Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Classification of HRV-signals using Time-Frequency Analysis

Forsgren, Ante and Kragh, Henrik (2018) MASK01 20181
Mathematical Statistics
Abstract
Heart rate variability (HRV) is a term within cardiology describing the natu-
rally occurring variation of the time interval between heartbeats, and high HRV
activity has been linked to both cardiovascular and non-cardiovascular health.
This bachelor thesis aims to find differences between HRV-signals where short
term physical strain (pain) was induced and HRV-signals where no such strain
was applied. This was done using time-frequency methods, primarily the spectro-
gram, with most of the analysis performed in the so called high frequency band
(0.12 to 0.4 Hz). The estimated respiratory frequency was also used as input to
limit the analysis to relevant frequencies. Multiple methods examining spectral
power in these frequencies... (More)
Heart rate variability (HRV) is a term within cardiology describing the natu-
rally occurring variation of the time interval between heartbeats, and high HRV
activity has been linked to both cardiovascular and non-cardiovascular health.
This bachelor thesis aims to find differences between HRV-signals where short
term physical strain (pain) was induced and HRV-signals where no such strain
was applied. This was done using time-frequency methods, primarily the spectro-
gram, with most of the analysis performed in the so called high frequency band
(0.12 to 0.4 Hz). The estimated respiratory frequency was also used as input to
limit the analysis to relevant frequencies. Multiple methods examining spectral
power in these frequencies was then designed and applied. The most successful
methods could classify a participants signal pair correctly 81.4% (p<0.0001) of the
time, and a individual signal 72.9% (p<0.0001) of the time, indicating that the
induced strain had a statistically significant impact on the HRV-measurements. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Heart Rate Variability, förkortat HRV, är en term inom kardiologi som beskriver den naturliga variationen i tidsintervallet mellan en människas hjärtslag. Högt HRV, det vill säga stor variation i tiden mellan hjärtslag, har tidigare visats vara kopplat till god hälsa. Det har även visats att låg variation är kopplat till långvarig psykisk påfrestning.
Den starka korrelationen med en människas hälsa har gjort att HRV på senare år har
blivit ett intressant studieområde där mycket forskning sker. Ett antal studier gjorts på hur långvarig stress och andra påfrestningar påverkar HRV, fokuserar denna avhandling istället på hur HRV förändras på kort sikt efter en intensiv påfrestning.
Mätningarna som använts är från 59 olika individer och... (More)
Heart Rate Variability, förkortat HRV, är en term inom kardiologi som beskriver den naturliga variationen i tidsintervallet mellan en människas hjärtslag. Högt HRV, det vill säga stor variation i tiden mellan hjärtslag, har tidigare visats vara kopplat till god hälsa. Det har även visats att låg variation är kopplat till långvarig psykisk påfrestning.
Den starka korrelationen med en människas hälsa har gjort att HRV på senare år har
blivit ett intressant studieområde där mycket forskning sker. Ett antal studier gjorts på hur långvarig stress och andra påfrestningar påverkar HRV, fokuserar denna avhandling istället på hur HRV förändras på kort sikt efter en intensiv påfrestning.
Mätningarna som använts är från 59 olika individer och framtagna på två olika sätt, i det första fallet har deltagaren fått sätta ner handen i rumstempererat vatten medans hjärtaktiviteten mättes. I det andra fallet har deltagaren istället fått sätta ner handen i isvatten för att framkalla fysisk smärta, och hjärtaktiviteten mättes på samma sätt.
HRV beräknades sedan ur dessa hjärtaktivitetsmätningar.
Frågeställningen var om det fanns något sätt att separera på dessa två mätningar av HRV. Två studier gjordes, i den första studien hade man tillgång till båda mätningarna hos en individ, och målet var att klassifiera vilken mätning som var vilken. I det andra, lite mer komplicerade fallet, hade man bara tillgång till en mätning, och målet var att korrekt klassifiera vilken sorts mätning den var.
Båda studierna har gjorts med så kallad tidsfrekvensanalys, det vill säga att man uppmätt vilka frekvenser som uppkommer i HRV-mätningarna, samt hur dessa varierar över tid. Flera metoder har formulerats och kombinerats på olika sätt för att kunna separera på mätningarna, med goda resultat i båda studierna.
Slutsatsen man kan dra, eftersom man kan separera på mätningarna med sådan god
säkerhet, är att det säkerligen finns en skillnad i en människas HRV väldigt fort efter den utsätts för påfrestning, vilket är kunskap som förhoppningsvis kan användas till fortsatta studier. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Forsgren, Ante and Kragh, Henrik
supervisor
organization
course
MASK01 20181
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
language
English
id
8951566
date added to LUP
2018-06-20 09:52:45
date last changed
2018-06-20 09:52:45
@misc{8951566,
  abstract     = {{Heart rate variability (HRV) is a term within cardiology describing the natu-
rally occurring variation of the time interval between heartbeats, and high HRV
activity has been linked to both cardiovascular and non-cardiovascular health.
This bachelor thesis aims to find differences between HRV-signals where short
term physical strain (pain) was induced and HRV-signals where no such strain
was applied. This was done using time-frequency methods, primarily the spectro-
gram, with most of the analysis performed in the so called high frequency band
(0.12 to 0.4 Hz). The estimated respiratory frequency was also used as input to
limit the analysis to relevant frequencies. Multiple methods examining spectral
power in these frequencies was then designed and applied. The most successful
methods could classify a participants signal pair correctly 81.4% (p<0.0001) of the
time, and a individual signal 72.9% (p<0.0001) of the time, indicating that the
induced strain had a statistically significant impact on the HRV-measurements.}},
  author       = {{Forsgren, Ante and Kragh, Henrik}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Classification of HRV-signals using Time-Frequency Analysis}},
  year         = {{2018}},
}