反映HRV的大小情况。下面我们从男性与女性、老年与青年和健康与患病三个维度来进行统计分析。

        相关内容略，详情见我博客👇

「ECG信号处理——（12）心率变异性分析」2025年4月1日_hrv(心率变异性)所有健康人群的散点图,如何绘制,值是rr间期-CSDN博客

二、HRV分析之散点图

（一）男性与女性

        下图是mit-bih-arrhythmia-database-1.0.0数据库中男性（69岁-100号记录）和女性（75岁-101号记录）的健康状况散点图。散点图的形状直接反映了瞬时心率变化曲线的特征。

图1：69岁健康男性散点图               图2：75岁健康女性散点图

        正常男性和女性的散点大都集中在45度角的直线附近且呈彗星状，正常人相邻的窦性心搏的RR间期大致相等。在心率缓慢时（对应RR间期较长，即散点图的上部）窦性心律不齐增大，而散点图的下端（对应心率快时）散点图比较窄，说明在心率加快时，窦性心律不齐减小，这些结论与临床现象符合。

（二）健康与患病

        下图是75岁的女性（健康）与76岁的女性（患病）的健康状况散点图。由图可知，对比健康的女性而言，患有一定程度的心律失常的患者的散点图呈现发散的趋势。该节律与病态窦房结综合征相符。

图3：75岁健康女性散点图               图4：76岁患病女性散点图

（三）年轻与年老

        下图是69岁健康男性（100记录a）、32岁健康男性（230记录b）、76岁的女性（患病c）、24岁的女性（患病d）的散点情况图。

（a）69岁健康男性                                        （b）32岁健康男性

（c）76岁患病女性                                        （d）24岁患病女性   

图5：散点图对比

        由上图5(a)和(b)可知，同属于健康男性情况下，年轻人的散点图分布更具延展性，而老年人的散点图分布更为集中。由上图5(c)和(d)可知，同属于患病女性情况下，老年患者的发散趋势较年轻人更弱且更为集中，而年轻患者的发散趋势广且散，结果表明老年人的心跳活动下降且生理特征衰弱。

三、HRV分析之直方图

（一）年轻与年老        

        下面我们仅以老年组和年轻组为例，进一步分析HRV直方图。分别选取健康老年组和健康年轻组的一个受试者的心电信号，画出直方图。图6和图7分别是老年人和年轻人的RR间期直方图。

    图6：69岁男性                                               图7： 32岁男性

        由图中也可以看出,年老人的RR间期时间大部分分布在750~850ms之间，时间差异的波动较集中：而年轻人的主要分布在650~970ms之间，时间差异的振幅较大。年老人的RR间期差值的变化范围比年轻人的小很多， RR间期时间的波动较小。这也在一定程度上，直观地说明年老人比年轻人的 HRV 要小。

（二）相关指标结果分析    

        现在对正常年老组和年轻组的完整RR间期数据进行时域上的三个线性指标分别为:均值MEAN、差值均方的平方根RMSSD、均值标准差SDANN。 

表1： 线性指标

线性指标	年老组	年轻组
MEAN	794.593630ms	786.752882ms
SDANN	48.11ms	126.84ms
RMSSD	61.489893ms	92.137013ms

         从表中可以看出，年轻组均值参数结果比年老组的要小，说明年轻人的RR间期平均时间要比年老人相对短一些，心跳相对快一些。而年轻组的RMSSD和SDANN参数结果稍微大，说明副交感神经和交感神经的张力要大一些，迷走神经功能较年老人良好，年轻人的心率变异性偏大。

Tips：下一讲，我们将进一步探讨，心电信号的特征提取的其他部分。

以上就是基于时空特征的心率变异性分析的全部内容啦~

我们下期再见，拜拜(⭐v⭐) ~

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