五、 實驗對象與實驗方法
5.3 實驗過程
本實驗的實驗地點為國立交通大學生物科技院的生物科技實驗一館 108 室，本 實驗室備有一地點做為專門測試心電圖及 HRV 的受試地點。HRV 因受到自主神經 系統的影響，而有晝夜變化的規則，為了減少環境及時間對 HRV 的造成影響，本 實驗所有的受測者，皆以白天為受測時間，進行時間為早上八點至下午五點。
自願受測者來到本實驗室時，實驗進行者會先向實驗受測者進行實驗目的，實 驗流程，及實驗數據使用範圍之解說，並向實驗受測者保證受測內容會保密。當實 驗受測者同意此實驗數據使用範圍，以及同意配合此實驗流程後，會請受測者先簽 屬實驗同意書，同意此資料可用於本實驗研究以及做為將來臨床上的判斷標準，並 請實驗受測者填寫基本資料，以及向受測者諮詢過往病史。
本實驗使用之 HRV 為短程 HRV，機器設定為 5 分鐘，此設定是根據歐美心臟 學會專家所訂的標準(7)，認為短程 HRV 測量最適合的時間為五分鐘。為了衛生考 量，本實驗所使用的 HRV 為一次拋棄性的貼片，每位受測者須使用兩片貼片。所 有的訊號皆由 Einthoven limb leads 中的 Modified Lead II 收集本實驗所需的 signals。極片黏貼的位置為右手到左腳，選擇此 Lead II 之原因為所能夠收集的數 據與 Lead I 以及 Lead III 相比，其所收集到的訊號為最強的。
本實驗共分為三階段，實驗受測者需變化三種不同的姿勢測量 HRV，分別為 仰臥，坐姿，以及站姿，各測量五分鐘。為了預防在變化姿勢過程中，自主神經的 改變而影響 HRV 數據的準確率，在測量前，實驗受測者必須先休息五分鐘才進行
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測量。為了減少變因，所有的受測者皆是由副交感神經較旺盛的仰臥姿，坐姿，再 轉變為交感神經較旺盛的站姿為固定順序(圖 5.3)。
實驗受測者平躺至病床上，以酒精擦拭皮膚清潔皮膚表面，在實驗受測者的右 手手腕貼上貼片，左腳腳踝內側貼上貼片。請實驗受測者平躺於病床上休息五分鐘 準備接受測量 HRV。休息五分鐘後，開始測量實驗受測者之 HRV，在測量過程中，
請實驗受測者不要講話，不要有任何動作，盡量以放輕鬆為主。期間也請實驗受測 者盡量保持呼吸平穩，不要做深呼吸等動作，以免影響 HRV 的測量。仰臥姿勢測 量結束後，請實驗受測者改換坐姿，選擇最舒適的坐姿，休息五分鐘後，在進行測 量。最後，改換站姿，先站著休息五分鐘，最後再測量五分鐘。
此實驗測量過程，每個姿勢需要五分鐘的休息，以及五分鐘的測量，總共三個 姿勢，故整個實驗共需三十分鐘的測量。
在此三種姿勢全部測量完以後，將數據傳輸到電腦，進行存檔以及備份。這些 數據經過實驗室中有經驗之研究人員確認是否為正常數據，再將資料歸類為正常數 據做為建檔以及統計分析用。
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圖 5.3 本實驗之簡易流程圖。
Step 1 •向實驗受測者解說實驗內容目的流程以及以後應用之範圍。
Step 2 •實驗受測者簽屬同意書。
Step 3 •實驗受測者平躺至病床上，以酒精擦拭皮膚清潔皮膚表面。
Step 4 •在實驗受測者的右手手腕貼上貼片，左腳腳踝內側貼上貼片。
Step 5 •請實驗受測者平躺於病床上休息五分鐘。
Step 6 •開始測量實驗受測者仰臥之HRV。
Step 6 •請實驗受測者改換坐姿，並休息五分鐘。
Step 7 • 開始測量實驗受測者坐姿之HRV。
Step 8 •請實驗受測者改換站姿，並休息五分鐘。
Step 9 •開始測量實驗受測者站姿之HRV。
Step 10 •將數據輸出至電腦，儲存以及備份。
Step 11 •分析輸出之數據。
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5.4 HRV 的分析
本實驗使用五分鐘 short-term HRV，因此所需要用到的 parameters 主要以頻 域分析為主。而時域分析則以 24 小時 Holter 較有臨床上的意義(7)。
5.4.1 時域分析
本實驗所用到的時域分析，經由連續的 RR interval 分析轉換，HRV 的時域使 用 parameters 為 normal-to-normal mean RR interval，其中超過 4 個標準差的
RR interval 被視為非正常，在計算過程中，會將其刪除，SDNN，以及 RMSSD，
如表 5.2 所示。
5.4.2 頻域分析
在頻域分析部分，本實驗的 parameters 為 total power，VLF，LF，HF，標準化後 的 LF 與 HF，以及 LF/HF，如表 5.3 所示。本實驗室所使用的頻域分布根據歐美心臟 學會專家所訂的標準而設定[7]。
5.4.3 資料分析
經由適合度檢定(goodness of fit)，所有的數據呈現常態分布。因此數據都採用正常 分布和平均標準差(Mean ± SD)來表示。實驗對象依男女分為兩組，測試兩個樣本之間 的差異性是否存在，並觀察其差異性是否到達統計上的顯著差異。經由使用 Student's
test，two-tail 來進行數據分析。在姿勢變化測量中，則使用 ANOVA 檢測三種資是是否 有顯著差異。P<0.05 被視為統計上有顯著差異。此統計的方法為使用 Minitab®軟體進 行 Student's test 檢驗，並使用 Microsoft Excel®進行曲線圖的分析。
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表 5.2 HRV 的時域分析定義。
Variable Description
SDNN Standard deviation of all NN intervals.
RMSSD The square root of the mean of the sum of the squares of differences between adjacent NN intervals.
表 5.3 HRV 的頻域分析定義。
Variable Description Frequency range TP The variance of NN intervals over the
temporal segment
approximately
≦0.4 Hz VLF Power in very low frequency range ≦0.04 Hz LF Power in low frequency range 0.04‐0.15 Hz LF norm LF power in normalisedunits
LF/(Total Power‐VLF) x 100
HF Power in high frequency range 0.15‐0.4 Hz HF norm HF power in normalisedunits
HF/(Total Power‐VLF) x 100 LF/HF Ratio LF [ms2]/HF [ms2]
資料來源: Task Force of the European Society of Cardiology and North American Society of Pacing and Electrophysiology, “Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation and clinical use”, European Heart Journal, 17, pp.354 – 381, March 1996.
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第六章 實驗結果分析與討論
圖 6.1 為測量 HRV 時，所截取到的 ECG 訊號之範列圖。左下角之圖示表示選 擇之單一波形之心跳，PR interval，QRS complex，QT，以及 QTc 等。右下角之 圖示為五分鐘內所有波形之平均數值，包含 PR interval，QRS complex，QT，QTc，
以及 ST segment，圖 6.2 為測量 HRV 時，Time-domain 分析之範列圖，所包含 的數值分析包含 RRI histogram，HR histogram，RRI scatter，Mean RR，SDNN，
RMSSD，NN50，pNN50 等。圖 6.3 為測量 HRV 時，Frequency- domain 分析之 範列圖，所包含的數值分析包含 VLF power，LF power，HF power，Total power，
LF norm，HF norm，以及 LF/HF。
圖 6.1 測量 HRV 時，所截取到的 ECG 訊號。以此圖為範例，此心電圖 在五鐘內的平均心跳為 76 下，且其 PR 為 144 ms，QTc 為 425 ms。
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圖 6.2 測量 HRV 時，Time-domain 分析之範列圖。
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圖 6.3 為測量 HRV 時，Frequency- domain 分析之範列圖。
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表 6.3 受測者站立時，性別與 HRV 的時域分析的關係。(NS 表示 P≧ 0.05)
mean SD P Value
mean RR male 681.96 95.6
NS female 674.99 115.32
SDNN male 37.21 16.45
NS female 34.10 14.81
RMSSD male 18.21 10.1
NS female 17.90 10.52
在時域分析上，Mean RR 不論仰臥，坐姿，以及站姿，都是男生大於女生，
但是並沒有達到統計上的顯著差異，如圖 6.4 所示。
圖 6.4 Mean RR interval 在各種姿勢變化上的男女差異。
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圖 6.5 SDNN 在各種姿勢變化上的男女差異。
圖 6.5 可看出 SDNN 也是男性大於女性，但是沒有達到統計上的顯著差異。由 上面可以看出，HRV 的時域分析之性別差異並無達到統計上的顯著差異。推測其 可能的原因在於，先前提到時域分析的 HRV 其測量之限制必須收集到足夠的 NN internal 進行分析，而本實驗之 HRV 以短程五分鐘為主，因此其時域分析的分析 無法明顯突出。
由實驗對象收集到的數據以性別與測量姿勢做為區分標準，表 6.4，表 6.5，表 6.6, 表 6.7，表 6.8，及表 6.9 為三種不同的姿勢中，男女性別與 HRV 的頻域分析 的差異。
50 female 1352.80 1257.44
LF(norm) male 60.86 14.60
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53 female 1460.48 1558.36
LF(norm) male 63.51 16.31
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性別對於 total power 以外的 frequency-domain 分析有顯著差異。由圖 6.6 可 看出三種姿勢變化上，皆以男性之 TP 大於女性，雖然也沒有達到統計上的顯著差 異，但此結果與 time-domain 的 SDNN 相當，依其定義，time-domain 的 SDNN 與 frequency-domain 的 TP 相當，由此結果也證實此點。
圖 6.6 TP 在各種姿勢變化上的男女差異。
性別差異在 HF norm，LF norm，以及 LF/HF 比值都達到統計上的顯著差異。
HF norm，反映副交感神經活性，由圖 6.7 可以看出三種姿勢變化中，HF norm 都 以女性大於男性，且其 P value 遠小於 0.05，其代表的生理意義為女性之副交感神 經在此三種姿勢下都優於男性。
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圖 6.7 HF norm 在各種姿勢變化上的男女差異。
LF norm，反映交感神經活性，由圖 6.8 可以看出三種姿勢變化中，LF norm 都是男性大於女性，P value 遠小於 0.05，其代表的生理意義為男性之交感神經在 此三種姿勢下都優於女性。
圖 6.8 LF norm 在各種姿勢變化上的男女差異。
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由圖 6.9 可以觀察到 LF 與 HF 之比值在三種不同姿勢下，皆是男性大於女性，
其 P value 遠小於 0.05，代表的生理意義為男性之交感神經與副交感神經平衡狀態 在此三種姿勢下都優於女性。
圖 6.9 LF 與 HF 之比值在各種姿勢變化上的男女差異。
6.2 姿勢差異
圖 6.10 與圖 6.11 比較同一男性其三種不同姿勢時，頻域分析與時域分析之比 較圖。圖 6.10 為同一受測者三種不同姿勢 frequency-domain HRV 分析結果之比 較圖。查看此圖之 LF 與 HF 之比值，仰臥時其比值最小，站立時其比值最大。圖 6.11 為同一受測者三種不同姿勢 time-domain HRV 分析結果之比較圖。由此圖分 析 RR interval 之圖解可發現其站立之心率變異為最大。
male female
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圖 6.10a 仰臥時之頻域分析圖
圖 6.10b 坐姿時之頻域分析圖
圖 6.10c 站立時之頻域分析圖
圖 6.10 同一人之三種不同姿勢 frequency-domain 分析圖示比較。
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圖 6.11 同一人之三種不同姿勢 time-domain 分析圖示比較。
圖 6.11a 仰臥
圖 6.11b 坐姿
圖 6.11c 站立
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圖 6.12 為姿勢變化與 mean RR 的變化關係圖。mean RR 反映測量時間內的 心跳速率，由此圖可看出在仰臥時 mean RR 最大，站立時 mean RR 最小，因此，
在站立的時候有最大的心跳速率，而仰臥時，心跳速率最小，三種姿勢皆已達到統 計上的顯著差異，P value 遠小於 0.01。
圖 6.12 姿勢變化與 mean RR 的變化關係圖。
圖 6.13 為姿勢變化與 SDNN 及 RMSSD 的變化關係圖。SDNN 代表測量時間 內，全部的心率變異性。由圖中觀察到 SDNN 與 RMSSD 在仰臥時最大，站立時 為最低。推測其可能原因為站立時所受到的壓力較大，而交感神經活性增強而使得 心跳加速，且密集規律，於是造成心率變異性下降。仰臥之 SDNN 與坐姿之 SDNN
圖 6.13 為姿勢變化與 SDNN 及 RMSSD 的變化關係圖。SDNN 代表測量時間 內，全部的心率變異性。由圖中觀察到 SDNN 與 RMSSD 在仰臥時最大，站立時 為最低。推測其可能原因為站立時所受到的壓力較大，而交感神經活性增強而使得 心跳加速，且密集規律，於是造成心率變異性下降。仰臥之 SDNN 與坐姿之 SDNN