分類號 密級 U D C 編號 士 學 位 論 文 論 文 題 目 心電信號檢測算法研究 學科、專業(yè) 生物醫(yī)學工程 研究生姓名 張飛 導(dǎo)師姓名及 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 何繼善 （教授） 中南大學碩士學位論文 摘 要 要 心血管疾病是威脅人類生命的主要 疾病之一，而心電信號（ 是評價心臟功能的主要依據(jù)，因此，關(guān)于心電信號檢測處理的研究一直為各方所關(guān)注。 隨有計算機技術(shù)的進步，所采用的方法也在不斷的改進中。 心電信號受人體生理狀態(tài)的影響而呈現(xiàn) 復(fù)雜的形態(tài),同時個體的差異也使心電信號千差萬別， 測量系統(tǒng)的隨機干擾也會耦合到心電信號劣化波形。從信號處理角度研究心電信號 ,具有以下性質(zhì)：1 準周期性信號；2 低頻窄帶信號,心 搏的生物學機理決定心電信號的頻譜分布在 0圍內(nèi)；3 非平穩(wěn)信號,心搏受到各種生理狀態(tài)的綜合影響；4非線性時變信號。這些都對心電信號的檢測造成了一定的困難！ 本文首先簡要綜述了心電波形檢測處理算法的現(xiàn)狀， 并對目前己有的心電檢測算法作了比較， 對它們各自的有代表性的幾種算法進行了描述，分析其特點和不足之處。 針對以往心電檢測處理算法的不足， 本文提出了基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的心電檢測算法。小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法具有自學習自適應(yīng)的特點，因此能夠?qū)π呐牡牟ㄐ涡螒B(tài)信息進行實時更新。 然后本文選取了 4 個參量進行檢測，通過 檢測精度和房顫的靈敏度分別高達 這是以往的特征檢測算法所不能達到的。并且，由于其特征檢測規(guī)則，該算法在分析速度上也達到了令人滿意的效果。 關(guān)鍵詞 ： 心電信號 (心電檢測，小波分析，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 中南大學碩士學位論文 摘 要 is of s is an So CG of CG on by of CG in CG to CG of it 1. is 2. of CG 03. is by 4. to it to of CG of of In of CG I a on is of So it in of of to on an on of CG of is up 南大學碩士學位論文 摘 要 It be by to of is in 南大學碩士學位論文 目 錄 錄 . 要. .一章 緒 論. - . - . - . - 1心電信號的濾波處理. - . - 論文的主要研究內(nèi)容 . - 第二章 心電信號基礎(chǔ). - . - . - . - 肌細胞的不應(yīng)期 .0 - .1 - .1 - .1 - .2 - 規(guī)心電圖導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng) .3 - .7 - .7 - .9 - 第三章 .0 - 31心電信號的預(yù)處理.0 - 32 .2 - .3 - .8 - .9 - .0 - .0 - .2 - 33其它波段檢測算法研究.3 - 3波和.3 - .4 - .5 - .5 - .5 - .6 - 第四章 基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的心電信號檢測及房顫診斷研究.7 - 中南大學碩士學位論文 目 錄 言 .7 - .8 - 波變換的類型 .0 - 續(xù)小波變換 .0 - .0 - 交小波變換 .1 - .1 - .2 - .2 - .2 - .3 - .3 - .3 - .4 - .5 - .6 - .7 - .7 - .7 - .8 - .9 - .3 - 第五章 總結(jié)和展望.4 - 5.4 - .4 - 參考文獻.6 - 程序附錄.2 - 誠摯致謝.1 - 在校期間發(fā)表（含待發(fā)）論文情況.2 - 中南大學碩士學位論文 第一章 緒 論 - 1 論 心電信號是人類最早研究并應(yīng)用于醫(yī)學臨床的生物電信號之一， 它比其他生物電信號更易于檢測，并具有較直觀的規(guī)律性。當前，心電信號的檢測、處理仍生物醫(yī)學工程界的重要研究對象之一。 課題的研究意義 心電信號等的檢測和處理，對信號處理方法，波形識別定位等，都提出了技術(shù)挑戰(zhàn)，它己經(jīng)成為目前信號處理領(lǐng)域一個比較熱門的研究課題，國內(nèi)外每年有大量的相關(guān)論文發(fā)表1。但是，總的說來，這些己發(fā)表的相關(guān)文獻，都還是存在著一些偏差和不足，這主要體現(xiàn)在心電信號處理的核心部分即數(shù)字濾波算法，特征波形定位檢測等結(jié)果還不盡如人意，在P、果出入更大，這預(yù)示著在這一領(lǐng)域還有繼續(xù)研究的必要，有著廣闊的理論發(fā)展空間。 近 10 年未隨著一些新的應(yīng)用數(shù)學手段如數(shù)學形態(tài)學理論、分形、模糊數(shù)學等的發(fā)展，為處理隨機過程提供了強有力的數(shù)學工具，然而，相關(guān)的這些數(shù)學工具在心電信號處理領(lǐng)域應(yīng)用往往還存在著局限。譬如，對于形態(tài)學理論運算，它最早是在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域提出未的，關(guān)于其在一維信號處理上的報道幾乎沒有，事實上，形態(tài)學對于探測數(shù)字圖像的局部化特征的有效性對于處理一維信號也是同樣適用的；對于分形，在心電信號處理領(lǐng)域， C2采用分形特征來對心電圖進行分類， 采用該分析方法處理虛擬心臟模型，還有研究關(guān)于心電信號分形特性的文獻，關(guān)于分形理論分析心率變異性的相關(guān)報道，但它們的應(yīng)用都局限于將分形作為描述心電信號的一種總體特征上， 并將這種特征看作是區(qū)別各種不同類型心電信號的一個新的特征因子， 而沒有研究心電信號的局部分形特性； 模糊數(shù)學在心電學領(lǐng)域最大的應(yīng)用是與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合將其用于疾病自動診斷上， 采用模糊化的心電信號特征因子集去求其相對于某種心律失常的隸屬度來判別疾病，而作者認為，這種方式同樣適用于信號波形識別和特征點定位，并有助于解決 P、T 波識別定位的難題，因為從本質(zhì)上這兩種判別方式之間并無不同。因此，本文基于這些新的數(shù)學工具，通過類似和假設(shè)建立新的心電信號檢測處理模型，并給出處理效果非常理想的新算法，具有理論意義和實際應(yīng)用價值，在心電信號處理及特征信息提取研究領(lǐng)域取得了新成果。 中南大學碩士學位論文 第一章 緒 論 - 2 現(xiàn)目前國內(nèi)在心電信號處理的研究領(lǐng)域上，每年發(fā)表的相關(guān)論文數(shù)目很多， 但與此相對照的是， 相應(yīng)的將這些研究成果應(yīng)用于實際的工業(yè)生產(chǎn)，成為具有市場競爭力的成熟產(chǎn)品幾乎很少見到， 作為集各種心電疾病檢測手段之大成的心電工作站產(chǎn)品，系統(tǒng)核心即分析軟件是由法國沒有自主的知識產(chǎn)權(quán)。這些產(chǎn)品還有一個弱點是不能提供心功能檢測，因此，本課題的研究具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀心電信號的采集一般分為有創(chuàng)和無創(chuàng)兩種方法。有創(chuàng)心電信號的檢查，自本世紀 70 年代以來雖然有很大的發(fā)展，就采集的心電信號的質(zhì)量和細節(jié)而言，有創(chuàng)方法無疑有很大的優(yōu)越性。但這種方法最大的缺陷也就是它的有創(chuàng)性，容易給受測者帶來生理和心理上的的影響。因此，無創(chuàng)方法依然是應(yīng)用最廣的、最多選擇的測試方法。無創(chuàng)方法一般利用電極接觸人身體的相關(guān)部位，通過測量身體不同部位的電勢差變化，記錄心臟的電活動情況。 人體的心電信號本身就十分微弱，加 上通常采用的無創(chuàng)體表采集方法，所以使信噪比相當?shù)汀?0約90%的心電信號頻譜能量集中在 5間。在采集心電信號時，由于受儀器、人體等方面的影響所采集的信號常常存在三種主要干擾： (1)基線漂移，此由電極移動，人體呼吸等低頻干擾所引起，頻率小于5H；(2)肌電干擾，是由于人體活動、肌肉緊繃等原因所引起的干擾，這種干擾的頻率范圍較廣； (3)工頻干擾，是由公共電網(wǎng)以及各種用電設(shè)備產(chǎn)生的固定頻率的干擾，頻率為 50一些特殊情況下，該頻率也會發(fā)生一定漂移。 從心電信號的波形上看，它是比較接近于一個周期重復(fù)的確定信號，但實際上它又有很大的不確定性。心電信號波形總是不斷地進行細微變化。它們不僅會隨著入體各種生理因素的變化而變化。而且，細胞相應(yīng)不同的激勵電位雖然具有明顯的變化規(guī)律，但每次又具有微小的隨機差異。 綜上所述，我們實際所采集的心電信號是有用信號極其微弱，噪聲比較強大且品種多，有用信號性質(zhì)基本是只有確定規(guī)津，但同時又帶有隨機變化的生物醫(yī)學電信號。 電信號檢測處理現(xiàn)狀 心電信號的參數(shù)提取是 號分折診斷的關(guān)鍵，其準確性與可靠性決定診斷與治療心臟病患者的效果4。其中 的檢測又是 測中的首要問中南大學碩士學位論文 第一章 緒 論 - 3 是因為 不僅是診斷心律失常的最重要的根據(jù)，而且只有在 確定后才能分析 其他細節(jié)信息，如進行心率變異性分析，檢測 的參數(shù)等。 關(guān)于 檢測方法已有很多研究成果發(fā)表，但各種方法也都有其優(yōu)點和不足之處5。而心電信號波形的復(fù)雜性和各種噪聲的干擾都給 的精確檢測帶來很大困難。 目前的采用方法有硬件的、 也有軟件的方法。 就發(fā)展趨勢來看，軟硬結(jié)合應(yīng)該是今后心電信號檢測的發(fā)展方向。 1 心電信號的濾波處理 不論采用那種方法檢測心電信號，都涉及到濾波問題，這是心電檢測的現(xiàn)實要求。在生物醫(yī)學信號的檢測技術(shù)中，由 于大多數(shù)生物信號都是極其微弱的 (級或 )相對于被測信號而言，環(huán)境的干擾往往要大好幾個數(shù)量級。以心電信號為例，從人體體表采集的心電信號會受到各種干擾的影啊。其中工頻 50擾對信號的影響最大，另外還有其他一些干擾。為了濾除這些干擾可從兩方面入手：一方面從硬件上，通過合理屏蔽和接地等措施，以及采用性能優(yōu)良的電子器件和浮地工作等方式，可以將噪聲減小到一個相當?shù)某潭?；另一方面從軟件上，采用有效的?shù)字濾波技術(shù)，進行濾波處理。隨著計算機在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，數(shù)字的智能型的心電檢測代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬心電圖是心電檢測發(fā)展的必然趨勢。 在硬件方面， 提出一種最優(yōu) 波理淪6，并給出一個中心頻率為 17Q 值為 4 的帶通濾波器。楊紀成認為利用硬件濾波，速度和成本方面更有優(yōu)越性。因此他用硬件做成帶通濾波器，該濾波器濾去了基線漂移也抑制了肌電干擾，但心電信號通過后， R 波成為心電信號的主要成分，心電信號的形態(tài)發(fā)生改變， Q、 S 點也消失。因此完全采用硬件濾波，雖然具有速度快，結(jié)構(gòu)相對簡單的優(yōu)點。 但其方法不如軟件靈活， 各種參數(shù)一旦固定就難以再選擇和調(diào)整，對于應(yīng)付復(fù)雜情況有困難，并極容易引起信號波形的變形和失真。 采用軟件濾波，具有更好的靈活性，更好的效果。平滑濾波是數(shù)字濾波方法中較早被人們采用的方法，其差分方程為： 12/)n(x)1n(x)9n(x)10n(x)11n(xY(n) += (1其中 X（ n）為原始 據(jù)， y（ n）為濾波后的 據(jù)。該算法運算簡單，處理速度快。但該方法也存在明顯不足，通頻帶很窄不到 20方法雖然較好的濾除掉 50頻，但對心電信號中的 也有較大的削峰，信號衰減很大，無法滿足臨床檢測要求。 波器：又稱簡單整系數(shù)帶阻濾波器，其原理為用一個全通網(wǎng)絡(luò)減去一個具有相同傳輸延遲和增益的窄帶通線性相應(yīng)的 波器輸出， 得到一個具中南大學碩士學位論文 第一章 緒 論 - 4 600樣頻率下，其差分方程為： )444n()n( 12)-x(x(x(x(nx(n)n)(+= 100)%n(H)n(HH(n)21= (1相對于平滑濾波器，這種濾波方法濾波后信號衰減大為減小。該方法具有線性相位，基本可實現(xiàn)實時處理,但它的不足之處在于，其延時很大，并且只能濾除固定頻率,當工頻有波動時，濾波效果明顯下降。 為了得到更好的濾波效果， 1984 年 出對心電信號的線性段和非線性段采用不同處理方式的數(shù)字濾波方法5。用該方法濾波，它要求 號滿足以下兩個條件： 1）采樣頻率 2）在一個工頻干擾周期內(nèi)，工頻干擾采樣點的幅值的代數(shù)和為 0。 具體的方法是在濾波過程中首先識別出一個線性段， 該線性段濾波后的值為這個線性段原始數(shù)據(jù)的平均值； 同時求出工頻干擾的值作為非線性的工頻干擾的模板，而在非線性段其真值原始數(shù)據(jù)減去在臨近線性段求得的干擾模扳值。 算法描述如下： 設(shè) 號，設(shè) Y 為工頻干擾，y為濾波后信號，在采樣頻率600頻干擾周期內(nèi)的采樣點數(shù)為 N f 600/50 12。 6110()+=+(1中： 12/)YY( 。 在線性段: 12/2/)+=555+=(1在非線性段: 555+= (1經(jīng)過上述算法的處理, 號的濾波效果較之以前有很大的改善。該算法中引入了 M 是用來判定線性段和非線性段的指標，也是濾波方法中的關(guān)鍵，而在實際應(yīng)用中，卻比較難把握：如果 M 設(shè)的過大，對干噪聲較大的心電信號，則濾波不夠徹底，不能達到好的濾波效果；而 M 值設(shè)的過小，則雖然對噪聲能干凈濾除，但同時也造成 的嚴重削峰，這是把 當作線性來處理的結(jié)果。而不同人的心電信號噪聲水平也不完全相同，因此這種方法還需進一步的改善。另外，這種濾波只能對工頻 50行濾除，而無法抑制基線漂移，并且對于某些 形（如 斜率較小或 較寬） ，在 S T 段會有小的中南大學碩士學位論文 第一章 緒 論 - 5 近年來，小波變換開始廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域， 但其所采用的樣條小波僅限于信號分解，沒有考慮小波變換檢測 9。而余輝等10波（高斯函數(shù)的二次導(dǎo)函數(shù)）設(shè)計小波濾波器，通過可變閾值檢測小波變換的模極大值標定高了凱11分別用樣條小波和 波設(shè)計小波濾波器，對實際達到了實用的要求， 但是數(shù)據(jù)處理時間較長，占用內(nèi)存較多。 在對存在很多偽差和噪音信號的心電圖進行分析并定位作炳利用 2，也取得了一定效果，但對肌電噪聲下的 檢測，效果很差。姬軍等13利用支持緊支集的二次樣條小波，在算法上加以改進，能有效地定位在本文中，為了更好的提高 號的濾波效果，筆者試圖以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于心電信號的濾波處理中?？梢员容^靈活地對 行處理，這種方法能夠很好的去除基線漂移，并且能夠在很大程度上濾掉肌電干擾的尖脈沖，信號的失真較小。 電信號的檢測與識別關(guān)于 號各參數(shù)的撿測與波形識別， 可分為多導(dǎo)聯(lián)的和單導(dǎo)聯(lián)兩種14。多導(dǎo)聯(lián)方式由于對病入的約束較大而且信號量很大，不適合做長時問記錄分析，因而在實際中診斷心率失常方面通常不能得到預(yù)期效果。 所以目前一般采用單導(dǎo)聯(lián)方式。這種方式可以進行長時間的心電信號記錄，其檢測側(cè)重于了解心臟電活動情況是否正常，以及不正常發(fā)生的類型、形態(tài)和頻度等情況，對病人的約束較少，在大多數(shù)的情況下，都是采用單導(dǎo)聯(lián)方式的檢測1516。 號的檢測與分析也有基于硬件和基于 軟件的兩種。但由于采用硬件的方法其檢測參數(shù)不容易調(diào)整，缺乏靈活性，不易處理復(fù)雜的情況，而越來越少為人們采用。軟件方法可靈活的選擇和調(diào)節(jié)各參數(shù)，處理信息量大，分析層次多等特點， 因而軟件方法是心電檢測和識別中較多被采用的也是主要的研究和發(fā)展方向。 在軟件方法中較典型的 檢測方法是先對心電信號進行一些變換，進而采用一系列閾值進行識別，這些閾值有固定閾值法也有可變閾值法。在可變閾值檢測方法中， 7等人的工作很具代表性。他們提出的算法包括以下環(huán)節(jié)：采樣的心電信號經(jīng)過數(shù)字帶通濾波器 (通帶為 5波，微分后再平方，平方過程可得出微分后的頻響曲線斜率， 并有助于區(qū)分由于一些高頻分量而引起的假中南大學碩士學位論文 第一章 緒 論 - 6 做移動窗口 (150分，積分所得的結(jié)果既包含 群的斜率，又包含 的寬度信息；然后用閾值進行檢測，一是濾波后信號的閾值，另一是窗口積分后的閾值。閾值的大小隨信號的波動不斷調(diào)整，這樣可提高檢測的可靠性。此外，該算法還利用雙重閾值去重新檢測。這種方法雖然對 具有比較高的檢測率，但對其他分量考慮較少，并且該方法基本是基于經(jīng)驗判斷的基礎(chǔ)上，沒有明確的數(shù)學模型。用相關(guān)法來進行 提取18，其原理是預(yù)先存儲大量的 然后把待測的 待處理信號與模板耦合時相關(guān)值最大。常用的比較方法有平均平方法、最小二乘法和面積差分法等方法。所存儲的信號可以是正常和非正常的 號。這種方法不僅可以撿測 ，而且可以捉取心律失常下的 。但這種方法， 對參考點的選擇非常敏感， 參考點的選擇不同極客易產(chǎn)生相反的檢測結(jié)果 而且對高頻噪聲和基線漂移很敏感。由于心電信號波形的復(fù)雜性、多變性，其特征和推理都具有多變性和不確定性，僅依靠數(shù)學運算的信號處理方法和模式分析方法分析心電信號，已不能得到令人滿意的結(jié)果。隨著計算機技木的發(fā)展，特別是人工智能理論與技術(shù)的不斷提高，以及在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，也為 號的檢測研究注入新的活力。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學習、自組織、并行處理等特點，為解決以前 測識別中的問題大有幫助，所以從 90 年代以來，開始有人對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在心電信號中的應(yīng)用進行研究1920。在網(wǎng)絡(luò)的選擇上，以 絡(luò)較多。開始的應(yīng)用，人們一般構(gòu)造一些節(jié)點較少相對簡單的網(wǎng)絡(luò)， 輸入的數(shù)據(jù)是經(jīng)過預(yù)處理的心電數(shù)據(jù)后得到的如 積、 度21利用網(wǎng)絡(luò)做一些判定。這種應(yīng)用其實并未發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理能力，和以前的方法相比處理能力并未有很大提高。后來開始有人構(gòu)造較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)直接進行 處理。王繼成、呂維雪22于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種心電圖分類法中。根據(jù)具有不同特點的心電圖波形輸入 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行檢測識別處理，從而使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識別種類大大提高，識別率達到 80。但是在實際應(yīng)用中，人們發(fā)現(xiàn) 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有兩個缺陷：第一 法的收斂速度緩慢，容易陷入局部極小值的吸引區(qū)域； 第二長時間的學習后， 誤差終于減到容忍的范圍內(nèi)，但用其他的樣本測試，經(jīng)常與預(yù)想的還存在差距，也就是說神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化能力欠佳。 在本文中，研究基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對心電信號進行檢測分析處理。充分發(fā)揮小波基函數(shù)良好的時頻局部性持點2324，利用小波基函數(shù)作為輸入節(jié)點的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在波形信號特征提取和泛化方面有較大的優(yōu)勢。 利用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行心電信號的檢測和處理已是心電信號研究領(lǐng)域的一種新的發(fā)展方向。 中南大學碩士學位論文 第一章 緒 論 - 7 論文的主要研究內(nèi)容 在心電自動分析技術(shù)的四十年發(fā)展歷史中， 大量的研究方法不斷的被提出并加入研究和應(yīng)用，心電自動分析早已走出實驗室進入了臨床實用的階段。別是針對長時間的大地減輕了醫(yī)務(wù)人員的勞動強度。尤其是在波形檢測的問題上，雖然不斷探索新的研究方法，以提高效果，但仍是不能達到很好的效率，且算法往往趨向于復(fù)雜，從而忽視了速度對系統(tǒng)整體性能的制約。 針對于目前的研究狀況， 本文主要對于關(guān)于心電的生理和導(dǎo)聯(lián)是括預(yù)處理在內(nèi)）處理技術(shù)的基礎(chǔ)和前提，因此在第二章對心電信號的基礎(chǔ)知識做了綜述：本章首先簡明論述了心電圖的產(chǎn)生原理、正常心電圖的產(chǎn)生、心律失常發(fā)生原理和心電圖的測量方法和特 點;論文所用的心電數(shù)據(jù)來自 526心電圖數(shù)據(jù)庫，因此在本章中簡單介紹該數(shù)據(jù)庫。第三章詳細地總結(jié)了目前為止主要的一些于每一類算法的特點進行了描述與比較。在第四章中，結(jié)合了前人的基于小波處理的算法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的特點，實現(xiàn)了一個基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的心電信號的檢測算法， 并用五章總結(jié)與展望，對存在的問題進行了探討，指出了更進一步的研究方向。中南大學碩士學位論文 第二章 心電信號基礎(chǔ) - 8 電信號基礎(chǔ) 心臟的生物電過程與心臟組織的生物化學過程、 心臟機械運動及其有關(guān)控制心臟活動的神經(jīng)系統(tǒng)有著密切的關(guān)系。由于各種病理原因引起的心臟疾病，幾乎都和心臟的生物電活動有關(guān)。心電圖（ 斷方法是心血管疾病的診斷中十分重要的一種方法，由于 斷可靠簡便，對病人的無損性，使得其在臨床上廣泛的應(yīng)用，成為心臟病臨床檢查中的一種手段。 電的產(chǎn)生原理與電生理特性心電是心臟有規(guī)律收縮和舒張過程中心肌細胞產(chǎn)生的動作電位綜合而成的心電信號27。心電圖的產(chǎn)生和心臟的傳導(dǎo)系統(tǒng)有關(guān)28,如圖 2臟傳導(dǎo)系統(tǒng)主要有竇房結(jié)、結(jié)間束、房室束、房室結(jié)、左右束枝以及浦肯野纖維構(gòu)成。 圖2臟電傳導(dǎo)系統(tǒng) 房結(jié) 間束 AV 室結(jié) 室束 支 肯野氏纖維 正常心臟的激動來源于竇房結(jié)發(fā)出的電激動。竇房結(jié)有規(guī)律地定時發(fā)出激動，沿房間束、節(jié)間束分別傳入兩側(cè)心房及房室結(jié)。竇房結(jié)位于右心房上部，激動首先傳入右心房，相繼引起右心房和左心房的除極作用而產(chǎn)生動自心房下傳至房室結(jié)后，傳導(dǎo)速度驟然減慢。當激動緩慢通過房室結(jié)后，便以高速穿過房室束、束枝及浦肯野纖維到底心室，幾乎同時傳入左右心室的心內(nèi)膜，隨后由內(nèi)膜傳至外膜。 心室除極過程產(chǎn)生的除極向量環(huán)在各導(dǎo)聯(lián)軸上的投影便形成了中南大學碩士學位論文 第二章 心電信號基礎(chǔ) - 9 房除極結(jié)束后，立即開始復(fù)極而形成復(fù)極波，但因其振幅很小，且常與 或 波重合，故一般不易辨認。心室除極后的復(fù)極過程產(chǎn)生復(fù)極向量環(huán)，投影到導(dǎo)聯(lián)軸上便形成了心電圖上的括的說，心電圖是心房及心室除極和復(fù)極過程中電位變化的記錄， 心電圖各導(dǎo)聯(lián)上的波形是心電向量環(huán)在相應(yīng)體表前額面導(dǎo)聯(lián)軸上的兩次投影。 心臟的生理功能類似一個水泵， 能自動地有節(jié)律地發(fā)生興奮和收縮以推動血液循環(huán)。心臟的生理功能以心肌的生理特性為基礎(chǔ)，心臟的自律性、興奮性和傳導(dǎo)性都是以生物電活動為基礎(chǔ)的生理機能，稱之為電生理特性。心臟的電生理特性表現(xiàn)為心臟的興奮功能，形成心臟內(nèi)興奮的發(fā)生與傳播，并引發(fā)收縮心臟的電生理的變化與某些心臟疾病，特別是各種類型的心律失常的發(fā)生有密切關(guān)系。五十年代以來， 由于電生理的研究技術(shù)尤其是細胞內(nèi)微電極和放射性同位素技術(shù)的進展， 測定了心細胞在正常和不正常情況下電位變化， 以及細胞內(nèi)外的離子轉(zhuǎn)運，對深入理解心臟的電生理學、心律失常的發(fā)生機理、心電圖表現(xiàn)以及藥物的作用機理提供了許多重要的理論基礎(chǔ)。 這些進展對心臟病的診斷和治療也提供了確切的理論依據(jù)。 肌細胞的膜電位 心臟的生物電現(xiàn)象也和其它可興奮的組織相似， 表現(xiàn)為細胞膜內(nèi)外的電位變化稱為跨膜電位或稱膜電位。 膜電位包括心肌細胞處于靜息狀態(tài)時的靜息電位和興奮時的動作電位。 心肌細胞膜內(nèi)外的離子濃度不同， 安靜與興奮狀態(tài)下細胞膜對不同離于的通透性亦不同。心肌細胞在靜息狀態(tài)下膜外各部位的電位都是相等的，即膜外各部位間不產(chǎn)生相位差，但此時細胞膜的內(nèi)外卻存在著電位差，即膜內(nèi)為負電位，膜外為正電位，這種在靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)外之間的電位差即稱為膜的靜息電位。正常心肌細胞內(nèi)的靜息電位為 90右。當心肌細胞受刺激興奮時，膜內(nèi)外的電位便會突然發(fā)生轉(zhuǎn)變：膜內(nèi)電位由負電位轉(zhuǎn)變?yōu)檎娢?，而膜外電位則由正電位轉(zhuǎn)為負電位，這種膜電位的變化稱為動作電位。 肌的除極和復(fù)極 心肌的除極與復(fù)極過程表現(xiàn)在心肌細胞受刺激時的膜電位的變化情況。 心肌動作電位按發(fā)生時間的順序可分為5個位相： 0位相：即除極期細胞膜的外正內(nèi)負極化狀態(tài)除極而至反轉(zhuǎn)，稱為除極化。人體心肌細胞其除極化的幅度約為120毫伏， 膜內(nèi)電位上升過程中的最高速度可中南大學碩士學位論文 第二章 心電信號基礎(chǔ) - 10 ，但0位相所占時間僅為12毫秒。 1 位相：即快速復(fù)極初期。除極化 0 相與復(fù)極化 1 相合成峰電位約占 10 毫秒。 2位相：即緩慢復(fù)極期又稱平臺期。此時復(fù)極化緩慢，膜電位變化很小，膜內(nèi)外電位差往往處在接近于零的等電位狀態(tài)， 復(fù)極化處于停滯狀態(tài)而形成2期平坡。此期間約占100毫秒相當于心電圖上的S3位相：為快速復(fù)極末期。3期約占100當于心電圖上的 0當于心電圖上的Q極過程 從1至3期直至期開始為2004位相：為靜息期或舒張期，即膜電位從最大舒張電位逐漸出現(xiàn)自然性舒張期除極化。當除極化達到閾電位水平（70，就又可重新激發(fā)動作電位。心肌發(fā)生激動之后很短的一段時間內(nèi)完全地或部分地喪失興奮性 肌細胞的不應(yīng)期 1)對不應(yīng)期和有效不應(yīng)期：從 0 相之后到復(fù)極化約55 毫伏的期間內(nèi)為絕對不應(yīng)期。在此期間內(nèi)，即使是大于閾刺激 1000 倍的高強度刺激，也不能以引起興奮反映。因此從0相開始到復(fù)極化約達2)相對不應(yīng)期：從有效不應(yīng)期終了到膜電位恢復(fù)到期間內(nèi)，較強刺激可使膜發(fā)生全面除極化而形成擴布性興奮，動作電位在相對不應(yīng)期內(nèi)所產(chǎn)生的興奮稱為期前興奮或期前收縮。 期前興奮的動作電位產(chǎn)生時復(fù)極化尚未完全，其膜電位較小，故除極化0相的幅度和速度較正常為低，動作電位時間也較短，因此期前興奮的傳導(dǎo)性較低而不應(yīng)期較短，比較容易由于傳導(dǎo)延緩單向阻滯和興奮折返而產(chǎn)生心律失常。 3)常期： 在復(fù)極化完畢前不久大約從0毫伏這一短期間為超常期。超常期相當于體表心電圖中的4)易損期：心臟在相對不應(yīng)期開始初有一個短暫的時間，在此期間應(yīng)用較強的刺激（閾上刺激）容易發(fā)生纖維顫動，稱為易損期。在這種狀態(tài)下較易發(fā)生傳導(dǎo)延緩和單向阻滯而形成興奮折返，如果許多微折返同時出現(xiàn)，則心房或心室興奮和收縮將失去協(xié)調(diào)一致而形成纖維性顫動。 心房和心室都有易損期。心房的易損期在心電圖的室的易損期在心電圖的 T 波升支到達頂峰前約 30 毫秒的時間內(nèi)。臨床上采用電擊復(fù)律術(shù)治療心律失常時，常用心電圖刺激不致落入心室易損期以免引起心室纖維性顫動。 不應(yīng)期與心律失常有密切的關(guān)系：有效不應(yīng)期縮短則期前興奮易于發(fā)生，興中南大學碩士學位論文 第二章 心電信號基礎(chǔ) - 11 者均可導(dǎo)致心律失常；反之，有效不應(yīng)期延長則期前興奮不易發(fā)生，興奮折返易于阻斷兩者均可抑制心律夫常。 電測量和導(dǎo)聯(lián) 床常見的心電圖檢查臨床常見的心電圖檢查主要有以下幾種2930： 1)靜態(tài)心電圖（ ：也叫常規(guī)心電圖，是指被檢者在靜息狀態(tài)下測得的心電圖，記錄時間通常為 10 秒，最常用的是 12 導(dǎo)聯(lián)同步心電圖。 2)監(jiān)測心電圖：通過心電檢測儀器對被檢者的心電活動進行長時間、遠距離的監(jiān)測，主要包括 床邊心電圖監(jiān)測（ ，電話傳輸心電圖監(jiān)測 (。 3)動態(tài)心電圖（ 也即通常所說的 電圖。它用一種便攜式的記錄器連續(xù)檢測人體在自然生活狀態(tài)下 24 小時甚至更長時間內(nèi)的心電變化。從廣義上來說，它也屬于監(jiān)測心電圖的一種。 4)運動負荷試驗心電圖 (通過運動、藥物、物理、心臟起搏等方法增加心臟負荷，誘發(fā)心肌缺血，并用心電圖記錄這種缺血性改變。 靜態(tài)心電圖、 監(jiān)測心電圖與動態(tài)心電圖就采用的導(dǎo)聯(lián)記錄方式和應(yīng)用目的來看，是大不相同的。前者使用多個導(dǎo)聯(lián)記錄心電信號，以獲得某段時間心臟電活動較全面