心电信号时域与频域的对应分析_心电图波形剖析.pdf

第 卷第 期 年 月 中国 医学科学 院 学 报 心电信号时域与频域的对应分析 心电图波形剖析 游凯 袁树德 常西畅 杨淑敏 陈俊迈 张越 方析 祖典用信号处理方法 对照分析逮波后心电图图形的变异与对应的级城参数 心电信号 功率诊有 个谱峰 自低颇起 最初 个谱峰占功率讲总能 的 第 讲峰常占总能 约 波主要与第 谱峰有关 以下频率 影 响 形状 其 上 影 响 波幅 度 名以下影响 波 波构成 波主要与第 谱峰 有关 主要影响其幅度 心 电图是心电信号的一种时域描述 心 电信号经富利叶变换可用孩域表示 心电图对多 种心脏病有诊断意义 据 而推论频域分析对心功能了解和疾病的诊断可能更有价值 但必须 寻找心 电信号时域和撅域间的对应关系和进行更精确的分析 本文 用数字信号 处理 方法 将心电信号通过不 同撅率的滤波器 分析滤波后图形 的变异 以明了心 电图各主波的撅率组 成 时城和撅城参数的对应关系 材料与方 法 例正常人的 导联心 电图 记录于磁带 将信号分别通过不同截止撅率的高 通 低通或带通逮波器 滤波后信号按文献 方法处理 时域参数 按常规方法 侧量 应 波幅度和分析各波形状 叔域参数 自功率谱分析 自低孩数起 第 峰 为羞组 心率 其后依次各谱峰序与撅率 的关系为 为谱 峰序 数 为 峰撅率 侧量各谱峰的幅度 功率谱峰能量累积 将功率谱总能量定为 满幅度 读侧各谱峰所占能量的相对比重 相邻二谱峰的能量累积增最 即从低叔向高粼方向 后一谱峰减去前一谱峰的能量 累积值 结果分 析 一 心电信号功率讲图 为心电信号的自功率谱图 约有 甚至 个谱峰 自低报 起 最 初 个谱峰占能量 其中第 谱峰幅度常最大 约占总能量 以后各 谱峰的幅度较低 前 个谱峰 占能量约 第 谱峰为基频 反映心率 它与其 后 依次谱峰的关系 约为 例如第 谱峰为 第 谱峰则约为 依 此类推 本文于 年 月 日收到 医科院首称医院 北京 自动化技术研究所 愁期 心电信号时城与撅城的对应分析 心电图波形剖析 二 心电信号高通泊波田高通渔波使截止狈率以上的频率通过 其下的撅率受到 阻 尼 心电信号分别通过截止狈率为 的高通挂波器 阻尼截止频率以下的撅率 导致了心 电图波形变异 图 吕 分析其变化的大致规律和对应的波谱变化 波随着第 谱峰能 的降低而幅度渐 低 当第 峰消失 波不再显现 其截止频率约为 峰消失 随第 谱峰能盘降低以至消失 的 波幅度降低 波出现加深 出现了类似右束枝传 导阻滞图形 甚至 产 波变浅以至消失 波 随第 谱峰幅度的降低 由 直立渐变为双相 一 当第 谱峰消失 截止频率 波变为倒里或双相 一 截止撅率为 第 至 峰消失 波不再呈现 任任任 风风风 玩 一一 圈 刁一份 弓 一个今尸入护一 抚未一 一十丫一 套 图 心电信号 高通 诊波图 劫 泪公 介 忿 图 心电信号随低通滤波 上限频率改变波形变 化图 阳 名 加闷 泪 州 叫 叫同 写写 日 止止 甲甲甲甲甲甲甲甲甲 梦刁 刁 正常人心电信号自功率讲 导联 乃 产 碑产 任 摆 尸 尸 翠泪 一尸尹 月 了了 一 一 日 汀七 八代一 阳 刀 一九久一 耐匕习功 一 砂一人几 砂一 忆 加一 冰一 厂 目 副习口 一 加 丫 沪一叹丫 一 初日 王丫 一 三 心电信号低通涟波图低通滤波使截止频率以下的频率通过 而 以上的叔率带受到 阻尼 心电信号通过截止频率分别为 了 一 的低通撼波器 根据 对摊故后各主波幅度的侧量和图形分析 图 对照谱峰振福 能量 累积 能盈 爪积增 中国医学 科学院 学报 卷 等时域参数的侧量分析 其图形变化的大致规律和二者间的对应关系为 相当 第 峰 影响 波的构成 低于 的低通 滤波图示 消失 说明约 以上 的频率与 波的形成有关 当截止频率自 向低频区逐渐减少 波幅度逐渐降 至 波降至原来的 以下的频率主要影响 形状 以上高撅部 分 主要影响 波高度 随第 谱峰能量 的降低 波由直 立变为双相 一 并呈晴 形 当第 谱峰消失 波变倒置 琪气户护 一 丈 乙 乙一一 谁 飞 个 夸 图 心电信号带通滤波图 正常人 导联 为原图 为 为一 召 为 为 了 为 G 为9 76 30 23H z 四 心电信号带通浪波圈 带 通 滤波器让一定频带通过 其它受 阻尼 图4为正常人V I 导联的 带通滤 波 图 可见 0 48 8 1 952H 相当功率谱第1 2 谱 峰 及1 952 3 9 04H z 相 当第 3 4 谱峰 均与T波构成较明显 关系 而7 80 8 9 7 6 频带以后对 T 波影响较小 第3 7谱峰 与R 波 构成有关 低频带波宽 对QR S 宽度有影响 S H 以上对R波幅度 增大 有关 5 904 5 s65H 相 当第5 6谱峰 影响P波 使呈负波 讨论 心电图波形可用一时间 函数表示 周期的时间 函数可分解成许多不同频率正弦信号的亚 加 各正弦波都有其振幅和相位 按频率的高低 表示此不同频率正弦波振幅和相位大小的 图形 即为信号的频谱 1965 年后 出现快速富利 叶变换 FFT 的高效算法 以后又有多种 具 FF T 分析功能的 硬件问世 开始了生物信号与图象的数字处理新阶段 S h or 等 幻用扫频仪进行心 电图频率分析 指出高于10 0 H 的 频率对电压振幅无大作用 Co l d e n 等 们用 F FT 技术对正常人静止心电图进行谱分析 指出谱的最大值发生于基叔 B erson 4 R ig g s 等 分M l J对F rank 心向量 图x导联和x y z导联 心 电图进行频谱分析 B ig g s 等并比较了小儿和成人的心电图频谱 指出二组间 主要的差别在其不 同的 QR s综合 波 过去 进行的频率分析工作大多着眼 于与心 电图仪器 设计有关的频带宽度参数问题 近年虽开始注 意到其可能的临床意义 6 7 但对心电信号时域与频 域参数间的对应关系尚未给以应有的 注意 常规心电图在临床应 用上有一定的 限制性 因此寻找 更敏感和更精细反映心脏信号改 变的方法则很有意义 将心 电信号变换为频域描述提供了这种前景 作者等对心 电信号I和 V I和 l v 和av F 导联做了传递 函数相位分析 发现正常人和心肌梗塞病人间有明显 差异 8 当然 对其实质的认识还有待进一步研究 为使数字信号处理方法更深入应用于临床领域和使心脏信号的频域表示方法易为更多的 临床工作者所理解和接受 一 项不可缺少的工作是 将频域参数与临床医生熟悉的传统心 电 图概念联系起来 用撼波方法有意识地 选择性地将某一确定心 电信号的某些构成撅率撼掉 期心电信号时域与频域的对应分析 心电图波形剖析 185 盛 或使其幅度降低 研究由其余的正弦信号合成的波形 并用频谱分析方法 对它们的能爱进 行分析 从而研究组成心 电信号的各个频率成分对心 电信号波形参数的形响程度 根据对照 分析 初步明确了 P 波的构成主要与第3 1 3谱峰有关 8 6 谱峰是主要 的 7 1 3 借峰只J 加其幅度 SH 以下频率影响QRs形状 约SH 第8 9 谱峰 以上影响R波 福度 增加高频成分及R波幅度 1 5 H 以上影响Q s 波辐度 T 波的构成主要 与第 l 谱峰 Z H 左右 有关 3 1 3 H 主要影响其幅度 1 3 H 第1 4谱峰左右 以上撅率 不影 响其幅度 在时城 与颇城波形分析实验 中 得到清华大学黄世霖 副教授的支特和帮助 该致谢忱 考文 献 毋 袁树德等 待发表资料 SherAM etal Cire R e ss 344 1960 G o l d en DP e t a l T ran s B io 一 m e dE n g20 36 6 29了 3 B er so n AS etal Am H eart J9 3 7 3 0 1977 R i亿叱5T eta l JE le etro e a rdiolo盯221377 297 9 L a t e g o l a MT e t a l B iom e dT ec h 20 22 l 了 5 B五 arga丫 a V e t a l J Ele et r oe a rd iol1 4 5了 29 81 袁树德等 待发表资料 二 2 0月马 勺确 O曰 8 C orre l a ti ve C ar d l o e l e e t r l ca lS lg na lS t u d i e B a e d T m ean dF re q u en c yD o m a i ns AnAn al ys l sofECG O n Wa y 6 S 击 Y o u K ai F an g Q i Ch en g J un m a i Y uan Sh u d eZ C h a n gXi c h a n g 么a n d Y a n gS h u min 么 才 A sa ti m e一do m a in 一b a s e d d e s e ri P tio no f e a r d io ele etrie al s i g n a ls ECG m a y a l s o b ere P res en te d w ithf re q uene yd o m a i n t h rou ghF our i er t r ans f or m at i on Th e f re q uenc y 一do m ain 一ba s e d a n a l y s i s 1 5 m o r e P r e c is e es P ec i a lly P os s i b l e f ora d e f i n it e i n tr o d uet i ono fP h as e d m es s a g es T h e E C G o fl V o an d a VRl ea d s w erere eor d e d ona m a g ne t i e ta P e FM by P as s i n g s ig na l sres P ee tiv e ly t h rou ghHP 一 LP a n d B P f i l t ers w i t h diff eren t eu t一o f ff r e q ue ne ie s a n db y m e a nso f d iag r a m ing o ffilt e r e d si g n a ls a eo mP a rat i veana ly s i seou ld b eoa rr i e d ou t f or ti m ean d f r e 气u enev一d o r u a inP a r a m ete r s R e s u lt ss h owe d that i in th e P o w e rs P e etr u 皿 o f car d i oe l ee t r i ea l s ig na l s t h e f i rst 5 s P eetr甘m P e akso o u nte d f r o m LF si de 0 0 0 u n ted f o r 5 0 6 0 o f thetotal P owe rs P e etr u m e n e rg y an d t h e f i r s t s P e tr u位 Peak wasthehighest it sa mPli tu d ea ccoun tin g f orone t h i r d o f to tal 中国医学科学 院 学 报 卷 e erg y 2 P 一wa veo or r e la te dm a i n l y w ith s P e ctr u m P e a k 1 1 3 3 a f r e 叮u en eylow erthan SH h a d a n i n f l u e n e eu P o n t h e Q RS h a P eo n df r e 叮uencie high erthan S H had an influ eu ce on the am Plitude of R一w a ve 4 t h e T 一wa ve 一tr u ct ur ec o r r e l ate dm a inlywith th es P e etr u m P e a k4 a劝d f r e 叮u encie of s 13 H h adan influ enee o n theam PlitudeofT一w a ve 1 伪pitalH o spi龙al CAMS 2 B e i j i n gA o t o 二atio 一介比nique R eseare卜I s t i t e Hb 贵州 a77 EF6 p ro一 A rg 一种新型慢速 异常Hb 简报 梁 植权 几 贾佩臣1 熊 月卜 盆 张茂其2 杨 克幕 笼 赵志恒 名 在贵州黔南布依族苗族自治州普查异常H b时 于一苗族家系中发现一种慢速异常Hb 醋纤薄膜 电泳 PHS 6 位里相当于H bG 肚链解离电泳证明为a链异常 结构分析证明为a链 77位肺氛酸被精氛酸取代 这种类型的异常H b迄今未见文献报道 按其发现地命名为H b贵 州 先证者吴某 女 通 7岁 苗族 Hbl og 网织红细胞i RBe4 5o万 异常H b25 异 丙醉 包 涵体及热不德定试验皆阴性 先证者母及 3 个子女均挑带同种异常Hb 按前法分离 异常a链并进行腆蛋白醉酶解 用高效液相层析分析其酶解产物 发现正常aT g和 T S 一 9消失 保留时间各为109 和11 3尹 而在保留时间分别为75 8 3 和8 9产处出现 3个异常峰 其氮 墓酸分析结果证明是axToa a 1 T s 一 a 和a 1T gb T 认 a Tg 6 16 26