ECG信号
心電信號
心電信號是人體心臟的心臟細胞的細胞膜產生的電勢差，心房和心室肌在靜止的間歇中，由于細胞內外離子(包括K＋，Na＋，Ca2＋，cl-等)濃度差別很大，處于“極化狀態”。一旦受到自搏細胞傳來的激動，這極化狀態便暫時瓦解，在心電圖上稱為“除極”(有少數學者稱為“去極”)，由此產生心電活動。心房肌的除極在心電圖上表現為P波，心室肌的除極表現為QRS波群。當然在一次除極后，心肌又會恢復原來的極化狀態，此過程稱為“復極”。復極過程遠較除極緩慢，電活動所產生的振幅也較低。心房的復極在P—R段上，一般很不明顯(唯有在右心房擴大時，P—R段輕度壓低)。心室肌復極則表現為心電圖上的ST段及T波。細胞膜電位變化如下圖所示。
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心電信號
心電信號是人體心臟的心臟細胞的細胞膜產生的電勢差，心房和心室肌在靜止的間歇中，由于細胞內外離子(包括K＋，Na＋，Ca2＋，cl-等)濃度差別很大，處于“極化狀態”。一旦受到自搏細胞傳來的激動，這極化狀態便暫時瓦解，在心電圖上稱為“除極”(有少數學者稱為“去極”)，由此產生心電活動。心房肌的除極在心電圖上表現為P波，心室肌的除極表現為QRS波群。當然在一次除極后，心肌又會恢復原來的極化狀態，此過程稱為“復極”。復極過程遠較除極緩慢，電活動所產生的振幅也較低。心房的復極在P—R段上，一般很不明顯(唯有在右心房擴大時，P—R段輕度壓低)。心室肌復極則表現為心電圖上的ST段及T波。細胞膜電位變化如下圖所示。
細胞膜激動時產生的電位如下圖所示。
在除極過程中，Na+內流，K+外流，形成反向電勢差，電位突變產生脈沖信號。同時會傳導下去，形成電流信號。傳導完成后細胞膜復極，緩慢恢復到初始期。
從人體體表采集到各心肌細胞的動作電位疊加后形成如下圖所示的心電信號。
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疊加后的信號就是看到做QRS波，如下圖所示。
心電信號主要特點如下所示。
- 頻率：0.1~200 Hz
- 電壓：0.1~2 mV
- 阻抗：10~30k ohm
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心電圖中的每一個心動循環周期由一系列有規律的波形組成，它們分別是P波、QRS復合波和T波，而這些波形的起點、終點、波峰、波谷、以及間期分別記錄著心臟活動狀態的詳細信息，為心臟疾病的診斷提供者重要的分析依據。正常的人在正常情況下，心動周期為0.80s左右，即ECG信號的周期為0.80s左右。
- P波：由心房的激動所產生，后一半主要有左心房產生。正常的P波歷時0.08s到0.11s，其波形小而圓。
- QRS復合波：反應左右心室去極化過程的電位變化。QRS波群是心電圖中變化最為激烈的波段，由三個緊密相連的波組成，第一個為波形向下的Q波，接著是波形向上的高而尖的R波，最后一個是向下的S波。QRS波群一般歷時0.06s到0.10s，其波形的幅度變化比較大。
- T波：代表心室復極化過程的電位變化。是繼S波后的一個振幅較低的波，波形呈現扁平形狀，在R波為主的心電圖上，T波不應太低。
- U波：位于T波之后，代表心室后繼電位，同T波方向一致，幅度較T波低，有時波形不明顯。
同時可以將ECG信號分為幾個典型間期和典型段，如P-R段、P-R間期、QRS間期、S-T段和Q-T間期。
測量原理
采集體表人體信號時，以人體心臟為中心，以人體體表為2D肢體導聯平面，以人體額面（切面）為2D胸導聯平面，進行電信號采集。如下圖所示。
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心電圖12個導聯包括6個肢體導聯（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF）和6個胸導聯（V1~V6）。肢體導聯包括標準雙極導聯（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ）和加壓導聯（aVR、aVL和aVF）。
由于心電信號為矢量信號，所以其是由兩個點產生的電勢差。標準雙極導聯的測量原理如下所示。
- I:LA-RA
- II:LL-RA
- III:LL-LA
可以得到：II = I + III。
標準雙極導聯連接方式如下圖所示。
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加壓導聯連接位置如下圖所示。
加壓導聯也可由標準雙極導聯推算出來，計算公式如下所示。
- aVR：RA-(LA+LL)/2=(I+II)/2
- aVL：LA-(LL+RA)/2=I-II/2
- aVF：LL-(LA+RA)/2=II-I/2
加壓導聯采集到的電信號如下圖所示。
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正常情況下，各肢體導聯的心電信號如下圖所示。
胸導測量方式如下圖所示。
胸導聯是將LA、RA、LL的電壓平均形成WCT（威爾遜中心點），再與胸部電極做差變成胸導聯信號。正常信號如下圖所示。
胸導聯測量公式如下所示。
- Vx：V[x]-(LA+RA+LL)/3
如果已知I、II導，可推出V導公式。Vx=V[x]- (LA+RA+LL)/3=(V[x]-RA)-(I+II)/3。則V導可通過采集Vx’= (V[x]-RA)的值，Vx’與采集到的I、II進行計算得到。
通常情況下，右心房可在導聯線aVF中得到最佳展示，而右心室則可在導聯線II中得到最佳展示。多數心電圖系統并不采用三個同步導聯線檢測電路或算法，結果使左心室導聯線最難捕獲。因而有時最好用其中一個V導聯線來檢測1。
ECG噪聲來源
人體的心電信號是一種非平穩、非線性、隨機性比較強的微弱生理信號,幅值約為毫伏(mV)級,頻率在0.05-100Hz之間。
心電信號的干擾主要有以下三種:
- 基線漂移,一般是由呼吸和電極滑動變化所異致的,頻率一般低于1Hz,其表現為變化比較緩慢的類正弦曲線，對心電波形中的ST段識別影響較大?；€漂移的頻率很低，其范圍為0.05Hz至幾Hz，主要分量在0.1Hz左右，而心電信號的P波、T波及ST段的頻率也很低，其范圍為0.5Hz至10Hz，兩者的頻譜非常接近，在消除噪聲的同時，不可避免地對心電信號成分造成一定的損失。
肌電干擾,它是由人體肌肉顫抖產生不規則的高頻電分擾所導致的,其頻率范圍很寬,一般在10-1000Hz之間,嚴重的肌電干擾信號頻率在10～300Hz之間，其頻譜特性接近于瞬時發生的高斯零均值帶限白噪聲。
- 工頻干擾,主要來源于工頻電源以及器件周圍環境中的傳輸線輻射出的電磁場,頻率為50Hz或60Hz,在ECG上出現為周期性的細小波紋,其頻率成分主要為工頻頻率及其諧波
轉載自:
http://www.mythbird.com/ecgxin-hao-te-zheng/
總結
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