Name: 用于分析来自 Valsalva 动作的心率和血压时间序列数据的软件 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-06-27T12:40:00.000+00:00
Duration: 14 min 28 s
Description: 了解如何使用ValsalvaAnalyzer软件分析心电图和血压时间序列数据。该计算工具可提取心血管生物标志物，揭示自主神经调节机制，为临床诊断自主神经功能障碍提供可重复的定量分析方法。

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本研究部分由美国国家科学基金会资助项目（DMS-2051010）和美国国家安全局资助项目（H98230-21-1-0014 和 H98230-20-1-0259）支持。我们感谢丹麦哥本哈根大学医院的 Sanaa Elmajdoubi、丹麦 Klinik Mehlsen 的 Niloufar Mehrani 和 Jesper Mehlsen 对软件的测试工作。我们感谢美国北卡罗来纳州应用研究协会的 E. Benjamin Randall 就数学模型进行的讨论，以及加拿大多伦多大学的 Iryna Palamarchuk 就指数问题进行的讨论。最后，我们感谢加州大学圣地亚哥分校的 Sophie Carlson 对计算代码的修订与编辑。该软件将结果本地存储于计算机中，不会与任何外部机构共享信息。ValsalvaAnalyzer 软件的开发人员不承担使用和保护患者数据的责任。任何 ValsalvaAnalyzer 软件的使用者均有责任在发布使用该软件生成的结果之前，保护数据安全并获得适当的审批许可。

<ol><li>Palamarchuk, I., Baker, J., Kimpinski, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+utility+of+Valsalva+maneuver+in+the+diagnoses+of+orthostatic+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Physiol%22%5BJournal%5D)">The utility of Valsalva maneuver in the diagnoses of orthostatic disorders.</a> Am J Physiol. 310 (3), R243-R252 (2016).</li>
<li>Pstras, L., Thomaseth, K., Waniewski, K., Balzani, I., Bellavere, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Valsalva+manoeuvre%3A+physiology+and+clinical+examples%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Physiologica%22%5BJournal%5D)">The Valsalva manoeuvre: physiology and clinical examples.</a> Acta Physiologica. 217 (2), 103-119 (2016).</li>
<li>Singer, W., OpferGgehrking, T., McPhee, B., Hilz, M., Low, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+posture+on+the+Valsalva+manoeuvre%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Sci+%28London%29%22%5BJournal%5D)">Influence of posture on the Valsalva manoeuvre.</a> Clin Sci (London). 100 (4), 433-440 (2001).</li>
<li>Groth, P., Tjernström, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pressure+chamber+tests+for+selection+of+aircrew%5BTitle%5D)+AND+%22ORL+J+Otorhinolaryngol+Relat+Spec%22%5BJournal%5D)">Pressure chamber tests for selection of aircrew.</a> ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec. 46 (5), 264-269 (1984).</li>
<li>Gelfman, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Valsalva+maneuver%2C+set+in+stone%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Med%22%5BJournal%5D)">The Valsalva maneuver, set in stone.</a> Am J Med. 134 (6), 823-824 (2021).</li>
<li>Pstras, L., Thomaseth, K., Waniewski, J., Baizani, I., Bellavere, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mathematical+modelling+of+cardiovascular+response+to+the+Valsalva+manoeuvre%5BTitle%5D)+AND+%22Math+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">Mathematical modelling of cardiovascular response to the Valsalva manoeuvre.</a> Math Med Biol. 34 (2), 261-292 (2017).</li>
<li>Barbato, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBarbato%2C+A+%22Chapter+78+-+The+History%2C+Physical%2C+and+Laboratory+Examinations%22">Chapter 78 - The History, Physical, and Laboratory Examinations</a>. , Butterworths. (1990).</li>
<li>Low, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+age+and+gender+on+sudomotor+and+cardiovagal+function+and+blood+pressure+response+to+tilt+in+normal+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+Nerve%22%5BJournal%5D)">Effect of age and gender on sudomotor and cardiovagal function and blood pressure response to tilt in normal subjects.</a> Muscle Nerve. 20 (12), 1561-1568 (1997).</li>
<li>Ewing, D., Martyn, C., Young, R., Clarkea, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+value+of+cardiovascular+autonomic+function+tests%3A+10+years+experience+in+diabetes%5BTitle%5D)+AND+%22Diabetes+Care%22%5BJournal%5D)">The value of cardiovascular autonomic function tests: 10 years experience in diabetes.</a> Diabetes Care. 8 (5), 491-498 (1985).</li>
<li>Nagar, A., Dhingra, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Valsalva+retinopathy%5BTitle%5D)+AND+%22Postgrad+Med+J%22%5BJournal%5D)">Valsalva retinopathy.</a> Postgrad Med J. 93 (1097), 174(2017).</li>
<li>Sandroni, P., Novak, V., Opfer-Gehrking, T., Huck, C., Low, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+of+blood+pressure+alterations+in+response+to+the+Valsalva+maneuver+in+postural+tachycardia+syndrome%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Auton+Res%22%5BJournal%5D)">Mechanisms of blood pressure alterations in response to the Valsalva maneuver in postural tachycardia syndrome.</a> Clin Auton Res. 10 (1), 1-5 (2000).</li>
<li>El-Khayat, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Valsalva+haemorrhagic+retinopathy+in+pregnancy+after+yoga%5BTitle%5D)+AND+%22BMJ+Case+Rep%22%5BJournal%5D)">Valsalva haemorrhagic retinopathy in pregnancy after yoga.</a> BMJ Case Rep. 2017, bcr2017221099(2017).</li>
<li>Low, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Testing+the+autonomic+nervous+system%5BTitle%5D)+AND+%22Semin+Neurol%22%5BJournal%5D)">Testing the autonomic nervous system.</a> Semin Neurol. 23 (4), 407-421 (2003).</li>
<li>Won, H., Kim, P., Lee, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+echogenicity+of+hepatic+hemangiomas+during+the+Valsalva+maneuver%5BTitle%5D)+AND+%22J+Clin+Ultrasound%22%5BJournal%5D)">Changes in echogenicity of hepatic hemangiomas during the Valsalva maneuver.</a> J Clin Ultrasound. 45 (6), 328-331 (2017).</li>
<li>Ricci, S., Moro, L., Minotti, G., Incalzi, R., De Maeseneer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Valsalva+maneuver+in+phlebologic+practice%5BTitle%5D)+AND+%22Phlebology%22%5BJournal%5D)">Valsalva maneuver in phlebologic practice.</a> Phlebology. 33 (2), 75-83 (2018).</li>
<li>Felker, G., Cuculich, P., Gheorghiade, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Valsalva+maneuver%3A+a+bedside+%26%2334%3Bbiomarker%26%2334%3B+for+heart+failure%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Med%22%5BJournal%5D)">The Valsalva maneuver: a bedside &#34;biomarker&#34; for heart failure.</a> Am J Med. 119 (2), 117-122 (2006).</li>
<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Utility+of+corrected+QT+interval+in+orthostatic+intolerance%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Utility of corrected QT interval in orthostatic intolerance.</a> PLoS One. 9 (9), e106417(2014).</li>
<li>Kim, H., Yi, H., Hong, J., Lee, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detailed+relationship+between+the+pattern+of+blood+pressure+change+during+the+Valsalva+maneuver+and+the+degree+of+orthostatic+hypotension+during+the+head-up+tilt+test+in+patients+with+orthostatic+intolerance%3A+a+retrospective+case-control+study%5BTitle%5D)+AND+%22Medicine+%28Baltimore%29%22%5BJournal%5D)">Detailed relationship between the pattern of blood pressure change during the Valsalva maneuver and the degree of orthostatic hypotension during the head-up tilt test in patients with orthostatic intolerance: a retrospective case-control study.</a> Medicine (Baltimore). 95 (19), e3608(2016).</li>
<li>Bingger, W., Mitchell, R., Harron, D., McKaigue, J., McAloney, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real+time+analysis+of+Valsalva+maneuver%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+BIol+Med%22%5BJournal%5D)">Real time analysis of Valsalva maneuver.</a> Comput BIol Med. 19 (5), 319-329 (1989).</li>
<li>Randall, E., Billeschou, A., Brinth, L., Mehlsen, J., Olufsen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+model-based+analysis+of+autonomic+nervous+function+in+response+to+the+Valsalva+maneuver%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">A model-based analysis of autonomic nervous function in response to the Valsalva maneuver.</a> J Appl Physiol. 127 (5), 1386-1402 (2019).</li>
<li>Motamedi, M., Akbarzadeh, M., Safari, S., Shahhoseini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Valsalva+maneuver+using+a+Handmade+Device+in+Supraventricular+Tachycardia+Reversion%3B+a+quasi+experimental+study%5BTitle%5D)+AND+%22Emerg+%28Tehran%29%22%5BJournal%5D)">Valsalva maneuver using a Handmade Device in Supraventricular Tachycardia Reversion; a quasi experimental study.</a> Emerg (Tehran). 5 (1), e81(2017).</li>
<li>Abdulhamid, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modified+Valsalva+versus+standard+Valsalva+for+cardioversion+of+supraventricular+tachycardia%3A+systematic+review+and+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Arrhythmia%22%5BJournal%5D)">Modified Valsalva versus standard Valsalva for cardioversion of supraventricular tachycardia: systematic review and meta-analysis.</a> Int J Arrhythmia. 22, 2(2021).</li>
<li>VitalScan. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22The+future+of+health+care+autonomic+nervous+system+testing%22">The future of health care autonomic nervous system testing</a>. , (2023).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Heart+rate+variability+%28HRV%29+software%22">Heart rate variability (HRV) software</a>. , Kubios. (2023).</li>
<li>Robertson, D., Biaggioni, I., Burnstock, G., Low, P. A., Paton, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRobertson%2C+D+%22Primer+on+the+autonomic+nervous+system%22">Primer on the autonomic nervous system</a>. , Elsevier. (2012).</li>
<li>Hristovska, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Orthostatic+intolerance+after+acute+mild+hypovolemia%3A+incidence%2C+pathophysiologic+hemodynamics%2C+and+heart-rate+variability+analysis-a+prospective+observational+cohort+study%5BTitle%5D)+AND+%22Can+J+Anaesth%22%5BJournal%5D)">Orthostatic intolerance after acute mild hypovolemia: incidence, pathophysiologic hemodynamics, and heart-rate variability analysis-a prospective observational cohort study.</a> Can J Anaesth. 70 (10), 1587-1599 (2023).</li>
<li>Hristovska, A., Uldall-Hansen, B., Mehlsen, J., Kehlet, H., Foss, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Orthostatic+intolerance+after+intravenous+administration+of+morphine%3A+incidence%2C+haemodynamics+and+heart+rate+variability+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Anesthesia%22%5BJournal%5D)">Orthostatic intolerance after intravenous administration of morphine: incidence, haemodynamics and heart rate variability analysis.</a> Anesthesia. 78 (4), 526-528 (2022).</li>
<li>Geddes, J., Ottesen, J., Mehlsen, J., Olufsen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postural+orthostatic+tachycardia+syndrome+explained+using+a+baroreflex+response+model%5BTitle%5D)+AND+%22JR+Soc+Interface%22%5BJournal%5D)">Postural orthostatic tachycardia syndrome explained using a baroreflex response model.</a> JR Soc Interface. 19 (193), 20220220(2022).</li>
<li>Overweight and obesity. , Centers for Disease Control and Prevention. 
 <a target="_blank" href="https://www.cdc.gov/obesity/index.html">https://www.cdc.gov/obesity/index.html</a> (2022).</li>
<li>Denq, J., O'Brian, P., Low, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Normative+data+on+phases+of+the+Valsalva+maneuver%5BTitle%5D)+AND+%22J+Clini+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Normative data on phases of the Valsalva maneuver.</a> J Clini Neurophysiol. 15 (6), 535-540 (1998).</li>
<li>Sandroni, P., Benarroch, E., Low, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pharmacological+dissection+of+components+of+the+Valsalva+maneuver+in+adrenergic+failure%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Physiol%22%5BJournal%5D)">Pharmacological dissection of components of the Valsalva maneuver in adrenergic failure.</a> J Appl Physiol. 71 (4), 1563-1567 (1985).</li>
<li>Huang, C., Sandroni, P., Sletten, D., Weigand, S., Low, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+age+on+adrenergic+and+vagal+baroreflex+sensitivity+in+normal+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+Nerve%22%5BJournal%5D)">Effect of age on adrenergic and vagal baroreflex sensitivity in normal subjects.</a> Muscle Nerve. 36 (5), 637-642 (2007).</li>
<li>Novak, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+sympathetic+index+from+the+Valsalva+maneuver%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">Assessment of sympathetic index from the Valsalva maneuver.</a> Neurology. 76 (23), 2010-2016 (2011).</li>
<li>Wada, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+vagal+baroreflex+sensitivity+in+normal+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22Muscle+Nerve%22%5BJournal%5D)">Determination of vagal baroreflex sensitivity in normal subjects.</a> Muscle Nerve. 50 (4), 535-540 (2014).</li>
<li>Wada, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+baroreflex+sensitivity+with+a+fall+and+rise+in+blood+pressure+induced+by+the+Valsalva+manoeuvre%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Sci+%28London%29%22%5BJournal%5D)">Comparison of baroreflex sensitivity with a fall and rise in blood pressure induced by the Valsalva manoeuvre.</a> Clin Sci (London). 127 (5), 307-313 (2014).</li>
<li>Schrezenmaier, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adrenergic+and+vagal+baroreflex+sensitivity+in+autonomic+failure%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Neurol%22%5BJournal%5D)">Adrenergic and vagal baroreflex sensitivity in autonomic failure.</a> Arch Neurol. 64 (3), 381-386 (2007).</li>
<li>Trefethen, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTrefethen%2C+L+%22Spectral+methods+in+Matlab%22">Spectral methods in Matlab</a>. , SIAM. (2000).</li>
<li>Moštak, I., Višnjić, N., Junaković, A., Skorić, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+baroreflex+sensitivity+indices+with+standard+tests+of+autonomic+system+function%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurol+Sci%22%5BJournal%5D)">Comparison of baroreflex sensitivity indices with standard tests of autonomic system function.</a> J Neurol Sci. 426, 117473(2021).</li>
<li>García, J., López, A., Stefan, M., Milner, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+repetitions+on+the+Valsalva+maneuver%5BTitle%5D)+AND+%22Neurophysiol+Prac%22%5BJournal%5D)">Influence of repetitions on the Valsalva maneuver.</a> Neurophysiol Prac. 5, 104-111 (2020).</li>
<li>Vogel, E., Sandroni, P., Low, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood+pressure+recovery+from+Valsalva+maneuver+in+patients+with+autonomic+failure%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%22%5BJournal%5D)">Blood pressure recovery from Valsalva maneuver in patients with autonomic failure.</a> Neurology. 65 (10), 1533-1537 (2005).</li>
<li>Kobayashi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Normalization+of+respiratory+sinus+arrhythmia+by+factoring+in+tidal+volume%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Human+Sci%22%5BJournal%5D)">Normalization of respiratory sinus arrhythmia by factoring in tidal volume.</a> Appl Human Sci. 17 (5), 207-213 (1998).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本研究中展示的 ValsalvaAnalyzer 软件具备分析 Valsalva 动作期间记录的临床心电图（ECG）和血压（BP）数据的功能。该软件能够清理噪声信号，从而在人群研究中获得一致的测量结果。基于校正后的数据，软件可计算出35个以上可供用户解读的指标。该软件旨在涵盖多项研究中报道的 Valsalva 动作期间涉及的所有已知参数。1,8,9,31,32,34,36,38,40。一个例外是HRV；由于数据通常未在足够长的时间间隔内记录...

Valsalva 动作是一种低风险、非侵入性、低成本且高度可及的检测方法，通过强制呼气运动来评估自主神经系统的功能1,2。该动作由患者向连接压力计的正压呼气末压力（PEP）装置进行呼气完成，期间需在仰卧位或坐位&#160;维持胸内压达 40 mmHg，持续 15 秒2,3。该动作可同时对自主神经系统和心血管系统构成挑战，模拟举重物时用力或飞行过程中调节压力等应激状态下的生理反应4。该检测在临床实践中应用广泛2,5，但仍需更多工具来定量分析其背后的生理机制数据。将神经建模方法应用于 Valsalva 动作，可能有助于识别自主神经功能障碍的改进诊断标准及其因果机制5。
Valsalva 动作（VM）包含四个时相6。该过程通过屏气实现，屏气可增加胸内压，压迫心腔和胸主动脉，使血液排入体循环，从而引起血压（BP）短暂升高。第 I 时相的特征是胸内压持续升高，导致静脉回心血量、每搏输出量和平均动脉血压下降。作为代偿，高压动脉压力感受器被激活。在第 II 时相早期，血压下降引起副交感神经张力减弱，使心率（HR）上升。在第 II 时相晚期，交感神经活动增强介导血管收缩，使血压和心率进一步升高。在健康个体中，血压在屏气结束前可恢复至静息水平。第 III 时相与第 I 时相相反，始于受试者停止屏气，此时胸内压急剧下降，动脉血压随之骤降，通常伴随心率上升。在第 IV 时相，由于静脉回流增加以及第 II 时相晚期持续存在的血管收缩，血压显著升高，称为反跳性升高（overshoot）。血压反跳刺激高压动脉压力感受器，激活迷走神经，从而使心率下降。受试者通常在 Valsalva 动作开始后约 10–30 秒恢复至测试前水平2,5。
Valsalva动作（VM）用于床旁评估自主神经和心血管功能7。最常见的VM生物标志物是Valsalva比值（VR）8,9,10，其通过屏气开始后最长RR间期与最短RR间期的比值来衡量副交感神经功能。先前研究已证实，直立性心动过速综合征（POTS）与较高的VR值以及第IV期明显的血压反跳升高相关11，后者也称为N型反应1。另一项指标是迷走神经性压力感受性反射敏感性，该指标通过第II期和第IV期早期RR间期与特征性血压变化之间的回归斜率进行估算3,10,12,13,14。对VM过程中血压反应的定性分析可识别不同类型的心脏杂音9，而特有的方波样反应则是心室功能受损和心力衰竭的床旁指标15,16。屏气结束后缺乏血压反跳升高并出现心动过缓，提示存在自主神经功能障碍13。第II期末期血压进行性下降且第IV期恢复缓慢的V型反应，是神经源性直立性低血压的典型表现，提示α-肾上腺素能压力感受性反射功能衰竭1。其他研究已证明，将VM用于补充直立倾斜试验在筛查直立性功能障碍中的有效性1,17,18。
许多研究通过分析瓦尔萨尔瓦动作（VM）期间的心率（HR）和血压（BP）反应来考察自主神经功能1，但目前尚无可用的开源自动化系统来量化压力感受性反射功能。已有大量研究对瓦尔萨尔瓦动作的数据进行了分析19,20,21,22，少数软件专注于自主神经功能评估，包括 Medeia 公司开发的 VitalScan23 和 Kubios24。VitalScan 利用心电图（ECG）和血压信号，而 Kubios 仅分析心电图信号。VitalScan 官网指出该软件可评估自主神经功能，但未详细说明所计算的具体参数。Kubios 可测定心率变异性（HRV）和呼吸变异率（VR）25。为弥补上述不足，本研究开发了一种新的开源软件，用于计算最常用的瓦尔萨尔瓦动作指数1,25。
该软件分析在进行瓦尔萨尔瓦动作（VM）期间测量的心电图（ECG）和血压（BP）数据，其中胸内压维持在40 mmHg，持续15秒。我们建议在VM前后各包含至少30秒的稳定数据。在识别出心率（HR）和收缩压、VM起始与释放时间点后，系统将提取一组临床指标。此外，该软件采用Randall等人提出的数学模型20，用于预测交感神经和副交感神经信号活动，并提取表征压力感受器反射敏感性的参数。该软件的两个关键特性是：能够从噪声较大的信号中读取数据，识别并去除伪迹；以及实现VM标志点的自动检测并支持人工校正。后者对于自主神经功能障碍患者尤为重要，因为在这些患者中纯自动检测往往失败。本说明包含了受试者1的全部结果，以及提取受试者2至8结果的操作流程。受试者1的结果已包含在代码、文本和图示中，所有受试者的结果均展示于补充图&#160;1、补充图2、&#160;补充图3、&#160;补充图4、&#160;补充图5、&#160;补充图6、&#160;补充图7和&#160;补充图8中。
Valsalva Analyzer 软件通过连续的 ECG 和 BP 测量数据，计算表征 Valsalva 动作（VM）反应的交感和迷走神经指数。为演示该软件，我们首先简要介绍实验设置，随后详细描述软件功能。该软件读取存储在 LabChart 中的患者记录所提取的数据。分析过程以一名健康对照患者为例进行演示，但软件中包含了八名受试者的数据，涵盖多种自主神经反应类型。下文将讨论患者示例，并描述软件的安装与运行步骤。该操作流程中涉及 MATLAB 生成的图像，为区别于代表性结果中的图示，这些图像均称为 MFigure #。

<table><tbody><tr><td>LabChart</td><td>ADInstruments</td><td></td><td>用于导出分析数据的软件</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>Mathworks</td><td></td><td>用于 ValsalvaAnalyzer 程序的软件</td></tr></tbody></table>

用于分析瓦尔萨尔瓦动作心率与血压时间序列数据的软件

Software for Analysis of Heart Rate and Blood Pressure Time-series Data from the Valsalva Maneuver

Valsalva 动作（VM）是一种低风险且易于实施的检测方法，通过测量在15秒内对抗40 mmHg胸内压的强制呼吸所引发的压力感受器介导的心率（HR）和血压（BP）反应。本研究展示了 ValsalvaAnalyzer 软件，该软件结合建模与数据分析，从时间序列的血压和心电图（ECG）数据中提取生物标志物。该软件使用 MATLAB 编程，配备图形用户界面，使临床医生能够方便地进行数据分析和数学模型预测。该软件&#160;已针对 PC 和 Mac&#160;进行校准，可读取在 Valsalva 动作期间测得的心电图和血压数据。软件可自动识别心电信号中的 R 波和 S 波峰值，并集成用户验证功能，以确保捕获信号的准确性。RR 间期用于预测心率，QRS 波群幅度的变化用于预测呼吸。系统捕获收缩压和舒张压，用户根据收缩压（SBP）确定动作的起始时间和持续时间。软件可自动识别 Valsalva 动作的四个阶段以及胸内压。后者通过将静息状态下的呼吸信号与受试者在 Valsalva 动作期间对抗的 40 mmHg 压力信号融合而获得。软件报告最常用的临床 Valsalva 指标，包括从心率和血压数据计算得出的参数，以及通过微分方程模型估算的个体化患者参数，该模型可预测交感和副交感神经的动态变化。最终输出包含35项以上指标，包括血压和心率、最大与最小心率、Valsalva 比值以及压力感受器敏感性等测量值，所有数据均保存至电子表格中。该软件旨在用于分析 Valsalva 动作数据，但其方法也可扩展至其他自主神经功能检测。其优势在于将从原始数据中提取的参数与模型输出相结合，利用数学模型补充临床数据，从而揭示无法直接测量的自主神经活动信息。

八个示例数据集被选用来代表多种多样的响应类型。 图3, 图4, 图5, 图6, 图7, 图8, 图9, 图10，以及 图11 展示算法每一步中一位代表性健康对照受试者的结果。 补充图 1, 补充图2, 补充图3,<strong style="font-size...

ValsalvaAnalyzer 软件包含用于分析在瓦尔萨尔瓦动作（VM）期间记录的连续逐搏心电图和血压（BP）测量值的功能。所计算的临床生物标志物和估计的模型输出可揭示在 VM 期间心率和血压的交感神经与副交感神经调节机制。

Valsalva 动作（VM）是一种低风险且易于实施的检测方法，用于测量压力感受器反射引起的心率（HR）和血压（BP）对……的反应

我的研究涉及生理数据的分析方法开发。我的主要研究方向是用于评估心血管疾病以及心血管系统与激素系统相互作用所采集的数据。近年来的研究进展将机制建模与数据科学相结合，用于患者表型分类、构建替代模型以及开发数字孪生体。本研究开发了一款软件，能够以可重复的方式从瓦尔萨尔瓦动作（Valsalva maneuver）期间测得的心电图（ECG）和血压信号中提取生物标志物。瓦尔萨尔瓦动作是一种用于评估自主神经调控系统功能的生理测试。作为一名应用数学家，我的主要贡献在于利用多种编程语言（包括 MATLAB、C++、Fortran 和 R）开发计算方法。除了瓦尔萨尔瓦分析软件外，我的研究还包括开发整合影像学与血流动力学数据的计算模型，用于血管网络分析。该瓦尔萨尔瓦分析软件提供了一种算法，能够以可重复的方式提取所有已知的心率和血压生物标志物，并利用数学模型揭示无法直接测量的交感神经和副交感神经信号标志物。该软件可协助临床医生诊断自主神经功能障碍患者。[讲师] 首先，使用数字血压袖带持续测量非优势手食指和中指的血压。将手置于心脏水平，以消除重力影响。将电极等距放置于心脏两侧。将白色心电图（ECG）导联置于心房左侧，黑色ECG导联置于心房右侧，红色ECG导联置于左侧肋笼下缘。完成仪器连接后，指导受试者通过向连接压力计的正压呼气末压力装置吹气，执行瓦尔萨尔瓦动作（Valsalva maneuver）。在执行瓦尔萨尔瓦动作前后，至少记录30秒稳定的信号。执行瓦尔萨尔瓦动作时，要求受试者持续呼气15秒，维持40毫米汞柱的压力。要以1000赫兹的采样率将LabChart中的信号导出至MATLAB，请使用鼠标选择需导出的信号段。在“导出为MATLAB”菜单中，选择包含心率（HR）、血压（BP）、心电图（ECG）以及（如已测量）胸内压的通道，此处为通道一至三。选择32位浮点格式，上采样至相同速率，并取消注释中的注释和事件标记。点击“确定”导出.MAP文件，或点击“取消”终止导出。从弹出菜单中选择图形参数，选择软件平台类型、图形字体大小、标记大小和线宽，然后点击“确定”接受设置并进入患者选择步骤。在“患者选择”菜单中，选择待分析的患者。使用鼠标从列表中选择任意数量的患者，点击“确定”进入下一步。在“操作选择”菜单中，按降序选择要执行的操作。选择操作步骤一后，选择患者信息。点击“确定”继续。在弹出菜单中输入患者信息，包括患者编号、年龄、性别、身高和体重，然后点击“确定”继续。新的弹出菜单将出现。在此菜单中，输入ECG、HR、BP和胸内压信号的通道顺序。若未测量胸内压，则输入零。屏幕上将显示一幅图形，包含ECG、心率和血压随时间变化的图示。选择待分析的数据，包括瓦尔萨尔瓦动作前后约30秒的数据段。将十字光标移至起始位置并单击鼠标一次，再移至结束位置单击第二次。所选数据将在图中以红色显示。点击“保存并退出”。在操作选择菜单中选择步骤二：心电图（ECG）。此时图形将显示ECG信号。若存在峰位错置，可在弹出菜单中点击“是”进行修正。在下一个菜单中点击“确定”，使用手形工具向右滚动，直至需要修正的峰出现在窗口中。若存在缺失峰、错位峰或多余峰标记，请滚动至该峰位置。按下键盘上的回车键，弹出菜单将提示：“是否要修正RS点？”点击“是”以修正点，或点击“否”返回操作菜单。随后出现一个菜单，选项为“点击要修正的点”。点击“确定”，将十字光标置于需要修正的点上。下一个菜单将提示：“添加或删除点？”若要添加点，点击“添加”，标记点将以红色或蓝色显示。程序将根据点击的精确位置将该点分类为R波或S波。若要删除点，点击“删除”，标记点将被移除。按下键盘回车键。当提示“是否要修正点？”时，若点击“否”，而R波与S波峰的数量不相等，系统将弹出新菜单提示：“R波与S波峰的数量必须相等，请检查数据。”点击“确定”，程序将返回峰位修正步骤。在操作选择菜单中选择步骤三：心率。图形上方显示心率，下方显示ECG。若心率信号无伪迹，点击“保存并退出”，返回患者选择界面。若数据存在错误，点击“修正心率”。沿心率信号滚动并定位伪迹区域。当查看到需要修正的区域时，按下键盘回车键。在弹出的菜单“点击连接点”中点击“确定”。将十字光标对准伪迹前的第一个点，单击鼠标一次；再对准伪迹后的第一个点，再次单击鼠标。两点之间将通过线性样条连接。屏幕上将弹出菜单询问：“接受更改？”可选择“是”、“撤销”或“添加更改”。此时图形上方显示心率，下方显示ECG。确认无误后，点击“保存并退出”。在操作选择菜单中选择步骤四：呼吸。呼吸信号由QRS波群的幅度生成。点击“保存并退出”以保存图形。在操作选择菜单中选择步骤五：血压。将十字光标对准血压峰值并单击鼠标一次，再对准右侧下一个峰值并再次单击。图形将显示自动检测到的收缩压和舒张压信号。弹出菜单提示：“是否要修正收缩压点？”点击“是”继续，或点击“否”进入舒张压修正步骤。点击伪迹前最后一个正确的收缩压值，然后在应有血压的位置添加新点。再点击伪迹后第一个正确的点并按下回车键。一条红色虚线将显示修正后的收缩压。向右滚动至信号末端，按下回车键，继续修正舒张压。舒张压修正开始时，弹出菜单提示：“是否要修正舒张压点？”点击“是”进行修正，或点击“否”继续。点击“保存并退出”返回患者选择界面。在操作选择菜单中选择步骤六：瓦尔萨尔瓦动作（VM）各阶段。为标记瓦尔萨尔瓦动作的开始，将十字光标对准屏气起始点并单击一次；随后对准屏气结束点并单击一次，标记动作结束。弹出菜单提示：“接受指标？”点击“是”完成操作，或点击“否”检查由垂直线划分的各阶段自动检测结果。在操作选择菜单中选择步骤七：临床比值。图形上方显示收缩压，中间为心率，下方为RR间期。检查以圆形标记标注的特征值。若所有点均正确，点击“是”；否则点击“否”进行调整。屏幕上将出现“选择要移动的点”菜单。可选择一个、多个或全部点。点击“确定”继续，或点击“取消”跳过修改。运行步骤八：模型预测（标称值），生成包含四个图示的图形。左侧上方图示为随时间变化的收缩压，下方为胸内压，作为模型输入；右上方为实测心率与预测心率，右下方为预测的交感神经与副交感神经信号。接下来的敏感性分析与优化步骤无需用户干预，运行时间为2至5分钟。这些步骤将数学模型与数据进行校准，以估计交感神经与副交感神经的动态变化。完成敏感性分析与优化后，选择步骤11：绘制模型预测结果，弹出菜单提示：“选择要显示的模型预测”。选择“优化”以显示使用校准后模型的预测结果。结果图示布局与标称模型预测相同。点击右下角的“保存并退出”继续。打开“保存数据”菜单，提示“输入数据汇总文件名”。在文本框中输入首选文件名。第二个菜单出现，提示用户选择文件格式。可选择.XLSX或逗号分隔文件。保存的文件包含患者信息、临床标记、回归线以及标称或优化后的参数值。ECG信号修正成功消除了除一个数据集外所有数据集的心率修正需求，其中受试者八表现出不规则ECG模式。对受试者八进行心率修正后，得到平滑的心率信号，调整后与其他受试者一致。呼吸信号通过ECG数据中的QRS波群幅度推导得出，有效预测了胸内压变化。软件在胸内压计算中可交替使用QRS波。血压修正用于解决因传感器误差导致的漏搏和错误峰值检测问题。在瓦尔萨尔瓦动作期间，心率波动导致软件漏检峰值，需进行血压修正。收缩压和舒张压信号通过分段线性样条插值进行修正，确保血压波形的准确重建。软件成功识别了瓦尔萨尔瓦动作的各阶段和临床标记，但部分仍需手动修正。早期第四阶段的最大血压和最小心率错位已修正，提高了回归准确性。第二和第四阶段早期的回归线已计算完成，并包含R平方值以评估质量。

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通过心血管磁共振成像定量小鼠左心室功能、心肌应变及血流动力学力

心电图（ECG）是理解心脏电生理学的关键指标。体力运动具有有益作用，但在心血管疾病背景下也可能产生危害。本文提供了一种在运动过程中实时记录心电图的方法，可用于研究运动对小鼠心脏电生理学的影响。...

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BrainBeats 工具箱是一个开源的 EEGLAB 插件，旨在联合分析脑电图（EEG）和心血管信号（ECG/PPG）。该工具箱包含心搏诱发电位（HEP）评估、基于特征的分析以及从脑电图信号中提取心脏伪迹等功能。本实验方案将通过两个视角（HEP...

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