【《心电信号的特点及噪声分析综述》2400字】

心电信号的特点及噪声分析综述目录TOC\o"1-3"\h\u31183心电信号的特点及噪声分析综述 1302431.1标准心电图及其意义 1148621.2心电信号特点 334001.3心电信号噪声分析 4心电信号是心脏神经，肌肉组织电化学活动的表现形式。这些电化学活动使心脏内部产生一系列非常协调的电刺激脉冲，分别使心房，心室的肌肉细胞兴奋，从而有节律的舒张和收缩。这些生物电活动在体表的不同部位形成不同的电位差变化，就是心电信号。其他生理电活动，如脑电（Electroencephalogram，EEG），肌电（Electromyography，EMG）等都是如此。心脏主要由心肌组成四腔室结构，上部分为两心房，下部分为两心室。心脏收缩时的心电活动称为除极，心脏舒张时的心电活动称为复极。一个心动周期开始于窦房结，它是心脏的最高起搏点（也叫一级起搏点）。它出发的激励指令经结间束首先传给房室结（也称第二级起搏点）。房室结向下发出一通传导路，称为房室束，它位于室间隔内。房室束往下又不断发左右两个束支，越分越细，最后分别形成互相交织的网状结构，称为普肯耶纤维，最后终止于心肌内。心电传导变化复杂，呈混沌状，但其有序结果通过周身组织传遍全身，使身体各部位出现有规律的，各向异性的电位变化[3,4]。一个周期的心电信号如下图所示：图1-1心电信号产生Fig1-1ECGsignalgeneration1.1标准心电图及其意义将测量电极按照一定规则放置在人体表面的特定位置，会监测到心电信号的变化曲线，不同的导联方式得到的心电信号波形会有所不同，将这些变化曲线记录下来，就是临床诊断中用到的心电图。在一般情况下，心电图由一系列波群组成，各个波段反映不同阶段心电变化，它们是P波，QRS波群，T波和可能出现的一小段U波。标准心电图如下所示：图1-2标准心电图Fig1-2StandardECGP波：反映左、右心房去极化电位变化。波形小而圆钝。P波时限（或宽度）一般为0.06~0.11s，不超过0.11s；心房肌较薄，所以P波波幅不超过0.25mV。右心房肥大导致P波高耸呈“高尖P波”；左心房肥大，P波增宽，伴切迹呈“双峰P波”。Ta波：心房复极化波。始于P波后，且与P波方向相反。通常ECG图上观察不到。QRS波 ：左右心室去极化的电位变化。心室体积大，兴奋传播方向变化较大，QRS波群波幅高且波形复杂。第一个向下的波称为Q波，然后为向上高耸R波，向下S波。不同导联的三个波不一定同时出现，QRS波群不完全相同。正常QRS波群时限（或宽度）一般为0.06~0.10s，是去极化在左、右心室扩布时间。QRS波群增宽，兴奋在心室内传播时间延长，患者可能存在室内传导阻滞或心室肌肥厚；QRS波群振幅增大，心室高电压，可能存在心室肌肥厚；胸导联出现局部QRS振幅降低，可能出现局灶性心肌坏死。T波：两心室肌复极化电位变化。波幅一般为0.1~0.25mV，时限为0.05~0.25s，QRS波群以R波为主的导联中，T波振幅不低于R波振幅1/10。T波动态演变在疾病鉴别诊断中有重要价值。U波：意义和成因尚不十分清楚。一般推测与浦肯野纤维网复极化有关。在T波后0.02~0.04s出现，与T波同向，时限0.1~0.3s，波幅一般小于0.05mV。P-R间期（P-Q间期）：P波起点至QRS波群起点时间间隔。表示兴奋经由心房、房室交界区、房室束、浦肯野纤维至心室，引起心室兴奋所需时间，也称为房室传导时间。心率正常成年人，P-R间期一般为0.12~0.20s。若P波正常而P-R间期超过0.20s，有房室传导阻滞。ST段：QRS波群终点至T波起点间时程。反映心室肌各部分心肌细胞均处于动作电位平台期，无电位差，曲线与基线齐平。ST段正常值为0.05~0.15s，ST段抬高或下降一定程度均有临床价值。Q-T间期：是QRS波群终点至T波终点的时间长度的信号。表示心室开始去极化到复极化结束至静息时间。Q-T间期正常值<0.4s，Q-T间期与心率密切相关，心率快Q-T间期缩短；反之则延长。常见的心脏疾病与ECG的一些波形指标密切相关，如：P-R间期>0.12s，同时下传的QRS波形产生宽大的畸变，则有可能存在房性早搏；若QRS波群比标准更早出现，同时QRS波群展宽，就可能存在着室性早搏的风险；若R波波峰宽大有顿挫且时限>0.11s，就可能存在着左束支阻滞；若QRS波形发生改变，增宽、粗钝、时限延长等，提示为右束支阻滞的可能问题[29]。1.2心电信号特点心电信号是心脏物理规律的微弱电反映，它有如下特点：（1）信号微弱，容易被噪声淹没。心电信号幅度为毫伏级，约为0.5~5mV，典型值为1mV。（2）具有低频和能量集中的特性。心电信号是一种低频信号，频率范围在0.05Hz~100Hz。其能量主要集中在0.25Hz~40Hz。（3）随机性强，不同人的心电信号都不一样，甚至有通过心音进行人员身份识别的技术手段，但是标准心电可以通过函数模拟产生。（4）准周期性。心电信号是一种典型的准周期信号，各个周期的信号虽然不完全相同但它们的特征相同。1.3心电信号噪声分析目前，常用的心电采集装置一般通过接触人体特定部位的方式采集人体体表生物电的方式获得心电信号[29]。一直以来，从心电采集装置中获取真实的心电信号是十分具有挑战性的。首先，人体心电信号微弱，一般为毫伏（mV）级别，频带范围一般在0.05Hz~100Hz，是一种典型的低能量，低频率的生理电信号[30,31]，很容易被噪声污染或者覆盖掉。在心电采集过程中，最常见的噪声来源为以下几种[32,33]：（1）工频噪声。来源于心电采集设备电路的影响，根据不同国家用电标准的不同，可能是50Hz或60Hz正弦振荡波及其谐波，幅值最高可以达到心电信号峰值的50%。工频噪声特征明显，但频率处于心电信号频率范围内。图1-3含工频噪声的心电信号Fig1-3ECGsignalwithpowerfrequencynoise图1-4特征明显的60Hz工频信号Fig1-460Hzpowerfrequencysignalwithobviouscharacteristics（2）肌电噪声。是人体肌肉活动产生的噪声，它波形不规则且变化较快，频率范围较宽，在5Hz~2000Hz范围，覆盖了大部分心电信号所在频段。含肌电噪声的心电信号如下所示：图1-5含肌电噪声的心电信号Fig1-5ECGsignalwithEMGnoise（3）基线漂移噪声。基线漂移噪声来源于人生理体活动，呼吸以及人体与接触式采集装置的不良接触，是低频的趋势信号，频率一般小于1Hz，能量占比不高，大约占比15%，但其频率范围有时可能会与心电信号频率有所重叠[34]。含基线漂移噪声的心电信号如下所示：图1-6含基线漂移的心电信号Fig1-6ECGsignalwithbaselinedrift心电信号中三类噪声的频率分布和幅