频谱心电图周波专家讲座

频谱心电图

桂林市人民医院干部病房周波频谱心电图周波专家讲座第1页内容介绍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特征异常频谱心电图分析频谱心电图周波专家讲座第2页频谱仪工作原理频谱分析仪普通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。采取正峰值检波方式，即peak方式，不论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信息。假如采取其它方式检波，假如仪器其它参数设置不合理，就会丢失有用信息。所以心电频谱分析仪采取V5（输入）和Ⅱ导联（输出）分析频谱心电图周波专家讲座第3页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一样频率、不一样幅度和不一样相位正弦波组成，应用频域测量，就能以频谱形式显示出每个正弦波幅度随频率改变情况时域得到是信号波形信息（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。在频域上能够准确地测量有用信号和无用信号各种参数。频谱心电图周波专家讲座第4页心电信号是一个周期性信号、含有频率、振幅（或功率）和相位等要素。心电图波形是由一系列不一样频率、振幅和相位正弦波准确叠加而表达出来。常规心电信号波形分析普通是对心电波形在时间域和幅值域里进行分析，即对心电信号幅值对时间为坐标函数x(t)在时间域t内进行分析。通常测试统计都是一维统计，不论是在统计纸上还是在磁带上，总是一个数轴代表时间而另一个数轴代表幅值，它表示了动态信号幅值和时间关系。频谱心电图周波专家讲座第5页心电信号频率分析（频谱分析）是对心电信号在频率域内进行分析，分析结果是以频率为横坐标谱线，可得到各种幅值以频率为变量频谱函数{F(w)}。心电信号经频谱分析可得到它幅值谱、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。心电信号时域分析（时间域）与频域分析（频率域）是能够相互转换，它经过傅立叶变换把他们联络起来。频谱心电图周波专家讲座第6页频域和时域表明了动态信号两个观察面，即它们观察信号方法角度不一样，把心电图从时间域转化成频率域进行分析能够使得在一个坐标系中原来不显著特征而在另一个坐标系显著起来，从而有利于信号特征量提取。普通来说时域分析较为形象、直观，而频率域分析则更为简练，剖析问题愈加深刻和方便。下列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有机联络。频谱心电图周波专家讲座第7页幅度(功率)频率时域测量频域测量时间频谱心电图周波专家讲座第8页基波与谐波基波：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量。是复合波最低频率分量。谐波：频率等于基波整倍数正弦波分量称为谐波。谐波产生根本原因是因为非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率整倍数。频谱心电图周波专家讲座第9页二次谐波

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正弦分量称为二次谐波。频谱心电图周波专家讲座第10页依据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证实，任何重复波形都能够分解为含有基波频率和一系列为基波倍数谐波正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都含有不一样频率，幅度与相角。谐波能够区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号为奇次谐波，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。频谱心电图周波专家讲座第11页低频信号与高频信号高频和低频是指信号频率改变速度。信号改变越激烈，高频成份越多。高频信号反应信号稳定性心电信号稳定性表达在波形有没有畸变、衰减、移位、振荡等指标上。频谱分析要尤其注意对高频成份分析频率与功率改变大致呈反变关系频谱心电图周波专家讲座第12页心电图频域自动分析采取离心脏最近V5导联信号和离心脏最远标准Ⅱ导联信号，作为计算和分析心电信号，在频域中对它们进行功率谱、传递函数、脉冲响应、相干函数和相互关函数等分析，来检测心电信号从离开心脏出发到肢体远端频域特征，分析心脏情况和特点。频谱心电图周波专家讲座第13页

V5导联心电信号记为y(n),Ⅱ导联心电信号记为x(n)。其傅立叶变换频谱为：FX(ω)=HX(ω)ejΦX(ω)

FY(ω)=HY(ω)ejΦY(ω)频谱心电图周波专家讲座第14页(1)功率谱(GXX，GYY，GXY)心电功率谱是心电信号每一频率成份功率分布反应，分为自功率谱和互功率谱。反应心肌能量贮备和释放状态、能量分配是否合理、有没有主功率分散。反应能量积聚、成熟、释放、复位全过程反应冠脉供血情况，心肌收缩力强弱，心电信号稳定V5和Ⅱ导本身自功率谱和互功率谱为：GXX=FXX.F*XX=｜HXX(ω)｜2GYY=FYY.F·YY=｜HYY(ω)｜2GXY=FXY.F·YY

频谱心电图周波专家讲座第15页因为心电信号基本上是周期性，舒张期储能，收缩期释放能量。各个周期过程和波形有很好相同性和稳定性，所以，其功率谱基本上是分立，其谱线间距大致相等。第一谱峰反应心脏搏动频率。正常心电，频谱含有一定形状和幅度，基波高于一次谐波，主要功率集中在几个低次谐波上，而且含有一定成份高次谐波。心脏病变后，功率谱会发生改变，如基波低于一次谐波，高次谐波消失，频谱包络线变形等。频谱心电图周波专家讲座第16页正常功率谱图特征：心电功率谱是由一组间距相等波峰（称为谱线）组成，P1称为基波，P2、P3、P4等称为谐波，心电功率谱正常图形有以下特征：

1、前4条谱线较为显著清楚，谱线为尖锐单峰，奇数谱线普通高于其后偶数谱线；

2、谱线等间距；

3、功率谱第一峰称为基波，它与受检者心率相对应，所以可按第一峰出现位置而确定心率。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90%以上。频谱心电图周波专家讲座第17页

正常功率谱图形

频谱心电图周波专家讲座第18页功率谱详细指标1、R21(P2波与P1波之比）（Ratioof2by1)正常值定义：P2/P1<0.75频谱心电图周波专家讲座第19页R2/1指标阳性功率谱图形

频谱心电图周波专家讲座第20页2.R51

(P5波或以后波与P1波之比）（Ratioof5by1)正常值定义：MAX(P5,P6,P7,…)/P1<0.75频谱心电图周波专家讲座第21页R5/1指标阳性功率谱图形

频谱心电图周波专家讲座第22页3.LO1（P1波过低，Low1）正常值定义：P1>0.5mm频谱心电图周波专家讲座第23页

LO1指标阳性功率谱图形

频谱心电图周波专家讲座第24页4.LO3（P3波过低，Low3）正常值定义：P3>0.5mm频谱心电图周波专家讲座第25页LO3指标阳性功率谱图形

频谱心电图周波专家讲座第26页5.HIA（P1至P4波过高，HighAll）正常值定义：P1+P2+P3+P4<60mm频谱心电图周波专家讲座第27页

HIA指标阳性功率谱图形

频谱心电图周波专家讲座第28页6.LOA（P1至P4波过低，LowAll）正常值定义：P1+P2+P3+P4>10mm频谱心电图周波专家讲座第29页LOA指标阳性功率谱图形

频谱心电图周波专家讲座第30页(2)心电传递函数幅频、相频特征(HXY和ΦXY)

传递函数以下：

其中，HXY为幅频特征，ΦXY为相频特征。对它们分析能够观察心电信号间幅度、相位与频率间关系，探查心电系统特征、品质、稳定性、可靠性等。频谱心电图周波专家讲座第31页正常人Ⅱ导和V5导心电信号基本类似，所以AXY(w)为常数，ΦXY大致分布在零线附近。若心脏有病，影响心电信号传输，就会造成AXY(w)发生改变，如ΦXY波动起伏。频谱心电图周波专家讲座第32页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，这两个导联相位差，以传递函数对其相移特征进行分析。横坐标在图中部代表频率，每刻度为2Hz，纵坐标代表相移程度在180。为30mm，横坐标上方为正，下方为负。频谱心电图周波专家讲座第33页a.是反应所选取两个导联心电信号之间对应关系，以传递函数对其相移特征进行分析。b.正常传递函数相移是分析3个小格范围内6Hz-20Hz相移曲线走向和形态。反应角度改变。c.若两个心电信号之间相位差很小，相移曲线走向平稳，无大波折，沿着基线有较小波动相移曲线，与横坐标距离为1mm~5mm，这表示V5导联与II导联心电信号相位差在30°~-30°范围内，正常相移曲线靠近基线。频谱心电图周波专家讲座第34页正常传递函数相移图频谱心电图周波专家讲座第35页幅频图（Hxy）反应是V5导联和II导联心电信号振幅比，表达心电信号衰减（振幅比是否恒定）和稳定度（高频段振幅波动）。横坐标代表频率与传递函数相移相同，纵坐标代表幅值。Hxy与相干函数图一并分析。频谱心电图周波专家讲座第36页正常传递函数幅频图特征频谱心电图周波专家讲座第37页从以上两个导联心电信号分析所取得传递函数相频特征和幅频特征图，便能够对心电传输系统特征、品质、稳定度等进行分析，从中可得到反应心脏功效状态指标，以作心脏功效诊疗指标，共相频特征可反应两个导联心电信号之间相关性。频谱心电图周波专家讲座第38页(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品质因数主要指标。用于人体心脏评定，它也是一个很主要函数，能够衡量心脏调整能力。其定义以下：PIH=FT-1［AXY(ω)］频谱心电图周波专家讲座第39页假如V5和Ⅱ心电信号形状很相同，那么A(ω)为常数，常数逆变换为一个单脉冲，所以正常人PIH为一个单脉冲，表示心脏有很好调整能力，适应性好。若脉冲响应异常，展现多峰、倒峰、无峰或锯齿状，均反应心脏功效有问题。频谱心电图周波专家讲座第40页正常脉冲响应图特征及意义a.反应心电信号在一次脉冲输入情况下输出情况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，正向主峰位于图中央，呈高而窄，为直立单峰。在时间域中表示两个信号对应关系（时域关系）能够了解心肌对一次脉冲反应能力、除极离散程度、传导有没有延迟、心电信号稳定性。频谱心电图周波专家讲座第41页正常心电脉冲响应图频谱心电图周波专家讲座第42页

(4)相干函数(RF)相干函数代表两个信号之间相互关系，表示Ⅱ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、频率和相移之间相干性和协调性。在频谱心电图中，不一样导联信号相干函数表示心脏不一样部位功效对应性和协调性，其改变范围在0和1之间。靠近1表示两导联信号间相关性高，而靠近0表示它们独立性强。频谱心电图周波专家讲座第43页

相干函数定义为：相干函数定义为：频谱心电图周波专家讲座第44页正常情况下，心电向量在V5和Ⅱ导联上投影大致相同，V5和Ⅱ之间含有很高相干性，所以RF靠近为1。频谱心电图周波专家讲座第45页正常相干函数图特征：

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相干值，其值>0.85为正常；b.在Hxy图上4Hz以上部分找出幅频最大值，按其所在频率在RF图上找出对应频率相干值，其值>0.85为正常；c.观察RF图上高频段相干值，即6Hz以上RF曲线走向和形态，正常时该部份曲线平稳，相干值靠近1。频谱心电图周波专家讲座第46页正常相干函数图频谱心电图周波专家讲座第47页

(5)相互关函数(VXY)在频谱心电图中，相互关函数反应了V5和Ⅱ导联信号相互依赖性，是心脏不一样部位电活动功效及它们相互匹配反应。反应两个导联心电信号在不一样时刻相互关系（时域关系）VXY=FT-1［GXY(ω)］频谱心电图周波专家讲座第48页正常人VXY为一周期性、左右对称波形，最高点位于坐标0点处。VXY出现N型波异常情况时，这么患者心脏几乎都不正常，尤其是冠心病患者。频谱心电图周波专家讲座第49页正常相互关函数图特征a.相互关函数曲线呈数个形态相同，间隔相等波峰，在图正中零位线上波峰为R１，其振幅较高，其余依次为R2、R3幅度依交衰减。b.相互关函数两个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，提醒心电信号周期性，稳定性均好。频谱心电图周波专家讲座第50页正常相互关函数图频谱心电图周波专家讲座第51页正常人频谱心电图是有规律。主要能量集中在前面几个谐波上，基波比较高，而且含有相当数量高次谐波分量；传递函数相频特征ΦXY趋向于零线；脉冲响应为很规则单脉冲；相干函数RF趋向于1；相互关函数VXY是周期性、左右对称波形。频谱心电图周波专家讲座第52页异常频谱心电图分析心脏病人频谱心电图显著不一样于正常人。冠心病患者频谱心电图表现出了显著特异性：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；脉冲响应主峰形态异常，且主峰基本消失。频谱心电图周波专家讲座第53页频谱心电图周波专家讲座第54页频谱心电图周波专家讲座第55页频谱心电图周波专家讲座第56页频谱心电图周波专家讲座第57页频谱心电图周波专家讲座第58页频谱心电图周波专家讲座第59页频谱心电图周波专家讲座第60页频谱心电图周波专家讲座第61页频谱心电图周波专家讲座第62页频谱心电图周波专家讲座第63页频谱心电图周波专家讲座第64页频谱心电图周波专家讲座第65页频谱心电图周波专家讲座第66页频谱心电图周波专家讲座第67页频谱心电图周波专家讲座第68页频谱心电图周波专家讲座第69页频谱心电图周波专家讲座第70页频谱心电图周波专家讲座第71页频谱心电图周波专家讲座第72页频谱心电图周波专家讲座第73页频谱心电图周波专家讲座第74页频域心电图结果判定、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和相互关函数Vxy）组成，当前开发诊疗指标共7大项32个指标，采取加权法判别，按各指标不一样权重给予记分，在7大项中以其所属单项最高得分为权项，各权项相加为总值，然后分级，依据级数判定结果。分极标准以下：总值≤5总值即等于对应级6≤总值≤7总值等于6级8≤总值≤15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级频谱心电图周波专家讲座第75页依据分级评判结果，给予诊疗意见：基本正常：FCG为4~5级；可疑：FCG为6级；异常：FCG为7级以上。采取记分、分级方法优点是：（1）从记分多少和级别高低能够衡量FCG改变程度，即使是异常FCG，也有轻重之分。（2）便于和其它检验数值进行比较或作统计学相关分析。频谱心电图周波专家讲座第76页利用功率谱指标阳性分布进行冠心病和心肌缺血定位诊疗

道理与利用Q波进行心肌梗塞定位判断原理相同。为了直观表示，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，横坐标为心电轴大小，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应部位存在显著心肌缺血。频谱心电图周波专家讲座第77