摘要：目的改进用于心肌缺血无创检测的运动心电信号特征分析方法。方法研制一套改进的运动心电信号检测系统，提出单位时间ST段面积(STA)和STA与相关心率(STA/HR)的斜率作为新特征参数的计算方法，同时还提出了减少运动信号采集中干扰噪声混入的措施。结果临床运动试验中采集到的14例运动心电信号数据特征所进行的分析结果，验证了这些新参数计算的有效性，计算结果不仅与常规参数的计算基本一致，而且提高了运动心电信号特征参数计算的稳定性和可靠性。结论这些新参数的提出为运动试验方法中的心电信号分析提供了更有效、可靠的检测手段，有望进一步得到临床应用。

中图分类号：R851.81文献标识码：A

文章编号：1002-0837(2000)01-0029-05

Exercise ECG Test as a Method for Non-invasive Detection of Myocardial Ischemia

YE Ji-lun，ZHENG Chong-xun,WANG Lei,TANG Shi-jun

(Xi'an Jiao Tong University,Biomedical Engineering Institute,Xi'an 710049,China)

HUANG Yan

abstract:Objective To improve the exercise ECG analysis for non-invasively detection of myocardial ischemia.Method The newly developed measuring system of exercise ECG defines ST segment area and STA/HR slope as the new characteristic parameters,thus can sensitively detect myocardial ischemia.Some methods were proposed to reduce noise and artifacts for effective sampling of exercise ECG.Result 14 exercise ECG records were sampled and analyzed in clinical exercise test.It was found that the new parameters are very effective and sensitive to myocardial ischemia.The results show that the method is reliable and stable.Conclusion The method improves one of the evaluating indexes of exercise ECG analysis.It is quite promising for clinical application in future.

Key words：anti-G devices;medical evaluation;human centrifuges;general specification

心电运动负荷试验是临床上常用的心肌缺血检测方法之一，通常是以特定的运动方式增加心脏负荷，通过观测和分析由体表所记录的运动心电信号特征参数的改变，以评价心脏功能和心肌缺血的程度。目前，对于运动心电信号的特征分析国外有较多的研究报告，主要集中在提取运动心电信号的二次特征指标如：ST/HR斜率、均值、ST段相对于心率的恢复面积等参数，并进行了广泛的临床实验研究，得到有意义结论；而国内这方面的研究就很有限，特别是从工程的角度研究运动心电信号的特征提取就更为少见。国内临床使用的运动心电信号检测方法大都采用单一ST段和QTc变化作为分析和检测指标，其诊断结果的准确性只能达到60%左右。文献^［1］报道，应用计算机技术的运动心电信号分析系统，综合采用ST段、斜率和QTc 3个指标，可以提高诊断结果的可靠性。但是由于被试者的运动使得运动心电信号各波形发生不同程度的变化，并且亦使所记录的运动心电信号中必然混入某种程度的噪声干扰，这些给原本就难于准确识别的S波结束点(即J点)的确定带来了更大的困难。用于心肌缺血的无创检测与分析的运动心电信号方法对于心脏疾病的诊断和治疗效果的评价以及流行病学研究是具有十分重要意义的，也是能被患者容易接受的、费用较低的一种检测手段。因此，进一步研究其特征分析方法，提高参数检测结果的可信度是十分必要的。本文在介绍运动试验方法的基础上进一步研究了运动心电信号的可能噪声源，提出了相应的改进措施，并且还提出了对运动心电信号特征分析的新参数计算方法，可以更准确、可靠地提取有效的运动心电信号以及检测相应的特征参数，为评价运动试验结果提供更为有效的客观依据。

运动心电信号提取技术^［2］

由于运动试验中被试者身体各部位不同程度的运动，使得所记录的运动心电信号中可能混入不同程度的干扰信号，他们包括呼吸引起的心电信号基线漂移、电极与皮肤间的摩擦噪声、体位移动所引发的扰动、电源噪声以及其它电磁噪声等，这些干扰信号的消除是不可能完全依靠数字信号处理技术来完成的，在系统硬件的组成上多些考虑会获得更好效果。

系统组件整个运动心电信号检测系统由5部分组成，包括运动系统、导联系统、信号放大仪模数转换板、微型计算机及激光打印机。运动系统采用具有平(斜)卧式的踏车运动功量仪，这种平(斜)卧式踏车运动方式可避免被试者的胸部的剧烈移动(而站立式平板运动方式就无法避免)，进而可能避免或减小电极与皮肤间的摩擦噪声和体位移动的扰动影响；心电信号的摄取电极应采用随弃式AgCl贴片电极(在运动试验中应避免使用肢体夹板电极和气囊吸附电极)，并在贴电极前尽可能处理好皮肤，使得其表面接触良好以减小移动和接触时可能出现的伪差；在心电信号的放大中采用具有高增益、高共模抑制比、低漂移的悬浮式隔离高性能多道心电信号放大仪(本系统采用三通道心电信号放大仪)，同时电源采用后置式开关，以50 Hz陷波技术或直流干电池电源供电，这样可明显改善所获得运动心电信号的信噪比；在数模转换中采用具有12位（或16位）和30 kHz采样率的多通道模数转换板；保证有良好的独立接地线(使用与其它检测仪器不共享的地线)也会对减小噪声起显著的作用，临床应用已表明前述系统组件的选取对于获取理想的运动心电信号是十分有效的。

基线漂移抑制^［3］在心电信号放大仪动态范围内的运动心电信号基线漂移是可以用软件处理技术予以消除的，在常规心电图中一般有PR段和TP段可以作为基线基准，而在运动试验中当心率将接近或达到靶心率时，心电信号中的T、P波可能发生融合，因此，运动心电信号基准必须以PR段为基准，在准确识别运动心电信号R波的基础上，依据每心搏的PR段，以线性或二次拟合算法来提取趋势项，再利用插值方法消除这个基线漂移。由于运动心电信号的心率变化范围较大，而且呼吸对基线漂移的影响也较严重，在系统中我们采用二次拟合的逐点移动内插算法来进行心电信号基线漂移的校正^［1］，这样就可以获得较为理想的、无基线漂移的数字式运动心电信号。

记录导联记录导联选取对于获取高质量的运动心电信号是十分重要的，既要获取足够多的运动心电信息，还要保证所得的运动心电信息正确而无严重噪声伪差（如运动中就不可能记录到较理想的肢体导联的心电信号）。在我们研制的系统中，运动前记录常规标准十二导联的心电信号，并以CM5 、AVF、V5导联心电信号作为运动前后的对照组，这3个导联组合是从可以获得较稳定的心电信号以及心肌缺血部位来考虑的。CM5为双极性导联，具有相对稳定的电极位置和短的连接空间，能避免运动伪差、减小干扰，并对ST段改变具有较高的敏感性；V5是侧前心区导联，能观测到多导联系统中90%的ST段改变，运动停止后记录1、2、3、4、6min恢复期的心电信号，记录长度为8s，采集频率为500Hz;运动中以CM5导联作为运动状态的监测，提供实时的运动心电信号的动态显示以及相应的心率和ST段变化的动态监测值，其中被试者心率每增加10次/min左右就记录一次运动心电信号（并可以借助于操作者来确认每次心电记录的有效性，以确保所记录的运动心电信号是没有明显的失真）直到被试者的心率达到靶心率。根据临床上常用的亚极量运动方案确定靶心率。

对于由此所获得的运动前、中和后3阶段的心电信号首先是进行数字滤波预处理，以进一步消除随机噪声的干扰，我们采用了3点平均的平滑方法就可以达到较好的效果。

运动心电信号特征分析方法

对于运动心电信号的特征分析主要集中在时域、时频域，其中临床上使用最广泛的是时域特征方法。时域方法中的特征参数主要有：ST段值、QTc、ST/HR斜率、波形改变等，下面在给出这些参数测算的基础上提出单位时间ST段面积(STA)和STA/HR斜率的计算方法。

ST段和QTc运动心电信号特征识别是基于J点的识别方法，据文献^［4］报道，运动引起的不同心率的改变对于心电信号各个波形持续时间的影响程度是不同的，其中影响最小的是QRS复合波的持续时间，因此，在对J点的识别中可以通过预先设定心电信号模板的方式来完成，同时也完成对于Q、R、T等波形特征点的识别，如图1所示。在所选取信号模板基础上，又根据RR间期大小，进一步剔除了早搏型心搏。这样就可以计算J点后60ms处的ST段电压值和QTc，实际在计算ST段值是取J点后60ms附近的3个临近点均值。即：

(1)

而QTc由下式给出：

(2)

式中QT表示Q波的起点至T波的结束点间期，RR表示相邻R波间期。

图1