基于心脏储备的亚健康评估系统的初步研究

亚健康(sub-health)是介于健康与疾病的一种中间状态,是困扰当今社会的一大健康问题。积极干预和调治亚健康,对于预防疾病,提高人们身心健康水平,提高人民生活质量均具有重要的科学和社会意义。本文从疲劳的角度入手,从理论上论证了基于心脏储备、心率变异性和运动量对人体进行体力疲劳和精神疲劳定量评估的可行性,开发了用于亚健康评估的软硬件系统,并对信号的消噪和特征点提取算法作了初步的探讨。 心脏储备、心率变异性、疲劳与亚健康之间的关系的理论研究表明:(1)疲劳和疲劳感是亚健康产生的主要原因和典型特征,由于疲劳会影响自主神经的活动,而自主神经的活动性又与心肌功能以及运动能力密切相关,所以我们有理由认为心力和心率等指标可以在一定程度上评估个体身体和精神上的疲劳状况;(2)亚健康虽是一种非同质的疾病,其内部存在分型,不同的亚型其疲劳特征可能会有所差异,但亚健康患者体育活动能力普遍低下,平时人体活动量小于正常人群;(3)心脏功能状况是决定人体活动能力的一个重要因素,考虑到亚健康患者通常缺乏锻炼,他们的心脏功能状况应该会与常人有所差异。现行亚健康评估方法因受检测方法和条件的限制,很难做到客观和定量化,根据现行评估方法的原理,结合亚健康特性,本课题首次系统地提出了“利用心功能指标和累积运动量评估亚健康状态”的综合评定方法,该方法与现行的评估方法具有较好的互补性,且具有简便、快速、成本低、客观量化、敏感性和特异性高、能持续监测亚健康对个体的影响过程等特点。 为了通过评估运动能力来评估受试者的疲劳和健康状况,本文设计了一套便携式设备来监测受试者在运动过程中心音、心电和运动量的变化情况。该系统采用基于FLASH闪存、PIC单片机和USB传输接口的硬件结构,具有功耗低、体积小、记录时间长、扩充性好、使用方便、传输速率快、性能稳定等优点。在软件设计方面,作者采用Delphi语言初步实现了上位机系统的系统管理、USB数据通信、数据回放分析和数据库等几个主要功能模块。此外,由于心音和心电的所有参数分析都是基于心电R波的正确定位后进行的,作者结合小波变化和似然无偏估计,提出了运动心电信号的伪差消除法,经过实验论证,本算法能有效消除运动心电信号中的基线飘移和肌电干扰,为进一步研究分析评估不同行业人群的亚健康状态提供了新途径。