BD21318_ BD21318_
BIOLOGICKÉ A LÉKAŘSKÉ SIGNÁLY
VI.
VARIABILITA SRDEČNÍHO RYTMU

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
VARIABILITA
SRDEČNÍHO RYTMU
* VARIABILITA SRDEČNÍHO RYTMU, tj. fluktuace jak dob trvání po sobě jdoucích srdečních cyklů, tak
hodnot okamžité srdeční frekvence (HRV – Heart Rate Variability) je jev, který reprezentuje stav
autonomního nervového systému řídicího srdeční činnost.

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
VARIABILITA
SRDEČNÍHO RYTMU
•Heart Rate Variability: Standards of Measurement, physiological interpretation, and clinical use.
Task Force of The European Society of Cardiology and The North American Society of Pacing and
Electrophysiology. European Heart Journal, vol. 17 (1996), p.354-381.
•North American Society of Pacing and Electrophysiology. Standards of Professional Practice for the
Allied Professional in Pacing and Electrophysiology (Policy Statement). PACE, vol. 26 (2003),
p.127-131
•Didier C. Combatalade, D. C.: Basics of Heart Rate Variabilty. Applied to Psychophysiology.
Thought Technology Ltd., Feb. 2010, http://www.emfandhealth.com/HRVThoughtTechnology.pdf
•
European Society of Cardiology American Heart Association

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
SOUVISLOSTI
* v závislosti na stavu a zatížení nervového a kardiovaskulárního systému se srdeční rytmus mění v
rozsahu 5 ¸ 15 %
* vnější faktory (svalové a psychické zatížení, trávení, poloha, hluk, podnebí, počasí);
* vnitřní faktory (dány autonomní fyziologickou aktivitou – dýchání, oscilace tlaku krve,
termoregulace);

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
VNITŘNÍ FAKTORY
* dýchání
* (respirační arytmie x sinová arytmie)
* frekvence 10 ¸ 30 vdechů/min, tj. 0,15 ¸ 0,5 Hz
* krevní tlak – spontánní oscilace o frekvenci ~0,1 Hz
* termoregulace – oscilace do 0,08 Hz

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
MĚŘENÍ VARIABILITY
SRDEČNÍHO RYTMU
* odvození od signálu EKG … referenční bod počátek vlny P (?) – začátek QRS
* změny PR intervalů < 5 ms (při záteži i bez ní) x přesnost měření

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
HRV
ZÁKLADNÍ METODY POPISU
* popis naměřených intervalů RR pomocí statistických parametrů
* popis průběhu posloupnosti intervalů RR v časové nebo frekvenční oblasti
•

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
STACIONARITA
* časová stálost vybraných sledovaných parametrů (závisí na charakteru podmínek vyšetření)
* minimálně 100 ¸ 200 intervalů RR (prokazatelně stanovuje složky o periodě 10 až 60 s (90 ¸ 120 s)
* maximálně - ?
* praxe – 200 s, 256 intervalů, 2 ¸ 5 minut

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
POPIS POMOCÍ STATISTICKÝCH PARAMETRŮ
•RRi
* střední hodnota
* standardní odchylka
* frekvence lokálních extrémů
– F[(RRi+1<RRi>RRi-1) V (RRi+1>RRi<RRi-1)]
* střední hodnota absolutních hodnot rozdílů mezi dvěma sousedními intervaly

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
POPIS POMOCÍ STATISTICKÝCH PARAMETRŮ
•RRi
* střední hodnota kladných, resp. záporných hodnot rozdílů mezi dvěma sousedními intervaly
– Å:
–:
–:
* histogramy
–:
* počet relativních maxim přesahujících stanovené prahy

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
POPIS POMOCÍ STATISTICKÝCH PARAMETRŮ
•parametry vyšších řádů
* parametry lineárních autoregresivních  systémů 1. a 2. řádu modelujících změřenou posloupnost
*
*
*
*
– (komplementární spektrálním metodám)

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
HRV_stavovypopis
POPIS V ČASOVÉ OBLASTI
•stavový popis

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
POPIS V ČASOVÉ OBLASTI
HRV_caspopis1

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
POPIS V ČASOVÉ OBLASTI
HRV_caspopis2

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
MODEL VARIABILITY Y RYTMU
IPFM

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
MODEL VARIABILITY Y RYTMU
IPFM_spektrum

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
MODEL VARIABILITY Y RYTMU
IPFM_linearnidemodulace

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
VZORKOVÁNÍ INTERVALOVÉ FUNKCE
vzorkovani_IF

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
VZORKOVÁNÍ INTERVALOVÉ FUNKCE
vzorkovani_IF_presnost

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
VÝPOČET SPEKTRA
* náhodný charakter – konečná délka ß     zkoumaného úseku
• výkonnová spektrální ß
•     hustota      odhad
* FFT – spektrum vypočtené FT není statisticky konzistentní odhad skutečného spektra (variabilita
spektra neklesá s rostoucím počtem vzorků), ve spektru se mohou objevit vzorky s vysokou
variabilitou a malou statistickou významností Þ váhování okny

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
VÝPOČET SPEKTRA
•řídká diskrétní Fourierova transformace
* hodnoty jednotkové intervalové funkce jsou většinou rovny nule;
* není třeba počítat hodnoty všech spektrálních čar, nýbrž pouze v rozsahu zajímavém z hlediska
analyzované úlohy;
* protože hodnoty jednotkové intervalové funkce nabývají pouze hodnot 1, nepoužívá se při výpočtu
spektra operace násobení;
* hodnoty goniometrických funkcí potřebných pro výpočet lze tabelizovat (?)

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
VÝPOČET SPEKTRA
•řídká diskrétní Fourierova transformace
* pracnost 200 s, 1 kHz
* ŘDFT: 6,4.104 Å a 6,4.104 hledání v tabulkách
* DFT: 4.106 komplexních Å a Ä
* FFT (pro nízký počet vzorků): 1,76.106 komplexních Å a Ä
* FFT (tachogram):

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
HRV - experimenty
klidnedychani

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
HRV - experimenty
hlubokedychani

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
HRV - experimenty
hlubokedychani2

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
HRV - experimenty
Valsalva

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
HRV - experimenty
ortostat

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
HRV - experimenty
stiskruky

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
HRV - experimenty
HRV_PSD

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
HRV - experimenty
HRV_PSD_time

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
HRV - experimenty
HRV_PSD_parametry

BD21318_ logo_cvut
ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ • ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
•Za týden nashledanou