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基于HRV的压力指数检测技术 重庆邮电大学 0 绪言 心率变异性（HRV）是对自主神经系统活性和交感神经与迷走神经张力及其平衡性的定量评估，可表征人体在日常生活中遇到的各种刺激后自主神经张力的变化，反映神经-体液因素对窦房结的调节作用，是一种因自主神经活动而产生的动态指针，也是神经活性及平衡、心理和精神压力评估的重要指标。 每个人每次心脏跳动的节律，并不是固定不变的。换言之，即使是身心情况处于稳定的状态下，每次心跳与心跳之间的间隔时间，也会有微小差异，这种微小差异的变动量就称为心率变异(HRV)。心率变异的现象，是一种因自主神经活动而产生的动态指针，它同时也反映的是交感神经与副交感神经系统互动的平衡状态。许多会影响自主神经活动的因素，都会影响或降低心率变异的程度，利用心率变异性分析（HRV）的方法，可以立即了解自己目前的压力紧张指数，进而改善造成压力紧张的情况，做些舒缓压力紧张的简单动作，例如：静坐闭目养神、平稳的深呼吸、活动筋骨等等，使自己的身心情况，不至于长期处于压力紧张情况下，自然并能够保持健康愉快的身心和充沛的体能，实现人生的理想目标。 1 总体设计 图1 系统总体设计 如图1所示，本系统总体结构框图。整个系统由硬件和软件两大部分。其中硬件部分主要完成心电信号的采集和传输工作，信号经由心电采集模块放大和AD转换变成数字量，然后以MSP430为核心控制心电采集模块采集数据，并利用数据传输模块实时地将数据发送到智能终端，通过智能终端上开发的算法程序对信号进行低通滤波和数学形态学滤波，分别去除噪声和基线漂移，得到纯净的心电信号，最后进行R波的检测定位、心率变异性的分析，并经过压力测试实验，得到HRV的指标随精神状态变化的趋势，从而对个体的压力评估确定指标，最后将结果实时的显示在android移动终端手机上。 2 硬件设计 针对以往监护仪在体积较大、不便携带、功耗高等缺点，如图2所示，本系统的硬件部分主要分为三部分：（1）基于ADS1292R芯片的前端采集电路；（2）基于功耗低且处理能力强的MSP430F1611芯片的控制电路；（3）基于FT232BQ芯片的数据传输电路。 图2心电采集系统的硬件结构图 2.1 CM5心电信号导联 通过采用CM5导联体系，把三个Ag/Agcl惰性电极分别放在CM5标准采集心电信号（也可以设计成弹性胸带，实现穿戴）。 2.2 装置模具设计 本着简洁，美观的原则，采用以白色主色调的流线型设计。且当连接终端设备后，电源指示会闪烁，更具有人性化的设计。本装置外观和尺寸如图3所示。 图3 装置外观 3 软件设计 所设计的软件主要模块包括ECG数据读取模块、主程序控制模块、ECG处理与分析模块、实时显示模块、数据存储模块以及分析报告显示模块。智能终端需要能够实时读取并实时心电数据，并对心率、HRV各参数进行分析、压力评估功能。系统结构中，智能终端的软件的设计总体框图如4图所示： 图4 软件设计框图 4 系统的测试效果及结论 4.1实验目的 对20-28岁实验人群进行心电实验，通过分析数据判断实验人群的压力状态。 4.2实验方法 早上实验，受试者保证测试前一天晚上有充足的睡眠(8小时)，然后早上统一食用标准餐（牛奶+面包），吃完后休息大概20分钟，然后开始测试，测试分为4个阶段：平躺、静坐、极限运动（在规定时限内男生骑自行车 1.5分钟，女生2分钟）后静坐，测试期间保持身体不要移动，每阶段测试时间为9分钟(心跳过慢者延长测量时间)，每测试完一阶段，期间休息5分钟。 4.3受试者选择 纳入标准： 1、身体健康 2、近段时间精神状态良好的 3、自愿加入实验 4.4排除标准 1、不同意参加试验者。 2、经复核不符合入选标准者。 3、对通用电极过敏史或有接触性皮炎者。 4.5 实验准备 1、标准餐 选用牛奶搭配面包作为标准餐，牛奶与面包的种类和大小统一，牛奶的温度保持一致。同一品牌、能量。 2、电极片的贴放 严格按照标准位置贴放电极。 3、实验场地 房间温度保持在15摄氏度-25摄氏度。 4、采集信号 待信号稳定后，开始采集，每阶段采集9分钟信号。 4.6 注意事项 1、仪器操作员必须对仪器及软件的操作过程非常熟悉，并能熟练并且准确的贴放电极片。 2、受试者吃标准餐前不要吃或饮用任何东西，包括水。 3、受试者测试过程中身体保持安静，尽量减少干扰。 4、操作员一定要做好相关记录。 5、使用统一类型尺寸的电极片。 6、运动按照要求执行。 4.7 下表为某一人的实验过程HRV参数变化 1. 某人 平躺状态下HRV参数 2 某人坐着状态下HRV参数 3. 某人运动状态后HRV参数 1.平躺状态下相平面图 2.坐着状态下相平面图 3.运动后相平面图 统计数据如

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