-【大学课件】生物医学信号数字处理技术的应用

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1、第三部分第三部分生物医学信号数字处理生物医学信号数字处理技术的应用技术的应用（Applications of Biomedical Digital Signal Processing Techniques）docin/sundae_mengdocin/sundae_meng第十二章第十二章心血管系统电信号处理心血管系统电信号处理(Processing Electro-signal from Cardiaovascular System)心血管系统电信号简称心电信号（心血管系统电信号简称心电信号（ECS: ECS: electrocardiosignalelectrocardiosignal

2、）。）。ECSECS处理的目的是根据心电处理的目的是根据心电信号的特征推断心血管系统的状态（正常或异常），信号的特征推断心血管系统的状态（正常或异常），并据之作出医学决策：药物治疗，还是外科治疗，并据之作出医学决策：药物治疗，还是外科治疗，还是介入治疗（如射频消融、起搏、除颤等）。还是介入治疗（如射频消融、起搏、除颤等）。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng从从19011901年荷兰莱顿大学的年荷兰莱顿大学的EinthovenEinthoven用弦线式电流用弦线式电流计（计（string galvanometerstring galvanometer）记录心电信

3、号，并将）记录心电信号，并将正常心电波的主要波形命名为正常心电波的主要波形命名为P P、QQ、R R、S S、T T算算起，对心电信号的记录和处理的历史已跨过了起，对心电信号的记录和处理的历史已跨过了100100年。在生物医学信号处理中，对心电信号中所年。在生物医学信号处理中，对心电信号中所含信息的挖掘是最为深入的，并使用了种类繁多含信息的挖掘是最为深入的，并使用了种类繁多的信号处理技术。最近出版的专著的信号处理技术。最近出版的专著临床心电信临床心电信息学息学对所涉及的技术范围，从临床的角度，进对所涉及的技术范围，从临床的角度，进行了比较全面的收集。现在心血管疾病是发病和行了比较全面的收集。现

4、在心血管疾病是发病和死亡率最高，对人类生命威胁最大的疾病，因此死亡率最高，对人类生命威胁最大的疾病，因此在临床工作中，县级以上的医院都普遍利用心电在临床工作中，县级以上的医院都普遍利用心电信号中所含的信息，普遍使用记录心电信号的心信号中所含的信息，普遍使用记录心电信号的心电图机。电图机。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng对心电信号的显示和记录技术也是多种多样的。对心电信号的显示和记录技术也是多种多样的。目前对于普通系统（以常规诊断为目的的短时记目前对于普通系统（以常规诊断为目的的短时记录），临床上最常用的是纸记录。模拟心电记录录），临床上最常用的是纸记录。模拟

5、心电记录设备（一般称为心电图机）用的是模拟方式进行设备（一般称为心电图机）用的是模拟方式进行纸记录。数字心电图机可以数字打印输出，也可纸记录。数字心电图机可以数字打印输出，也可经过数模转换技术用模拟方式进行纸记录。对于经过数模转换技术用模拟方式进行纸记录。对于动态心电系统（常称为动态心电系统（常称为HolterHolter系统），先用特制慢系统），先用特制慢速磁带（早期）或半导体（近期）记录系统，然速磁带（早期）或半导体（近期）记录系统，然后（一天）读入计算机进行分析。对于监护设备后（一天）读入计算机进行分析。对于监护设备一般用电子显示（波形和数字）报警技术。一般用电子显示（波形和数字）报警技

6、术。对心电信号的获取技术分为无创（体表）技术、对心电信号的获取技术分为无创（体表）技术、微创技术（经由心导管记录心内心电信号）、有微创技术（经由心导管记录心内心电信号）、有创技术（心脏手术时体内记录）。创技术（心脏手术时体内记录）。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng记录在纸上的心电信号称为记录在纸上的心电信号称为“ “心电图心电图” ”，因此临，因此临床上有床上有“ “时域心电图时域心电图” ”，“ “频域心电图频域心电图” ”，“ “高高频心电图频心电图” ”，“ “平静心电图平静心电图” ”，“ “运动心电图运动心电图” ”（如活动平板心电图），（如活动

7、平板心电图），“ “普通心电图普通心电图” ”，“ “向量心电图向量心电图” ”，“ “立体心电图立体心电图” ”等术语。对记录等术语。对记录在纸上的各种各样的心电信息而论，这是比较准在纸上的各种各样的心电信息而论，这是比较准确的。在大量文献中，常把用计算机技术对心电确的。在大量文献中，常把用计算机技术对心电信号的处理称为心电图信号的处理称为心电图(electrocardiogram)(electrocardiogram)处理，处理，本书则称为对心电信号本书则称为对心电信号（ECS:electrocardiosignalECS:electrocardiosignal）的处理，如心电信）的处理，

8、如心电信号的傅立叶变换（号的傅立叶变换（ the Fourier transformation of the Fourier transformation of ECSECS），因为这里处理的是数字化的心电信号，），因为这里处理的是数字化的心电信号，而不是处理描在记录纸上的而不是处理描在记录纸上的“ “图图” ”。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng本章将分别介绍常规心电信号数字处理、心电监本章将分别介绍常规心电信号数字处理、心电监测（测（electrocardiosignal monitoringelectrocardiosignal monitoring）、

9、高频心电）、高频心电信号处理信号处理(high frequency eletrocardiosignal (high frequency eletrocardiosignal processiing)processiing)、运动心电信号处理、运动心电信号处理(exercise (exercise eletrocardiosignal processiing)eletrocardiosignal processiing)、心房和心室晚电、心房和心室晚电位（位（atrial and ventricular late potentialatrial and ventricular late pot

10、ential）检测、）检测、房颤波分析房颤波分析(atrial fibrillation wave analysis )(atrial fibrillation wave analysis )和多和多点电位标测点电位标测(multiple electrocardiac potential (multiple electrocardiac potential mapping)mapping)等技术。等技术。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng第一节第一节常规心电信号数字处理常规心电信号数字处理（Routine Digital Processing for ECS

11、）一、概述一、概述一、概述一、概述常规心电信号处理系统有分时常规心电信号处理系统有分时1212导联单道记录式、导联单道记录式、分时分时1212导联三道记录式、同时导联三道记录式、同时1212导联导联3 3道记录式、道记录式、6 6道记录式、道记录式、1212道记录式。同时（临床上多称为同步）道记录式。同时（临床上多称为同步）1212导联系统（导联系统（12 lead simultaneous 12 lead simultaneous electrocardiographelectrocardiograph）又分为真实）又分为真实1212导联和计算导联和计算1212导导联（实际联（实际8 8导联

12、：导联：2 2个双极标准导联，个双极标准导联，6 6个单极胸导个单极胸导联）。现代心电图机，几乎都是计算机化的数字系联）。现代心电图机，几乎都是计算机化的数字系统，国际标准推荐统，国际标准推荐500Hz500Hz采样频率，因此，所谓同采样频率，因此，所谓同时（或同步）也是相对的，因为时（或同步）也是相对的，因为ADAD转换器是单道的，转换器是单道的，道间时差道间时差2ms2ms。如果采用真实。如果采用真实1212导联技术，则第一导联技术，则第一道与最后道与最后1 1道间相差道间相差24ms24ms。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng为了尽可能保持同时性，都采用

13、采样保持技术。为了尽可能保持同时性，都采用采样保持技术。但是采样保持电路有有限的时间常数（时间常数但是采样保持电路有有限的时间常数（时间常数过大，不利于信号清除）因而采样保持信号也会过大，不利于信号清除）因而采样保持信号也会随时间而衰减，因此难于达到真正的随时间而衰减，因此难于达到真正的1212导联的同导联的同时性。可考虑的提高同时性的措施是采用更高的时性。可考虑的提高同时性的措施是采用更高的采样频率（如采样频率（如20KHz20KHz），然后以），然后以500Hz500Hz的采样率的采样率二次抽取二次抽取(40(40抽抽1)1)。 docin/sundae_mengdocin/sundae_

14、mengdocin/sundae_mengdocin/sundae_meng配合配合500Hz500Hz的采样率，心电信号放大系统应有最的采样率，心电信号放大系统应有最高高250Hz250Hz的高端截止频率。时间常数的高端截止频率。时间常数3s3s（相当于（相当于0.05Hz0.05Hz的低端截止频率）。对于描笔式心电图机，的低端截止频率）。对于描笔式心电图机，由于描笔的响应频率由于描笔的响应频率80100Hz80100Hz，因此，更高的频，因此，更高的频率成分会被描笔这种机械滤波器滤掉，所以对于率成分会被描笔这种机械滤波器滤掉，所以对于这种系统，采用的采样频率为这种系统，采用的采样频率为10

15、0Hz100Hz。当放大系。当放大系统的通带为统的通带为.0.05250Hz.0.05250Hz时，这样的采样率获得时，这样的采样率获得的数字信号不宜做频域分析。的数字信号不宜做频域分析。计算机化心电信号数字处理系统，又称为心电工计算机化心电信号数字处理系统，又称为心电工作站（作站（electrocardiac work stationelectrocardiac work station），其框图如），其框图如图图12-112-1。它有模拟和数字部分。它有模拟和数字部分。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 要强调的是，在模拟部分须采用隔离浮置技术以保证病

16、人的安全。预要强调的是，在模拟部分须采用隔离浮置技术以保证病人的安全。预处理部分主要有处理部分主要有50Hz50Hz（国外应是（国外应是60Hz60Hz）滤波等。）滤波等。二、导联系统二、导联系统二、导联系统二、导联系统 1.1.电极（电极（电极（电极（electrodeselectrodes）电极的作用是将体内的离子电流转换为金属导体电极的作用是将体内的离子电流转换为金属导体中的电子电流。早期所用的获取心电信号的电极中的电子电流。早期所用的获取心电信号的电极是金属电极，一般是在金属铜或不锈钢片上镀以是金属电极，一般是在金属铜或不锈钢片上镀以贵金属银或铬。金属电极的缺点是会产生极化电贵金属

17、银或铬。金属电极的缺点是会产生极化电位，在变化的心电信号上附加一个直流偏移位，在变化的心电信号上附加一个直流偏移（offsetoffset）信号，产生）信号，产生“ “基线基线” ”（0 0电势线）的直电势线）的直流漂移。现代获取心电信号的电极是电生理学家流漂移。现代获取心电信号的电极是电生理学家研究出的可消除极化电位的银研究出的可消除极化电位的银- -卤化银电极，称为卤化银电极，称为乏极化电极乏极化电极(nonpolarizable electrode)(nonpolarizable electrode)，如图，如图12-212-2。它是在银片上沉积（镀）上一薄层氯化银。再在它是在银片上沉积

18、（镀）上一薄层氯化银。再在上面涂上一层含氯离子的凝胶上面涂上一层含氯离子的凝胶 docin/sundae_mengdocin/sundae_mengdocin/sundae_mengdocin/sundae_meng2.2.体表电极位置体表电极位置1212导联常规（标准临床）心电信号处理系统的电极导联常规（标准临床）心电信号处理系统的电极位置如图位置如图12-312-3。图中，。图中，V1V1为胸骨右缘第为胸骨右缘第4 4肋间，肋间，V2V2为胸骨左缘第为胸骨左缘第4 4肋间，肋间，V3V3为为V2V2与与V4V4联线的中点，联线的中点，V4V4为左锁骨中线第为左锁骨中线第5 5肋间，肋间，V

19、5V5为左腋前线为左腋前线V4V4水平水平, V6, V6为左腋中线为左腋中线V4V4水平，水平，V7V7为左后腋线为左后腋线V4V4水平水平, V8, V8为左为左肩胛角线肩胛角线V4V4水平水平, V9, V9为脊椎左缘为脊椎左缘V4V4水平水平, V3R, V3R为为V1V1与与V4RV4R联线的中点，联线的中点，V4RV4R为右锁骨中线第为右锁骨中线第5 5肋间，肋间，V5RV5R为右前腋线为右前腋线V4V4水平。所有这些导联都是单极胸水平。所有这些导联都是单极胸导联。前导联。前6 6个为常规导联，后个为常规导联，后6 6个为扩展导联，根据个为扩展导联，根据临床需要选作。由临床需要选作

20、。由RA-LARA-LA、RA-LLRA-LL、LA-LLLA-LL构成三个构成三个标准肢体导联（标准肢体导联（standard limb leadstandard limb lead），分别称为），分别称为I I、II II、IIIIII导联。导联。RARA称为参考电极，称为参考电极，docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 与第五章所述的中心电端与第五章所述的中心电端C C相连。所有单极导联皆参考相连。所有单极导联皆参考此点电压。所有输入端皆采此点电压。所有输入端皆采用高输入阻抗电路。用高输入阻抗电路。图12-3 标准12导联及扩展导联电极位置docin/s

21、undae_mengdocin/sundae_meng 图图12-4 12-4 输入电阻网络输入电阻网络docin/sundae_mengdocin/sundae_meng常规常规ECSECS处理系统都设计了一个特殊的电阻输入处理系统都设计了一个特殊的电阻输入网络。电阻输入网络的目的有两个：一是造就等网络。电阻输入网络的目的有两个：一是造就等效效0 0电势点的中心电端电势点的中心电端C C，二是形成加压（肢体），二是形成加压（肢体）导联（导联（augmented limb leadaugmented limb lead）。同时）。同时1212导心电系导心电系统的电阻网络如图统的电阻网络如图12

22、-412-4。图中，。图中，RARA、LALA、LLLL分分别接至图别接至图12-312-3的对应位置。的对应位置。在图在图12-412-4中，中，RARALALA、RARALLLL、LALALLLL分别形分别形成标准肢体成标准肢体I I 、II II、 IIIIII导联，导联，RARAC3C3、LALAC2C2、LLLLC1C1分别形成加压肢体导联分别形成加压肢体导联aVRaVR、aVLaVL、aVFaVF。标准肢体标准肢体I I 、II II、 IIIIII导联的电势差分别为导联的电势差分别为 I = LA I = LA RA (12-1)RA (12-1) II = LL II = L

23、L RA (12-2)RA (12-2) III = LL III = LLLA (12-3)LA (12-3) 极性如图极性如图12-412-4所示。所示。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 现在要证明，加压肢体导联现在要证明，加压肢体导联aVRaVR、aVLaVL、aVFaVF是单是单极肢体导联极肢体导联RARAC C（RARA）、）、LALAC C（LALA）、）、LLLLC C（LLLL）的电压的）的电压的1.51.5倍。由图倍。由图12-412-4可知，可知， C3 = (LA +LL )/2 (12-C3 = (LA +LL )/2 (12-4)4

24、) C2 = (RA +LL )/2 (12- C2 = (RA +LL )/2 (12-5)5) C1 = (RA +LA )/2 (12- C1 = (RA +LA )/2 (12-6)6) 由偶极子电势分布理论可以证明，在偶极子场中，由偶极子电势分布理论可以证明，在偶极子场中，与中心等距的相差与中心等距的相差2/32/3的三点的电势之和为的三点的电势之和为0 0，即，即docin/sundae_mengdocin/sundae_meng RA +LA +LL = 0 (12-7) RA +LA +LL = 0 (12-7) 所以所以 aVR = RA aVR = RA C3C3 = RA

25、 = RA(LA +LL)/2 (LA +LL)/2 = 1.5RA (12-8) = 1.5RA (12-8) 同理可证得同理可证得 aVL = 1.5LA aVL = 1.5LA (12-9)(12-9) aVF = 1.5LL (12-10) aVF = 1.5LL (12-10) 上面的关系也可由第上面的关系也可由第5 5章的（章的（5-135-13）（5-155-15）式）式得到证明。得到证明。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 三、三、三、三、参数测量参数测量参数测量参数测量用描出的心电信号图形进行诊断（评价心脏状态）用描出的心电信号图形进行

26、诊断（评价心脏状态）用描出的心电信号图形进行诊断（评价心脏状态）用描出的心电信号图形进行诊断（评价心脏状态）已有已有已有已有100100多年历史。以往都凭人工测量，然后凭积多年历史。以往都凭人工测量，然后凭积多年历史。以往都凭人工测量，然后凭积多年历史。以往都凭人工测量，然后凭积累的经验作出结论。这些经验形成了一门学问称累的经验作出结论。这些经验形成了一门学问称累的经验作出结论。这些经验形成了一门学问称累的经验作出结论。这些经验形成了一门学问称为为为为“ “心电图学心电图学心电图学心电图学” ”。直到现在，计算机自动诊断系。直到现在，计算机自动诊断系。直到现在，计算机自动诊断系。直到现在，计算

27、机自动诊断系统（专家系统）仍然不如有经验的专科医生，还统（专家系统）仍然不如有经验的专科医生，还统（专家系统）仍然不如有经验的专科医生，还统（专家系统）仍然不如有经验的专科医生，还不能代替有经验的专科医生。不能代替有经验的专科医生。不能代替有经验的专科医生。不能代替有经验的专科医生。心电信号的参数测量可分为时间测量、幅度的测心电信号的参数测量可分为时间测量、幅度的测心电信号的参数测量可分为时间测量、幅度的测心电信号的参数测量可分为时间测量、幅度的测量和波形分析三个方面。如第量和波形分析三个方面。如第量和波形分析三个方面。如第量和波形分析三个方面。如第5 5章图章图章图章图5-65-6所示的各

28、所示的各所示的各所示的各种间期和时限等时间参数测量具有重要的临床意种间期和时限等时间参数测量具有重要的临床意种间期和时限等时间参数测量具有重要的临床意种间期和时限等时间参数测量具有重要的临床意义，它是诊断各类心律失常的基础。如义，它是诊断各类心律失常的基础。如义，它是诊断各类心律失常的基础。如义，它是诊断各类心律失常的基础。如P P波时限过波时限过波时限过波时限过长表示心房内传导阻滞，长表示心房内传导阻滞，长表示心房内传导阻滞，长表示心房内传导阻滞，QRSQRS时限过长表示室内时限过长表示室内时限过长表示室内时限过长表示室内传导阻滞。传导阻滞。传导阻滞。传导阻滞。RRRR间期过长表示心动过缓，

29、间期过长表示心动过缓，间期过长表示心动过缓，间期过长表示心动过缓，RRRR间期间期间期间期过短表示心动过速。过短表示心动过速。过短表示心动过速。过短表示心动过速。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 在心电信号的电压测量中，参考点是在心电信号的电压测量中，参考点是“ “基线基线” ”，因此消除，因此消除基线漂移的精确程度确定了幅度测量的精确程度。基线漂移的精确程度确定了幅度测量的精确程度。R R波电波电压幅度过高可能提示心室肥厚。压幅度过高可能提示心室肥厚。STST段电压过低提示心肌缺段电压过低提示心肌缺血。所有这些判断都有凭大量统计数据加上既往的经验制血。所

30、有这些判断都有凭大量统计数据加上既往的经验制定的标准。定的标准。在心电信号的计算机自动分析中，最难的是波形分析，如在心电信号的计算机自动分析中，最难的是波形分析，如顿挫、双相、倒置、顿挫、双相、倒置、rSrS（小（小R R波大波大S S波）等。如果心电专波）等。如果心电专家对于计算机自动分析有怀疑，可以通过人机对话的方法家对于计算机自动分析有怀疑，可以通过人机对话的方法进行核查。一般使用移动光标来完成核查。每当移动到一进行核查。一般使用移动光标来完成核查。每当移动到一个点，个点，计算机自动显示位置和幅度。位置可显示为计算机自动显示位置和幅度。位置可显示为距起点的点数，或根据采样频率换算成的时

31、间，距起点的点数，或根据采样频率换算成的时间，见第见第5 5章（章（5-215-21）式。也可根据一定的操作而显示）式。也可根据一定的操作而显示间期或时限或幅度。人工核查的例子如图间期或时限或幅度。人工核查的例子如图12-5 12-5 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng图形顶部示出了光标（空心箭头）所在位置的参图形顶部示出了光标（空心箭头）所在位置的参数（距起点的点数和幅度）。图形底部是操作说数（距起点的点数和幅度）。图形底部是操作说明。光标可上、下、左、右移动。在左右移动时明。光标可上、下、左、右移动。在左右移动时还可分为快速移动（还可分为快速移动（Ctrl

32、Ctrl加左右移动键）。加左右移动键）。1212导心电的纸记有各种格式，如导心电的纸记有各种格式，如3434的格式，的格式，6262的格式，的格式，121121的格式。图的格式。图12-612-6为为121121格式的例子。格式的例子。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng图12-5 人机会话参数测量示意图docin/sundae_mengdocin/sundae_meng四、四、四、四、QTQT间期测量间期测量间期测量间期测量这里以心电信号的这里以心电信号的QQT T间期测量来进一步说明时间期测量来进一步说明时域参量的测量。应该说，域参量的测量。应该说，QQT

33、 T间期测量是诊断间期测量是诊断LQTSLQTS（long Qlong QT syndromeT syndrome：长：长QTQT间期综合症）间期综合症）的金标准（的金标准（gold standard gold standard 或或gold criteriagold criteria）。）。LQTSLQTS是一种严重的心律失常事件，现已证实是一种严重的心律失常事件，现已证实LQTSLQTS是由于是由于Na+Na+、K+K+离子通道的基因突变造成离子通道的基因突变造成的，典型地证实了基因型（的，典型地证实了基因型（genotypegenotype）与电生理）与电生理表现型（表现型（phenot

34、ypephenotype）的关系。各导联间的心电）的关系。各导联间的心电信号信号QQT T间期的不一致，称为间期的不一致，称为QQT T离散度（离散度（QQT dispersionT dispersion：QTdQTd）。近来研究发现，）。近来研究发现，QTdQTd是由是由于心室肌的复极时间不一致造成的。于心室肌的复极时间不一致造成的。QTdQTd的测量的测量可用以预测心肌梗塞、严重心律失常等心血管系可用以预测心肌梗塞、严重心律失常等心血管系统疾病。统疾病。 docin/sundae_mengdocin/sundae_mengQTdQTd的计算以的计算以QTQT间期的测量间期的测量为基础为基础

35、 QTd = QTmaxQTd = QTmaxQTmin QTmin (12-11)(12-11) 设设QQ波起点为波起点为N1N1，T T波终点波终点为为N2N2，则，则 QT =(N2QT =(N2N1)t N1)t (12-12)(12-12)图12-6 常规临床12导心电信号的121格式记录docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 人机会话测量可参见图人机会话测量可参见图12-512-5的方法。计算机自动的方法。计算机自动测量可参见第测量可参见第5 5章。不管用哪种方法，都会由于确章。不管用哪种方法，都会由于确定定QQ波起点，特别是波起点，特别是T T波终点

36、的困难而产生重复性波终点的困难而产生重复性差、准确性差等问题。一个可以准确测量的方法，差、准确性差等问题。一个可以准确测量的方法，是确定是确定QQ、T T波的极值点。已有研究表明，用同一波的极值点。已有研究表明，用同一组样本集合，两种测量间有很好的线性相关性，组样本集合，两种测量间有很好的线性相关性，不管用人工测量还是计算机自动测量不管用人工测量还是计算机自动测量( (见参考文献见参考文献5)5)。如。如 R(R(自动峰值测量与人工测量自动峰值测量与人工测量)= 0.998353)= 0.998353 R R（自动峰值测量与自动始末点测量）（自动峰值测量与自动始末点测量）= = 0.99784

37、90.997849 R( R(自动始末点测量与人工测量自动始末点测量与人工测量) = 0.997532) = 0.997532 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng图图12-712-7是用两种方法（峰值法和起始点法）测量是用两种方法（峰值法和起始点法）测量QTIQTI（QQT T intervalinterval：QQT T间期间期）的一个例子。图的顶部的图注的意）的一个例子。图的顶部的图注的意义是：第义是：第1 1行为各波的幅值，如行为各波的幅值，如RmRm表示表示R R波的幅值，波的幅值，PmPm表示表示P P波的幅值，波的幅值，QmQm表示表示QQ波的幅

38、值，波的幅值，SmSm表示表示S S波的波的幅值，幅值，TmTm表示表示T T波的幅值。第波的幅值。第2 2行为用测量各对应行为用测量各对应波的极值点的方法测量的心率，如波的极值点的方法测量的心率，如HRpHRp是用相继是用相继的两的两P P波的极值点间的距离（点数），即波的极值点间的距离（点数），即P PP P间间期计算的心率，期计算的心率，HRqHRq是用是用QQQQ间期计算的心率，间期计算的心率，HRrHRr是用是用R RR R间期计算的心率，间期计算的心率，HRsHRs是用是用S SS S间间期计算的心率，期计算的心率，HRtHRt是用是用T TT T间期计算的心率。间期计算的心率。第

39、第3 3行为行为P P波宽度的数据，波宽度的数据，pwpw表示均值。后继的是表示均值。后继的是每一心动周期的每一心动周期的P P波宽度的测量值。第波宽度的测量值。第4 4行为用行为用QQ、T T波的始末点的距离计算的波的始末点的距离计算的QTQT间期，如间期，如qteqte表示用表示用QQ波的起点与波的起点与T T波的终点间的距离计算的波的终点间的距离计算的QTIQTI的均的均值，后继的是每一心动周期的值，后继的是每一心动周期的qteqte的测量值。第的测量值。第5 5行为用行为用QQ、T T波的极值点的距离计算的波的极值点的距离计算的QTQT间期间期, , docin/sundae_meng

40、docin/sundae_meng 如qtp表示用Q波的极值点与T波的极值点间的距离计算的QTI，后继的是每一心动周期的QTI的测量值。docin/sundae_mengdocin/sundae_mengdocin/sundae_mengdocin/sundae_meng五、频域分析五、频域分析在临床上，将心电信号的频域分析称为频域心电图在临床上，将心电信号的频域分析称为频域心电图（frequency domain cardiogramfrequency domain cardiogram）。主要技术就是）。主要技术就是求求II II、V5V5导联心电信号的自谱、互谱和相位谱，并导联心电信号的

41、自谱、互谱和相位谱，并探讨其与心血管系统的状态和临床表现间的关系。探讨其与心血管系统的状态和临床表现间的关系。由于其他的提法有许多争议之处，这里不展开叙述。由于其他的提法有许多争议之处，这里不展开叙述。如将如将II II导联心电信号当成对系统（人体）的输入信导联心电信号当成对系统（人体）的输入信号，号，V5V5导联的心电信号当成系统（人体）响应于输导联的心电信号当成系统（人体）响应于输入的输出信号。显然，入的输出信号。显然，II II、V5V5导联的心电信号没有导联的心电信号没有这种关系，它们都是心血管系统发出的同一信号，这种关系，它们都是心血管系统发出的同一信号，在不同方向（坐标轴）的投影。

42、在不同方向（坐标轴）的投影。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 当然可以定义幅度商谱：当然可以定义幅度商谱： QMxy(K) = X(K)/Y(K) (12-QMxy(K) = X(K)/Y(K) (12-13) 13) 也可表示为也可表示为 QMxy(K) = X(K) Y*(K)/Y(K) Y*(K)QMxy(K) = X(K) Y*(K)/Y(K) Y*(K) = Rxy(K)/Ryy(K) (12-4) = Rxy(K)/Ryy(K) (12-4) 或写为或写为 QMxy(K) = Rxx(K)/Ryx(K) QMxy(K) = Rxx(K)/Ryx(

43、K) (12-15) (12-15) 和相位商谱和相位商谱 QPxy(K) = x (K)/y (K) QPxy(K) = x (K)/y (K) (12-16)(12-16)docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 上式中，上式中，X(k)X(k)、Y(K)Y(K)分别是分别是II II和和V5V5导联的数字心电信号导联的数字心电信号x(n)x(n)，y(n)y(n)的傅立叶变换，的傅立叶变换，X*(k)X*(k)、Y*(K)Y*(K)是其共轭量。而是其共轭量。而 x (K) = tg 1Im(X(K)/Re(X(k) (12-17) x (K) = tg 1Im

44、(X(K)/Re(X(k) (12-17) y (K) = tg 1Im(Y(K)/Re(Y(k) (12-18) y (K) = tg 1Im(Y(K)/Re(Y(k) (12-18) 式中，式中，ImIm（imaginaryimaginary）表示虚部、）表示虚部、Re(real)Re(real)表示实表示实部。另外，在频域心电图研究中，还定义了部。另外，在频域心电图研究中，还定义了“ “频域频域相干函数相干函数” ”（coherent function in time domaincoherent function in time domain） R2xy(K) = |Gxy(K)|2/

45、Gxx(k)Gyy(K) (12-19)R2xy(K) = |Gxy(K)|2/Gxx(k)Gyy(K) (12-19) 式中式中Gxy(K)Gxy(K)、Gxx(k)Gxx(k)、Gyy(K)Gyy(K)分别表示分别表示II II、V5V5导联导联心电信号的互谱（心电信号的互谱（cross-spectrumcross-spectrum）和自谱）和自谱(auto-(auto-spectrum) spectrum) 。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 文献文献1-21-2已经在一般的意义上（即不管信号是什么已经在一般的意义上（即不管信号是什么性质的）证明了（

47、信号，都有 R2xy(0) = 1R2xy(0) = 1 因此这样的改造是不完全的。更详细的讨论，参考因此这样的改造是不完全的。更详细的讨论，参考文献文献1212的讨论。的讨论。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng第二节第二节心电监测（心电监测（ECS Monitoring）心电监测是指用心电检测仪器对监测对象的心电信心电监测是指用心电检测仪器对监测对象的心电信号进行长时间和号进行长时间和/ /或远距离的监测，通过计算机分析或远距离的监测，通过计算机分析和处理后直接显示和和处理后直接显示和/ /或打印出心电波形和数据，为或打印出心电波形和数据，为临床诊断提供依

48、据。心电监测系统可按传输方式分临床诊断提供依据。心电监测系统可按传输方式分为有线系统和无线系统，可按传输距离分为床旁系为有线系统和无线系统，可按传输距离分为床旁系统和遥测系统，可按应用环境分为医院系统和院外统和遥测系统，可按应用环境分为医院系统和院外个人系统（个人系统（HolterHolter系统和基于系统和基于WEBWEB的系统）。遥测的系统）。遥测系统又可分为有线遥测系统（临床称为电话传输心系统又可分为有线遥测系统（临床称为电话传输心电图）和无线遥测系统。遥测系统还可分为普通专电图）和无线遥测系统。遥测系统还可分为普通专用系统和基于用系统和基于WEBWEB的系统。还可分为实时系统和分的系统

49、。还可分为实时系统和分时系统，如时系统，如HolterHolter系统。不能获得实时处理是系统。不能获得实时处理是HolterHolter系统的一大缺点。系统的一大缺点。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng一、概述一、概述19031903年年CalsonCalson在手术室首次应用了监测技术监测手在手术室首次应用了监测技术监测手术患者的心电信号。这种雏型心电监测仪所起到的术患者的心电信号。这种雏型心电监测仪所起到的独特监护作用引起了学者们的共鸣，启迪了应用电独特监护作用引起了学者们的共鸣，启迪了应用电子技术自动监测患者的子技术自动监测患者的ECSECS的设想。的

50、设想。19581958年年SafarSafar创建创建ICUICU（intensive care unitintensive care unit：重症监护室）：重症监护室）, , 将床将床边心电作为危重患者长期监测项目。边心电作为危重患者长期监测项目。19621962年年DayDay首首创创CCUCCU（central care unit or coronary care unitcentral care unit or coronary care unit：中心监护室或冠心病监护室）应用床边心电监测技中心监护室或冠心病监护室）应用床边心电监测技术持续监测术持续监测AMIAMI患者，及时发现与

51、处理心律失常，患者，及时发现与处理心律失常，使他所在医院该年度使他所在医院该年度AMIAMI住院患者死亡率从住院患者死亡率从3939降降至至1919。CCUCCU因此迅速得到承认，床边心电监测的因此迅速得到承认，床边心电监测的医疗价值蜚声一时，但床边心电监测只适宜于住院医疗价值蜚声一时，但床边心电监测只适宜于住院患者的院内监测，对院外患者无所帮助。患者的院内监测，对院外患者无所帮助。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng19571957年美国物理学博士年美国物理学博士HolterHolter研制了长时间连续记研制了长时间连续记录患者在日常活动状态下的心电信号录患

52、者在日常活动状态下的心电信号( (即动态心电图即动态心电图, , AECG: ambulatory ECG)AECG: ambulatory ECG)的技术于的技术于19611961年应用于临年应用于临床，实现对院外患者长时间床，实现对院外患者长时间( (一般一般24h)24h)心电图记录，心电图记录，这对发现这对发现24h24h内心电活动的改变和心肌缺血具有重内心电活动的改变和心肌缺血具有重要价值。然而，传统的动态心电图所记录的仅为过要价值。然而，传统的动态心电图所记录的仅为过去的事件，只能在去的事件，只能在24h24h后通过心电分析仪的分析和后通过心电分析仪的分析和处理才能做出诊断，不能及

53、时发现和处理正在进行处理才能做出诊断，不能及时发现和处理正在进行动态心电图监测期间各种严重心脏事件。动态心电图监测期间各种严重心脏事件。19781978年电年电话传输心电图监测技术成功地应用于临床，使远离话传输心电图监测技术成功地应用于临床，使远离医院的患者在发生心脏事件时能够通过电话及时地医院的患者在发生心脏事件时能够通过电话及时地将心电信号传送至心电监测中心，及时得到医师的将心电信号传送至心电监测中心，及时得到医师的诊断和医疗或急救指导，显著降低了院外恶性心律诊断和医疗或急救指导，显著降低了院外恶性心律失常患者的死亡率。失常患者的死亡率。docin/sundae_mengdocin/sun

54、dae_meng随着电子技术的迅猛发展和电脑新软件的不断开发，随着电子技术的迅猛发展和电脑新软件的不断开发，心电监测仪器不断更新，监测技术不断改进。目前心电监测仪器不断更新，监测技术不断改进。目前CCUCCU与与ICUICU内床边心电监测系统的功能已相当完善，内床边心电监测系统的功能已相当完善，不仅能够显示、打印记录心电信号波形和数据，还不仅能够显示、打印记录心电信号波形和数据，还能人工设置心率上、下限及心律失常自动报警；能人工设置心率上、下限及心律失常自动报警；2 2导联、导联、3 3导联乃至导联乃至1212导联心电图波形显示与图形冻导联心电图波形显示与图形冻结功能，可供逐帧心电图波形的仔细

55、分析；数小时结功能，可供逐帧心电图波形的仔细分析；数小时与与2424小时储存资料可提供心电活动的趋势分析以协小时储存资料可提供心电活动的趋势分析以协助评估病情变化与治疗效果；微机系统可对多种心助评估病情变化与治疗效果；微机系统可对多种心律失常进行自动分析，并可识别律失常进行自动分析，并可识别T T波，测量波，测量STST段诊段诊断心肌缺血；心电、呼吸、血压、心泵功能联合监断心肌缺血；心电、呼吸、血压、心泵功能联合监测的电脑技术已应用于临床。测的电脑技术已应用于临床。HolterHolter监测技术也已监测技术也已由传统的记录已过去的事件，发展为具有实时显示、由传统的记录已过去的事件，发展为具有

56、实时显示、记录的记录的HolterHolter监测系统，成为当代心脏病学领域中监测系统，成为当代心脏病学领域中最为盛行、最为实用的诊断技术手段之一。最为盛行、最为实用的诊断技术手段之一。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng常的重要临床手段，也是评定有症状或无症状心肌常的重要临床手段，也是评定有症状或无症状心肌缺血的重要辅助工具。电信事业的飞速发展和医院缺血的重要辅助工具。电信事业的飞速发展和医院内内ICUICU的普及，为电话传输心电图监测技术的临床的普及，为电话传输心电图监测技术的临床应用创造了条件。随着区域性电话传输心电监测网应用创造了条件。随着区域性电话传

57、输心电监测网络的形成与扩展乃至世界联网，在广大空间和时间络的形成与扩展乃至世界联网，在广大空间和时间中监测每一个角落的患者的心电活动，预防、急救中监测每一个角落的患者的心电活动，预防、急救或处理患者的突发心脏事件已不再是人类的幻想。或处理患者的突发心脏事件已不再是人类的幻想。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng二、可移动心电监测二、可移动心电监测二、可移动心电监测二、可移动心电监测可移动心电监测系统或长时可移动心电监测系统或长时ECSECS监测系统（监测系统（long-long-term ECS monitoring systemterm ECS monitor

58、ing system）俗称）俗称HOLTERHOLTER系统，系统，因为他是由美国物理学家因为他是由美国物理学家HolterHolter发明的而得名，国发明的而得名，国内多称为动态心电处理系统（内多称为动态心电处理系统（AECGAECG：ambulatory ambulatory ECG or ambulatory long-term ECGECG or ambulatory long-term ECG）。最长的记录）。最长的记录时间可达时间可达4848小时，甚至小时，甚至7272小时。临床主要用于判断小时。临床主要用于判断偶发心血管系统异常。早期是单导或双导或三导磁偶发心血管系统异常。早期是

59、单导或双导或三导磁带记录系统，现在由于大容量闪存技术的出现，克带记录系统，现在由于大容量闪存技术的出现，克服了早期的磁记系统的诸多弊端，因而服了早期的磁记系统的诸多弊端，因而1212导系统可导系统可能成为常规。早期采样频率为能成为常规。早期采样频率为128Hz128Hz，现在都在，现在都在256Hz256Hz以上。导联系统为以上。导联系统为CM1-6CM1-6（C C：chestchest，表示，表示胸导联，胸导联， docin/sundae_mengdocin/sundae_meng MM：manubrium, manubrium, 柄，柄，CMCM联合表联合表示胸骨柄，示胸骨柄，1616：

60、V1V6V1V6），是），是双极胸导联系统。负端为胸骨柄，双极胸导联系统。负端为胸骨柄，正端为正端为V1-6V1-6。HolterHolter系统记录的系统记录的心电信号要输入到计算机用专用心电信号要输入到计算机用专用软件进行后处理，以判断各类心软件进行后处理，以判断各类心律失常。也可进一步计算律失常。也可进一步计算QTdQTd、STST段电压，或段电压，或HRVHRV（heart rate heart rate variabilityvariability：心率变异性，见第：心率变异性，见第1616章）。现在，已经出现了实时显章）。现在，已经出现了实时显示、记录的示、记录的1212导导Hol

61、terHolter监测系统。监测系统。图12-7 Holter系统改良12导联电极位置docin/sundae_mengdocin/sundae_meng HolterHolter系统主要用于院外个人佩带，也可用于住院系统主要用于院外个人佩带，也可用于住院病人。实时显示、记录的病人。实时显示、记录的1212导导HolterHolter监测系统的出监测系统的出现，更增加了现，更增加了HolterHolter系统的临床重要性。系统的临床重要性。1212导导HolterHolter监测系统常用改良的监测系统常用改良的1212导联，其电极位置如图导联，其电极位置如图12-712-7。如果是如果是1 1

62、，2 2，3 3导联的系统，则可根据临床需要选导联的系统，则可根据临床需要选用用CM1CM6CM1CM6双极胸导联。临床系统常用的导联线双极胸导联。临床系统常用的导联线的标记为：通道的标记为：通道1 1：红：红(+)(+)白白( () )；通道；通道2 2：棕：棕(+)(+)黑黑( () )；通道；通道3 3：橘黄：橘黄(+)(+)蓝蓝( () )；参考电极（地）：；参考电极（地）：绿。绿。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng三、床旁心电监测三、床旁心电监测 ( (一一一一) )床旁心电检测系统的特点床旁心电检测系统的特点床旁心电检测系统的特点床旁心电检测系统的

63、特点床旁心电检测系统具有以下床旁心电检测系统具有以下5 5个方面的特点：个方面的特点： 1 1长时间性长时间性长时间性长时间性床边心电图监测不需要病人主动协助，心电信号采床边心电图监测不需要病人主动协助，心电信号采集方法很简单，全部操作过程均为无创伤性，因此，集方法很简单，全部操作过程均为无创伤性，因此，可以根据临床需要持续任意长的时间监测各种重危可以根据临床需要持续任意长的时间监测各种重危病人的全部心电信息变化情况。这一点与常规病人的全部心电信息变化情况。这一点与常规ECGECG检查不同，后者只能检查很短时间内检查不同，后者只能检查很短时间内( (通常只有通常只有10s10s至至2min

64、)2min)的心电信息变化。的心电信息变化。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 2 2实时性实时性实时性实时性接受床边心电图监测的病人都相对固定于一定的监测场所接受床边心电图监测的病人都相对固定于一定的监测场所(ICU(ICUCCU)CCU)，并有专业人员动态观察、分析、诊断和处理，并有专业人员动态观察、分析、诊断和处理病人随时间变化而出现的各种心电变化。一旦病人发生心律病人随时间变化而出现的各种心电变化。一旦病人发生心律失常或出现恶性心律失常先兆，监测人员可以及时发现和诊失常或出现恶性心律失常先兆，监测人员可以及时发现和诊断，并迅速采取各种有效治疗措施。这

65、一点与当前采用的断，并迅速采取各种有效治疗措施。这一点与当前采用的HolterHolter监测不同，后者由于只能在事后才能对记录结果进行监测不同，后者由于只能在事后才能对记录结果进行分析和诊断，因此不能及时发现和处理各种严重心律失常事分析和诊断，因此不能及时发现和处理各种严重心律失常事件件 3 3可干预性可干预性可干预性可干预性常规常规HolterHolter监测虽然也能长时间记录病人的心电活监测虽然也能长时间记录病人的心电活动，但由于要在记录结束后才能进行分析，因此对动，但由于要在记录结束后才能进行分析，因此对监测中发生的心电异常不能及时进行处理。监测中发生的心电异常不能及时进行处理。doc

66、in/sundae_mengdocin/sundae_meng 而床边心电图监测能够实时显示整个监测过程中发而床边心电图监测能够实时显示整个监测过程中发生的任何心律失常，监测人员可以根据具体情况及生的任何心律失常，监测人员可以根据具体情况及时采取各种干预措施，真正做到及时发现、早期诊时采取各种干预措施，真正做到及时发现、早期诊断和早期治疗。断和早期治疗。 4 4自动性自动性自动性自动性为了减轻监测人员的劳动强度，很多现代化的监护为了减轻监测人员的劳动强度，很多现代化的监护系统部带有功能强大的自动监测、诊断和报警功能，系统部带有功能强大的自动监测、诊断和报警功能，能实现对各种恶性心律失常的自动

67、监测、记录和警能实现对各种恶性心律失常的自动监测、记录和警示。示。 5 5适应性适应性适应性适应性由于床边心电图监测的无创性以及导联系统简单可由于床边心电图监测的无创性以及导联系统简单可靠，监测过程上也不影响各种常规的急救诊疗措施靠，监测过程上也不影响各种常规的急救诊疗措施的实施，因此可应用于各种重危病人。的实施，因此可应用于各种重危病人。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng(二二)床旁检测技术床旁检测技术 1. 1.普通床旁心电监测系统普通床旁心电监测系统普通床旁心电监测系统普通床旁心电监测系统设置在患者床边，通过导联直接从人体引入心电信设置在患者床边，通

68、过导联直接从人体引入心电信号，可以独立地进行病情监测和显示心电波形，必号，可以独立地进行病情监测和显示心电波形，必要时可进行报警并自动记录。有的床边监测系统还要时可进行报警并自动记录。有的床边监测系统还配有除颤器、起搏器等心脏复苏设备。结构简单，配有除颤器、起搏器等心脏复苏设备。结构简单，心电信号不易受干扰。常配备在抢救室、手术室等心电信号不易受干扰。常配备在抢救室、手术室等场所使用。场所使用。 2. 2. 无线遥测心电监测系统无线遥测心电监测系统无线遥测心电监测系统无线遥测心电监测系统该设备分为人体佩带的心电获取和无线发射部分以该设备分为人体佩带的心电获取和无线发射部分以及中央接收和处理计

69、算机。佩带的无线发射器将患及中央接收和处理计算机。佩带的无线发射器将患者的心电信号发射至中央遥测心电监测计算机系统，者的心电信号发射至中央遥测心电监测计算机系统，进行分析和处理。遥测半径一般在进行分析和处理。遥测半径一般在3030l00ml00m。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 因为是无线连接，故患者可起床在遥测范围内活动，因而适因为是无线连接，故患者可起床在遥测范围内活动，因而适合于监测合于监测AMIAMI急性期后可以下床活动的患者及需要去进行急性期后可以下床活动的患者及需要去进行CTCT、血管造影等特殊检查的危重患者。主要缺点是心电信号易受血管造影等特

70、殊检查的危重患者。主要缺点是心电信号易受千扰，千扰，CCUCCUICUICU内一般不用。内一般不用。 3. 3. 中央心电监测系统中央心电监测系统中央心电监测系统中央心电监测系统现代现代CCUCCUICUICU内通常配备中央心电监测系统，由内通常配备中央心电监测系统，由一台中央监测系统和一台中央监测系统和4848台床边检测仪组成，床边台床边检测仪组成，床边监测仪的心电信号通过电缆和网络交换器输入到中监测仪的心电信号通过电缆和网络交换器输入到中央监测台，中央台可有央监测台，中央台可有4-164-16个显示通道，同时监测个显示通道，同时监测多个患者的生命特征。该系统常与血压、呼吸、体多个患者的生

71、命特征。该系统常与血压、呼吸、体温及其他生命特征信号监测组合在一起。温及其他生命特征信号监测组合在一起。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng第三节第三节高频心电信号处理高频心电信号处理(High Frequency Electrocardiosignal Processing)对心电信号中存在的高频成分（对心电信号中存在的高频成分（100Hz100Hz）与心血管）与心血管系统疾病的关系的研究指出，在心血管系统状态出系统疾病的关系的研究指出，在心血管系统状态出现异常的初期，心电信号中存在的高频成分增加；现异常的初期，心电信号中存在的高频成分增加；血管系统疾病的后

72、期（更加严重的时期）心电信号血管系统疾病的后期（更加严重的时期）心电信号中存在的高频成分反而减少。就是说，心血管系统中存在的高频成分反而减少。就是说，心血管系统从正常到异常到严重异常的三个阶段从正常到异常到严重异常的三个阶段， docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 心电信号中存在的高频成分有从低到高，然后更低的复杂变心电信号中存在的高频成分有从低到高，然后更低的复杂变化。提示利用心电信号中存在的高频成分可发现心血管系统化。提示利用心电信号中存在的高频成分可发现心血管系统的早期异常，也可用来预示心血管系统异常的严重性。的早期异常，也可用来预示心血管系统异常的严重性

73、。一、概述一、概述一、概述一、概述 ( (一一一一) )高频心电信号高频心电信号高频心电信号高频心电信号国内外文献曾用高保真心电图国内外文献曾用高保真心电图(high fidelity ECG)(high fidelity ECG)、宽频带心电图宽频带心电图(wide band ECG)(wide band ECG)、高频心电图、高频心电图(high-(high-frequency ECG)frequency ECG)等不同的名称描述记录在纸上的含等不同的名称描述记录在纸上的含有有1000Hz1000Hz以上的高频成分的心电信号。这三个术语以上的高频成分的心电信号。这三个术语含义相近但又不

74、完全相同。建议今后一律采用高频含义相近但又不完全相同。建议今后一律采用高频心电图这一术语，缩写为心电图这一术语，缩写为HFECGHFECG。高频心电图主要。高频心电图主要是研究高频成分的变化。是研究高频成分的变化。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng ( (二二二二) )高频成分高频成分高频成分高频成分(high frequency component)(high frequency component) 高频成分是指频率在高频成分是指频率在100Hz100Hz以上，时程以上，时程10ms( 5M, CMRR 5M, CMRR 90dB 90dB。 4 4、模数

75、转换子系统：、模数转换子系统：1212位精度，采样频率位精度，采样频率30kHz30kHz以内可任意设定，双极性，输入最大幅度以内可任意设定，双极性，输入最大幅度5Vp-p5Vp-p。使用采样频率使用采样频率200Hz200Hz（用于控制）和（用于控制）和300Hz300Hz（用于（用于分析）。分析）。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng5 5、计算机子系统、计算机子系统软件功能有：信号采集、数字滤波、基线校正、软件功能有：信号采集、数字滤波、基线校正、P P、QRSQRS、T T波及波及J J点自动识别。点自动识别。STST段判读、段判读、QTcQTc的判

76、读的判读与计算、与计算、ST/HRST/HR斜率的计算和报告打印。斜率的计算和报告打印。二、运动心电分析的基本特征参量二、运动心电分析的基本特征参量二、运动心电分析的基本特征参量二、运动心电分析的基本特征参量传统的的运动心电分析用传统的的运动心电分析用STST段压低作为提示心肌缺段压低作为提示心肌缺血的参考指标。这里，除了给出血的参考指标。这里，除了给出STST段压低值外，还段压低值外，还给出了一个敏感性和特意性更高的参数：给出了一个敏感性和特意性更高的参数：ST/HRST/HR斜斜率。另外还给出了率。另外还给出了QTc.QTc.1 1STST段压低段压低段压低段压低使用常用的使用常用的0

77、.1mv0.1mv标准。自动测量标准。自动测量J J点后点后60mS60mS的的STST段幅度，段幅度，docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 读取静态、恢复期读取静态、恢复期1 1、2 2、4 4、6 6秒的秒的CM5CM5、aVFaVF及及V5V5导联的数据以及即刻和运动中的导联的数据以及即刻和运动中的CM5CM5导联的数据。导联的数据。 2 2QTcQTc Q Q波起点至波起点至T T终点的时间（终点的时间（mSmS）为）为QTQT间期，并按间期，并按下式计算下式计算QTcQTc： QTc = QTQTc = QT间期间期/(R-R/(R-R间期间期)1/2

78、 )1/2 （12-2212-22）仅计算即刻和静态仅计算即刻和静态CM5CM5导联的导联的QTcQTc值值( (秒秒) )。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 3. ST/HR 3. ST/HR斜率斜率斜率斜率由计算机自动计算运动过程中的由计算机自动计算运动过程中的ST/HRST/HR斜率。读取斜率。读取即刻及即刻前的两次运动中的即刻及即刻前的两次运动中的CM5CM5导联的记录的导联的记录的STST段值（段值（J J点后点后60mS60mS），以及相应的心率，进行三点），以及相应的心率，进行三点直线拟合，计算平均直线拟合，计算平均ST/HRST/HR斜率

79、斜率( (微伏微伏/bpm)/bpm)。用。用R-R-R R间期的测量值（检测方法见第五章）计算心率。间期的测量值（检测方法见第五章）计算心率。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng第五节第五节心房和心室晚电位信号检测心房和心室晚电位信号检测(Atrial and Ventricular Late Potential Measure)晚电位晚电位(late potential)(late potential)又有译作又有译作“ “迟电位迟电位” ”，分为心，分为心房和心室晚电位。心室晚电位是指出现在房和心室晚电位。心室晚电位是指出现在QRSQRS终末终末部、部、

80、STST段内的一种高频，低振幅、多形性的心电活段内的一种高频，低振幅、多形性的心电活动，是由于心室肌病变和动，是由于心室肌病变和/ /或损伤产生去极化非同步或损伤产生去极化非同步和传导速度减慢，而由小块心肌内延迟发生除极和传导速度减慢，而由小块心肌内延迟发生除极(depolarization )(depolarization )所产生的心电信息。它对了解室性所产生的心电信息。它对了解室性心律失常的发生机制，评估心肌梗死患者的预后以心律失常的发生机制，评估心肌梗死患者的预后以及预测心性猝死等方面具有重要价值。及预测心性猝死等方面具有重要价值。 docin/sundae_mengdocin/sun

81、dae_meng心房晚电位是由于心房肌病变和心房晚电位是由于心房肌病变和/ /或损伤产生去极化或损伤产生去极化非同步和传导速度减慢，而由小块心肌内延迟发生非同步和传导速度减慢，而由小块心肌内延迟发生除极所产生的心电信息。它对了解房性心律失常的除极所产生的心电信息。它对了解房性心律失常的发生机制，预测心房扑动和颤动等方面具有重要价发生机制，预测心房扑动和颤动等方面具有重要价值。值。现在首先讨论心室晚电位。心室晚电位这种心电信现在首先讨论心室晚电位。心室晚电位这种心电信息发生在心室去极化电信息的晚期，故形象地称为息发生在心室去极化电信息的晚期，故形象地称为晚电位。由于这种电信号非常微弱，一般在几

82、十微晚电位。由于这种电信号非常微弱，一般在几十微伏伏(V)(V)以下，其频率下限为以下，其频率下限为25100Hz25100Hz，上限为，上限为300500Hz300500Hz，与肌电频带部分重合，加之环境电磁，与肌电频带部分重合，加之环境电磁干扰，故常规心电图显现不出该信息。现在一般用干扰，故常规心电图显现不出该信息。现在一般用信号迭加平均技术提取心室晚电位。信号迭加平均技术提取心室晚电位。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng由于临床上一般都将心电信号，包括含晚电位的心由于临床上一般都将心电信号，包括含晚电位的心电信号，记录在一种特殊的心电图纸上，故临床医电

83、信号，记录在一种特殊的心电图纸上，故临床医生把这种用信号迭加平均技术获得的、记录在纸上生把这种用信号迭加平均技术获得的、记录在纸上的、含心室晚电位的心电信号的图形称为信号平均的、含心室晚电位的心电信号的图形称为信号平均心电图（心电图（SAECG: signal-averaged ECGSAECG: signal-averaged ECG）。）。从理论上讲，在心肌的任何部位，只要存在有不从理论上讲，在心肌的任何部位，只要存在有不稳定的电信息，且这种电信息有延迟出现的病理基稳定的电信息，且这种电信息有延迟出现的病理基础，就有可能出现晚电位础，就有可能出现晚电位(LP(LP：1ate potent

84、ials)1ate potentials)，包，包括心房晚电位和心室晚电位。用心内膜或心外膜标括心房晚电位和心室晚电位。用心内膜或心外膜标测记录时，在测记录时，在QRSQRS波主体之外，在舒张期的任何时波主体之外，在舒张期的任何时相（相（phasephase），可呈孤立的电波，称为延迟电活动），可呈孤立的电波，称为延迟电活动(delay electivity)(delay electivity)或者呈连续杂乱的碎裂电位，称为或者呈连续杂乱的碎裂电位，称为碎裂电活动碎裂电活动(fragmented activity)(fragmented activity)，亦即心室晚电位。，亦即心室晚电位。d

85、ocin/sundae_mengdocin/sundae_meng 晚电位是碎裂电位在体表上的反映。迄今为止人们对心室晚晚电位是碎裂电位在体表上的反映。迄今为止人们对心室晚电位的研究较多，而对心房晚电位的研究相对较少。电位的研究较多，而对心房晚电位的研究相对较少。一、概述一、概述一、概述一、概述近年来，人们对记录心室晚电位的方法学和临床意近年来，人们对记录心室晚电位的方法学和临床意义的研究在不断深化。自从义的研究在不断深化。自从19611961年年DurrerDurrer等在实验等在实验犬缺血心肌兴奋过程中，发现心内膜下梗死区的相犬缺血心肌兴奋过程中，发现心内膜下梗死区的相应心外膜区有延迟

86、电位存在以来，开展对这种心电应心外膜区有延迟电位存在以来，开展对这种心电活动现象的研究已有活动现象的研究已有3030余年历史。由于冠心病发病余年历史。由于冠心病发病率的增高，恶性室性心律失常又是致死的主要原因，率的增高，恶性室性心律失常又是致死的主要原因，所以这一电活动现象及其意义日益被人们重视，嗣所以这一电活动现象及其意义日益被人们重视，嗣后有很多学者在这方面的工作取得较大成绩。后有很多学者在这方面的工作取得较大成绩。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng19781978年，年，BerbariBerbari等采用信号平均技术首次报道在犬等采用信号平均技术首次报道

87、在犬的体表测出心室晚电位。的体表测出心室晚电位。FohtoineFohtoine报道在人的体表报道在人的体表测出心室晚电位。同年，测出心室晚电位。同年，JosephsonJosephson等第一次在病等第一次在病人的心内膜用导管心内膜标测方法直接记录到碎裂人的心内膜用导管心内膜标测方法直接记录到碎裂的延迟电活动，并发现这种延迟的、低振幅的信号的延迟电活动，并发现这种延迟的、低振幅的信号与室性心律失常有关，证实了碎裂电位与室性心动与室性心律失常有关，证实了碎裂电位与室性心动过速的密切关系。过速的密切关系。19841984年年CainCain等在前人研究的基础等在前人研究的基础上利用快速傅利叶变换

88、，对上利用快速傅利叶变换，对SAECS(SAECS(信号平均心电信号平均心电信号信号) )进行频谱域分析，从而使心室晚电位的研究更进行频谱域分析，从而使心室晚电位的研究更加深入。加深入。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng19891989年年HaberlHaberl等报导了呈现晚电位的多段频谱标测等报导了呈现晚电位的多段频谱标测技术（技术（multi-segment spectral mappingmulti-segment spectral mapping），即动态），即动态谱技术，形象地展现了晚电位的存在，如图谱技术，形象地展现了晚电位的存在，如图12-9

89、12-9。图中可以看出，从下到上，晚电位的成分逐渐增加图中可以看出，从下到上，晚电位的成分逐渐增加（从心电信号的（从心电信号的R R波下降支逐渐进入波下降支逐渐进入STST段）。段）。图12-9 展现心室晚电位的动态谱技术docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 二、检测方法二、检测方法二、检测方法二、检测方法晚电位的记录方法分有创直接记录法和无创体表记晚电位的记录方法分有创直接记录法和无创体表记录法。录法。 ( (一一一一) )有创直接记录法有创直接记录法有创直接记录法有创直接记录法 1 1心内膜标测心内膜标测心内膜标测心内膜标测经静脉或动脉插入导管做左或右心

90、室内膜标测。由经静脉或动脉插入导管做左或右心室内膜标测。由于冠心病主要累及左心室，而且恶性心律失常也多于冠心病主要累及左心室，而且恶性心律失常也多起源于左心室，故在左室标测更利于检测心室晚电起源于左心室，故在左室标测更利于检测心室晚电位。将心内电极置于心内膜进行，以位。将心内电极置于心内膜进行，以10161016个探查个探查点记录心室电信号，观测有无心室晚电位。也可在点记录心室电信号，观测有无心室晚电位。也可在心脏直视手术中采用网套式多个电极进行多点心内心脏直视手术中采用网套式多个电极进行多点心内膜标测，记录心室电信号，观察有无心室晚电位。膜标测，记录心室电信号，观察有无心室晚电位。docin

91、/sundae_mengdocin/sundae_meng 2 2心外膜标测心外膜标测心外膜标测心外膜标测在外科心脏直视术中进行，利用探查电极在心外膜在外科心脏直视术中进行，利用探查电极在心外膜选多个探查点，于窦性心律时观察心电信号的选多个探查点，于窦性心律时观察心电信号的QRSQRS波群后是否出现心室晚电位。据一些学者的研究结波群后是否出现心室晚电位。据一些学者的研究结果表明，心肌梗死和室速患者中，内膜标测法发现果表明，心肌梗死和室速患者中，内膜标测法发现心室晚电位的机会高于外膜标测法。有创方法由于心室晚电位的机会高于外膜标测法。有创方法由于是直接记录，检出率高，干扰小，而且是每搏的心是直

92、接记录，检出率高，干扰小，而且是每搏的心室晚电位而非叠加的，故准确性高，可靠性强。缺室晚电位而非叠加的，故准确性高，可靠性强。缺点是要行手术或心导管，不易被患者接受，而且一点是要行手术或心导管，不易被患者接受，而且一般的医院也没有条件进行。般的医院也没有条件进行。 ( (二二二二) )无创性体表记录法无创性体表记录法无创性体表记录法无创性体表记录法无创性体表记录法都是采用迭加平均法记录无创性体表记录法都是采用迭加平均法记录SAEGSSAEGS。常用的工作程序是：病人常用的工作程序是：病人前置放大前置放大高通滤波高通滤波A/DA/D转换转换QRSQRS波检测波检测建立模板建立模板迭加平均迭加平

93、均显示与记录。显示与记录。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 三、分析方法三、分析方法三、分析方法三、分析方法 1 1时域分析时域分析时域分析时域分析 (1)(1)体表电极与导联体表电极与导联体表电极与导联体表电极与导联记录心室晚电位，应采用银记录心室晚电位，应采用银氯化银或纯银电极，氯化银或纯银电极，通过导电胶与皮肤接触，以有效地降低接触阻抗。通过导电胶与皮肤接触，以有效地降低接触阻抗。病人的皮肤要用乙醇或其他溶剂彻底清洁，以降低病人的皮肤要用乙醇或其他溶剂彻底清洁，以降低阻抗，减少噪声，最好能测量阻抗，要求阻抗，减少噪声，最好能测量阻抗，要求100010

94、M10M。高共模抑。高共模抑制比（制比（CMRRCMRR），如），如10101010分贝（分贝（dBdB）。高放大倍）。高放大倍数，如数，如103106103106倍。通带宽度为：倍。通带宽度为：0.03500Hz0.03500Hz。采。采用隔离浮置技术。用隔离浮置技术。 (3)(3)高通滤波高通滤波高通滤波高通滤波巴特沃什（巴特沃什（BatterworthBatterworth）高通滤波器，如）高通滤波器，如4 4阶，低阶，低端截止频率端截止频率2525或或40Hz40Hz。目的是去除低频成分（。目的是去除低频成分（T T、P P波的主要成分都要被除去）。不需工频（波的主要成分都要被除去）

95、。不需工频（5050或或60Hz60Hz）陷波。）陷波。 (4)A/D(4)A/D转换转换转换转换 A/DA/D转换器要求最少有转换器要求最少有1212位精度。转换频率不小于位精度。转换频率不小于2kHz(2kHz(一般都能达到一般都能达到) )，至少三个通道。，至少三个通道。 (5)QRS(5)QRS波检测：波检测：波检测：波检测：见第五章。见第五章。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng (6) (6)信号迭加平均信号迭加平均信号迭加平均信号迭加平均技术要求：对于低端截频为技术要求：对于低端截频为25Hz25Hz时，噪声时，噪声1V1V。对于低端截频为对于低

96、端截频为40Hz40Hz时，噪声时，噪声0.7V99%99%，则进行迭加平均，否则舍弃。，则进行迭加平均，否则舍弃。噪声窗选择：一般选择噪声窗选择：一般选择TPTP段段40mS40mS长度（对于长度（对于1kHz1kHz采样，采样，4040点），可人工移动，用以计算噪声水平。点），可人工移动，用以计算噪声水平。相关窗选择：在相关窗选择：在QRSQRS波的降支，相关窗长度波的降支，相关窗长度40mS40mS。相关窗可人工移动，用以计算相关系数。相关窗可人工移动，用以计算相关系数。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 综合向量模的合成：见第五章的三维正交导联的向

97、综合向量模的合成：见第五章的三维正交导联的向量合成。综合向量：量合成。综合向量： V(n) = X2(n) + Y2(n) + Z2(n) 1/2 V(n) = X2(n) + Y2(n) + Z2(n) 1/2 (12-23)(12-23) 式中，式中，V(n)V(n)为综合向量模信号，为综合向量模信号，X(n)X(n)、Y(n)Y(n)、Z(n)Z(n)为为滤波后的滤波后的X X、Y Y、Z Z导联的心电信号。导联的心电信号。 (7)(7)晚电位的识别晚电位的识别晚电位的识别晚电位的识别晚电位的终点：逆向扫描晚电位的终点：逆向扫描STST段，以段，以3 3倍于基础噪声倍于基础噪声（一般（

98、一般1V1V）的段（至少）的段（至少5mS5mS段长）与基础噪声段段长）与基础噪声段的交点视为晚电位的起点。的交点视为晚电位的起点。晚电位的起点：晚电位的起点：QRSQRS向量模末端幅度低于向量模末端幅度低于40V40V的的点。但标准尚未统一。点。但标准尚未统一。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 图图12-10 VLP12-10 VLP综合向量模综合向量模docin/sundae_mengdocin/sundae_meng (8) (8)晚电位测量晚电位测量晚电位测量晚电位测量晚电位的总的特点是持续时间长，幅度小。测量参晚电位的总的特点是持续时间长，幅

99、度小。测量参数有：数有： QRSDQRSD：标准：标准QRSQRS波时限，在未滤波的波时限，在未滤波的X X、Y Y、Z Z三三个导联上的测量值的均值。正常值：个导联上的测量值的均值。正常值： 120mS120mS。 QRSTQRST：综合模上测量的总：综合模上测量的总QRSQRS波时限。正常值：波时限。正常值： 114mS114mS。 LAS40LAS40（D40D40）：）：QRSQRS向量模末端幅度低于向量模末端幅度低于40V40V的的段（到段（到QRSQRS终点）的持续时间。正常值：终点）的持续时间。正常值： 40mS40mS。 docin/sundae_mengdocin/sunda

100、e_mengRMS40RMS40（V40V40）：）：QRSQRS向量模末端幅度低于向量模末端幅度低于40V40V的段的的段的40mS40mS内的幅度的内的幅度的均方根值。正常值：均方根值。正常值： 25V25V。 QRSD QRSD 、LAS40LAS40、 RMS40RMS40测量结果的例子示于图测量结果的例子示于图12-1012-10。 2 2频谱分析频谱分析频谱分析频谱分析心室晚电位信号的时域分析法存在以下一些问题：心室晚电位信号的时域分析法存在以下一些问题：诊断标准不统一；诊断标准不统一；不能检测出埋在不能检测出埋在QRSQRS之中的之中的心室晚电位；心室晚电位；对有束支传导阻滞或

101、心室内阻滞者对有束支传导阻滞或心室内阻滞者常难于鉴别；常难于鉴别；由于各患者心室晚电位的频率范围由于各患者心室晚电位的频率范围不同，因此使用何种高通频率滤波器带有不同，因此使用何种高通频率滤波器带有定的盲定的盲目目性。因此有主张进行频域分析的研究。频域分性。因此有主张进行频域分析的研究。频域分析具有以下优点：析具有以下优点：不需要复杂的高通滤波器；不需要复杂的高通滤波器；对存在束支传导阻滞或心室内阻滞病例的晚电位检对存在束支传导阻滞或心室内阻滞病例的晚电位检测亦有效；测亦有效；采用空间迭加和单搏分析技术可检出采用空间迭加和单搏分析技术可检出有文氏现象的晚电位。有文氏现象的晚电位。频域分析常采用功率谱频域分析常采用功率谱(power spectrum)(power spectrum)和幅度谱和幅度谱两种形式：两种形式：docin/sundae_mengdocin/sundae_meng

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-【大学课件】生物医学信号数字处理技术的应用

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