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Untersuchung zur Genauigkeit der Abtastung von EKG-Signalen für eine nachfolgende Spektralanalyse kontinuierlich gemessener RR-Intervalle im Schlaflabor

Assessment of Accuracy of ECG signal sampling for spectral analysis of beat-to-beat recorded R-R intervals in a sleep laboratory

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Somnologie - Schlafforschung und Schlafmedizin Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Fragestellung

Zur erforderlichen Genauigkeit der automatisierten Registrierung der RR-Intervalle gibt es unterschiedliche Aussagen. Es soll gezeigt werden, dass Abtastfrequenzen von 100 Hz bis zu 40 Hz keine signifikanten Beeinträchtigungen der Spektralanalysen von RR-Intervallen darstellen.

Patienten und Methodik

Es wurden 30 Patienten im Schlaflabor mit einer EKG-Abtastung von 100 Hz mit dem Alice 3.0 System untersucht. Da mit diesem System auch Abtastfrequenzen von 40 Hz möglich sind, wurden die Auswirkungen beider unterschiedlichen Abtastfrequenzen auf eine nachfolgende Spektralanalyse untersucht. Die Untersuchung wurde für die Gesamtpopulation (N=30) sowie für zwei unterschiedliche Mittelwertgruppen (RR>900 ms; n=15 und RR<900 ms; n=15) durchgeführt. Die Abtastwiederholung erfolgte mittels Simulationstechnik.

Ergebnisse

Die mittlere Länge der RR-Intervalle wirkt sich auf die spektralen Parameter unterschiedlich aus. Zeitbereichsparameter wurden kaum verändert. Unterschiede > 5 % zwischen beiden Abtastfrequenzen gab es nur im sehr hohen Frequenzband > 0.40 Hz (UHF) für kurze mittlere RR-Intervalle. Alle anderen Abweichungen waren in der Größenordnung von 1–3%.

Schlussfolgerung

Mittels Simulation konnten nur geringe Beeinträchtigungen von Spektralanalysen gefunden werden. Entscheidend ist eine mathematisch korrekte Analysemethodik. Weitere Vergleiche mit gleichzeitig unterschiedlichen Abtastfrequenzen sind notwendig um die Ergebnisse dieser mathematischen Simulationen unter echten Ableitungsbedingungen zu bestätigen.

Summary

Question of the study

There are differing opinions regarding the accuracy required of sampling frequencies in ECG signals. The question of this study was whether sampling frequencies of 100 Hz or 40 Hz would significantly influence the results of spectral analysis of R-R intervals.

Patients and methods

Thirty subjects underwent polysomnographic recordings in the sleep laboratory, sampled at a frequency of 100 Hz using the Alice 3.0 system. Two different sampling frequencies were used to assess the effects on a subsequent spectral analysis of R-R intervals. Repetition using a different sampling frequency was performed with a simulation technique. The study was performed on the total group (N=30) and on two different subgroups (mean R-R>900 ms; n=15 and mean R-R<900 ms; n=15), respectively.

Results

Although different means of R-R intervals influence the following spectral parameters in different ways, there are only small changes in the time domain. Differences >5% in analyses using two different sampling frequencies was found only in the UHF band (very high frequency band >0.40 Hz) in time series with short R-R intervals. In LF band and HF band, the differences varied between 1% and 3%.

Conclusions

Using the simulation technique, we found only small changes in the spectral analysis parameters. The selection of a correct mathematical approach seems to be an important precondition. Additional comparative studies using different sampling frequencies for the same data segment are necessary to confirm these results in real-time conditions.

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Literatur

  1. Akselrod S, Gordon D, Madwed JB, Snidman NC, Shannon DC, Cohen RJ: Hemodynamic regulation: investigation by spectral analysis. Am J Physiol 49: H867-H875, 1985.

    Google Scholar 

  2. Berntson GG, Bigger JT, Eckberg DL, Grossman P, Kaufmann PG, Malik M, Nagaraya HN, Porges SW, Saul JP, Stone PH, van der Molen MW: Heart rate variability: origins, methods and interpretive caveats. Psychophysiology 34: 623–648, 1997.

    PubMed  CAS  Google Scholar 

  3. Breuer H-WM, Skyschally A, Wehr M, Schulz R, Heusch G: Schlechte Reproduzierbarkeit von Parametern der Herzfrequenzvariabilität. Z Kardiol 81: 475–481, 1992.

    PubMed  CAS  Google Scholar 

  4. Günther R, Paditz E, Rüdiger H, Koch R, Friebel D, Scheuch K: Untersuchungen zur Stabilität der Herzfrequenzvariabilität im Kindes- und Jugendalter unter standardisierten Bedingungen im Schlaf (S4). Somnologie 5(4): 145–152, 2001.

    Article  Google Scholar 

  5. Laude D, Elghozi JL, Girard A, Bellard E, Bouhaddi M, Castiglioni P, Cerutti C, Cividjian A, Di Rienzo M, Fortrat JO, Janssen B, Karemaker JM, Lefthériotis G, Parati G, Persson PB, Porta A, Quintin L, Regnard R, Ruediger H, Stauss HM: Correlation and differences between the various techniques used to estimate spontaneous baroreflex sensitivity-the EuroBaVar study. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 286: R226-R231, 2004.

    PubMed  CAS  Google Scholar 

  6. Manthei U, Cammann H, Eckholdt K: Zum Wert der Spektral-analyse von Herzperiodendauern, Herz/Kreisl 28: 20–23, 1996.

    Google Scholar 

  7. Pagani M, Lombardi F, Guzzetti S, Rimoldi O, Furlan R, Pizzinelli P, Sandrone G, Cerutti S, Malliani A. Power spectral analysis of heart rate and arterial pressure variabilities as a marker of sympathovagal interaction in man and conscious dog. Circ Res, 59: 178–193, 1986.

    PubMed  CAS  Google Scholar 

  8. Parati G, Rizzoni D, Omboni S, Bemardi L, Mormino P, Rienzo MD: The analysis of blood pressure and heart rate variability: methodological aspects and interpretation of results. High Blood Press 4: 186–203, 1995.

    Google Scholar 

  9. Parati G, Saul JP, Rienzo MD, Manchia G: Spectral analysis of blood pressure and heart rate variability in evaluating cardiovascular regulation: a critical appraisal. Hypertension 25: 1276–1286, 1995.

    PubMed  CAS  Google Scholar 

  10. Patzak A, Mrowka R, Springer S, Eckard T, Ipsiroglu OS, Erler T, Hofmann S: Heart rate variability-physiology, methods of registration and application in pediatric sleep laboratory. Wien Klin Wochenschr 112(5): 234–250, 2000.

    PubMed  CAS  Google Scholar 

  11. Patzak A, Mrowka R, Springer S, Eckard T, Ipsiroglu OS, Erler T, Hofmann S, Gramse V: Emptehlungen für die Bestimmung der Herzfreqzenzvariabilität im pädiatrischen Schlaflabor. Somnologie 6: 39–50, 2002.

    Article  Google Scholar 

  12. Pelzer M, Hafner D, Arnold G, Schipke JD: Minimale Intervallänge zur sicheren Erfassung der Kurzzeit-Herzfrequenz variabilität. Z Kardiol 84: 986–994, 1995.

    PubMed  CAS  Google Scholar 

  13. Riniolo T, Porges SW: Inferential and descriptive influences on measures of respiratory sinus arrhytmia: sampling rate, R-wave trigger accuracy, and variance estimates. Psychophysiology 34: 613–621, 1997.

    PubMed  CAS  Google Scholar 

  14. Ruediger H, Bald M, Scheuch K, Krause M: A new method to estimate baroreflex sensitivity by using the TRS-technique in short data segment. Clin Auton Res 13: 60, 2003.

    Google Scholar 

  15. Ruediger H, Klinghammer L, Scheuch K: The trigonometric regressive spectral analysis, a method for mapping of beat-tobeat recorded cardiovascular parameters on to frequency domain in comparison with Fourier transformation. Comput Methods Programs Biomed 58: 1–15, 1999.

    Article  Google Scholar 

  16. Ruediger H, Seibt R, Scheuch K, Krause M, Alam S: Sympathetic and parasympathetic activation in heart rate variability in male hypertensive patients under mental stress. J Human Hypertens 18: 307–315, 2004.

    Article  CAS  Google Scholar 

  17. Seidel H: Nonlinear dynamics of physiological rhythms-the baroreflex modeling, computer simulation and experiments. Logos Verlag, Berlin, 1998.

    Google Scholar 

  18. Task Force of the European Society of Cardiology and The North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Eur Heart J 17: 354–381, 1996.

    Google Scholar 

  19. Toledo E, Pinhas I, Aravot D, Akselrod S: Very high frequency oscillations in the heart rate and blood pressure of heart transplant patients. Med Biol Eng Comput 41 (4): 432–438, 2003.

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

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Authors and Affiliations

  1. Institut und Poliklinik für Arbeits- und Sozialmedizin, Medizinische Fakultät “Carl Gustav Carus”, Technische Universität Dresden, Fetscherstraße 74, D-01307, Dresden

    Heinz Rüdiger, Stephanie Henke, Ekkehart Paditz, Tjalf Ziemssen, Michael Süß & Frank Süß

Authors
  1. Heinz Rüdiger
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  2. Stephanie Henke
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  3. Ekkehart Paditz
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  4. Tjalf Ziemssen
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  5. Michael Süß
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  6. Frank Süß
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Rüdiger, H., Henke, S., Paditz, E. et al. Untersuchung zur Genauigkeit der Abtastung von EKG-Signalen für eine nachfolgende Spektralanalyse kontinuierlich gemessener RR-Intervalle im Schlaflabor. Somnologie 10, 53–60 (2006). https://doi.org/10.1007/j.1439-054X.2006.00084.x

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