心率变异性分析

心率变异性的定义：

心率变异性(heart rate variability,HRV)是指逐次心跳 R-R 间期波动的现象,其机制是交感神经与迷走神经协调作用从而控制窦房结的起搏,其具体表现是每个心动周期长短的不规则变化。

心率变异性分析的意义：

HRV的产生主要是由于心脏窦房结自律活动通过交感和迷走神经、神经中枢、压力反射和呼吸活动等因素的调节作用，使得心脏每搏间期一般存在几十毫秒的差异。其中迷走神经对HRV起着主要的决定作用，所以，迷走神经功能健全时，心率变异程度大，迷走神经功能受损时，心率变异程度小。

心肌梗死后HRV下降是预测心源性猝死和室心性心律失常的一个有价值指标，心率变异性可以作为一个独立的心源性猝死危险性的预测指标。心率变异性分析对多种恶性心律失常的预后判断和药物治疗效果分析有指导作用。

HRV与心律失常，急性心肌梗死，冠心病无症状心肌缺血，慢性心力衰竭，慢性肺源性心脏病，高血压，动脉硬化等多种疾病具有明显的相关性。HRV的测定分析可用于定量评估心脏交感、迷走神经紧张性和均衡性，在评价心血管病病的发展和预后方面有重要价值。

心率变异性分析的信号来源:

心率变异性是基于RR间期的波动, 因此能准确检测出QRS波型，或能检测出心动周期的生理信号都可以用于心率变异性分析，在实验领域，心电图，血压，脉博，血氧饱和度等生理检测参数，均可用于心率变异性信号的分析。

心率变异性分析的常用分析方法：

HRV分析一般分为短时分析和长时分析，短时分析一般只有5分钟，最长1小时；长时分析则可达24-48小时。记录可在不同体位（仰卧、倾斜、直立或倒立位）和动作（平静呼吸、深呼吸、Valsava动作、运动）进行。

HRV分析目前采用的方法有时域分析法和频域分析法以及非线性分析法，时域分析法是应用数理统计指标对HRV作时域测量，常用于短时间（5 min）或长时间（24 hour)分析。包括简单法和统计学方法；频域方法或频谱分析方法原理是将随机变化的RR间期或瞬时心率信号分解为多种不同能量的频域成份进行分析，可以同时评估心脏交感和迷走神经活动水平；非线性分析是结合非线性动力学的方法来研究心率变异性，常用的非线性分析方法主要包括散点图法，参数估算法和预测与建模法等。

正常人的HRV随年龄增长而减小，夜间大于白天，这与夜间迷走神经张力高于白天是一致的。HRV分析为了反映节律的变化，多强调记录分析24小时HRV。

心率变异性分析的常用参数:

心率变异性的分析，主要包含线性分析和非线性分析，其中线性分析主要有时域分析和频域分析，非线性分析最为常见的是散点图法。

时域分析的参数主要包括以下：

Mean RR: 平均R-R间期，单位ms

Median RR: R-R间期中间值，单位ms

SDNN(SD, SDRR): 全程窦性R-R间期的标准差，单位ms

SDANN(SDARR): 每5分钟窦性R-R间期均值的标准差，单位ms

SDNN Index: 每5分钟内窦性R-R间期的标准差，再计臬这些标准差的平均植，单为为 ms

CVRR： R-R间期的标准差与平均R-R间期的比值

SDSD：全程相邻NN间期差值的标准差，单位为ms

RMSSD: 全程相邻NN间期之差的均方根值，单位为ms

NN50：整个心电图记录中相邻R-R间期差值超过50 ms的次数

pNN50 NN50占所有心动周期次数的百分比

MAX-MIN 最长R-R间期与最短R-R间期之差

Triangular Index: 三角指数也称为圣乔治指数。NN间期的总个数除以NN间期直方图的高度。在临床上，计算NN间期直方图时，横坐标刻度间隔的标准为7.8125ms(1/128S).

频域分析参数：

TP: 总功率，时程内所有频率的总功率

ULF: 超低频范围的功率

VLF：极低频范的功率

LF：低频范围的功率

HF: 高频范围的功率

LF/HF 低频与高频功率之比

非线性参数：

Poincare散点图 (SD1、SD2和SD2/SD1)：又称Lorenz散点图，是以相邻两个心动周期的前一个为横坐标，后一个心动周期为纵坐标为一个点，依次标绘所有正常心动周期而形成的散点分布图。Poincare散点图的定性分析，主要观察散点图的图形形态，正常人多呈彗星状，HRV异常时多呈其它形状。定量分析，主要的参数为SD1和SD2, 其中SD1为散点图短轴，代表相邻NN间期差值变化的大小;SD2为散点图长轴，代表心率在长时间内变化的大小。与SD1和SD2类似的还有VAI(Vector Angel Index）矢量角度指数，指45度方向散开的角度， VLI(Vector Length Index)矢量长度指数，指45度方向延伸的长度。

散点差值标绘图(Modified Poincare Plots)，是以两个相邻心动周期的差值标绘的散点图，以前一个差值为横坐标，后一个差值为纵坐标，依次标绘所有的心动周期。根据差值的正负，散点分布于直角纵标的四个象限，反映RR差值的离散度。指标为Pa, Pb,Pc和Pd.

短时程HRV分析常用的时域分析和频域分析，其中常用的能数包括Mean RR, SDRR, SDSD, RMSSD, PNN50等，频率分析，不统计ULF。而长时程HRV分析除了常用了时域分析和频域分析，还包括Poincare散点图等非线性分析方式。

Labchart 心率变异性分析功能:

LabChart是ADinstruments公司专业生理信号分析软件，其附带的HRV分析模块，可进行全自动的各种实验动物以及人体的心率变异性分析。其分析产品的图型及结果如下：

R-R检测点规类图

本图用于筛选附合标准的R-R间期，其中横坐标为R-R间期的测量值，纵坐标为检测点的复杂度，复杂度代表当剪心率检测点与QRS波群的形状和时间过程的符合程度，一般信号的变化量越大，信号的复杂度就越高，异位博动比正常博动具有更高的复杂度。可以通过调整红色框口的大小，来选择需要分析的检测点。

HRV Tachogram Plot

本图显示X轴为逐个QRS检测点，Y轴当前点的RR间期值，并将所有点连成线

RR Histogram Plot R-R间期直方图

横坐标为RR间期范围, 纵坐标为统计点的计数。其中R-R间期每一隔的宽度，在LabChart软件上可依据不同的动物种属以及实验分析的需求进行修改。

直方图的的形状可以反映心率变异性的大小，当直方图高而窄时，心率变异性小，直方图低而宽时，HRV大。

长时程 R-R间期直方图的基本形状分为单峰，闭合双峰和开放型双峰三种形状。正常人，尤其是HRV比较大的，直方图低而宽，多呈开放型双峰，而严重的冠心病，心肌梗死以及充血性心力衰竭等导致HRV降低时，R-R间期直方图高而窄，多呈单峰形状。

Delta RR Histogram Plot R-R间期差值直方图

横坐标为RR间期差值范围，后一个周期比前一个周期长时，差值为正数，反之差值为负数，纵坐标为统计点的计数。其中R-R间期差值每一隔的宽度，在LabChart软件上可依据不同的动物种属以及实验分析的需求进行修改。

R-R间期差值直方图是对R-R间期差值在不同数值段上的频数统计，反映了R-R间期差值对其平均值的离散程度。它不能反映绝对心率变化的变化，只能反映R-R间期及心率快速变化（即频域分析中的高频成分）的大小。当RR间期差值直方图低而宽时，表示迷走神经活性高，RR间期差值直方图高而窄时，表示迷走神经活性低。

Poincare散点图

　　Poincare散点图是非线性分析常用方法，以相领两个心博的剪一个RR间期为横坐标，后一个心博的RR间期为纵坐标绘制。

Poincare散点图对HRV的评价既可以是定性的，也可以是定量的，定性以形态来描述。正常人Poincare散点图83%以上为头小尾大的彗星状，其它形态极少。一般认为Poincare散点图的彗尾是反映迷走神经的活性，迷走神经使心率减慢，R-R间期增大，散点构成彗尾。头部是反映交感神经的活性，交感神经使心率增快，R-R间期减少，散点构成头部。快速心率部分构成彗星头部，头小表明心率快时心率不齐程度小，慢速心率构成尾部，尾大表明心率慢时心率不齐的程度大。交感神经张力增高时，散点向头部集中，散点图的长度和宽度都缩小，迷走神经张力增高时，散点尾部变宽，散点图长度和宽都都增大。

定量分析时，常用SD1和SD2值。SD2值的高低反映长时程平均心率变化的大小，SD1值反应瞬时心率变化的大小。

Power Spectrum Plot 功率图