ECG 信号的高阶谱分析

高阶谱（HOS）分析常可有效应用于许多生物医学信号以检测非线性与非高斯过程。最基本的 HOS 方法之一是双谱估计，其提取非线性信号各频率分量间二次相位耦合的程度。该方向上应用于 ECG 信号的研究大多针对常规的、长时程（长达 24 小时）心率变异性（HRV）数据。我们报道了基于 60 秒短时程 ECG 数据、使用功率谱与双谱参数的研究结果。我们分析了 60 例健康者及 60 例确诊为四种不同心脏病（束支传导阻滞、心肌病、心律失常与心肌梗死）患者的病例。从这些数据集的功率谱中我们观察到，所有正常 ECG 数据在约 1 Hz 的脉冲频率处功率最大，而在所有疾病病例中，脉冲频率处的功率被抑制并分散至更高频率。计算所得的双相干指数显示，健康案例中脉冲频率与大量更高频率存在强二次相位耦合，表明底层动力学过程具有非线性。与脉冲频率相位耦合的丧失或减弱是异常状况的明确指示。在特定病例中，结合谱滤波的双相干研究表明，心肌梗死的 ECG 含有噪声成分，而心律失常的功率主要位于高频且具强二次耦合，表明其比正常 ECG 信号具有更强的不规则性与复杂性。除作为心脏异常状况的指示外，所述详细分析可增进对正常心脏动力学及其在疾病发生期变化的整体性理解。