一種基于心源性信號(hào)的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平的估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于心源性信號(hào)的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平的估計(jì)方法，首先在“靜息——運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中從心電、逐拍血壓、光電容積波中提取大量特征，然后從中篩選出個(gè)體化運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)，構(gòu)成個(gè)體化運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)向量；并根據(jù)個(gè)體化運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)向量通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法估計(jì)出運(yùn)動(dòng)負(fù)荷估計(jì)方程的系數(shù)；最后在實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，將在實(shí)時(shí)檢測(cè)計(jì)算得到的心電、逐拍血壓、光電容積波特征參數(shù)中篩選個(gè)體化運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)向量代入負(fù)荷估計(jì)方程進(jìn)行實(shí)際運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平估計(jì)。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，避免了單一孤立指標(biāo)估計(jì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平的局限性，通過(guò)多種心源性信號(hào)準(zhǔn)確、全面地估計(jì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平的估計(jì)，尤其涉及一種基于心源性信號(hào)的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平 的估計(jì)方法。 一種基于心源性信號(hào)的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平的估計(jì)方法

【背景技術(shù)】
[0002] 運(yùn)動(dòng)負(fù)荷可分為"外部負(fù)荷"與"內(nèi)部負(fù)荷"兩類。"外部負(fù)荷"表征機(jī)體外部各種 因素對(duì)機(jī)體所施加刺激的強(qiáng)度與數(shù)量，也稱"物理負(fù)荷"，是指機(jī)體在單位時(shí)間內(nèi)需要完成 的運(yùn)動(dòng)量或做功量，一般是以距離、速度、質(zhì)量、時(shí)間及運(yùn)動(dòng)次數(shù)等來(lái)表示，例如，舉重運(yùn)動(dòng) 時(shí)抓舉或挺舉的重量，蹬車運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度與扭矩等均為外部負(fù)荷。"內(nèi)部負(fù)荷"也稱"生理 負(fù)荷"，是指機(jī)體在承受一定強(qiáng)度的外部負(fù)荷時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的生理與心理的適應(yīng)性變化，是 機(jī)體內(nèi)部對(duì)機(jī)體外部刺激的適應(yīng)性調(diào)整。
[0003] 運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平是指運(yùn)動(dòng)過(guò)程中人體所承受的生理負(fù)荷強(qiáng)度，反映了機(jī)體對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù) 荷的適應(yīng)程度，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平評(píng)價(jià)的主要生理指標(biāo)有心率、血壓、耗氧量、呼吸頻率等。對(duì)運(yùn) 動(dòng)負(fù)荷水平的監(jiān)測(cè)十分重要，如果運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平超出了身體能夠承受的范圍，將對(duì)機(jī)體造 成潛在或直接危害，威脅其身心健康甚至生命安全。國(guó)內(nèi)外均有因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平過(guò)高、誘 發(fā)心血管疾病而猝死的報(bào)道，以馬拉松長(zhǎng)跑中的案例較為常見。高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)負(fù)荷不受監(jiān)控 而超出正常生理承受范圍時(shí)，心血管系統(tǒng)尤其是心臟可能從生理適應(yīng)性變化向器質(zhì)病理性 變化，甚至威脅生命安全。運(yùn)動(dòng)負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間超出最大生理承受限度后，演變過(guò)程一般為"心 肌灌注不良一無(wú)氧代謝異常一心肌舒張功能異常一心肌收縮功能異常一心腔內(nèi)血流動(dòng)力 學(xué)改變一心肌電生理異常一臨床心絞痛癥狀發(fā)作一威脅生命健康安全"。
[0004] 目前運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平的連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段比較單一，主要依賴心率監(jiān)測(cè)。心率是目 前應(yīng)用最廣泛的負(fù)荷估計(jì)生理指標(biāo)。運(yùn)動(dòng)負(fù)荷限度分為極量與亞極量?jī)蓹n。極量是指心率 達(dá)到生理承受極限的負(fù)荷量。這種極限運(yùn)動(dòng)量一般根據(jù)年齡來(lái)預(yù)計(jì)最大心率。最大心率粗 略計(jì)算法為"220-年齡數(shù)";亞極量是指心率達(dá)到85%至90%最大心率的負(fù)荷量，在臨床上 大多采用亞極量運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)。例如55歲的受檢者最大心率為220-55=165次/分鐘，那么亞 極量運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)其心率上限應(yīng)為165*85% =140次/分鐘。
[0005] 較之靜息狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷提高了新陳代謝水平，動(dòng)用了心臟儲(chǔ)備，提高了心臟負(fù)荷 強(qiáng)度。心血管系統(tǒng)是運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的主要響應(yīng)系統(tǒng)之一。心源性信號(hào)指依賴心臟活動(dòng)而存在的 信號(hào)，心電、血壓、脈搏等作為心源性信號(hào)，蘊(yùn)含了豐富的心血管系統(tǒng)的相關(guān)信息，而這些信 息尚且未必充分發(fā)掘與利用。心臟是循環(huán)系統(tǒng)的"泵"，即血液循環(huán)的動(dòng)力之源。心臟的電 活動(dòng)在前，機(jī)械活動(dòng)在后，構(gòu)成"（電）興奮--（機(jī)械）收縮"偶聯(lián)。心電反映了心臟除 極、復(fù)極的電活動(dòng)；血壓是推動(dòng)血液流動(dòng)和維持器官供血的必要條件，反映了血液循環(huán)系統(tǒng) 的力學(xué)特性；光電容積波包含了微循環(huán)狀態(tài)的信息。心電、血壓、光電脈搏波分別以電、力、 光的信號(hào)形式，反映了心臟或心血管系統(tǒng)活動(dòng)。
[0006] 任何一項(xiàng)孤立的指標(biāo)均有一定的局限性，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷對(duì)心血管系統(tǒng)的影響絕不僅僅 反映在心率上，心血管系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的響應(yīng)也不局限于心率上，只有采用多類信號(hào)與多 項(xiàng)指標(biāo)綜合判斷，才能較客觀全面地反映運(yùn)動(dòng)負(fù)荷對(duì)心血管系統(tǒng)的影響，從而對(duì)過(guò)量運(yùn)動(dòng) 負(fù)荷水平進(jìn)行提前預(yù)警，防范過(guò)量負(fù)荷誘導(dǎo)發(fā)生嚴(yán)重心血管疾病情況的出現(xiàn)。目前使用單 一心率指標(biāo)估計(jì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平的模式，不能全面反映心血管系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的響應(yīng)，存在 單一性、片面性的缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種基于心源性信號(hào)的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平的估計(jì)方 法，能夠?qū)\(yùn)動(dòng)員或鍛煉者運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)負(fù)荷量過(guò)高時(shí)，及時(shí)提醒運(yùn)動(dòng)員 或鍛煉者進(jìn)行休息，對(duì)保障運(yùn)動(dòng)員或鍛煉者的健康安全具有重要意義。
[0008] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0009] -種基于多種心源性信號(hào)的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平的估計(jì)方法包括以下步驟：
[0010] 步驟S1、在"靜息一運(yùn)動(dòng)"實(shí)驗(yàn)中從心電、逐拍血壓、光電容積波中篩選出個(gè)體化 運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)，建立個(gè)體化運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)向量，包括以下步驟：
[0011] 步驟S1. 1、靜息期與運(yùn)動(dòng)期的心電、逐拍血壓、光電容積波的同步采集；
[0012] 步驟S1. 2、心電和光電容積波消噪；
[0013] 步驟S1. 3、心電和光電容積波特征點(diǎn)檢測(cè)；
[0014] 步驟S1. 4、心電和光電容積波特征參數(shù)提?。?br> [0015] 步驟S1. 5、對(duì)心電和光電容積波特征參數(shù)進(jìn)行中值濾波；
[0016] 步驟S1. 6、根據(jù)濾波后的心電特征參數(shù)、光電容積波特征參數(shù)以及逐拍血壓特征 參數(shù)采用t檢驗(yàn)方法比較心電、逐拍血壓和光電容積波各特征在靜息期與運(yùn)動(dòng)期存在的顯 著性差異，以差異顯著性水平P〈〇. 05為標(biāo)準(zhǔn)，篩選出個(gè)體化運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)，這些敏感 指標(biāo)構(gòu)建個(gè)體化運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)向量；
[0017] 步驟S2、計(jì)算運(yùn)動(dòng)負(fù)荷估計(jì)方程系數(shù)，包括以下步驟：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于多種心源性信號(hào)的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平的估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟S1、在"靜息一運(yùn)動(dòng)"實(shí)驗(yàn)中從心電、逐拍血壓、光電容積波中篩選出個(gè)體化運(yùn)動(dòng) 負(fù)荷敏感指標(biāo)，建立個(gè)體化運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)向量，包括以下步驟： 步驟S1. 1、靜息期與運(yùn)動(dòng)期的心電、逐拍血壓、光電容積波的同步采集； 步驟S1. 2、心電和光電容積波消噪； 步驟S1. 3、心電和光電容積波特征點(diǎn)檢測(cè)； 步驟S1. 4、心電和光電容積波特征參數(shù)提取； 步驟S1. 5、對(duì)心電和光電容積波特征參數(shù)進(jìn)行中值濾波； 步驟S1. 6、根據(jù)濾波后的心電特征參數(shù)、光電容積波特征參數(shù)以及逐拍血壓特征參數(shù) 采用t檢驗(yàn)方法比較心電、逐拍血壓和光電容積波各特征在靜息期與運(yùn)動(dòng)期存在的顯著性 差異，以差異顯著性水平P〈〇. 05為標(biāo)準(zhǔn)，篩選出個(gè)體化運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)，這些敏感指標(biāo) 構(gòu)建個(gè)體化運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)向量； 步驟S2、計(jì)算運(yùn)動(dòng)負(fù)荷估計(jì)方程系數(shù)，包括以下步驟： 步驟S2. 1、設(shè)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷估計(jì)方程為：
其中，aj和b為負(fù)荷方程系數(shù)，{Xi} 為自變量，y為因變量； 步驟S2. 2、將運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)向量作為自變量{Xi}; 步驟S2. 3、根據(jù)心率值HR構(gòu)建因變量y，
其中，c=220-yr+d，yr為年齡，d為與身體體質(zhì)、性別、健康情況有關(guān)的修正量： 步驟S2. 4、將{xj與7帶入運(yùn)動(dòng)負(fù)荷估計(jì)方程，通過(guò)最小二乘法計(jì)算出系數(shù)向量{aj 與標(biāo)量b。 步驟S3、在實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平估計(jì)，包括： 步驟S3. 1、受試者處于任意形式的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷下，實(shí)時(shí)對(duì)心電、逐拍血壓、光電容積波同 步采集； 步驟S3. 2、心電和光電容積波消噪； 步驟S3. 3、心電和光電容積波特征點(diǎn)檢測(cè)； 步驟S3. 4、心電和光電容積波特征參數(shù)提； 步驟S3. 5、對(duì)心電和光電容積波特征參數(shù)進(jìn)行中值濾波； 步驟S3. 6、在實(shí)時(shí)檢測(cè)和計(jì)算得到的心電特征參數(shù)、光電容積波特征參數(shù)、逐拍血壓特 征參數(shù)中篩選出步驟S1中個(gè)體化運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo)，并將所述個(gè)體化運(yùn)動(dòng)負(fù)荷敏感指標(biāo) 向量作為{xi}帶入由步驟S2中確定的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷估計(jì)方程系數(shù){ai}與b構(gòu)成的負(fù)荷估計(jì) 方程，計(jì)算出運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平。 步驟S3. 7、對(duì)S3. 6得到的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平進(jìn)行判斷，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平取值范圍為[0,1]，其 中"1"代表達(dá)到生理最大承受運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平，"0"代表無(wú)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷；如果計(jì)算得到的數(shù)值大 于1，則運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平為1，如果計(jì)算得到的數(shù)值小于0,則運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平為0。
2. 如權(quán)利要求1所述一種基于多種心源性信號(hào)的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平的估計(jì)方法，其特征在 于，心電特征點(diǎn)為：QRS波的起點(diǎn)Qp、峰點(diǎn)Rp、終點(diǎn)Sp，T波的起點(diǎn)Tb、峰點(diǎn)Tp、終點(diǎn)Τη ;光 電容積波特征點(diǎn)為：主波起點(diǎn)Α、主波峰點(diǎn)Β、重搏波起點(diǎn)C、ΑΒ波段最大上升斜率點(diǎn)Q、以A 為參考點(diǎn)的AB幅度的25%處P點(diǎn)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述一種基于多種心源性信號(hào)的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷水平的估計(jì)方法，其特 征在于，心電特征參數(shù)為QRS三角形與T波三角形的每個(gè)三角形的邊長(zhǎng)、角度、高線、面積、 周長(zhǎng)、邊長(zhǎng)比值、角度比值；光電容積波特征參數(shù)為：幅度參數(shù)、時(shí)間參數(shù)、斜率參數(shù)、面積 參數(shù)，逐拍血壓參數(shù)為：收縮壓、舒張壓、收縮壓與舒張壓的壓差。
【文檔編號(hào)】A61B5/0205GK104055496SQ201410016526
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】李延軍, 嚴(yán)洪, 許志, 韋明, 楊向林, 于闖, 張琳, 余新明, 孫宗曉, 魏華, 宋晉忠, 熊祺 申請(qǐng)人:中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心