22、生物医学信号分析：心电图与心率变异性

生物医学信号分析：心电图与心率变异性

1. 心电图概述

在临床环境中，心电图（ECG）记录常常伴随着呼吸和血流的测量，因为这些信号相互关联，例如呼吸节律会在心率信号中有所体现。ECG 是大多数心脏病的临床检测手段，糖尿病和代谢紊乱等其他病症也可能影响 ECG。同时，ECG 能反映自主神经系统的活动，可作为交感和副交感神经系统激活的指标。ECG 能反映出多种心脏活动异常，包括心律失常、心动过缓、心动过速、异位搏动、颤动、心肌梗死、过早的心房/心室收缩、心房/心室扑动、传导阻滞、心肌缺血、高/低钾血症以及高/低钙血症等。

2. 心电图处理

2.1 数据来源与验证

在信号处理中，应用新方法分析特定数据或区分病理状态前，建议将结果与其他方法对比，并在标准数据上进行测试。幸运的是，有 PhysioNet 数据库（http://www.physionet.org/physiobank/database/）可供使用。PhysioBank 是一个广泛且不断更新的生理信号和相关数据数字记录存档，可免费下载。它包含多参数心肺、神经和其他生物医学信号数据库，涵盖健康受试者和各种疾病患者的数据，如心脏性猝死、充血性心力衰竭、心律失常等。此外，在 PhysioNet 还能找到用于分析 ECG 和心率变异性（HRV）的软件。

2.2 伪影去除

ECG 分析的第一步是消除伪影。ECG 信号可能受到技术伪影（如电源线干扰、电极接触不良、量化或混叠误差、其他医疗设备产生的噪声）和生物伪影（如患者 - 电极运动伪影、肌肉活动、基线漂移，通常由呼吸引起）的干扰。技术伪影可通过设计合适的测量程序避免，但消除生物伪影则需要特殊的信号分析技术。以下是几