心电图信号建立心脏活动观察系统心率变异度调节变化的影响研究(源码)
心率变异性(HRV)信号中包含了心血管控制及人体自主恢复调节的大量信息，提取检测并分析这些信息可以评估一个人的身体健康状况以及预防心脏上的突发疾病。如果HRV经常处于不正常范围，将会降低运动的效果，增加运动风险，甚至危害身体健康。因此利用HRV的变化检测身体状况在医学上也是一个重要依据。人的年龄、性别、健康水平、运动强度、测试方法等多种因素都会影响HRV。本次实验主要针对研究的是不同运动强度对心率变异性的影响，利用MATLAB软件设计基于心电图信号建立心脏活动观察系统，将对实验对象测量的数据在观察系统中进行分析研究并得出结论确定运动强度对心率变异度（HRV）的影响。关键词 运动强度、心率变异性（HRV）、MATLAB
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 研究对象 2
1.3 课题意义 2
1.4 国内外研究 3
2 实验介绍 4
2.1 心率变异性发生机制 4
2.2 RR间隔 4
2.3 心率变异性分析方法 5
2.4 测量工具与数据采集 7
2.5 实验注意事项 11
3 实验设计 12
3.1 研究目的 12
3.2 研究假设 12
3.3 实验方法 13
3.4 开发软件 14
3.5 实验流程 15
4 数据整理 15
4.1 心跳 18
4.1 RR间隔 19
4.3 HRV 20
5 统计分析 21
5.1 男女对比 22
5.2 活动状态对比 23
6 研究结果 24
7 讨论 25
总结 26
致谢 28
参考文献 29
绪论
1.1 课题背景
心率变异性(HRV)是指在连续正常的心跳周期之间时间上的细微小差异，即RR 间期的变化。它可以反映出人体自主神经，交感神经和迷走神经以及很多神经对心血管系统调节能力的强弱以及变化，同时也 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
可以用于分析心脏跳动是否处于正常范围。但在不同强度运动模式下对HR控制的精确自主贡献仍然没有完全被理解，因为对完整的人类心脏的自主流出的直接测量是不可行的[1]。HR本身主要就反映了自主神经系统的时间性净效应。因此，需要补充信息和外界测量工具，以便更深入地了解运动过程中HR控制的基本机制。心率变异性(HRV)是一种非侵入性的工具，有可能量化自主对HR的影响。然而，应该注意的是，HR本身对HRV有着深远的影响。因此，在目前和以前的研究中采用了一种与HR匹配的方法来阐明自主贡献的HR。
传统上，交感和副交感神经系统之间的相互作用，在运动上被认为是组织在一个敌对但互惠的方式，是与迷走神经开始锻炼导致HR增长，其次是交感神经活动导致进一步的增加HR加速。目前的数据支持还没有明确的阈值。因此，两个自主分支的影响应该是与更强的非线性增加交感神经和副交感神经的贡献，降低运动强度超过60%，最大耗氧量和HR> 150次。在直立调节和多种运动中，相互拮抗似乎是心脏自主控制的主要机制。然而，还有其他的自主控制模式，可以在病理和生理条件下产生瞬时HR。不同的调制器（例如，外围化学感受器、机械感受器和痛觉感受器输入）可以同时激活两个自主分支。研究评估患者的交感神经切除术的效果，多汗代表一个强有力的心脏甚至在静止条件下。这一发现与交感神经系统在多汗症时的过度活跃有关，同时在HR和HRV上也可以通过这种临床干预逆转。在生理条件下，交感神经鞘激活可在某些情况下更大的输出，例如在周围的化学受体反射和潜水反应，以及更精细的心脏功能调整[15]。
由于HRV能够有效的根据心脏活动是否正常来反映出人体的身体健康情况，所以有效的检测出HRV信号的特征值，就能够利用这些特征信息来检测和预防相关的心血管疾病并提出有效的治疗方案。当今社会医学发展越来越迅速，心率变异性作为心脏自主控制的指标特征引起越来越多的人的关注，早在70年代，就有人发现并将其称为“心率变异”，此后多年的研究都致力于研究这一现象的内在机制和病理研究，并提出心率变异性的变化反映了窦房结水平的自主神经调节状况。而近几十年来心率变异性在运动方面的研究开始在中国快速发展。但是运动时即刻心率自主控制的调节恢复尚不清楚。普通的功率谱分析常用方法需要稳定的信号，不能在运动中和即刻恢复期间使用，因此要清楚的检测并获取运动状态下的心率变异性还是存在比较多的阻碍。本研究的主要目的是借助外界测量工具收集心电信号并探讨分析在不同强度的运动下（慢走和快跑）心率变异性的变化趋势。
1.2 研究对象
实验对象为13名健康的学生（男生7人女生6人）并且自愿参加本研究，年龄介于18到24周岁左右。在参见实验前会先对受试者的基本情况，包括身高、体重、健康情况等作出基本调查。受试者必须无大的心血管疾病史，实验前两周内没有任何疾病的治疗和服药记录，测试前一晚要求保证睡眠充足，未进行剧烈运动。所有受试者均被告知实验的详细内容，对于实验的运动强度也是在得到受试者的认同下进行。测试期间不能服用任何药物。
受试者的基本情况调查表见附录一。
1.3 课题意义
由于国内外关于运动对HRV影响的研究还是不多见，即使研究研究对象也大多数是专业水平的运动员，但是大众健身者，尤其是中青年为研究对象的研究更加少了。因此，本研究通过分析比较高校大学生不同运动强度下心率变异的变化规律，同时也为为今后探索利用HRV作为指标指导健身运动提供依据。同时为更好的理解人体生理基础与运动关系提供可靠的线索，对运动生理学的研究具有重要意义，并对健身运动效果起到一定的评估作用。使更多青少年可以合理的选择运动强度，运动项目。并且在运动中获得对身体健康更快速的效果。
本课题在医学发展上也会有很大的优势，近年來，很多研究项目都利用心率变异性HRV(Heart rate variability)的分析方法，以此检测人体安静时或运动中调节控制心脏律动反映心脏自主神经系统活动状况。并且有许多研究报告都阐述运动能增强人体自主神经功能，与心率变异性的关系十分密切。而心率变异性（HRV）是一种能有效评估人体内植物性神经系统各种功能的无创性指标，具有很高的灵敏度、并且重复性较好[2]。分析时主要通过连续测量人体正常的心跳周期变化，反映心率调节控制能力。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 研究对象 2
1.3 课题意义 2
1.4 国内外研究 3
2 实验介绍 4
2.1 心率变异性发生机制 4
2.2 RR间隔 4
2.3 心率变异性分析方法 5
2.4 测量工具与数据采集 7
2.5 实验注意事项 11
3 实验设计 12
3.1 研究目的 12
3.2 研究假设 12
3.3 实验方法 13
3.4 开发软件 14
3.5 实验流程 15
4 数据整理 15
4.1 心跳 18
4.1 RR间隔 19
4.3 HRV 20
5 统计分析 21
5.1 男女对比 22
5.2 活动状态对比 23
6 研究结果 24
7 讨论 25
总结 26
致谢 28
参考文献 29
绪论
1.1 课题背景
心率变异性(HRV)是指在连续正常的心跳周期之间时间上的细微小差异，即RR 间期的变化。它可以反映出人体自主神经，交感神经和迷走神经以及很多神经对心血管系统调节能力的强弱以及变化，同时也 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
可以用于分析心脏跳动是否处于正常范围。但在不同强度运动模式下对HR控制的精确自主贡献仍然没有完全被理解，因为对完整的人类心脏的自主流出的直接测量是不可行的[1]。HR本身主要就反映了自主神经系统的时间性净效应。因此，需要补充信息和外界测量工具，以便更深入地了解运动过程中HR控制的基本机制。心率变异性(HRV)是一种非侵入性的工具，有可能量化自主对HR的影响。然而，应该注意的是，HR本身对HRV有着深远的影响。因此，在目前和以前的研究中采用了一种与HR匹配的方法来阐明自主贡献的HR。
传统上，交感和副交感神经系统之间的相互作用，在运动上被认为是组织在一个敌对但互惠的方式，是与迷走神经开始锻炼导致HR增长，其次是交感神经活动导致进一步的增加HR加速。目前的数据支持还没有明确的阈值。因此，两个自主分支的影响应该是与更强的非线性增加交感神经和副交感神经的贡献，降低运动强度超过60%，最大耗氧量和HR> 150次。在直立调节和多种运动中，相互拮抗似乎是心脏自主控制的主要机制。然而，还有其他的自主控制模式，可以在病理和生理条件下产生瞬时HR。不同的调制器（例如，外围化学感受器、机械感受器和痛觉感受器输入）可以同时激活两个自主分支。研究评估患者的交感神经切除术的效果，多汗代表一个强有力的心脏甚至在静止条件下。这一发现与交感神经系统在多汗症时的过度活跃有关，同时在HR和HRV上也可以通过这种临床干预逆转。在生理条件下，交感神经鞘激活可在某些情况下更大的输出，例如在周围的化学受体反射和潜水反应，以及更精细的心脏功能调整[15]。
由于HRV能够有效的根据心脏活动是否正常来反映出人体的身体健康情况，所以有效的检测出HRV信号的特征值，就能够利用这些特征信息来检测和预防相关的心血管疾病并提出有效的治疗方案。当今社会医学发展越来越迅速，心率变异性作为心脏自主控制的指标特征引起越来越多的人的关注，早在70年代，就有人发现并将其称为“心率变异”，此后多年的研究都致力于研究这一现象的内在机制和病理研究，并提出心率变异性的变化反映了窦房结水平的自主神经调节状况。而近几十年来心率变异性在运动方面的研究开始在中国快速发展。但是运动时即刻心率自主控制的调节恢复尚不清楚。普通的功率谱分析常用方法需要稳定的信号，不能在运动中和即刻恢复期间使用，因此要清楚的检测并获取运动状态下的心率变异性还是存在比较多的阻碍。本研究的主要目的是借助外界测量工具收集心电信号并探讨分析在不同强度的运动下（慢走和快跑）心率变异性的变化趋势。
1.2 研究对象
实验对象为13名健康的学生（男生7人女生6人）并且自愿参加本研究，年龄介于18到24周岁左右。在参见实验前会先对受试者的基本情况，包括身高、体重、健康情况等作出基本调查。受试者必须无大的心血管疾病史，实验前两周内没有任何疾病的治疗和服药记录，测试前一晚要求保证睡眠充足，未进行剧烈运动。所有受试者均被告知实验的详细内容，对于实验的运动强度也是在得到受试者的认同下进行。测试期间不能服用任何药物。
受试者的基本情况调查表见附录一。
1.3 课题意义
由于国内外关于运动对HRV影响的研究还是不多见，即使研究研究对象也大多数是专业水平的运动员，但是大众健身者，尤其是中青年为研究对象的研究更加少了。因此，本研究通过分析比较高校大学生不同运动强度下心率变异的变化规律，同时也为为今后探索利用HRV作为指标指导健身运动提供依据。同时为更好的理解人体生理基础与运动关系提供可靠的线索，对运动生理学的研究具有重要意义，并对健身运动效果起到一定的评估作用。使更多青少年可以合理的选择运动强度，运动项目。并且在运动中获得对身体健康更快速的效果。
本课题在医学发展上也会有很大的优势，近年來，很多研究项目都利用心率变异性HRV(Heart rate variability)的分析方法，以此检测人体安静时或运动中调节控制心脏律动反映心脏自主神经系统活动状况。并且有许多研究报告都阐述运动能增强人体自主神经功能，与心率变异性的关系十分密切。而心率变异性（HRV）是一种能有效评估人体内植物性神经系统各种功能的无创性指标，具有很高的灵敏度、并且重复性较好[2]。分析时主要通过连续测量人体正常的心跳周期变化，反映心率调节控制能力。
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