心室去极化复合波的时频分布特征研究

1、心室去极化复合波的时频分布特征研究在人的QRS复合波的时域频域分布特征及发生机理问题上曾有过许多争论。本文对此作了研究，指出：正常人QRS复合波都是三角脉冲样不全正确，其功率谱具有倒幂律不全对。不存在His-Purkinje系统与QRS复合波的倒幂谱的关系问题。人的心室去极化QRS复合波有三角脉冲样波形，也有非三角脉冲样波形，其功率谱具有单峰和指数下降(倒幂)特征两种类型。因此不能用倒幂谱特征来描述人的心室去极化QRS复合波的混沌特征。关键词： QRS复合波；时域分析；频域分析分类号： R318.04 STUDYING DISTRIBUTIVE CHARACTERISTICS FORVENTR

2、ICULAR DEPOLARIZATION COMPLEX IN TIMEAND FREQUENCY DOMAINHe Wei(Chongqing Institute of Public Administration, Chongqing 400041)ABSTRACTThere was much contention on distributive characteristics and their production mechanism of persons QRS complex in time and frequency domain. Our investigation point

3、s out that it was incomplete correct that QRS complex of health subjects was triangular pulse like and their power spectrum had inverse-power law. There was no relation of His-purkinje system to inverse-power law of QRS complex. On persons ventricular depolarization QRS complex, there were both wave

4、forms of triangular pulse like and atriangular pulse like, and both types of single peak and inverse-power spectrum feature. So inverse-power spectrum feature could not be used to characterise the chaotic feature of persons ventricular depolarization QRS complex.Key words:QRS complex; Time domain; F

5、requency domain0引言80年代末90年代初，Goldberger等曾相继指出心脏的形态和功能的分形和混沌特征16。主要论点有：(1)心脏的传导系统(His-Purkinje系统)具有分形和混沌特征。(2)这种分形特征导致三角脉冲样波形的QRS复合波。(3)正常人三角脉冲样的QRS复合波功率谱呈倒幂谱(1/f)，在双对数标度上具有标度不变性，是混沌特征的量度。但Lewis和Guevara7持有不同观点，并指出任何简单的三角脉冲函数g(t):(1)其幅度为a,宽为2b，都具有倒幂谱：s(f)=(4a/b)2sin4(bf/2)/f4(2)即=4。又指出半个波长的正弦波也具有倒幂谱，=

6、6.7。还用计算机模拟技术，以电缆方程模拟在心室组织中的一维传播，计算了跨膜电流沿电缆传播的细胞外波形，也具有倒幂谱特征8。也就是说，正常QRS复合波的倒幂谱特征与心室的分形去极化无关，也与时域标度不变性无关。Goldberger及Bhargava9则争论说，他们并没有说一切三角样脉冲都来源于分形传导系统，而只是说正常心电三角脉冲样的QRS复合波来源于心脏的分维传导系统，其功率谱具有倒幂(1/f)特征，且比三角脉冲谱复杂。继而Chialvo及Jalife10又不同意上述观点。他们指出：(1)无分形传导系统的蛙的心室去极化波有三角脉冲样波形，也具有倒幂谱特征，=2.02;(2)病理波形，如蛙的室

7、性早搏心电波同样具有倒幂谱特征，=2.27；束支阻滞、心肌梗塞病人的非正常QRS复合波的功率谱也具有倒幂特征。简言之，QRS复合波功率谱的倒幂谱特征(1/f)与心室的分形激励网无关。但上述讨论都认为正常去极化QRS复合波都是三角脉冲样波形，其功率谱具有倒幂特征，甚至病理的QRS复合波也是三角脉冲样波形，其功率谱也具有倒幂特征。我们研究指出：人的心室去极化QRS复合波(包括正常和病理)不全为三角脉冲样波形(Q，S波不明显)。也有不少Q波特别是S波明显的复杂波形。其功率谱有两种类型：倒幂谱(对应三角脉冲样QRS复合波)型和单峰谱(对应明显Q波特别是S波的QRS复合波)型。因此，不能用倒幂谱特征来描

8、述人心室去极化QRS复合波的混沌特征。1实验方法1.1研究对象本研究共检测正常青年自愿受试者34例，经体检证实无心血管系疾病。其中男23例，女11例，年龄1930岁，平均223岁。1.2系统组成及功能主机采用80486DX-50CPU，隔离浮置放大器低端时间常数3.2s，高端截止频率1000Hz，增益2000倍，输入阻抗5M，共模抑制比90db,12位A/D转换。信号采集用CM5导联，银-氯化银一次性电极。采样频率2179Hz。软件用高级语言和汇编语言混合编程，先去早搏，然后用数字求导及双重搜索技术精确搜索R波峰点，以R波峰点严格对位进行叠加平均，可实现基线校正，数据漫游，心电信号各组分的截取

9、，时域参数测量(幅度和时间)，2048点FFT和IFFT，自动打印数据和形。2结果对34例正常青年自愿受试者QRS波峰频的统计，发现有两种类型，指数衰减型和非指数衰减型，绝大多数峰频在1Hz和13Hz左右。第一种类型的峰频为：1.140.29Hz(14/34人)，频谱呈指数衰减，对比相应的时域波形，发现Q、S波不明显或较低。第二种类型的峰频分别为：6.381.06Hz(3/34人)；12.971.30Hz(16/34人)；18.09Hz(1/34人)，频谱呈非指数衰减分布，有的近似正态分布，对比相应的时域波形，发现存在深/宽Q波或深/宽S波。1(a)为正常人的三角脉冲样QRS复合波，Q波与S波

10、不明显。1(b)为其功率谱，其分布具有指数下降型特征，即倒幂律特征。2(a)为另一种类型的正常人的QRS复合波，存在明显(较深)的S波，可叫双相型QRS复合波。很明显不具有三角脉冲样特征。2(b)为其功率谱，其分布具有最大值特征(非倒幂律)。1一例正常人三角脉冲样QRS复合波及其倒幂谱2一例正常人非三角脉冲样QRS复合波及其单峰谱3讨论按心电产生的瞬时空间电偶极子理论，各种导联的体表心电信号是由瞬时空间电偶极子在各导联轴上的投影形成的。同一个人的不同导联可能有不同的时域表象，不同的人同类导联也可能有不同的时域表象，并不可能都是三角脉冲样波形，因此并不都有指数下降型功率谱(即倒幂谱)。相反，有不

11、少单峰谱，分布形状和峰位置与Q波或S波的深度和宽度有关。Chialvo及Jalife10曾指出，病理条件下，人的心电也具有三角脉冲样QRS复合波，也有指数下降谱。因此，认为正常人的心电信号具有三角脉冲样QRS复合波至少有两个方面不完全正确。首先是正常与病理条件下都可能有三角脉冲样QRS复合波。其次我们的实验证明了(1)正常人QRS波都是三角脉冲样不全正确；(2)正常人QRS复合波具有倒幂谱也不全对；(3)因此不存在His-Purkinje系统与QRS复合波的倒幂谱的关系问题；(4)人的心室去极化QRS复合波功率普具有单峰和指数下降(倒幂)两种类型。这些实验事实与Glodberger等的推断矛盾

12、。至此可以说His-Purkinje的分形结构不一定与三角脉冲样QRS波及其倒幂谱特征有关。根据上述实验，我们认为不能用心电信号的功率谱的倒幂律来描述心室去极化复合波的混沌特征，因为不都具有倒幂律特征，因而也不能用以提示His-Purkinje系统的分形特征产生三角脉冲的激励问题。His-Purkinje系统的分形特征的形态学基础与心电信号表观之间有何关系的问题尚待进一步研究。何伟（重庆行政学院，重庆 400041）参考文献1Goldberger AL, Bhargava V, West BJ, et al. On the mechanism of cardiac electrical sta

13、bility: the fractal hypothesis, Biophys J. 1985,48:5252Goldberger AL. Fractal electrodynamics of the heartbeat. Ann NY Acad Sci. 1990,591:4023Goldberger AL, West BJ. Applications of nonlinear dynamics in clinical cardiology. Ann NY Acad Sci. 1987,504:1954Goldberger AL, West BJ. Fractals in physiolog

14、y and medicine. Yale J Biol Med. 1987,60:4215West BJ, Goldberger AL. Physiology in fractal dimension. Sci Am. 1987,75:3546Goldberger AL, Rigney DR, West BJ, et al. Chaos and fractals in human physiology. Sci Am. 1990,262:427Lewis TJ, Guerara MR. 1/f power spectrum of the QRS complex does not imply fractal activation of the venticles. Biophys J. 1991,60:12978Lewis TJ, Guevara MR. Chaotic dynamics in a model of the propagated cardiac action potential. J Theor Biol. 1990,146:4079Goldberger AL, Bhargava V. Comments on 1/f po