基于分形的心电信号复杂度及其非线性动力学机制

• 作者: 何爱军 杨小冬 王俊 王志晓 王雪松
• 来源期刊: 科学通报
• 关键词: 心电图 多重分形奇异谱 算术均值 离散度
• 年，卷（期）: 2019,（22）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 2332-2341
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1360/N972019-00235

摘要

体表心电图(electrocardiogram,ECG)信号是典型的非平稳谐和变频信号,属于非线性信号.传统的线性分析方法并不能很好地揭示ECG信号非线性本质.本研究采用多重分形理论,研究了大量样本同步十二导联心电图信号的奇异谱面积,经方差分析(analysis of variance,ANOVA)检验,该参数对所研究人群各导联均统计可分.结果显示,健康年轻人(healthy young,HY)十二导联ECG信号奇异谱面积的算术均值最大、离散度最小,而心梗(myocardial infraction,MI)患者十二导联ECG信号奇异谱面积算术均值最小、离散度最大,其他人群如心肌缺血(ischemia)患者、健康老年人(healthy old,HO)这两个值均处于中等大小水平.表明随着病变程度加深,心脏组织类分形结构受损或者发生结构改变,导致心电系统非线性动力学复杂程度降低,同时增加了心电信号传播的不规则性和各向异性.另外研究发现,ECG信号奇异谱面积在一定程度上反映了人体自主神经控制的强弱.随着年龄增长,奇异谱面积的十二导联均值逐渐减小,提示自主神经的自律控制功能逐渐减弱;ECG信号非线性复杂性下降,由多重分形趋向单重分形,意味着个体适应能力的降低.