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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）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）。）。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
2、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）。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
3、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
4、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。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
5、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
6、（心脏手术时体内记录）。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
7、(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，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”。本章将分别介绍常规心电信号数字处理、心电监本
8、章将分别介绍常规心电信号数字处理、心电监测（测（electrocardiosignal monitoringelectrocardiosignal monitoring）、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
9、心室晚电、心房和心室晚电位（位（atrial and ventricular late potentialatrial and ventricular late potential）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。第一节第一节 常规心电信号数字
10、处理常规心电信号数字处理（Routine Digital Processing for ECS）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 electrocardiographelectrocardiogra
11、ph）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：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。为
12、了尽可能保持同时性，都采用采样保持技术。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)。配合配合500Hz500Hz的采样率
13、，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100Hz100Hz。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
14、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。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
15、、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）
16、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（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 2.2.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
17、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，V5V5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
18、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。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，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
19、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 图图12-4 12-4 输入电阻网络输入电阻网络常规常规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
20、系统的电阻网络如图统的电阻网络如图12-412-4。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
21、 II=LL 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。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)C2=(RA+LL)/2 (12-C2=(RA+LL)/2 (12-5)5)C1=(RA
22、+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 RA+LA+LL=0 (12-7)RA+LA+LL=0 (12-7)所以所以 aVR=RA aVR=RA C3C3 =RA =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.
23、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。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
24、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
25、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
26、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，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。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
27、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。
28、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 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。
29、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（CtrlCtrl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。图12-5 人机会话参数测量示意图四、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 T间期测量是诊断间期测量是诊断LQT
30、SLQTS（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（phenotypephenotype）的关系。各导
31、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。QTdQTd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 QTd=QTmaxQTd=QTmaxQTmin QTmin (12-11)(12-11)设设QQ波起点为波
32、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 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
33、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）=0.9978490.997849 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 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
34、）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
35、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
36、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,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。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
37、）。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，
38、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。在不同方向（坐标轴）的投影。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(K)(12-15)(1
39、2-15)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)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(X(K)/Re(X(k)(12-17)y(K)=tg 1Im(Y(K)/Re(Y(k)(12-18)y(K)=tg 1Im(Y(K)
40、/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/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)、
41、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)。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（性质的）证明了（12-1912-19）恒等于）恒等于1 1，因而不含任何，因而不含任何信息，即信息，即 R2xy(K)=|Gxy(K)|2/Gxx(k)Gyy(K)1R2xy(K)=|Gxy(K)|2/Gxx(k)Gyy(K)1 最简单的改造是改成如下形式最
42、简单的改造是改成如下形式 R2xy(K)=|Gxy(K)|2/Gxx(0)Gyy(0)R2xy(K)=|Gxy(K)|2/Gxx(0)Gyy(0)（12-2012-20）这个改造只是避免了恒等于这个改造只是避免了恒等于1 1的问题，但（的问题，但（12-2012-20）式对于任意性质的两信号，都有式对于任意性质的两信号，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。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
43、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
44、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。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。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
45、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
46、 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。19571957年美国物理学博士年美国物理学博士Holt
47、erHolter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
48、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。
49、失常患者的死亡率。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
50、细分析；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