心率变异分析

1、目录 心电信号的作用 心电信号的产生 心电信号的提取 心电信号的波形 心率变异 心率变异提取 心率变异分析阶段 心率变异时域分析 心率变异频域分析 1 心电信号作用 心电信号（Electrocardiogram，ECG）是人类最早研究并应用于临床医学的生物 电信号之一，它反映了心脏在兴奋产生、传导和恢复过程中的电变化，是心脏电 活动的一种客观表示，在不同层面上反映了心脏的工作状态。 因此，对于心脏疾病的临床诊断和治疗具有非常重要的参考价值。近年来，人们 逐渐认识到自主神经系统（交感神经和迷走神经）对正常及异常心脏的功能及电 生理活动起着重要的作用。 大量研究，已充分肯定了自主神经活动与多种疾病

2、相关，特别是与某些心血管疾 病的死亡率有关。 心电信号的产生 心脏搏动及其节律性是人体生命和生理状态的重要标志之一。心电生理学的研究 表明，心电信号来源于心肌细胞的生物电变化。心肌细胞的电激动称为除极，心 肌细胞恢复为静息状态称为复极，心电信号的产生与心肌细胞的除极和复极过程 密切相关。 心脏电激动起源于窦房结，沿特化的心脏传导系统下传，其传播方向、途径、次 序及时间存在一定的规律。若心脏不能及时发出电激动，则心脏陷于停博。 人体体液中充满电解质，具有导电性能，心脏电激动过程产生的有序生物电变化 通过体液传至身体表面，使身体各部位出现有规律而各向异性的电位变化。 通过测量电极采集体表特定点电位

3、变化，并放大、显示及记录，即为体表心电信 号，也即是通常的 ECG 信号 3 心电信号的提取 ECG 的计算机辅助分析是计算机在生物医学工程领域应用最成功的范例之一。 从心电数据采集、预处理、波形识别、特征提取到自动分析诊断等的每项技术的 发展和完善都凝聚了生物医学工程领域研究者的智慧。 心电信号分析系统的任务是实现大量临床心电数据的准确、快速、全面的自动分 析，减轻人工分析的工作量。 国外对于ECG 分析技术的研究水平较高，已开发出性能可靠、功能齐全的心电自 动分析系统。国内的研究与国外先进水平还有一定的差距。 研制高水平的 ECG 自动分析系统是生物医学工程人员一项重要的使命 4 心电信号

4、的波形（一） 正常心电信号波形如图，它是由特征波及其特征间期组成，每个心动周期包含一 个 P波，一个QRS波群和一个T波，有时还会出现一个小的U波 5 心电信号的波形（二） P 波：由左右心房的除极过程引起，其波形小而圆钝，时宽为 0.08s-0.11s，波 幅不超过 0.25mV。 QRS 波：反映左右心室除极产生的电位变化，在 P 波之后出现，为心电信号中 最高大和最快速的波形。典型的 QRS 波群包括三个相连的波，第一个向下的波 为Q波，紧接着为高而尖峭的向上的 R 波，最后是一个向下的 S 波。在体表不 同位置（使用不同导联记录）时，三个波不一定都有，大小方向也会不同。 T 波：代表心

5、室复极时的电位变化，方向与 R 波方向相同，时宽为 0.05s- 0.25s，波幅一般为 0.lmV-0.8mV。 U 波：T 波之后可能出现的一个低而宽的波，与 T 波方向一致，其机理不十分 清楚，可能反映普顷野纤维复极的电位变化。 6 心电信号的波形（三） QRS 间期：从 Q 波开始至 S 波结束之间的时程，反映心室除极时间。正常 QRS 间期为 0.04s-0.1s，若 QRS 间期0.12s，反映室内传导阻滞。 PR 间期：从 P 波开始到 QRS 波开始之间的时程，反映激动由窦房结产生经由 结间束、房室交界和左右束支抵达心室，并引起心室兴奋所需要的时间，又称为 房室传导时间。正常为

6、 0.12s-0.2s。当发生房室传导阻滞时，PR 间期增长。如 当 PR 间期0.21s。则为度房室传导阻滞。 QT 间期：从 QRS 波开始到 T 波终点的时程，反映心室除极和复极时间的总和。 许多因素可影响 QT 间期，如心肌缺血、低血钾、低血钙等可使 QT 间期延长， QT 间期延长使心室肌复极不均一，易诱发折返激动，导致严重室性心率失常。 QT 间期随受心率变化的影响，心率越慢，QT 间期越长；心率越快，QT 间期越 短。通常用 QTc间期修正心率对 QT 间期影响，正常 QTc间期小于 0.430.44s。 ST 段：指从 QRS 波群终止点到 T 波起点之间的波形线段，反映心室部

7、分己完 全进入去极化状态，正常时与基线平齐。 PP 间期：相邻 P 波之间的间距称为 PP 间期，反映心房率。正常情况下，PP 间期与 RR 间期一致。在度或度以上房室传导阻滞和某些心率失常，两者可 不一致。 RR 间期：相邻 QRS 波群之间的间距称为 RR 间期，反映心室率。正常情况下， RR间期与 PP 间期一致。 7 心率变异性 心率变异性（Heart rate variability，HRV）是指心脏搏动周期存在的微小变 异现象，HRV可作为反映心脏交感神经和迷走神经活动紧张性和均衡性的一种非 侵入性指标，也是心电自动分析系统重要的组成部分。 HRV分析是心脏自主神经功能的定量分析方

8、法，具有无创性和较高的敏感性，应 用价值巨大 目前，HRV的时域和频域特征指标在临床上使用普遍 8 心率变异提取 9 心率变异分析阶段 心率变异-时域分析 HRV时域分析是通过计算一系列有关的R-R间期的数理统计指标来评价心率异的临 床价值。包括统计学分析指标和几何学分析指标，常用的统计参数指标有 11 心率变异-时域分析 12 心率变异-频域分析 HRV频域指标是基于HRV的功率谱分析给出的，功率谱提供了其能量随频率变化分 布的基本信息，正常人的心率频谱在00.4Hz之间，典型的HRV功率谱上有三个分 离的谱峰,大致集中于0.04Hz、0.1Hz 和大于0.15Hz频段，将各频段下的面积可

9、作为功率谱能量的测定值，即为HRV的频域指标。 频域指标反映了自主神经在各频率段对心率的调制，而且是将各种生理因素作适 当的分离，因而能准确反映HRV的真实情况，临床应用价值较大。 常用的短时程（5min）HRV的频域指标，长时程(24h) HRV的频域指标，由于不能 很好地控制各种因素，指标只能反映HRV总体的大致情况。 13 心率变异-频域分析 14 LF（0.040.15Hz）反映交感和副交感（迷走）神经的双重活性； HF（0.150.4HZ）反映迷走神经活性； LF/HF反映交感和副交感神经调节的平衡性； HRV指标降低，反映交感和副交感神经活性降低，反之HRV指标增加，反映反映交 感

10、和副交感神经活性增加 心率变异-频域分析 15 心率变异-频域分析 16 心电信号的产生 心脏搏动及其节律性是人体生命和生理状态的重要标志之一。心电生理学的研究 表明，心电信号来源于心肌细胞的生物电变化。心肌细胞的电激动称为除极，心 肌细胞恢复为静息状态称为复极，心电信号的产生与心肌细胞的除极和复极过程 密切相关。 心脏电激动起源于窦房结，沿特化的心脏传导系统下传，其传播方向、途径、次 序及时间存在一定的规律。若心脏不能及时发出电激动，则心脏陷于停博。 人体体液中充满电解质，具有导电性能，心脏电激动过程产生的有序生物电变化 通过体液传至身体表面，使身体各部位出现有规律而各向异性的电位变化。 通

11、过测量电极采集体表特定点电位变化，并放大、显示及记录，即为体表心电信 号，也即是通常的 ECG 信号 18 心电信号的波形（二） P 波：由左右心房的除极过程引起，其波形小而圆钝，时宽为 0.08s-0.11s，波 幅不超过 0.25mV。 QRS 波：反映左右心室除极产生的电位变化，在 P 波之后出现，为心电信号中 最高大和最快速的波形。典型的 QRS 波群包括三个相连的波，第一个向下的波 为Q波，紧接着为高而尖峭的向上的 R 波，最后是一个向下的 S 波。在体表不 同位置（使用不同导联记录）时，三个波不一定都有，大小方向也会不同。 T 波：代表心室复极时的电位变化，方向与 R 波方向相同，时宽为 0.05s- 0.25s，波幅一般为 0.lmV-0.8mV。 U 波：T 波之后可能出现的一个低而宽的波，与 T 波方向一