1. 心率变异性（HRV）

1.1. 调研目标

目前需要采集什么数据来获得HRV，并通过散点图形筛查典型心脏疾病。

1.2. HRV简介

心率变异性（Heart rate variablity），简称HRV。

HRV（HeartRateVariability,中文为心率变异度），在医学上有重要的意义。心脏除了本身的节律性放电引发的跳动之外，也受到自律神经系统所调控。过去二十年已有不少文献显示自律神经系统的调控与心血管疾病相关的死亡率有显著的关系，例如心因性垂死、高血压、出血性休克、败血性休克等。心率变异分析亦被发现可作为预测发生心肌梗塞后的死亡率的指标及预测末期肝癌病患的预后。

HRV测量的是心跳的不规律性，计算方式主要是分析借由心电图或脉搏量测所得到的心跳与心跳间隔的时间序列。如果心跳间隔差别比较大，HRV就会相对较高。通常，希望HRV越高越好。

心跳的这种不规律性是由自主神经所控制的,人体中的自主神经调控着身体中不受人主观控制的功能，包括心跳、呼吸、血压和消化。

而HRV，能够反映你的自主神经的工作状况。HRV作为检测心脏自主神经功能的一种无创性方法，己被临床接受并推广使用。较低的HRV意味着更高的焦虑、抑郁发病率风险和心血管疾病死亡率,而拥有较高HRV的人，普遍具有更好的心血管功能和抗压能力。如果HRV出现了连续的骤降，可能是由某些因素引起，如压力过大，情绪波动，抽烟喝酒等，有时会是患病的前兆，这时候需要注意休息，调整生活状态。

HRV并没有一个最佳的标准区间，因为它会受年龄、荷尔蒙和生活方式等诸多因素的影响。在没有同类人群比较时，HRV最有用的价值在于和你自己的基础值进行比较。

1.3. 分析模式

心率变异分析最常用以计算的为心电图中的R波，借由量测RR之间的时间间隔（RR间期），成为一组数列，再进一步计算与分析。其模式可再依 时域（或称为时间域，Time domain）、频域（或称为频率域，Frequency domain）来分析。心率变异分析通常排除心律不整等节律明显异常的病例，而是针对在正常节律下的的些微心率差异进行研究。

• 时域分析：通常利用连续量测到的心电图波形，直接计算与分析其对应心跳间距的离散程度
• 频域分析：利用离散傅立叶变换将心跳间隔的时间序列转换为频域，以功率频谱密度或是频谱分布(Spectral distribution)的方式表现。

QRS波群包括三个紧密相连的波，第一个向下的波称为Q波，继Q波后的一个高尖的直立波称为R波，R波后向下的波称为S波。因其紧密相连，且反映了心室电激动过程，故统称为QRS波群。这个波群反映了左、右两心室的除极过程。 RR间期是指：相邻两个R波相隔的时间可以反应心率。静息状态下心率在60bpm到100bpm之间。

1.4. 基本算法

1.4.1. QRS波群提取的微分阈值法 

QRS波群提取的方法为微分阈值法，其算法分为7个步骤：低通滤波、高通滤波、微分、平方、加窗平均、阈值设定以及判断。

1.4.2. 时域参数的计算方法

通过计算一系列有关RR间期的数理统计指标来评价心率变异性的临床价值。

• 均值（MEAN）旨在反映R-R间期的平均水平
• 总体标准差（SDNN）可以用来评估24h长程HRV的总体变化
• 均值标准差（SDANN）反映HRV中的慢变化成分
• 均值标准差（SDANN）反映HRV中的慢变化成分

1.4.3. 频域参数的计算方法

HRV的周期频率一般被分为三部分，通过时频域变换可以得到VLF、LF、HF分别对应超低频（<0.04Hz)、低频段（0.04-0.15Hz）、高频段（0.15-0.4Hz），每个频段的功率（或者说幅度）都代表了不同的生理信息，利用离散傅立叶变换将心跳间隔的时间序列转换为频域，以功率频谱密度（Power spectral density）或是频谱分布(Spectral distribution)的方式表现。一般心率变异讯号的频谱分析使用200至500连续心跳间期稳定记录表现，因此记录需要数分钟的时间。 一般的心跳间期频谱频率出现在1赫兹以下，在0到0.4赫兹的范围内可找到数个波峰。主要为高频区(0.15-0.40赫兹)及低频区(0.04-0.15赫兹)。高频区通常反映副交感神经的活性，低频区同时受到交感与副交感神经系统的调控。在这里摘录维基百科的一个表格，

基于FFT的经典谱估计的方法计算频域参数。

• VLF极低频段的功率
• LF低频段的功率
• HF高频段的功率
• TP信号总功率（VLF, LF, HF的总和）

1.5. Pointcareplot 散点图分析

Poincare散点图是利用心电图数据的连续心搏RR的间距,以第n个RR间距的RRn为横坐标,第n+1个RR间距的RRn+1为纵坐标,在坐标轴上标定的一系列点集所形成的。正常人的散点图形态为彗星状,冠脉单支病变患者的散点图呈鱼雷状或短棒状,冠脉多支病变患者的散点图呈类圆点状及粗棒状。

1.6. 结论

• 需要检测心电图或脉搏量测所得到的心跳与心跳间隔的时间序列，进一步根据时域或频域，进行计算分析。
• 以第n个RR间距的RRn为横坐标,第n+1个RR间距的RRn+1为纵坐标，绘制Pointcareplot散点图，再根据量化指标如长轴，短轴，夹角，面积，检测出病变。

1.6.1. 参考资料

• 简书:利用ECG信号进行HRV分析 https://wenku.baidu.com/view/ce53e020a5e9856a56126071.html https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BF%83%E7%8E%87%E8%AE%8A%E7%95%B0%E5%88%86%E6%9E%90 韩卫星. 心率变异性及Pointcare plot散点图判断心脏病变的临床应用研究。 徐征，葛霁光，徐秋萍，张辉. 心率的 Poincare 散点图量化指标。

1.6.2. 心律变异度频域分析测量指标