Measurement of Breathing Frequency from ECG in the Examination of Autonomous Nervous System Activities: Suggested Methods and Their Verification

MĔŘENÍ DECHOVÉ FREKVENCE Z EKG SIGNÁLU S OHLEDEM NA VYŠETŘENÍ AKTIVIT AUTONOMNÍHO NERVOVÉHO SYSTÉMU: NÁVRH METOD A JEJICH OVĔŘENÍ

Jiří Salinger ； Petr Štĕpauík ； Petr Kolisko ； Pavel Stejskal ； Šárka Theuerová ； Milan Elfmark ； Simona Gwozdziewiczová ； Jakub Krejčí

《Acta Universitatis Palackianae Olomucensis.Gymnica》 35卷2期 (2005/09) Pp. 95-103

摘要

Z celé řady metod mĕření dechové frekvence se autoři zamĕřili na ménĕ používanou metodu diagnostiky dechové frekvence, vycházející z hodnocení zmĕn parametrů EKG signálu, které jsou způsobeny zmĕnami objemu hrudníku v průbĕhu expiria a inspiria. Hlavním důvodem volby této metody byla skutečnost, že pro diagnostiku aktivity autonomního nervového systému (ANS) je monitorován EKG signál, který je tak k dispozici i pro diagnostiku dechové frekvence. Pro návrh optimální metody mĕření dechové frekvence byly zmĕny parametrů EKG signálu analyzovány metodou spektrální analýzy variability srdeční frekvence (BFrr), metodou spektrální analýzy variability amplitud QRS komplexů (BFqrs) a časovou analýzou periodicity zmĕn amplitud QRS komplexů (BFv). Monitorování EKG signálu a výpočet parametrů EKG signálu, včetnĕ uvedených analýz, bylo provedeno systémem VarCor PF6 s modifikovaným programovým vybavením. Statistické ovĕření zvolených metod a doporučení optimální metody mĕření dechové frekvence bylo provedeno pomocí referenčních hodnot dechových frekvencí 9 a 12 dechů/min, které prostřednictvím akustických signálů byly předávány probandům. Charakteristika souboru: 55 mužů žen ve vĕku 22,7±2,4 roků, mĕření bylo provedeno v polohách leh 1-stoj-leh 2, celková velikost statisticky zpracovávaného souboru byla n=118. Ze statistických výsledků, kde byla testována pomocí t-testu významnost rozdílů průmĕrných hodnot vzhledem k referenĕním hodnotám a dále z výpočtu hodnot absolutních rozdílů dechové frekvence byla doporučena metoda BFqrs umožňující diagnostiku dechové frekvence v rozsahu 6 až 25 dechů/min. Navržená metoda bude aplikována do stávajícího algoritmu diagnostického systému VarCor PF6, čímž se významnĕ zpřesní interpretace výsledků vyš etření ANS.

關鍵字

EKG signál ； QRS komplex ； dechová frekvence ； variabilita srdeční frekvence ； spektrální analýza ； autonomní nervový system

並列摘要

From a wide range of methods pertaining to breathing frequency measurement we opted for the less frequent method of breathing frequency diagnosis originating from the assessment of changes in ECG signal parameters pursuant to changes in thoracic volume during expiration and inspiration. The principal reason for selecting this method was in the fact that in the assessment of autonomous nervous system (ANS) activity the ECG signal is monitored and this can also be used for diagnosing breathing frequency. Changes in ECG signal parameters were analysed by the method of spectral analysis of heart rate frequency (BFrr), the method of spectral analysis of variability amplitudes of QRS complexes (BFqrs) and time analysis of periodicity in amplitudes changes of QRS complexes (BFv) in order to suggest the optimal method of measuring breathing frequency. Monitoring of the ECG signal and calculation of ECG parameters, including the mentioned analysis, were processed by the VarCor PF6 system with modified programme equipment. Statistical verification of the selected method and recommendation of the optimal method for breathing frequency measurement was carried out with the help of reference values of breathing frequency at 9 and 12 cycles/mm that were via acoustic signals transmitted to the tested subjects.
Characteristics of the sample set: 55 men and women aged 22.7±2.4 years, measurement was done in the positions supine 1-standing-supine 2, the total number of statistically processed sets was n=118.
Based on the statistical results where the significance of differences between average values regarding reference values were tested by t-test and furthermore, based on the calculation of values based on absolute differences between breathing frequencies, the BFqrs method was recommended since it allows for diagnosing breathing frequency in the range of 6-25 cycles/mm. The designed method will be applied to the existing algorithm of the diagnostic system VarCor PF6, thereby helping to specify the interpretation of the results of ANS examination.

並列關鍵字

ECG signal ； QRS complex ； breathing frequency ； heart rate variability ； spectral analysis ； autonomous nervous system