冠心病(CAD)的发病率、致死率逐年升高,且呈现年轻化态势,对人类社会和家庭的危害日益加剧。遏制冠心病发病甚至致残、致死的根本出路在于早期预警,研究如何在临床早期/亚临床期无创无损识别冠心病高危个体具有十分重要的临床医学意义和显著的经济社会效益。心血管时间序列的非线性分析提供了解决上述问题的可能。本文主旨在于探究利用短时间窗口(5 min)测量的心血管时间序列进行无创无损冠心病检测的潜在价值。围绕这一目的,本文系统设计并开展了三次临床试验,分别研究了静息状态和经袖带改变外周血管阻力状态下各心血管时间序列的单变量变异性和双变量耦合性特征在健康志愿者、轻度冠脉狭窄患者和冠心病患者中的变化规律,并研究了心血管时间序列的上述非线性特征在经皮冠状动脉介入术(PCI)后恢复期的变化规律。本文的研究内容为通过短时心血管时间序列识别冠心病高危个体提供了一种潜在标准化的分析思路,主要工作及创新点包括以下几方面:(1)发展了模糊熵算法。传统模糊熵忽略了采样误差和系统扰动的影响,本研究类比传感器灵敏域静态特性,定义了物理模糊隶属函数,提出了改进模糊熵和改进互模糊熵。仿真试验结果表明:改进模糊熵具有显著提高的统计稳定性和抗噪声鲁棒性,在进行短时时间序列分析时改进算法的统计优势更加明显。(2)拓展了心血管时间序列分析的范畴,研究了静息状态下短时心脏电-机械活动时间序列变异性和耦合性特征在冠心病患者中的改变,揭示了心血管系统的心脏机械活动功能状态及对其起调控作用的自主神经系统功能状态随冠脉狭窄程度的变化规律,为冠心病无损检测提供了有益思路。试验结果表明:相较于健康志愿者和轻度冠脉狭窄患者,冠心病患者的短时心率变异性(HRV)、舒张间期变异性(DTIV)以及心动周期—舒张间期(HRV-DTIV)、心动周期—收缩间期(HRV-STIV)和舒张间期—收缩间期(DTIV-STIV)耦合性均显著降低(p<0.05或p<0.01),并且舒张间期变异性及心动周期—收缩间期和舒张间期—收缩间期耦合性在轻度冠脉狭窄患者中也较健康志愿者显著降低(p<0.05),提示冠脉狭窄可能导致调控心血管系统活动的自主神经系统功能和心脏机械功能的减退,以及二者之间相互关联性的退化,而且其对心脏机械功能的影响在冠脉狭窄早期即表现出来。(3)利用上肢袖带施压刺激,开创性地研究了外周血管阻力变化对短时心动周期序列变异性的影响,为无创无损检测冠心病提供了创新思路与方法。试验结果表明:对健康人群而言,健康老年志愿者的心率变异性各指标低于青年志愿者,但改变外周血管阻力过程对两组受试者的心率变异性均没有显著性影响(p>0.05);对冠脉狭窄患者而言,改变外周血管阻力过程可使轻度冠脉狭窄患者和冠心病患者的改进模糊熵显著降低(p<0.01)。提示冠脉狭窄可能导致心血管系统对外界环境变化的适应能力降低,进行经袖带改变外周血管阻力状态下的心率变异性分析可进一步辅助冠心病的无损检测。(4)探究了冠心病患者心血管时间序列特征在经皮冠状动脉介入术后的动态变化情况,为术中检测和预后分析提供了具有潜在价值的工具。试验结果表明:心率变异性和舒张间期变异性的改进模糊熵及心动周期-舒张间期、舒张周期-收缩间期和心动周期-脉搏波传播时间间期(HRV-PTTV)的耦合性在术后1天并未出现明显改变,但在术后14天较术前和术后1天均出现显著性升高(p<0.05或p<0.01);脉搏波传播时间在手术后1天时即出现显著升高(p<0.01)。提示调控心血管系统的自主神经功能需要较长时间才能得到改善,而动脉弹性和左室功能在经皮冠状动脉介入术后短期内即可得到显著改善,心血管时间序列分析有助于经皮冠状动脉介入术后冠心病患者心血管系统功能状态的评价。