频谱心电图-周波.ppt

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1、频谱心电图,桂林市人民医院干部病房 周 波,内容简介,频谱仪工作原理 频域和时域 基波与谐波 二次谐波 低频信号与高频信号 心电图频域自动分析 正常功率谱图的特征 异常频谱心电图分析,频谱仪工作原理,频谱分析仪一般都以正峰值作为其主要检波方式，而把采样方式作为辅助检波方式。 采用正峰值检波方式，即peak方式，不管分辩带宽和视频带宽之比是多少，都不会丢失有用信号和杂散的信息。如果采用其他方式检波，如果仪器其他参数设置不合理，就会丢失有用信息。 所以心电频谱分析仪采用V5（输入）和导联（输出）分析,频域和时域,傅立叶变换告诉我们：任何时域内电信号都是由一个或多个不同频率、不同幅度和不同相位的正弦

2、波组成的，应用频域测量，就能以频谱的形式显示出每个正弦波的幅度随频率变化的情况 时域得到的是信号的波形信息（如：体表心电图），不能测量混合信号，在时域上无法区分有用信号和无用信号。 在频域上可以准确地测量有用信号和无用信号的各种参数。,心电信号是一种周期性信号、具有频率、振幅（或功率）和相位等要素。心电图的波形是由一系列不同频率、振幅和相位的正弦波精确叠加而体现出来。 常规心电信号波形分析一般是对心电波形在时间域和幅值域里进行分析，即对心电信号的幅值对时间为坐标的函数x(t)在时间域t内进行分析。通常的测试记录都是一维记录，不管是在记录纸上还是在磁带上，总是一个数轴代表时间而另一个数轴代表幅值

3、，它表示了动态信号的幅值和时间的关系。,心电信号的频率分析（频谱分析）是对心电信号在频率域内进行分析，分析的结果是以频率为横坐标的谱线，可得到各种幅值以频率为变量的频谱函数F(w)。心电信号经频谱分析可得到它的幅值谱、相位谱、功率谱和各种谱密度等。频谱分析过程较为复杂，它是以傅立叶级数和傅立叶积分为基础的。 心电信号的时域分析（时间域）与频域分析（频率域）是可以互相转换的，它通过傅立叶变换把他们联系起来。,频域和时域表明了动态信号的两个观察面，即它们观察信号方法的角度不同，把心电图从时间域转化成频率域进行分析可以使得在一个坐标系中原来不明显的特征而在另一个坐标系明显起来，从而有利于信号特征量的

4、提取。 一般来说时域分析较为形象、直观，而频率域分析则更为简练，剖析问题更加深刻和方便。下图我们直观地表示了从时间域和频率域来观察一个动态信号之间的有机联系。,时间,基波与谐波,基波：将非正弦周期信号按傅里叶级数展开，频率与原信号频率相同的量。是复合波的最低频率分量。 谐波：频率等于基波整倍数的正弦波分量称为谐波。 谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。 谐波频率是基波频率的整倍数。,二次谐波,将非正弦周期信号按傅里叶级数展开，频率为原信号频率两倍的正弦分量称为二次谐波。,根据法国数学家傅立叶(MFourier)分析

5、原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。 谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。 谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为lOOHz，3次谐波则是150Hz。,低频信号与高频信号,高频和低频是指信号频率变化的速度。 信号变化越激烈，高频成分越多。 高频信号反映信号的稳定性 心电信号的稳定性体现在波形有无畸变、衰减、移位、振荡等指标上。 频谱分析要特别注意对高频成分的分析 频率与功率的变化大致呈反变关系,心电图频域自动分析,采用离心脏最近的V5导联信号和离心

6、脏最远的标准导联信号，作为计算和分析的心电信号，在频域中对它们进行功率谱、传递函数、脉冲响应、相干函数和互相关函数等的分析，来检测心电信号从离开心脏出发到肢体远端的频域特性，分析心脏的情况和特点。,V5导联的心电信号记为y (n),导联的心电信号记为x (n)。 其傅立叶变换频谱为： FX()=HX()ejX() FY()=HY()ejY(),(1)功率谱(GXX ，GYY ，GXY),心电功率谱是心电信号每一频率成分功率分布的反映，分为自功率谱和互功率谱。 反映心肌能量储备和释放状态、能量分配是否合理、有无主功率分散。 反映能量的积聚、成熟、释放、复位的全过程 反映冠脉供血状况，心肌收缩力强

7、弱，心电信号的稳定 V5和导本身的自功率谱和互功率谱为： GXX=FXX .F*XX=HXX()2 GYY=FYY .FYY=HYY()2 GXY=FXY .FYY,由于心电信号基本上是周期性的，舒张期储能，收缩期释放能量。各个周期的过程和波形有较好的相似性和稳定性，因此，其功率谱基本上是分立的，其谱线间距大致相等。第一谱峰反映心脏搏动的频率。正常心电，频谱具有一定的形状和幅度，基波高于一次谐波，主要功率集中在几个低次谐波上，并且含有一定成分的高次谐波。 心脏病变后，功率谱会发生变化，如基波低于一次谐波，高次谐波消失，频谱包络线变形等。,正常功率谱图的特征：,心电功率谱是由一组间距相等的波峰（

8、称为谱线）组成的，P1称为基波，P2、P3、P4等称为谐波，心电功率谱的正常图形有以下特征： 1、前4条谱线较为明显清晰，谱线为尖锐的单峰，奇数谱线一般高于其后的偶数谱线； 2、谱线等间距； 3、功率谱第一峰称为基波，它与受检者的心率相对应，因此可按第一峰出现的位置而确定心率。心率基波频率60 4、功率谱由第一峰（基波）和第二、三、四等高次谐波所组成。直流分量加上基波，二、三、四次谐波，占心电总功率的90%以上。,正常功率谱图形,功率谱的具体指标,1、R21 (P2波与P1波之比） （Ratio of 2 by 1) 正常值定义：P2/P1 0.75,R 2/1指标阳性功率谱图形,2.R51

9、(P5波或以后的波与P1波之比）（ Ratio of 5 by 1) 正常值定义：MAX(P5,P6,P7,)/P1 0.75,R5/1指标阳性功率谱图形,3. LO1 （P1波过低， Low 1） 正常值定义：P1 0.5 mm,LO1指标阳性功率谱图形,4. LO3 （P3波过低， Low 3） 正常值定义：P3 0.5 mm,LO3指标阳性功率谱图形,5. HIA （P1至P4波过高， High All） 正常值定义：P1+P2+P3+P4 60 mm,HIA指标阳性功率谱图形,6. LOA （P1至P4波过低， Low All） 正常值定义：P1+P2+P3+P4 10 mm,LOA指

10、标阳性功率谱图形,(2)心电传递函数的幅频、相频特性(HXY和XY),传递函数如下： 其中，HXY为幅频特性，XY为相频特性。对它们分析可以观测心电信号间的幅度、相位与频率间的关系，探查心电系统的特性、品质、稳定性、可靠性等。,正常人导和V5导的心电信号基本类似，所以AXY(w)为常数，XY大致分布在零线附近。 若心脏有病，影响心电信号传输，就会导致AXY(w)发生变化，如XY波动起伏。,传递函数相移又称传递函数相频，是V5导联心电信号作为输入，II导联心电信号作为输出，这两个导联的相位差，以传递函数对其相移特性进行分析。 横坐标在图的中部代表频率，每刻度为2Hz，纵坐标代表相移的程度在180

11、。为30mm，横坐标上方为正，下方为负。,a.是反映所选用的两个导联心电信号之间的对应关系，以传递函数对其相移特性进行分析。 b.正常传递函数相移是分析3个小格范围内的6Hz-20Hz的相移曲线走向和形态。反映角度的变化。 c.若两个心电信号之间的相位差很小，相移曲线走向平稳，无大的波折，沿着基线有较小的波动的相移曲线，与横坐标的距离为1mm5mm，这表示V5导联与II导联心电信号相位差在30-30范围内，正常相移曲线接近基线。,幅频图（Hxy）反映的是V5导联和II导联心电信号的振幅比，体现心电信号的衰减（振幅比是否恒定）和稳定度（高频段振幅的波动）。 横坐标代表频率与传递函数相移相同，纵坐

12、标代表幅值。 Hxy 与相干函数图一并分析。,正常传递函数幅频图的特征,从以上两个导联心电信号分析所取得的传递函数相频特性和幅频特性图，便可以对心电传输系统的特性、品质、稳定度等进行分析，从中可得到反映心脏功能状态的指标，以作心脏功能的诊断指标，共相频特性可反映两个导联心电信号之间的相关性。,(3)心电脉冲响应(PIH),在自动控制理论中，脉冲响应是衡量一个系统的品质因数的重要指标。用于人体心脏的评估，它也是一个很重要的函数，可以衡量心脏的调整能力。其定义如下： PIH=FT -1AXY(),如果V5和的心电信号形状很相似，那么A()为常数，常数的逆变换为一个单脉冲，所以正常人的PIH为一个单

13、脉冲，表示心脏有很好的调整能力，适应性好。 若脉冲响应异常，呈现多峰、倒峰、无峰或锯齿状，均反映心脏功能有问题。,正常脉冲响应图的特征及意义,a.反映心电信号在一次脉冲输入情况下的输出情况 b.正常心电脉冲响应图主峰是由一个主峰和数个小峰组成，正向的主峰位于图的中央，呈高而窄，为直立单峰。 在时间域中表达两个信号的对应关系（时域关系） 可以了解心肌对一次脉冲的反应能力、除极的离散程度、传导有无延迟、心电信号的稳定性。,正常心电脉冲响应图,(4)相干函数(RF),相干函数代表两个信号之间的相互关系，表达导联信号有多大程度包含在V5导联信号之中，借以分析两个导联心电信号在各个频率上振幅、频率和相移

14、之间的相干性和协调性。 在频谱心电图中，不同导联信号的相干函数表示心脏不同部位功能的相应性和协调性，其变化范围在0和1之间。 接近1表示两导联信号间相关性高，而接近0表示它们独立性强。,相干函数定义为：,相干函数定义为：,正常情况下，心电向量在V5和导联上的投影大致相似，V5和之间具有很高的相干性，所以RF 接近为1。,正常相干函数图的特征：,正常相干函数图，其相干曲线在起始部有几次波折，以后曲线走向平稳，尤其是高频段。 a.分析自功率谱基波所在频率位置的相干值，其值0.85 为正常； b.在Hxy 图上4Hz 以上的部分找出幅频最大值，按其所在频率在RF 图上找出相应频率的相干值，其值0.8

15、5 为正常； c.观察RF 图上高频段的相干值，即6Hz 以上RF 曲线的走向和形态，正常时该部份曲线平稳，相干值接近1。,正常相干函数图,(5)互相关函数(VXY),在频谱心电图中，互相关函数反映了V5和导联信号的相互依赖性，是心脏不同部位的电活动功能及它们相互匹配的反映。 反映两个导联心电信号在不同时刻的相互关系 （时域关系） VXY=FT -1GXY(),正常人的VXY 为一周期性、左右对称的波形，最高点位于坐标的0点处。 VXY 出现N 型波的异常情况时，这样的患者心脏几乎都不正常，尤其是冠心病患者。,正常互相关函数图的特征,a.互相关函数曲线呈数个形态相似，间隔相等的波峰，在图正中零

16、位线上的波峰为R，其振幅较高，其余依次为R2、R3 幅度依交衰减。 b.互相关函数两个R 峰之间称为PT 段，通常应有二个或三个正向波。R1 在横坐标零位线上，R1、R2、R3 间距相等，R 峰 之间有两个正向小波，形态规则，幅值在正常范围内，提示心电信号周期性，稳定性均好。,正常互相关函数图,正常人的频谱心电图是有规律的。主要能量集中在前面几个谐波上，基波比较高，并且含有相当数量的高次谐波分量；传递函数相频特性XY趋向于零线；脉冲响应为很规则的单脉冲；相干函数RF趋向于1；互相关函数VXY是周期性、左右对称的波形。,异常频谱心电图分析,心脏病人的频谱心电图明显不同于正常人。 冠心病患者的频谱

17、心电图表现出了明显的特异性：在自功率谱中，基波降低；传递函数相移远离基线，相差高达90度；相干函数出现高频波动，而正常人则趋于1；脉冲响应的主峰形态异常，且主峰基本消失。,频域心电图结果的判定、记分和分级标准,FCG 由9 幅函数（自助率谱Gxx、Gyy，传递函数相移Qxx，传递函数幅值Hxy，自相关函数Vxx、Vyy 和互相关函数Vxy）组成，目前开发的诊断指标共7 大项32 个指标，采用加权法判别，按各指标的不同权重给予记分，在7 大项中以其所属单项的最高得分为权项，各权项相加为总值，然后分级，根据级数判定结果。分极标准如下： 总值5 总值即等于相应级 6总值7 总值等于6 级 8总值15

18、 总值等于7 级 16总值24 总值等于8 级 25总值30 总值等于9 级 31总值35 总值等于10 级,根据分级评判的结果，给予诊断意见： 基本正常：FCG 为45 级； 可疑：FCG 为6 级； 异常：FCG 为7 级以上。 采用记分、分级办法的优点是： （1） 从记分的多少和级别的高低可以衡量FCG 改变的程度，即使是异常FCG，也有轻重之分。 （2） 便于和其它检验的数值进行比较或作统计学的相关分析。,利用功率谱指标阳性分布进行冠心病和心肌缺血的定位诊断,道理与利用Q波进行心肌梗塞定位判断的原理相似。 为了直观表达，设计了2组直方图，一组为额面直方图，另一组为横面直方图，横坐标为心

19、电轴的大小，0至360度。 在额面依次对应着以下导联排列：I, -aVR, II, aVF, III, -aVL, -I, aVR, -II, -aVF, -III, aVL, I. 在横面依次对应的导联排列是：V6, V5, V4, V3, V2, V1, -V6, -V5, -V4, -V3, -V2, -V1, V6. 图中方柱低于或等于中线时属于正常，若连续3个导联上出现方柱高于中线，则说明受试者在该导联所反映的部位存在明显的心肌缺血。,功率谱阳性指标定位直方图,若以上组合同时出现时，程序判定的原则以从1到19的顺序首先确定的异常部位为准。 如果在检测过程中，患者10%的心搏为异位心搏，则FCG的诊断结果可靠性降低，因为异位心搏信号会使FCG谱线紊乱，相应的指标失去了原来的意义。 使用12导联FCG功率谱指标定位分析心肌缺血和冠心病，是一项新的课题，时间尚短，有待于不断的提高和完善。相信随着FCG设计理论的不断发展，FCG作为检测心电信息的手段之一，必将得到更加广泛的认可和普及。,谢谢,谢谢,