心电波形检测和心率变异性研究方法探究

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1、心电波形检测和心率变异性研究方法探究　　摘要：目的本文主要研究利用声卡检测心率变异性方法和利用心电（ECG）波形的检测方法的临床效果。方法选取男女各2名志愿者，分成两组，每组男女各1名，分别是声卡组和心电组，其中声卡组志愿者接受声卡采集低频的ECG信号，并分析信号中的R波。而心电组志愿者则是通过PowerLab信号的采集系统进行检测，对照两组研究心率变异性分析情况。结果研究表明，声卡组采集到低频ECG信号的R波，且R波的波峰位置和通过PowerLab采集的R波的波峰位置重合，且RR间期没有差异，所得的RR间期对HRV的分析具有

2、准确可靠性。结论通过研究，利用声卡检测分析心率变形性不仅成本低、性能高且兼容性较强、升级方便，和传统采集方法比较优势明显，具有推广价值。关键词：声卡；实时检测；心电信号R波；心率变异性6所谓心率变异性（即HRV）指的是连续的窦性心搏间期发生的微小变化，而这本质反映出心脏的自主神经活动性，通过提取并分析可评估出心脏的交感神经以及迷走神经紧张性和均衡性、对心血管的调控能力等[1]。关于HRV的分析需要获取心跳的间隔，即RR间期，常规ECG的信号采集需要专用采集卡完成，不仅成本高，而且存储空间较为有限，采样率也偏低，探索采用声卡采集

3、心电R波，不仅廉价、简便，而且数据的存储量大，具有可变的采样率，本文就探讨其检测的准确性以及实用性。1资料与方法1.1一般资料本文的志愿者为男、女各2名，志愿者的年龄分别是男士35岁和42岁，女士年龄为33岁和40岁，所有志愿者接受检测前需要平卧5min，然后分别使用声卡以及PowerLab的信号采集系统采集同一志愿者ECG的信号共5min。其中Power-Lab采样频率是4000Hz，而声卡的软件采样频率设置为6000Hz。其中ECG信号属于心脏电活动的体表综合体现，是一种低频微弱的双极性信号，由于心肌细胞去极化后复极化这一

4、过程，和尚处静止的临近细胞膜产生了一对对的电偶，这个变化的过程会通过体表电极以及一定导联方式被检测出来，这个信号就是ECG信号。信号幅度一般情况下介于10μV和4mV之间，典型数量值是1mV，信号的频率介于0.01hz～100hz。一个正常心动周期内，ECG信号会包括P波一个和QRS复合波一个以及一个T波。Thakor通过对ECG的信号开展频谱分析，结果发现，ECG的信号一般频率较低，而大量存在直流成分，当直流成分被去掉后，大部分的能量集中在40hz以下，而P波以及T波都是ECG信号内的低频部分，一般能量都低于10Hz，而QR

5、S复合波则是ECG信号的高频部分，能量为15hz～25hz，比较集中的频率是17hz。目前EC6G信号采集选用专用的数据采集卡，成本较高，因此需要探索简单且准确，同时又廉价可存储大量数据方法。本文研究的是利用声卡采集信号，声卡在音频范围内频率响应较好，内部增益控制保证不放大电路仍能测量较宽范围的信号，大约从1μV～1V都能收集。16位立体声卡采集ECG信号精度和采样率已足够高。声卡和专用的生物信号采集卡具有一致的工作原理，只是针对采集信号的特点做了信号的处理和预处理以及对芯片进行了设计等。声卡采集可听域声音，对小于20Hz信号

6、的采集多少会有损失，可选择优质声卡采集较低频信号。但是ECG信号QRS的复合波中心频段15～25Hz，R波最大17Hz，接近声卡采集信号下限。因此声卡采集信号虽然不是完整ECG信号，依然满足检测需要。声卡成本低、性能好、兼容性强以及灵活性好和软件功能强大、驱动程序升级方便等诸多的优点，它还可利用电脑自身的内存，作为ECG信号的采集设备将大大降低采集成本，为进一步HRV分析奠定良好的基础。1.2实验方法选取男女各2名志愿者，分成两组，每组各有男女1名，分别是声卡组和心电组，其中声卡组志愿者接受声卡采集低频的ECG信号，并分析信号

7、中的R波。而心电组志愿者则是通过PowerLab信号的采集系统进行检测，对照两组研究心率变异性分析情况。6本实验以获得ECG信号较大R波为目的，将电极放置在肋骨的骨面，用75%的酒精棉球对电极的放置部位进行局部皮肤清洁，降低电阻[2]。将心电电极牢固粘在皮肤表面，并用ECG的导联线连接ECG电极，声卡组采用笔记本电脑配置的声卡sigmatelc-majoraudio采集ECG信号，从麦克风端送入ECG信号，通过goldwave音频编辑进行控制编辑，将信号进行A/D的转换变成数字信号，最后保存在存储设备内。同时应用PowerLa

8、bML870信号采集系统对通过声卡的检测R波进行验证[3]。进行图形比较、RR间期比较、并比较HRV分析指标。1.3统计学方法数据采用SPSS16.0统计学软件进行分析，计数资料使用χ2进行检验或者校正χ2检验，以P　　总之，应用普通声卡这种消费类电子产品代替专业数据采集卡完