心率变异性分析的标准化问题
心率变异性分析的
标准化问题
吴杰
本文作者吴杰先生武汉同济医科大学
附属同济医院心内科副教授副主任医师
中华心电生理和起搏学会心电图学组专业委员
关键词: 心率变异性标准化方法学
自从1987年Kleiger等报道了心率变异性(Heart Rate Variability HRV)降低可作为心肌梗死后猝死的预测因子以来国内外掀起了研究HRV的高潮大量研
究结果表明: HRV分析是判断自主神经系统活动的一项有价值的指标但由于检测方法和仪器设备的标准化问题尚未解决导致各家研究结果难以比较和验证有时还会导出错误的结论为了规范HRV研究欧洲心脏学会和北美起搏和电生理学会于1996年发布了有关HRV研究的工作指南我国也于1997年在中华心律失常学杂志发表了关于心率变异性检测与分析工作规程的建议1998年
在中华心血管病杂志上刊载了心率变异性检测临床应用的建议以规范这一领域的研究提高整体研究水平本文介绍有关HRV分析的标准化问题
一HRV的基本概念
HRV是指心率的快慢差异性HRV分析的概念不同于通常以每分钟为单位的平均心率差别如80次/min或120次/min HRV是分析逐个心动周期的细微的时间变化及其规律这种变化在体表记录的常规心电图上常难以测出或因微小而略而不计同时由于常规心电图记录时间过短无法反映整体的规律性为此
常规心电图上习惯描述的规则的窦性心律绝不等于心率没有变异或HRV降低前者是一正常概念而后者是一病理情况绝不能混淆
HRV的研究对象只是逐次心动周期的时间差别罗列人体每次心动周期间的差别可显示出一大堆貌似无序的参数反映了心率连续的瞬时波动而心率的波动并非偶然而是受体内神经体液的调控为适应不同的生理状况或某些病理状态而作出的反应换言之心率的波动变异的内涵是十分丰富的如何从心率
波动这一简单现象中从一大堆无序的参数中提取分析出其中有序的规律用以说明人体的生理或病理变化是HRV分析的实质所在也是有别于其他心电检测技术的关键
二HRV检测的方法学
HRV检测实际上是心动周期变异的检测各项HRV指标的测量都是建立在NN间期(即R-R间期)测量的基础上从方法学上可分为时域方法频域方法及
非线性(混沌)方法
1. 时域方法(Time Domain Methods)
可分为统计法与图解法目前文献上所见到的时域分析的指标甚多其中有
一些意义相同且重复有一些又是定义不明确或是计算十分繁杂但总的说来
时域分析的各种指标都是用定量的方法对心动周期(R-R间期)的直方图或R-R间期差值的直方图的形状的描述
a. 推荐使用的统计法指标和定义见表1
b. 推荐使用的图解法指标和定义见表2
c. 推荐使用的HRV时域指标中SDNN HRV三角指数用于评估24h长程
HRV总体变化的大小; SDANN反映HRV中慢变化成分; RMSSD反映HRV中快变化成分
d. 使用时域指标的注意事项:
(1) 长时程(总体)HRV分析以24h为宜; 短程分析则以5min时段为宜分析长短程的指标不能相互取代
(2) HRV三角指数的计算结果与时间单位(bins)直接相关国际上推荐使用
1/128s(7.8125ms)作为时间单位如果时间单位不同则计算出来的三角指数不能进行比较
(3) 分析不同时程的HRV的结果不能直接比较
(4) 应该注意区分选用的指标是直接测定R-R间期的差别还是测定相邻R-R 间期的差别或是测定瞬时心率变化因为各自所得的结果不能直接比较
2. 频域方法(Frequency Domain Methods)
任何形状的曲线包括瞬时心率变化趋势图都可以分解为数目不等的不同频
率不同幅度不同相位的正弦曲线也就是说任何复杂的混乱的曲线都可以转
换归纳成不同的正弦曲线的组合根据各种正弦曲线的功率分布绘制出频谱曲
线从而可揭示某些规律这种分析方法称之为频谱或频域分析
将心率变化曲线转变为频谱常用的方法有快速傅立叶转换法(FFT 算法)和自回归分析法(AR 算法)两种算法所绘制的图形不相同但其数量的结果是可比的FFT 算法简单运行快速; AR 算法的优点是其频谱图中各频段的曲线平滑频谱峰的中心频率容易识别易为临床医生所接受
关于频域分析的功率谱密度(PSD)单位有的采用ms 2/Hz 反映R-R 间期变异; 有的采用Beats 2/Hz 反映瞬间心率变化尽管从理论上都是反映心搏活动的变化
但前者对反映各频谱变化的敏感性远远高于后者故推荐使用ms 2/Hz
a. 推荐使用的频域指标和定义见表3和表4:
与HRV 的时域分析不同频率分析对短时和长时间分析结果的意义有很大
差别5min 短程的分析应取平卧休息状态控制好病人及环境条件避免各种暂时影响自主神经活动的因素诸如兴奋活动深大呼吸吸烟饮酒后等等使所得出的结果各频段反映出被检查者固有的自主神经活动情况而24h 长程的频域分析不可能做到控制上述各种因素因而其结果只能反映总体的综合情况
对5min 的分析建议采用以下指标: 5min 总功率密度(ms 2)
VLF(ms 2)
LF(ms 2)LFnorm(nu)HF(ms 2)HFnorm(nu)LF/HF 以上必须说明的是LFnorm 和HFnorm 两者分别为低频段功率与高频段功率归一化的值其单位为(nu)其计算方法是用所测得的LF 或HF 功率的绝对值除以总的功率减去VLF(极低频)再乘以100归一化的LF 及HF 值更能直接反映迷走交感神经调节的变化
Lfnorm=
100)(×?VLF
HF LF 总功率或
对于24h 长程分析不宜采用LFnorm HFnorm 及LF/HF 等指标
而ULF(超低频段)与时域指标SDANN 相当有一定的价值可以采用
b. 频域分析的注意事项:
(1) 短程和长程分析应严格区分应根据研究内容的不同正确选用长程或
短程分析两者不能相互取代对于用短程分析所得到的结果不能与长程所得者
相比反之亦然
(2) 短程分析采样过程中最好避免有早搏漏搏等情况不可避免时应在软
件设计中设有人工编辑功能以确认窦性心搏分类的正确性并可选择性剔除伪
差和早搏插入QRS检出时漏掉的心搏
(3) 采用FFT方法的频谱分析除应提供频谱曲线及各谱段的具体数据外
应说明所分析的样本数及所使用的频谱窗(目前较多用的是Hann Hamm-ing
Triangular等)采用AR分析则应标明所使用的数学模型计算时使用的数据个数LF和HF等频段的中心频率以及相应的测试要求
c. 频域分析和时域分析的比较同一段短时稳定记录的心电信号从频域分析中可以得到比时域分析更多或更准确的有关自主神经活动的信息
24h长程HRV的频域和时域分析指标在很多方面是高度相关的见表5按具体参数来看: 时域指标中的SDNN三角指数TINN与频域中的总功率相当: SDANN与ULF相当; SDNN Index与每5min总功率的平均值相当; 其余的RMSSD SDSD PNN50差异指数均与频域分析的HF所代表的意义相同为此除非有特别目的采用24h时域分析不必要作频域分析
3. 非线性方法(Nonlinear Methods)
心率变异的产生肯定存在非线性现象它取决于血流动力电生理体液及自主神经调控之间复杂的相互影响应用非线性的动态方法来分析HRV可能取得更有价值的信息这一设想是对的目前非线性分析方法也很多但均涉及十分复杂的数学问题近几年非线性系统理论及分析方法(例如相关维算法Lorenz 散点图李雅普诺夫指数的应用)取得了进展展现了在这一领域中HRV分析的潜在价值不过由于缺乏临床对照比较标准其所得结果的意义尚不明确仍有
待于深入探究和做更多的工作方能得出结论
三HRV分析仪器的要求
1. HRV检测分析仪器最好同时具备采用自回归分析法(AR)和傅立叶转换法(FFT)短程HRV频域分析的功能并按对HRV频谱分析的要求打印报告
2. 能完成SDNN SDANN RMSSD HRV三角指数4个标准的长程记录的时域指标的分析
3. 用于HRV检测和分析的数据采集和处理应按下列流程图(见图)来进行
心电图数据经数字化后进入计算机首先进行伪差的识别在R-R数据编辑中识别异位搏动心搏下一步剔除坏点(包括伪差异位搏动等)产生NN 间期数据在这个阶段中应包括有人工编辑功能产生可靠的NN间期数据后可以计算时域指标经过插值和重新采样之后进行频域分析
4. 对于固态的Holter记录器在信号复原时其幅度和相位畸变应很小对于磁带式记录器应带有锁相的时标跟踪信号
5. 记录器的采样频率一般应在250~ 500Hz范围内如果采样频率在100~ 250Hz之间时在计算R波的位置时应采用抛物线插值算法以提高NN间期计算的精度
6. 对商品HRV分析仪器的评价: 对HRV仪器的性能的检测评价是比较复杂的工作欧洲心脏学会和北美起搏和电生理学会于1996年发布的有关HRV研究的工作指南附录中提出了对商品HRV仪器的检测方法和要求可供参考
四HRV的临床应用
1. HRV的临床评价
目前HRV用于临床的研究范围非常广泛包括了很多的心血管疾病乃至
非心血管疾病但迄今为止在实践中HRV有肯定价值的只有两个方面:
a. HRV降低是急性心肌梗死后死亡危险的预测指标: 高危患者SDNN
<50ms三角指数<15; 中度危险SDNN<100ms三角指数<20
急性心肌梗死后HRV的变化是一动态过程急性心肌梗死后早期2~3天HRV 均降低但此后在数周内逐渐恢复6~12月后绝大多数但也不是完全恢复至于什么时间进行HRV分析最具预测价值的问题目前尚缺乏认真的研究当前普遍接受的作为急性心肌梗死预后的预测指标应取心梗后1~3周的HRV分析
急性心肌梗死后1年复查HRV可进一步预测死亡危险
b. HRV可用于评估患者自主神经系统损害: HRV多数表现为所有频带功率均降低; 倾斜试验时LF不升高提示交感神经受损或压力反射灵敏度降低; 总功率异常降低而LF/HF比值不变; LF的中心频率左移(其生理意义尚待研究)
对其他方面的研究如心力衰竭高血压病扩张性心肌病及其它有猝死倾向的心脏病等已发现其发生或病程进展可能与自主神经失衡有关但其具体机制尚待阐明
2. HRV的正常参数值
由于对大样本正常人群的HRV分析尚未进行同时由于各国各地区医院所采用的仪器软件及分析方法均无统一标准所以也无法进行多中心协作研究为此目前不可能提供有权威性的正常值
欧美专家委员会参考了大量文献提供了一组供参考的正常值见表6和表7:
计算机测算HRV的参数值是轻而易举的但对这些计算出来的参数的确切
涵义所代表的生物系统及病理生理反应尚未完全搞清楚严格地讲目前有关
HRV的生理基础各种指标的生物相关性很大程度上还存在认识上的空白要使HRV分析逐步成为一项常规临床检查方法还需解决以下几方面的问题:
(1) 对不同的病理状态下HRV下降的病理生理机制尚需进行更深层的探究
(2) 规范HRV检测仪器和分析软件
(3) 确定各种方法测定的HRV正常值HRV测量标准和正常变异均较复杂
虽已初步测得一些正常值还观察到健康人HRV值随年龄增长而下降但还需进行更大样本研究以获得稳定的正常值
(4) 设计和建立有关的HRV心电图数据库(例如经过临床证实的心肌梗死数据库)通过数据库来客观评估HRV的价值和建立相应疾病的诊断参数并且对各种方法进行比较研究包括改进和优化不同的技术方法
随着HRV研究的规范化和标准化在此基础上临床医生基础医学研究人员和生物医学工程人员密切合作进行多中心协作研究才能促使HRV研究的
深入健康发展
全文完
来源世界医疗器械
出版日期1999年9月
HRV心率变异性
心率变异性的分析方法 心率变异性（Heart rate variability，HRV）是指窦性心率在一定时间内周期性改变的现象，是反应交感-副交感神经张力及其平衡的重要指标。HRV测定方法有两种，即时域测定法和频域分析法。HRV分析心电信号长短不一，短者分析5min或1h，长者可分析24h，甚至几天，国内外普遍采用24h法。 时域法以RR间期的变异为基础，可用标准差、方差、极差、变异系数等来表达。常用指标： [1]SDNN：所有窦性RR间期的标准差； [2]SDNN Index:每5min窦性RR间期标准差的均值； [3]SDANN：每5min窦性RR间期均值的标准差； [4]r-MSSD：所有邻近窦性RR间期长度差异平方均值的平方根； [5]pNN50:50毫秒间隔以上临近周期的比例，单位为百分数。 频谱分析法则是把心率变化信号分解为不同的频率成分并将其相对强度定量为功率，提供了各种频率成分的功率谱测定。常用指标有： [1]高频带（HF，0.15-0.40Hz）:有迷走神经介导，主要代表呼吸变异。 [2]低频带（LF，0.04-0.15Hz）受交感神经和副交感神经共同影响。 [3]极低频带（VLF，0.01-0.04Hz）：可作为交感神经活动的指标。 [4]超低频带（ULF，1.15×10-5-0.0033Hz）：生理意义不明。 [5]总频谱（TF）：是信号总的变异性。代表HF、VLF、ULF的总和。 [6]LF/HF：代表交感-迷走神经张力的平衡状态。HRV的时域和频域测量是相关的，HF 与r-MDSS、pNN50相关，LF、VLF与SDNN Index相关，ULF与SDNN、SDANN明显相关。
慢性心力衰竭患者心率变异性的分析
慢性心力衰竭患者心率变异性的分析 发表时间：2013-10-23T13:28:15.107Z 来源：《医药前沿》2013年第28期供稿作者：付凯段晓静 [导读] 目前认为神经内分泌系统的激活在CHF发生、发展和预后方面具有重要意义，甚至认为是CHF发生发展的中心环节。 付凯段晓静 （水钢总医院心内科贵州六盘水 553028） 【摘要】目的探讨心率变异性（HRV）在慢性心力衰竭（CHF）患者中的变化及意义。方法回顾了60例（心衰组）不同程度的CHF者和60例正常对照组（对照组）的HRV资料，并进行对比分析。结果心衰组HRV指标SDNN、SDANN、RMSSD、PNN50、SDNNindex均显著低于对照组（P＜0.05或P＜0.01），并与心功能分级呈明显相关。结论 HRV 有助于判定心功能不全程度和心脏自主神经受损的关系，HRV分析可作为CHF者病情和预后的一项独立指标。 【关键词】慢性心力衰竭心率变异性心电图 【中图分类号】R541.6 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2013）28-0108-02 慢性心力衰竭（CHF）是常见的临床综合征，是各种病因引起心血管疾病的严重或终末阶段。目前认为神经内分泌系统的激活在CHF 发生、发展和预后方面具有重要意义，甚至认为是CHF发生发展的中心环节。心率变异性（HRV）是指逐次心跳周期差异的变化情况，它含有神经体液因素对心血管系统调节的信息，是反映交感、副交感神经张力平衡的重要指标，是评定自主神经系统对心率影响的一种手段，可作为一项反映自主神经对心脏调控的无创性指标。现已证实：在迷走神经活性增高和/或交感神经活性减低时HRV增高，反之相反。 1 资料与方法 1.1 对象本文回顾性分析了自2010年1月～2012年12月水钢总医院收集的60例CHF患者（心衰组）（排除自主神经功能紊乱、传导阻滞、室上性心动过速、心房颤动以及服用β-受体阻滞剂、抗胆碱能药物及其他影响自主神经功能疾病者）和60例正常人（对照组）所做的动态心电图进行对比。CHF组（心衰组）中，男性38例、女性22例，平均年龄53.8±8.5岁。其中冠状动脉粥样硬化性心脏病36例、风湿性心瓣膜病16例、扩张型心肌病8例。按纽约心功能分级标准分为：心功能Ⅰ—Ⅱ级26例，心功能Ⅲ—Ⅳ级34例；正常人（对照组）60例经询问病史、体格检查、心电图、超声心动图检查无心脏病。男性35例、女性25例，年龄平均54.1±8.2岁。所有入选病例均未接受已知能影响自主神经活性的药物，如β-受体阻滞剂、阿托品、激素等。检查期间均无剧烈运动，情绪激动等。 1.2 方法应用美国美高仪DMS modle-Dhold分析系统，全部受检者均接受24H动态心电图记录。采用人机对话方式对窦性心搏进行分析，评价方法适用时域法。所选指标[①（SDNN）：24小时全部正常窦性心搏R-R间期的标准差；②（SDANN）：全程按5min分成连续的时段，先计算每5min的平均值，再求平均值的标准差。③SDNNindex：24小时内5min节段正常心动周期标准差的平均值。④RMSSD：所有相邻窦性RR间期差值的均方根。⑤ PNN50：相邻RR间期差值大于50ms心搏数占总心搏的百分数。 1.3 所有数据采用SPSS10.0软件包处理，各参数以X±S表示，作t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。 2 结果 2.1 心衰组与对照组HRV比较见表1。从表1中可以看出，心衰组者HRV时域分析的五项指标均较对照组明显下降，差异有显著性（P ＜0.05或P＜0.01）。 表1 慢性心力衰竭组与正常组HRV比较 注：两组比较P值<0.01 3 讨论 众所周知，心脏的自主活动受交感神经和副交感神经的共同控制。HRV反映了窦性心律不齐的程度，它的产生主要是由于神经体液因素对心血管系统精细调节的结果。因此HRV分析是评价心脏自主神经系统功能的一项新方法，可作为心脏自主神经活动的独立评价指标。现已证实：交感神经活性增高时和/或迷走神经活性降低时，HRV降低。交感神经及其所释放的儿茶酚胺对心脏的作用表现为心肌收缩加强和心率增快。在一定情况下可产生致心律失常的作用。迷走神经及其所释放的乙酰胆碱使心肌的兴奋阈值增大，心室致颤阈降低，具有保护性抗室颤作用。所以HRV降低也是预测心脏病患者死亡的独立危险因子。心力衰竭发生过程中存在自主神经功能的受损，首先表现为迷走神经功能的损害，此时心脏功能主要依靠交感神经功能来维持。随着心力衰竭加重及病程延长，长期过高的儿茶酚胺刺激会导致心肌β受体密度下调，交感神经功能也会受到损害。HRV能定量地反映心脏自主神经的活性及其调节功能。时域指标中，SDNN反映交感和副交感神经总张力大小。RMSSD、PNN50主要反映副交感神经张力水平，副交感神经张力水平下降时，其数值降低。SDANN主要反映交感神经张力水平，与心率的缓慢变化成份有关。当交感神经张力增高时，其数值减少。SDNNindex变小是迷走神经活力降低和或交感神经活力增高的反映，提示心衰患者不但有交感神经活性的增强，同时还存在迷走神经活性下降，且迷走神经受损更重，交感神经张力相对占优势，本文发现CHF者时域分析指标均明显低于正常对照组（P＜0.05或P＜0.01），表明心力衰竭患者交感神经活性增强和（或）迷走神经活动
心率变异性分析与麻醉深度监测
心率变异性分析与麻醉深度监测 王娟娟申岱贾晓宁李文硕 ［摘要］背景 心率变异性（ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ，ＨＲＶ）主要受心脏自主神经调控，它可动态、定量地评估麻醉和手术刺激对自主神经功能的影响，为麻醉深度监测提供信息。 目的 探讨脑电信号之外的其他手段——ＨＲＶ用于临床麻醉深度监测的可行性。内容 重点综述了ＨＲＶ与中枢神经系统的关系、ＨＲＶ的分析方法及其用于麻醉深度监测的相关研究。 趋向 ＨＲＶ可以从围术期自主神经功能变化的角度为麻醉深度监测提供更丰富的信息。 麻醉深度；心率变异性； 自主神经系统 Ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ａｎｅｓｔｈｅｓｉａ ｄｅｐｔｈ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇＷＡＮＧ Ｊｕａｎ－ｊｕａｎＳＨＥＮ ＤａｉＪＩＡ Ｘｉａｏ －ｎｉｎｇＬＩＷｅｎ－ｓｈｕｏＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｎｅｓｔｈｅｓｉｏｌｏｇｙ， Ｓｔｏｍｏｔｏｌｏｇｙ Ｈｏｓｐｉｔａｌ ｏｆ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７０， Ｃｈｉｎａ Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ Ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ （ＨＲＶ） ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｂｙ ａｕｔｏｎｏｍｉｃ ｎｅｒｖｏｕｓ， ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｎｏｍｉｃ ｎｅｒｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ａｎｅｓｔｈｅｓｉａ ａｎｄ ｓｕｒｇｉｃａｌ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｌｌｙ， ａｎｄ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ａｎｅｓｔｈｅｓｉａ． Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｌｉｎｉｃａｌ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＨＲＶ ｉｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ａｎｅｓｔｈｅｓｉａ． Ｃｏｎｔｅｎｔ Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ＨＲＶ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ ｎｅｒｖｏｕｓ ｓｙｓｔｅｍ （ＣＮＳ）， ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ＨＲＶ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ａｎｅｓｔｈｅｓｉａ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｔｒｅｎｄ ＨＲＶ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ａｎｅｓｔｈｅｓｉａ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｎｅｒｖｏｕｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｐｅｒｉｏｐｅｒａｔｉｖｅｌｙ． Ａｎｅｓｔｈｅｓｉａ ｄｅｐｔｈ； Ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ； Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｎｅｒｖｏｕｓ ｓｙｓｔｅｍ １０．３７６０／ｃｍａ．ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４３７８．２０１１．１０．０１５ ３０００７０，天津医科大学口腔医院麻醉科 天津医科大学总医院麻醉科 万方数据
心率变异性概念
心率变异性概念 1.定义： 心率变异性(heart rate variability,HRV)是指逐次心动周期之间时间的微小变化，即窦性心律不齐的程度。 2.常用指标及正常参考范围 SDNN:全部窦性心搏RR间期（简称NN间期）的标准差。单位为ms 。 正常参考值：141±39，另一种标准值是141.7±29.2. SDANN:RR间期平均值标准差。单位为ms 。 正常参考值130.9±28.3。 RMSSD:相邻RR间期差值的均方根。 正常参考值39.0±15.0 PNN50:相邻NN之差>50ms的个数占总窦性心搏个数的百分比。 正常参考值：16.7±12.3 3.临床意义： HRV是反映自主神经系统活性和定量评估心脏交感神经与迷走神经张力及其平衡性，从而判断其对心血管疾病的病情及预后，可能是预测心脏性猝死和心律失常性事件的一个有价值的指标。致命性的心律失常与交感神经的兴奋性增加、迷走神经的兴奋性减少有关，自主神经系统活动的量化可以通过心率变化的程度表现出来，心率变异（HRV）代表了这样一种量化标测。即通过测量连续正常P-P间期变化的变异性来反映心率变化程度、规律，从而用以判断其对心血管活动的影响。HRV降低为交感神经张力增高，可降低室颤阈，属不利因素；HRV 升高为副交感神经张力增高，提高室颤阈，属保护因素。大多数人认为SDNN、SDANN、SDNNIndex等时域指标小于50ms，为HRV显著减低，病死率大大增高。 4.临床应用的范围： （1）、心脏性猝死（SCD）预测：由于HRV是反映自主神经张力的最敏感的指标，因此HRV降低是预测心脏性猝死最有价值的独立指标。 （2）、急性心肌梗塞后患者危险性评估： HRV的降低是预测急性心肌梗塞后患者发生心脏性猝死和恶性心律失常危险的重要独立指标。一般建议在梗塞后一周开始进行HRV的检测。HRV在梗塞后立即降低，并在几周内开始恢复（2周
第九章 心率变异性
第九章心率变异性 Heart Rate Variability(HRV) 9.1 概述 心率变异性（Heart Rate Variability，HRV）是指逐次心搏间期之间的微小变异在生理条件下，HRV的产生主要是由于心脏窦房结自律活动通过交感和迷走神经，神经中枢，压力反射和呼吸活动等因素的调节作用，使得心脏每搏间期一般存在几十毫秒的差异。 在静息状态下，正常人的心电图呈现RR间期周期变化，窦性心律不齐是由于呼吸的不同时相所介导的迷走神经反映性波动所致。导致吸气时心率加快，呼气时心率减慢。许多其它因素也可以引起心率的变化，例如体位、体温、血循环中的儿茶酚胺、内分泌激素以及营养、环境、药物、各种疾病等都会影响心率。 由于对HRV的生理和病理意义进行了广泛和深入的研究，其结果表明心率变异信号中蕴含着有关心血管调节的重要信息，对HRV进行分析可以间接地定量评价心肌交感、迷走神经紧张性和均衡性，而且还能分析自主神经系统的活动情况，在多种心血管疾病中，患者的心率变异性都有降低的趋势。 心率变异性还可以作为一个独立的心源性猝死危险性的预测指标。心率变异性分析对多种恶性心律失常的预后判断和药物治疗效果分析有指导作用。 总之，HRV的生理学基础归因于交感、迷走神经系统，其中迷走神经对HRV起着主要的决定作用，所以，迷走神经功能健全时，心率变异程度大，迷走神经功能受损时，心率变异程度小。 9.2 心率变异性的分析方法 HRV分析的心电信号有长有短，短期的只有5分钟，最长1小时；长期的可达24-48小时。记录可在不同体位（仰卧、倾斜、直立或倒立位）和动作（平静呼吸、深呼吸、Valsava 动作、运动）进行。 HRV分析目前采用的方法有时域分析法，是应用数理统计指标对HRV作时域测量，包括简单法和统计学方法；频域方法或频谱分析方法原理是将随机变化的RR间期或瞬时心率信号分解为多种不同能量的频域成份进行分析，可以同时评估心脏交感和迷走神经活动水平。以上两种分析方法都属于线性分析方法，而人体内的生物过程都属于非线性过程，为此，又提出了第三种分析方法，即以非线性（混沌）分析方法来描述心率变异性的特性。 9.2.1 时域分析法 利用计算机对5分、15分、30分或更长时间同步12导联心电图记录所取的心电信号QRS波进行逐个识别，去除非窦性QRS波，将心电信号数字化，取得一系列有关R-R间期的数理统计指标。 R-R间期直方图和R-R间期差值直方图 ·R-R间期直方图 心电图的R-R间期在心律失常时有较大差异，即使是窦性心律，也因活动及体液因素的影响而有一定波动。分析心电图R-R间期变化可提供许多心理生理的信息。直方图的形状可
心率变异性HRV信号提取及时频域分析(包含程序)概要
课程设计报告 题目：心率变异性（HRV）信号的提取及时频域分析专业：生物医学工程 班级： XXXXXXX 学号： XXXXXXX 姓名： XXXXXXX 指导教师： XXXXXXX XXXXXX大学 XXXXX学院 2016年 9月 29日
一、开题背景 （一）HRV简介 传统的医学观点认为，正常的心率为规则的窦性节律；后来发现在健康状态下，许多生理系统中存在自然的变异性，人的心率正常情况下也是呈不规则性变化的，而心率变异就是指窦性心率的这种波动变化的程度。心率变异性（Heart Rate Variability，HRV）是指逐次心搏间期之间的微小变异特性。在生理条件下，HRV的产生主要是由于心脏窦房结自律活动通过交感和迷走神经，神经中枢，压力反射和呼吸活动等因素的调节作用，使得心脏每搏间期一般存在几十毫秒的差异。 (二)HRV的研究现状 心率变异性(HRV)是近年来比较受关注的无创性心电监测指标之一，对HRV的生理和病理意义进行了广泛和深入的研究，其结果表明心率变异信号中蕴含着有关心血管调节的重要信息，对HRV进行分析可以间接地定量评价心肌交感、迷走神经的紧张性和均衡性，而且还能分析自主神经系统的活动情况。心率变异性还可以作为一个独立的心源性猝死危险性的预测指标。同时心率变异性分析对多种恶性心律失常的预后判断和药物治疗效果分析有指导作用。所以，对HRV的研究能够极大的促进人类对于心血管疾病的了解，从而在预防、治疗心血管疾病等领域取得成果。 （三）HRV的研究方法 随着对HRV研究的不断深入，其蕴含的生理病理信息将进一步被揭示，使得HRV 有更多的应用空间和应用价值。目前，心率变异性分析方法主要有时域分析法、频域分析法、时频分析法以及非线性分析法[1]。 （四）HRV的临床应用 （1）心脏性猝死（SCD）预测：由于HRV是反映自主神经张力的最敏感的指标，因此HRV降低是预测心脏性猝死最有价值的独立指标。 （2）急性心肌梗塞后患者危险性评估： HRV的降低是预测急性心肌梗塞后患者发生心脏性猝死和恶性心律失常危险的重要独立指标。一般建议在梗塞后一周开始进行HRV 的检测。HRV在梗塞后立即降低，并在几周内开始恢复（2周后逐渐回升），大约6-12个月恢复正常。因此，多次测定HRV可能比单次测定价值更大。梗塞后HRV恢复的快慢对以后死亡的危险性也有预测价值。 （3）对糖尿病患者自主神经系统损伤的评估：糖尿病患者不论病情轻重，均存在不同程度的自主神经功能紊乱。HRV是判断糖尿病患者是否伴有自主神经系统损害最准确，最敏感的指标。 （4）心力衰竭（CHF）患者危险性评估。
心率变异性的测定及其临床意义(1)
心率变异性的测定及其临床意义 050051 河北医科大学第三医院内科 王 燕 张艳玲 张 伟综述 王士昌审校 心率变异性(HRV)是指测量连续心动周期之间的时间变异数,准确地说,应该是测量连续出现的正常P-P间期之间的差异的变异数。然而由于P 波不如R波明显或P波顶端有时宽钝,所以我们通常用与P-P间期相等的R-R间期来代替。由此可以看出,它不同于通常所用的以时间为单位的平均心率变化指标,如每分钟心率100次和60次。研究表明,HRV可做为植物神经系统活动的无创性检测指标,尤其在判断某些心血管疾病的预后方面有重要意义。 1 心率变异的形成 正常情况下,心脏的活动受窦房结支配,窦房结的活动受植物神系统双重调节。交感神经末梢释放去甲肾上腺素兴奋心肌细胞膜Β肾上腺素能受体,使内向离子流isi(由Ca2+携带)和if(主要由N a+携带)激活,使除极速率加快,自律性增高。心率增快即正性变时作用;迷走神经末梢释放乙酰胆碱,作用于心肌细胞膜M型胆碱能受体,提高K+通透性,促进K+外流,使舒张期除极变慢,窦房结自律性降低,心率变慢。〔1〕心率的变化是交感与迷走神经相互作用的结果。它们之间的相互协调维持着心脏的正常活动。这种相互作用一旦失调,将导致心血管系统功能紊乱,这是许多心血管疾病的发病机制之一。〔2〕 2 心率变异性的检测方法 211 时域测定法:记录24小时动态心电图,将全部正常心动周期输入计算机处理,取得一系列有关心率的数理统计指标,用来衡量HRV的大小。〔3〕21111 R2R标准差:①总体标准差(SDNN):即24小时正常R2R间期,由计算24小时所有正常R2R间期的平均值得。②均值标准差(SDANN):即24小时内连续5分钟节段平均正常R2R间期的标准差。③标准差均值(SDNN I DX):即24小时内连续的每5分钟节段正常R2R间期的标准差的平均数。以上标准差值≤50m s为HRV小,若≥100m s为HRV大。21112 差值:①最大差值:每两个相邻正常R2R间期差值的绝对数,若≤50m s,其HRV小〔4〕。②差值>50m s的百分比(PNN50):即差值>50m s的正常R2R间期在特定时间内R2R间期数中所占的百分比,此值越大,则迷走神经张力越高。〔5〕。③差值均方的平方根(Χ-M SSD):即24小时连续正常R-R间期差值均方的平方根。 21113 心率骤增次数:计算单位时间内心率突然增加至少>10次 分且连续3-5分钟的次数。 21114 变异系数(CV):以每分钟连续正常R2R间期标准差除以该段时间的平均正常R2R间期,有利于对比。 21115 心率变异指数:一段时间内R2R间期总数与占比例最大的R2R间期数之比,正常人大于25。 在计算以上指标过程中,应排除房性或室性早搏的干扰,如1分钟内包含的正常R2R间期少于20个或连续5分钟内正常R2R间期少于120个,该节段的R2R间期应全部剔除〔6〕。 212 频域分析法:即用计算机对心率变异的速度或幅度进行频域分析,又称心率功率谱分析(HR PSA)。 首先用心电图机将人体心电信号经放大和模拟 数字(A D)转换器转换成电信号后,输入计算机,计算机对输入的每个Q R S波群进行识别和标记,再将所得256个或512个连续心搏信号进行快速富里叶转换或自回归运算,即得心率功率谱图(HR PS)〔7〕。见图 : 图 正常心率功率谱图 A1=1.399E-04,A2=2.736E-04 (E-04=10-4)
心率变异性
心率变异性(HRV)是指测量连续心动周期之间的时间变异数,准确地说,应该是测量连续出现的正常P-P间期之间的差异的变异数。然而由于P波不如R波明显或P波顶端有时宽钝,所以我们通常用与P-P间期相等的R-R间期来代替。由此可以看出,它不同于通常所用的以时间为单位的平均心率变化指标,如每分钟心率100次和60次。研究表明,HRV可做为植物神经系统活动的无创性检测指标,尤其在判断某些心血管疾病的预后方面有重要意义。 差值:①最大差值:每两个相邻正常R2R间期差值的绝对数,若≤50ms,其HRV小〔4〕。②差值>50ms的百分比(PNN50):即差值>50ms的正常R2R间期在特定时间内R2R间期数中所占的百分比,此值越大,则迷走神经张力越高。 （以下这些感觉咱们没有统计，不过下面的剔除规则貌似可以借鉴） 心率骤增次数:计算单位时间内心率突然增 加至少>10次分且连续3-5分钟的次数。 变异系数(CV):以每分钟连续正常R2R间 期标准差除以该段时间的平均正常R2R间期,有利于对比。 心率变异指数:一段时间内R2R间期总数 与占比例最大的R2R间期数之比,正常人大于25。 在计算以上指标过程中,应排除房性或室性早搏的干扰,如1分钟内包含的正常R2R间期少于20个或连续5分钟内正常R2R间期少于120个,该节段的R2R间期应全部剔除 （大部分的疾病相关联的都和频谱分析有关） 频域分析法:即用计算机对心率变异的速度或 幅度进行频域分析,又称心率功率谱分析 (HRPSA)。 首先用心电图机将人体心电信号经放大和模拟数字(A D)转换器转换成电信号后,输入计算机,计算机对输入的每个QRS波群进行识别和标记,再将所得256个或512个连续心搏信号进行快速富里叶转换或自回归运算,即得心率功率谱图(HRPS)〔7〕 图中横坐标代表频率(单位Hz),纵坐标代表功率谱的密度(HR2H2),HRPS一般分为3个区域: (1)低频带0.02～0.09Hz之间;(2)中频带0.09～0.15Hz之间;(3)高频带0.15～0.40Hz之间。计算功 率谱带曲线下的面积的积分,可做为定量测定数据也可计算低高频带成分的功率比值(LF HF),一般HRPS的波幅越高,表示心率变异的幅度越大;波峰所处的频域越低,表示心率变异的速度
心率变异性分析
心率变异性分析 时域 SDNN：141+39ms (102-180) (交、迷)所用窦性RR间期标准差 SDANN：127+35ms （92-162）（交感）每5分钟窦性RR间期均值标准差 Rmssd：37+15ms （22-52）（迷走）所用邻近窦性RR间期长度差异平均值的平方根 PNN50 0/0 50MS间期以上临近周期的比例 SDNNinder：每5分钟窦性RR间期标准差均值 频域 TP：3466+1018（2448-4484）（总频） LF：1170+416 （754-1586）（交、付） HF：975+203 （772-1178）（迷走） LF/HF：1.5+2.0 （-0.5-3.5）（动态平衡） 白天夜晚 LF：286+203MS 147+197MS HF：117+63MS 369+151MS LF/HF：2.4+1.2 0.3+0.8 5分钟能谱分析法正常值 5分钟平均心率标准差LF HF LF/HF 2.34+0.45 0.02-0.15HZ 0.15-0.35HZ 0.35-0.5HZ (1.89-2.79) 6.06+0.64 5.27+0.65 3.37+0.64 2.09+1.01 (5.42-6.70) (4.62-5.92) (2.73-4.01) (1.08-3.10) 标准差法：CD 117.02+16.16MS (100.86-133.18MS) HRV指数法：HRVinder 18.37+2.02 （16.35-20.39ms） 心肌缺血定位P：60-100 P-R：120-200 前间壁：V1-2或3 前壁：V2-4或5 QRS：60-100 Q-T：360+40 U：160-250 前侧壁：V4-6 高侧壁：I avL ST：肢体上抬<0.1 胸导：V1-4<0.25 下移：<0.1 广泛前壁：V1-6 I avL 下壁：II III avF 心尖部：II III avF V3-5 后壁：V7-9 V1-2 R增高ST下降T直立 右室：V3R V4R V5R呈QS V4RST抬高>=0.1 起搏器感知障碍（即起搏器事件）：感知失败（包括感知不良和感知过度），夺获失败，输出失败。 FTO(输出失败):PP ,RP, RR ,中的任何一个均长于预先设定的值。 FTC(夺获失败)：起搏脉冲后没有相应的心电活动。P-R间期大于指定的值。 FTS(感知失败)：对自身P波或QRS波不能感知，按起搏器自身的基础周期发放起搏脉冲。RP间期小于指定值。: 起搏器编码（共5位数）Ⅰ：起搏心腔 A心房 V心室 D双腔S特殊部位。Ⅱ：感知心腔， O无， A心房， V心室。 D双腔。S特殊部位。Ⅲ:感知反应， O无，I抑制， T触发，D双重。Ⅳ：程控方式,O无，P简单程控，M多项程控，C遥测程控，R频率调整。Ⅴ：其他
甲亢患者心率变异性分析
甲亢患者心率变异性分析 甲亢患者心率变异性分析 2010-04-24胡宇美王关炎陆广华 【摘要】目的探讨甲亢患者心率变异性(HRV)测定的意义。方法分别对47例甲亢患者和37例正常人、32例甲亢患者治疗后作HRV分析。结果甲亢患者HRV时域指标比正常对照组均明显降低；频域指标低频功率(LF)和高频功率(HF)都显著降低，表明甲亢患者的交感神经活性和迷走神经活性均降低。但LF/HF比正常组增加，说明交感-迷走平衡性失调，相对表现为交感兴奋性增加。LF/HF的增加与FT3呈非常显著正相关，HF、心率(HR)和相邻正常窦性心搏间期之差的均方根值(r-MSSD)都与FT3呈显著相关性。典型甲亢患者散点图呈短棒状，而正常人呈慧星状。甲亢患者HRV时域指标和频域指标治疗后明显改善，与FT3、FT4的恢复相对应。结论HRV分析表明甲亢患者的自主神经活动明显改变，并与病情严重程度相关。 【关键词】心率变异性(HRV)甲状腺功能亢进症 Analysis of heart rate variability in hyperthyroid patients Hu Yumei,Wang Guanyan,Lu Guanghua.Department of Internal Medicine,Renji Hospital,Shanghai Second Medical
University,Shanghai,200001 【Abstract】Objective To study the significance of the measurements of heart rate variability(HRV)in hyperthyroid patients.Methods The HRV of47hyperthyroid patients was compared with that of normal control and the effects of treatment on HRV of32hyperthyroid patients were also evaluated.Results HRV time domain in hyperthyroid patients was much lower than that in normal control group.As to HRV frequency domain,the low frequency power(LF)and high frequency power(HF)in hyperthyroid patients were also significantly lower than that of the control group,reflecting that activity of autonomic neuropathy in hyperthyroid patients was obviously suppressed.But LF/HF of hyperthyroid patients was higher than that of normal group,indicating a relative lack of sympathetic tone in hyperthyroid patients.The increase of LF/HF is positively related to FT3.HF,heart rate(HR)and square root of the mean squared differences of successive normal-to-normal RR intervals(r-MSSD)are also positively related to FT3.The scattergram was short stick-like in hyperthyroid patients,but was comet-like in normal group.The HRV of hyperthyroid patients was improved after treatment and associated with the recovery of FT3and FT4.Conclusion HRV analysis showed that activity of autonomic neuropathy in hyperthyroid patients was obviously changed,which
心率变异性HRV信号提取及时频域分析包含程序
课程设计报告 心率变异性（HRV）信号的提取及时频域分析题目：生物医学工程专业： XXXXXXX 级：班 号： XXXXXXX 学姓名： XXXXXXX 指导教师： XXXXXXX XXXXXX大学 XXXXX学院 2016年 9月 29日 一、开题背景 （一）HRV简介 传统的医学观点认为，正常的心率为规则的窦性节律；后来发现在健康状态下，
许多生理系统中存在自然的变异性，人的心率正常情况下也是呈不规则性变化的，而心率变异就是指窦性心率的这种波动变化的程度。心率变异性（Heart Rate Variability，HRV）是指逐次心搏间期之间的微小变异特性。在生理条件下，HRV 的产生主要是由于心脏窦房结自律活动通过交感和迷走神经，神经中枢，压力反射和呼吸活动等因素的调节作用，使得心脏每搏间期一般存在几十毫秒的差异。 (二)HRV的研究现状 心率变异性(HRV)是近年来比较受关注的无创性心电监测指标之一，对HRV的生理和病理意义进行了广泛和深入的研究，其结果表明心率变异信号中蕴含着有关心血管调节的重要信息，对HRV进行分析可以间接地定量评价心肌交感、迷走神经的紧张性和均衡性，而且还能分析自主神经系统的活动情况。心率变异性还可以作为一个独立的心源性猝死危险性的预测指标。同时心率变异性分析对多种恶性心律失常的预后判断和药物治疗效果分析有指导作用。所以，对HRV的研究能够极大的促进人类对于心血管疾病的了解，从而在预防、治疗心血管疾病等领域取得成果。 （三）HRV的研究方法 随着对HRV研究的不断深入，其蕴含的生理病理信息将进一步被揭示，使得HRV 有更多的应用空间和应用价值。目前，心率变异性分析方法主要有时域分析法、频域分[1]。析法、时频分析法以及非线性分析法 （四）HRV的临床应用 （1）心脏性猝死（SCD）预测：由于HRV是反映自主神经张力的最敏感的指标，因此HRV降低是预测心脏性猝死最有价值的独立指标。 （2）急性心肌梗塞后患者危险性评估： HRV的降低是预测急性心肌梗塞后患者发生心脏性猝死和恶性心律失常危险的重要独立指标。一般建议在梗塞后一周开始进行HRV的检测。HRV在梗塞后立即降低，并在几周内开始恢复（2周后逐渐回升），大约6-12个月恢复正常。因此，多次测定HRV可能比单次测定价值更大。梗塞后HRV恢复的快慢对以后死亡的危险性也有预测价值。 （3）对糖尿病患者自主神经系统损伤的评估：糖尿病患者不论病情轻重，均存在不同程度的自主神经功能紊乱。HRV是判断糖尿病患者是否伴有自主神经系统损害最准确，最敏感的指标。 ）患者危险性评估。CHF）心力衰竭（4（． （5）心率变异性生物反馈疗法：对于不孕人群受孕几率提高、怀孕人群孕期焦虑症改善、产后人群产后抑郁症情况缓解，起到很好的作用。 （6）其它临床应用范围：心绞痛、高血压、心肌病、非缺心脏病所致的慢性严重二尖瓣返流、二尖瓣脱垂、心律失常、血管迷走性晕厥等心血管疾病。 二、课题目的 （一）基本掌握心电信号（ECG）的测量、数据采集的方法。 （二）学会使用MATLAB对ECG信号进行相关处理分析。主要包括从ECG信号中提取出 所需的HRV信号，并分别对其进行时域、频域、功率谱上的分析。 （三）掌握HRV信号的时频域参数的意义，以及对其进行分析的基本方法。
心率变异性分析的标准化问题
心率变异性分析的 标准化问题 吴杰 本文作者吴杰先生武汉同济医科大学 附属同济医院心内科副教授副主任医师 中华心电生理和起搏学会心电图学组专业委员 关键词: 心率变异性标准化方法学 自从1987年Kleiger等报道了心率变异性(Heart Rate Variability HRV)降低可作为心肌梗死后猝死的预测因子以来国内外掀起了研究HRV的高潮大量研 究结果表明: HRV分析是判断自主神经系统活动的一项有价值的指标但由于检测方法和仪器设备的标准化问题尚未解决导致各家研究结果难以比较和验证有时还会导出错误的结论为了规范HRV研究欧洲心脏学会和北美起搏和电生理学会于1996年发布了有关HRV研究的工作指南我国也于1997年在中华心律失常学杂志发表了关于心率变异性检测与分析工作规程的建议1998年 在中华心血管病杂志上刊载了心率变异性检测临床应用的建议以规范这一领域的研究提高整体研究水平本文介绍有关HRV分析的标准化问题 一HRV的基本概念 HRV是指心率的快慢差异性HRV分析的概念不同于通常以每分钟为单位的平均心率差别如80次/min或120次/min HRV是分析逐个心动周期的细微的时间变化及其规律这种变化在体表记录的常规心电图上常难以测出或因微小而略而不计同时由于常规心电图记录时间过短无法反映整体的规律性为此 常规心电图上习惯描述的规则的窦性心律绝不等于心率没有变异或HRV降低前者是一正常概念而后者是一病理情况绝不能混淆 HRV的研究对象只是逐次心动周期的时间差别罗列人体每次心动周期间的差别可显示出一大堆貌似无序的参数反映了心率连续的瞬时波动而心率的波动并非偶然而是受体内神经体液的调控为适应不同的生理状况或某些病理状态而作出的反应换言之心率的波动变异的内涵是十分丰富的如何从心率
心率变异性理论
心率变异性理论 美国心脏数理研究所(The Institute of HeartMath，简称IHM)，使用各种心理学和生理学的方法，通过16年的科学试验，发现心率变异性分析法（即HRV分析法）是最具动态性、最能反映内部情绪状态与压力的方法；其中，消极情绪会导致心律紊乱，从而对人体的其他部位也造成不利影响。相反，积极的情绪会使心律更加和谐稳定，从而使人体系统运行更有效率、负担更少的压力。 个体心率的变化取决于自主神经系统两个分支系统的相互作用。自主神经系统的两个分支—交感神经与副交感神经系统通过神经机械、体液和其他的生理机制平衡地发挥作用，使得心血管的各项参数都处于最佳范围内，心脏由此才能根据内外界条件的改变做出适当的反应。任一给定时间的心率都是副交感神经和交感神经共同作用的结果，前者对心率起减速作用，后者则起加速的作用。 心率变异性理论心率变异性(Heart Rate Variability)是指每两次心跳之间的间隔长短随时间所发生的变化情况。心率变异性分析通过快速傅立叶变换可得出功率频谱密度(PSD)以区分和量化交感神经和副交感神经以及整个自主神经系统的活性，功率频谱分析将心率变异信号简化为频率成分，并对频率成分的相关功率进行量化从而探索生理、心理、情绪和行为过程的动态互动关系。
HRV 的研究对象只是逐次心动周期的时间差别，罗列人体每次心动周期间的差别可显示出一大堆貌似无序的参数反映了心率连续的瞬时波动。心率的波动并非偶然而是受体内神经体液的调控，为适应不同的生理状况或某些病理状态而作出的反应。 HRV的HF成分反映呼吸活动最后通过心迷走神经纤维传导的调制作用而引起的心率波动变化，文献中也称“呼吸性心律不齐”(respiratory arrhythmia，RSA) 。呼吸活动通过中枢机制与机械性影响两个途径对心率发生调制作用，HRV之HF的峰高与心迷走传出活动对心率的调制程度呈显著性相关。 谱分析发现，心率变异性大体包括高频（HF）成分和低频（LF）成分，有些学者将LF进一步分为超低频和低频两种。其中，高频成分和呼吸运动同步，因此又被称为呼吸成分，大约3秒钟出现一次，学者们认为其中的高频成分反映了副交感功能，而低频成分和高频成分的比值（LF/HF）反应了交感活动。
基于光电容积脉搏波描记法的心率变异性分析系统前端装置设计_石磊 - 副本
第３３卷 第１期２０１６年 ２月生物医学工程学杂志 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１６基于光电容积脉搏波描记法的心率变异性分析系统 前端装置设计＊ 石 磊１△ 孙 朋２ 庞 宇１ 罗志勇１ 王 伟１ 王延项１ １（重庆邮电大学光电信息感测与传输技术重庆市重点实验室，重庆４０００６５ ）２（解放军３０９医院，北京１０００９１ ）摘 要：心率变异性（ＨＲＶ）是指逐次心跳周期差异的变化情况，它产生于自主神经系统对心脏窦房结的调制，是预测心脏性猝死和心律失常性事件的一个很有价值的指标。传统对ＨＲＶ的分析多是基于心电信号，而心电信号的采集过程较为复杂，因此我们设计了一种基于光电容积脉搏波（ＰＰＧ）描记法的ＨＲＶ分析系统，ＰＰＧ信号通过单片机从人体手指端采集，数据经过ＵＳＢ转串口模块发送给上位机，上位机软件将采集到的数据绘成波形图并将数据存储下来，以便日后ＨＲＶ分析使用。该系统尺寸小、功耗低、操作简单，适用于家庭和医院的日常监护。关键词：心率变异性；心电图；光电容积脉搏波描记法；低功耗 中图分类号 Ｒ－３３ 文献标志码 Ａ ＤＯＩ １ ０．７５０７／１００１－５５１５．２０１６０００４Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｆｒｏｎｔ－ｅｎｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ Ｈｅａｒｔ Ｒａｔｅ Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ ｏｎ Ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ ＳＨＩ Ｌｅｉ １ ＳＵＮ Ｐｅｎｇ２ ＰＡＮＧ Ｙｕ１ ＬＵＯ Ｚｈｉｙｏｎｇ１ ＷＡＮＧ Ｗｅｉ １ ＷＡＮＧ Ｙａｎｘｉａｎｇ １ １（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｌｅｖｅｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ ＴｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６５，Ｃｈｉｎａ）２（ＰＬＡ３０９ｔｈ Ｈｏｓｐｉｔａｌ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１ ０００９１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ（ＨＲＶ）ｉｓ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｈｅａｒｔｂｅａｔ ｃｙｃｌｅ，ａｎｄ ｉｔｉｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｕｔｏｎｏｍｉｃ ｎｅｒｖｏｕｓ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｕｓ ｎｏｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｒｔ．Ｔｈｅ ＨＲＶ ｉｓ ａ ｖａｌｕａｂｌｅ ｉｎｄｉ－ｃａｔｏｒ ｉｎ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｄｄｅｎ ｃａｒｄｉａｃ ｄｅａｔｈ ａｎｄ ａｒｒｈｙｔｈｍｉｃ ｅｖｅｎｔｓ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＨＲＶ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｍｕｌｔｉ－ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ（ＥＣＧ），ｂｕｔ ｔｈｅ ＥＣＧ ｓｉｇｎａｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｘ，ｓｏ ｗｅ ｈａｖｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎ ＨＲＶ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＰＧ）．ＰＰＧ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｂｙ ａ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｒｏｍ ｈｕｍａｎ’ｓ ｆｉｎｇｅｒ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓｓｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｖｉａ ＵＳＢ－Ｓｅｒｉａｌ ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｃｏｌｌｅｃｔｓ ｔｈｅ ｄａｔａ ａｎｄ ｐｌｏｔ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ，ｂｕｔａｌｓｏ ｓｔｏｒｅｓ ｔｈｅ ｄａｔａ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ＨＲＶ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｍａｌｌ ｉｎ ｓｉｚｅ，ｌｏｗ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ａｎｄ ｅａｓｙ ｆｏｒｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｄａｉｌｙ ｃａｒｅ ｎｏ ｍａｔｔｅｒ ｗｈｅｔｈｅｒ ｉｔ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｔ ｈｏｍｅ ｏｒ ｉｎ ａ ｈｏｓｐｉｔａｌ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ；ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ；ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ；ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ＊国家自然科学基金资助（ ６１４７１０７５）；重庆高校创新团队建设计划（智慧医疗系统与核心技术创新团队） △通信作者。Ｅ－ｍａｉｌ：１４０３９５５３５８＠ｑｑ ．ｃｏｍ引言 心血管系统疾病是威胁人类生命安全的重大疾 病，具有高发病率、高致残率和高死亡率等特点［ １］ 。根据世界卫生组织统计，全世界每年死于心脑血管疾病的人数高达１ ５００万人，居各种死因首位。心率变异性（ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ，ＨＲＶ）指逐次心跳周期差异的变化情况，它产生于自主神经系统对心脏窦房结的调制，反映了自主神经系统的活性，是预测心脏性猝死和心律失常性事件的一个很有价值的指标。光学容积描记（ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａ－ｐｈｙ ，ＰＰＧ），也叫光电容积脉搏波描记法，是一种用来检测组织微血管中血容量变化的光学测量方 法［２－ ５］。传统对ＨＲＶ的分析多是基于心电信号，但是随着光电技术在医疗应用中的扩大，人们对利用 光电技术测量人体生理参数的研究也逐渐加强。１９８１年，Ｎｉｊｂｏｅｒ等提出影响ＰＰＧ信号强度的因素包括血液容量、红血球的位置和血管运动等。２０１１