人的心率在时域上呈现非常复杂的波动特性，因为心脏的调节体系是一个复杂的系统，心率是由大量不同的反馈控制循环所直接或间接地控制，受诸多因素影响。这些不可预测的波动已经显示出分形动力学、长期相关性和l/f噪声等统计性质，已经被广泛研究和应用，但对于心率波动的控制机制的时间演化细节却知之甚少。因此，需要建立新的模型来分析心率波动的情况，以提取更多有效信息。　　 在本文中基于一维朗之万随机微分方程，分析心率波动情况，该模型包含两部分：确定性的非线性部分和随机部分，这两部分可以从测量到的心电信号的R-R间期序列数据进行处理获取。非线性和随机性都是心率波动动力学的组成部分，心脏的心率控制系统的不同的因素对于心率的调节的效果包含在这两部分中。通过观察这两部分的变化，就可以了解系统的状态。　　 本文中研究了心脏健康人、充血性心力衰竭、心脏性猝死、房颤等疾病的R-R间期数据，发现在大部分情况下，心脏健康人的非线性部分有一个典型的“双稳系统”的形式：有两个稳定点和一个非稳定点。而对于其他患有心脏疾病的，此性征不明显，大部分表现出的是非线性缺失性征。对于随机项来说呈现规律性尚不明显，心脏健康情况的结果是有些中间出现极值，有些类似一个常数形式，有些较散乱，其它生病状态的结果也是比较混乱，有些出现波动的形式，有些类似常数，有些则出现散乱情况，但是不同状态下的平均值水平有差异。　　 对心脏健康、充血性心力衰竭和房颤的结果进行统计平均分析，最后得到的确定性部分的结果显示出了正常的与病态的一些区别，正常的表现出非线性的形式，而病态的结果则是近似线性的形式。随机部分函数也有些区别，整体函数的大小水平有比较明显的不同，函数曲线形式也略有区别。　　 对心肌缺血病例用药后的情况进行了分析，发现确定性的非线性部分和随机部分均有明显变化。用药后确定性部分函数的变化趋势是从一条近似斜线的形式变到中间出现弯曲，向着“双稳系统”的形式变化；随机部分函数的变化情况是在曲线中有极大值出现的趋势。反映出用药后病情的好转。对心率失常抑制实验中的病例在莫雷西嗪、英卡胺、氟卡胺三种药物作用前后的数据进行分析，也发现了用药前后确定性部分和随机部分函数有明显变化，也能够体现出药物的效果，改变了心脏调节系统的一些状态。　　 最后对确定性的非线性作用构建了非线性生物学模型，该模型中心脏自适应调节呈对数形式，交感和副交感神经系统作用呈二次非线性形式。通过对心脏健康、充血性心力衰竭和房颤的非线性项进行拟合分析，获得了生理状况和病理状况的差异性，同时验证了非线性生物学模型的正确性。