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基于有限穿越水平可视图的短时睡眠心率变异性研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP311.13[自动化与计算机技术—计算机软件与理论;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]常熟理工学院物理与电子工程学院,常熟215500, [2]南京大学电子科学与工程学院生物医学电子工程研究所,南京210023
  • 相关基金:江苏省高校自然科学研究项目(批准号:15KJD310002);国家自然科学基金(批准号:61402057);江苏省高校优秀中青年教师和校长境外研修计划(2016年度)资助的课题
中文摘要:

心率数据是最易于获取的人体生理数据之一,基于心率变异性的睡眠分析是近年来各种用于日常健康管理的可穿戴设备功能的一个重要发展方向,需要不断探索可以应用于标准睡眠分期时间窗(约30 s)的各类短时特征参数.利用近期报道的有限穿越水平可视图,并进一步提出一种加权有限穿越水平可视图,将不同睡眠状态下的短时心率变异序列映射为网络,进而提取平均集聚系数、特征路径长度、集聚系数熵、路径分布熵、加权集聚系数熵和加权路径分布熵等网络特征参数进行统计分析.结果表明,各网络参数值在醒觉、浅睡期、深睡期和快速眼动期的幅度水平具有显著差异,体现了所述方法在基于短时心率变异数据的睡眠分期中的有效性.同时,进一步研究了健康年轻人和中老年人在不同睡眠状态下的网络参数值,发现两者虽然存在整体的水平差异,但是在不同睡眠状态间的变化仍具有相同的趋势,反映出相对于正常的年龄老化,睡眠调制对心脏动力学系统具有更显著的影响,也说明所述方法可作为基于心率变异性的睡眠研究的一种新的辅助工具.

英文摘要:

Heart rate is one of the most easily accessed human physiological data. In recent years, the analysis of sleep function based on heart rate variability has become a new popular feature of wearable devices used for daily health management.Consequently, it is needed to explore various types of short-term characteristic parameters which can be applied to the heartbeat interval time series within the standard sleep staging time window(about 30 s). Utilizing the recently reported limited penetrable horizontal visibility graph(LPHVG) algorithm, together with a weighted limited penetrable horizontal visibility graph(WLPHVG) algorithm proposed in this paper, the short-term heartbeat interval time series in different sleep stages are mapped to networks respectively. Then, 6 characteristic parameters, including the average clustering coefficient C, the characteristic path length L, the clustering coefficient entropy Ec, the distance distribution entropy Ed, the weighted clustering coefficient entropy ECwand the weight distribution entropy Eware calculated and analyzed. The results show that the values of these characteristic parameters are significantly different in the states of wakefulness, light sleep, deep sleep and rapid eye movement, especially in the case of the limited penetrable distance Lp = 1, indicating the effectiveness of LPHVG and WLPHVG algorithm in sleep staging based on short-term heartbeat interval time series. In addition, a preliminary comparison between proposed algorithm and the basic visibility graph(VG) algorithm shows that in this case, the LPHVG and WLPHVG algorithm are superior to the basic VG algorithm both in performance and in calculation speed. Meanwhile, based on the LPHVG and WLPHVG algorithm, the values of network parameters(the clustering coefficient entropy Ecand the weighted clustering coefficient entropy ECw) are calculated from heartbeat interval time series of healthy young and elder subjects in different sleep stages, to further study the aging effect on and sle

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876