-【大學(xué)課件】生物醫(yī)學(xué)信號(hào)數(shù)字處理技術(shù)的應(yīng)用

1、第三部分 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)數(shù)字處理技術(shù)的應(yīng)用（Applications of Biomedical Digital Signal Processing Techniques）docin/sundae_meng第十二章 心血管系統(tǒng)電信號(hào)處理(Processing Electro-signal from Cardiaovascular System)心血管系統(tǒng)電信號(hào)簡(jiǎn)稱心電信號(hào)（ECS: electrocardiosignal）。ECS處理的目的是根據(jù)心電信號(hào)的特征推斷心血管系統(tǒng)的狀態(tài)（正?；虍惓＃?jù)之作出醫(yī)學(xué)決策：藥物治療，還是外科治療，還是介入治療（如射頻消融、起搏、除顫等）。docin/su

2、ndae_meng從1901年荷蘭萊頓大學(xué)的Einthoven用弦線式電流計(jì)（string galvanometer）記錄心電信號(hào)，并將正常心電波的主要波形命名為P、Q、R、S、T算起，對(duì)心電信號(hào)的記錄和處理的歷史已跨過了100年。在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理中，對(duì)心電信號(hào)中所含信息的挖掘是最為深入的，并使用了種類繁多的信號(hào)處理技術(shù)。最近出版的專著臨床心電信息學(xué)對(duì)所涉及的技術(shù)范圍，從臨床的角度，進(jìn)行了比較全面的收集?，F(xiàn)在心血管疾病是發(fā)病和死亡率最高，對(duì)人類生命威脅最大的疾病，因此在臨床工作中，縣級(jí)以上的醫(yī)院都普遍利用心電信號(hào)中所含的信息，普遍使用記錄心電信號(hào)的心電圖機(jī)。docin/sundae_meng

3、對(duì)心電信號(hào)的顯示和記錄技術(shù)也是多種多樣的。目前對(duì)于普通系統(tǒng)（以常規(guī)診斷為目的的短時(shí)記錄），臨床上最常用的是紙記錄。模擬心電記錄設(shè)備（一般稱為心電圖機(jī)）用的是模擬方式進(jìn)行紙記錄。數(shù)字心電圖機(jī)可以數(shù)字打印輸出，也可經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)用模擬方式進(jìn)行紙記錄。對(duì)于動(dòng)態(tài)心電系統(tǒng)（常稱為Holter系統(tǒng)），先用特制慢速磁帶（早期）或半導(dǎo)體（近期）記錄系統(tǒng)，然后（一天）讀入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。對(duì)于監(jiān)護(hù)設(shè)備一般用電子顯示（波形和數(shù)字）報(bào)警技術(shù)。 對(duì)心電信號(hào)的獲取技術(shù)分為無(wú)創(chuàng)（體表）技術(shù)、微創(chuàng)技術(shù)（經(jīng)由心導(dǎo)管記錄心內(nèi)心電信號(hào)）、有創(chuàng)技術(shù)（心臟手術(shù)時(shí)體內(nèi)記錄）。docin/sundae_meng記錄在紙上的心電信號(hào)稱為“

4、心電圖”，因此臨床上有“時(shí)域心電圖”，“頻域心電圖”，“高頻心電圖”，“平靜心電圖”，“運(yùn)動(dòng)心電圖”（如活動(dòng)平板心電圖），“普通心電圖”，“向量心電圖”，“立體心電圖”等術(shù)語(yǔ)。對(duì)記錄在紙上的各種各樣的心電信息而論，這是比較準(zhǔn)確的。在大量文獻(xiàn)中，常把用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)心電信號(hào)的處理稱為心電圖(electrocardiogram)處理，本書則稱為對(duì)心電信號(hào)（ECS:electrocardiosignal）的處理，如心電信號(hào)的傅立葉變換（ the Fourier transformation of ECS），因?yàn)檫@里處理的是數(shù)字化的心電信號(hào)，而不是處理描在記錄紙上的“圖”。docin/sundae_me

5、ng本章將分別介紹常規(guī)心電信號(hào)數(shù)字處理、心電監(jiān)測(cè)（electrocardiosignal monitoring）、高頻心電信號(hào)處理(high frequency eletrocardiosignal processiing)、運(yùn)動(dòng)心電信號(hào)處理(exercise eletrocardiosignal processiing)、心房和心室晚電位（atrial and ventricular late potential）檢測(cè)、房顫波分析(atrial fibrillation wave analysis )和多點(diǎn)電位標(biāo)測(cè)(multiple electrocardiac potential mapp

6、ing)等技術(shù)。docin/sundae_meng第一節(jié) 常規(guī)心電信號(hào)數(shù)字處理（Routine Digital Processing for ECS）一、概述常規(guī)心電信號(hào)處理系統(tǒng)有分時(shí)12導(dǎo)聯(lián)單道記錄式、分時(shí)12導(dǎo)聯(lián)三道記錄式、同時(shí)12導(dǎo)聯(lián)3道記錄式、6道記錄式、12道記錄式。同時(shí)（臨床上多稱為同步）12導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)（12 lead simultaneous electrocardiograph）又分為真實(shí)12導(dǎo)聯(lián)和計(jì)算12導(dǎo)聯(lián)（實(shí)際8導(dǎo)聯(lián)：2個(gè)雙極標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)，6個(gè)單極胸導(dǎo)聯(lián)）。現(xiàn)代心電圖機(jī)，幾乎都是計(jì)算機(jī)化的數(shù)字系統(tǒng)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)推薦500Hz采樣頻率，因此，所謂同時(shí)（或同步）也是相對(duì)的，因?yàn)锳D轉(zhuǎn)換

7、器是單道的，道間時(shí)差2ms。如果采用真實(shí)12導(dǎo)聯(lián)技術(shù)，則第一道與最后1道間相差24ms。docin/sundae_meng為了盡可能保持同時(shí)性，都采用采樣保持技術(shù)。但是采樣保持電路有有限的時(shí)間常數(shù)（時(shí)間常數(shù)過大，不利于信號(hào)清除）因而采樣保持信號(hào)也會(huì)隨時(shí)間而衰減，因此難于達(dá)到真正的12導(dǎo)聯(lián)的同時(shí)性?？煽紤]的提高同時(shí)性的措施是采用更高的采樣頻率（如20KHz），然后以500Hz的采樣率二次抽取(40抽1)。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng配合500Hz的采樣率，心電信號(hào)放大系統(tǒng)應(yīng)有最高250Hz的高端截止頻率。時(shí)間常數(shù)3s（相當(dāng)于0.05Hz的低端截止頻率）。

8、對(duì)于描筆式心電圖機(jī)，由于描筆的響應(yīng)頻率80100Hz，因此，更高的頻率成分會(huì)被描筆這種機(jī)械濾波器濾掉，所以對(duì)于這種系統(tǒng)，采用的采樣頻率為100Hz。當(dāng)放大系統(tǒng)的通帶為.0.05250Hz時(shí)，這樣的采樣率獲得的數(shù)字信號(hào)不宜做頻域分析。 計(jì)算機(jī)化心電信號(hào)數(shù)字處理系統(tǒng)，又稱為心電工作站（electrocardiac work station），其框圖如圖12-1。它有模擬和數(shù)字部分。 docin/sundae_meng要強(qiáng)調(diào)的是，在模擬部分須采用隔離浮置技術(shù)以保證病人的安全。預(yù)處理部分主要有50Hz（國(guó)外應(yīng)是60Hz）濾波等。 二、導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng) 1.電極（electrodes） 電極的作用是將體內(nèi)的離子

9、電流轉(zhuǎn)換為金屬導(dǎo)體中的電子電流。早期所用的獲取心電信號(hào)的電極是金屬電極，一般是在金屬銅或不銹鋼片上鍍以貴金屬銀或鉻。金屬電極的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生極化電位，在變化的心電信號(hào)上附加一個(gè)直流偏移（offset）信號(hào)，產(chǎn)生“基線”（0電勢(shì)線）的直流漂移?，F(xiàn)代獲取心電信號(hào)的電極是電生理學(xué)家研究出的可消除極化電位的銀-鹵化銀電極，稱為乏極化電極(nonpolarizable electrode)，如圖12-2。它是在銀片上沉積（鍍）上一薄層氯化銀。再在上面涂上一層含氯離子的凝膠 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng2.體表電極位置12導(dǎo)聯(lián)常規(guī)（標(biāo)準(zhǔn)臨床）心電信號(hào)處理系統(tǒng)的電極位置

10、如圖12-3。圖中，V1為胸骨右緣第4肋間，V2為胸骨左緣第4肋間，V3為V2與V4聯(lián)線的中點(diǎn)，V4為左鎖骨中線第5肋間，V5為左腋前線V4水平, V6為左腋中線V4水平，V7為左后腋線V4水平, V8為左肩胛角線V4水平, V9為脊椎左緣V4水平, V3R為V1與V4R聯(lián)線的中點(diǎn)，V4R為右鎖骨中線第5肋間，V5R為右前腋線V4水平。所有這些導(dǎo)聯(lián)都是單極胸導(dǎo)聯(lián)。前6個(gè)為常規(guī)導(dǎo)聯(lián)，后6個(gè)為擴(kuò)展導(dǎo)聯(lián)，根據(jù)臨床需要選作。由RA-LA、RA-LL、LA-LL構(gòu)成三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)肢體導(dǎo)聯(lián)（standard limb lead），分別稱為I、II、III導(dǎo)聯(lián)。RA稱為參考電極，docin/sundae_meng

11、與第五章所述的中心電端C相連。所有單極導(dǎo)聯(lián)皆參考此點(diǎn)電壓。所有輸入端皆采 用高輸入阻抗電路。 圖12-3 標(biāo)準(zhǔn)12導(dǎo)聯(lián)及擴(kuò)展導(dǎo)聯(lián)電極位置docin/sundae_meng圖12-4 輸入電阻網(wǎng)絡(luò)docin/sundae_meng常規(guī)ECS處理系統(tǒng)都設(shè)計(jì)了一個(gè)特殊的電阻輸入網(wǎng)絡(luò)。電阻輸入網(wǎng)絡(luò)的目的有兩個(gè)：一是造就等效0電勢(shì)點(diǎn)的中心電端C，二是形成加壓（肢體）導(dǎo)聯(lián)（augmented limb lead）。同時(shí)12導(dǎo)心電系統(tǒng)的電阻網(wǎng)絡(luò)如圖12-4。圖中，RA、LA、LL分別接至圖12-3的對(duì)應(yīng)位置。 在圖12-4中，RALA、RALL、LALL分別形成標(biāo)準(zhǔn)肢體I 、II、 III導(dǎo)聯(lián)，RAC3、L

12、AC2、LLC1分別形成加壓肢體導(dǎo)聯(lián)aVR、aVL、aVF。標(biāo)準(zhǔn)肢體I 、II、 III導(dǎo)聯(lián)的電勢(shì)差分別為 I = LA RA (12-1) II = LL RA (12-2) III = LLLA (12-3) 極性如圖12-4所示。docin/sundae_meng 現(xiàn)在要證明，加壓肢體導(dǎo)聯(lián)aVR、aVL、aVF是單極肢體導(dǎo)聯(lián)RAC（RA）、LAC（LA）、LLC（LL）的電壓的1.5倍。由圖12-4可知， C3 = (LA +LL )/2 (12-4) C2 = (RA +LL )/2 (12-5) C1 = (RA +LA )/2 (12-6) 由偶極子電勢(shì)分布理論可以證明，在偶極子場(chǎng)

13、中，與中心等距的相差2/3的三點(diǎn)的電勢(shì)之和為0，即docin/sundae_meng RA +LA +LL = 0 (12-7) 所以 aVR = RA C3 = RA(LA +LL)/2 = 1.5RA (12-8) 同理可證得 aVL = 1.5LA (12-9) aVF = 1.5LL (12-10) 上面的關(guān)系也可由第5章的（5-13）（5-15）式得到證明。 docin/sundae_meng三、參數(shù)測(cè)量 用描出的心電信號(hào)圖形進(jìn)行診斷（評(píng)價(jià)心臟狀態(tài)）已有100多年歷史。以往都憑人工測(cè)量，然后憑積累的經(jīng)驗(yàn)作出結(jié)論。這些經(jīng)驗(yàn)形成了一門學(xué)問稱為“心電圖學(xué)”。直到現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)自動(dòng)診斷系統(tǒng)（專

14、家系統(tǒng)）仍然不如有經(jīng)驗(yàn)的?？漆t(yī)生，還不能代替有經(jīng)驗(yàn)的專科醫(yī)生。 心電信號(hào)的參數(shù)測(cè)量可分為時(shí)間測(cè)量、幅度的測(cè)量和波形分析三個(gè)方面。如第5章圖5-6所示的各種間期和時(shí)限等時(shí)間參數(shù)測(cè)量具有重要的臨床意義，它是診斷各類心律失常的基礎(chǔ)。如P波時(shí)限過長(zhǎng)表示心房?jī)?nèi)傳導(dǎo)阻滯，QRS時(shí)限過長(zhǎng)表示室內(nèi)傳導(dǎo)阻滯。RR間期過長(zhǎng)表示心動(dòng)過緩，RR間期過短表示心動(dòng)過速。 docin/sundae_meng在心電信號(hào)的電壓測(cè)量中，參考點(diǎn)是“基線”，因此消除基線漂移的精確程度確定了幅度測(cè)量的精確程度。R波電壓幅度過高可能提示心室肥厚。ST段電壓過低提示心肌缺血。所有這些判斷都有憑大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)加上既往的經(jīng)驗(yàn)制定的標(biāo)準(zhǔn)。 在心電

15、信號(hào)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析中，最難的是波形分析，如頓挫、雙相、倒置、rS（小R波大S波）等。如果心電專家對(duì)于計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析有懷疑，可以通過人機(jī)對(duì)話的方法進(jìn)行核查。一般使用移動(dòng)光標(biāo)來(lái)完成核查。每當(dāng)移動(dòng)到一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)顯示位置和幅度。位置可顯示為距起點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)，或根據(jù)采樣頻率換算成的時(shí)間，見第5章（5-21）式。也可根據(jù)一定的操作而顯示間期或時(shí)限或幅度。人工核查的例子如圖12-5 docin/sundae_meng圖形頂部示出了光標(biāo)（空心箭頭）所在位置的參數(shù)（距起點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)和幅度）。圖形底部是操作說(shuō)明。光標(biāo)可上、下、左、右移動(dòng)。在左右移動(dòng)時(shí)還可分為快速移動(dòng)（Ctrl加左右移動(dòng)鍵）。12導(dǎo)心電的紙記有各種

16、格式，如34的格式，62的格式，121的格式。圖12-6為121格式的例子。docin/sundae_meng圖12-5 人機(jī)會(huì)話參數(shù)測(cè)量示意圖docin/sundae_meng四、QT間期測(cè)量 這里以心電信號(hào)的QT間期測(cè)量來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明時(shí)域參量的測(cè)量。應(yīng)該說(shuō)，QT間期測(cè)量是診斷LQTS（long QT syndrome：長(zhǎng)QT間期綜合癥）的金標(biāo)準(zhǔn)（gold standard 或gold criteria）。LQTS是一種嚴(yán)重的心律失常事件，現(xiàn)已證實(shí)LQTS是由于Na+、K+離子通道的基因突變?cè)斐傻?，典型地證實(shí)了基因型（genotype）與電生理表現(xiàn)型（phenotype）的關(guān)系。各導(dǎo)聯(lián)間的心電

17、信號(hào)QT間期的不一致，稱為QT離散度（QT dispersion：QTd）。近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，QTd是由于心室肌的復(fù)極時(shí)間不一致造成的。QTd的測(cè)量可用以預(yù)測(cè)心肌梗塞、嚴(yán)重心律失常等心血管系統(tǒng)疾病。 docin/sundae_mengQTd的計(jì)算以QT間期的測(cè)量為基礎(chǔ) QTd = QTmaxQTmin (12-11) 設(shè)Q波起點(diǎn)為N1，T波終點(diǎn)為N2，則 QT =(N2N1)t (12-12)圖12-6 常規(guī)臨床12導(dǎo)心電信號(hào)的121格式記錄docin/sundae_meng 人機(jī)會(huì)話測(cè)量可參見圖12-5的方法。計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量可參見第5章。不管用哪種方法，都會(huì)由于確定Q波起點(diǎn)，特別是T波終點(diǎn)的困難

18、而產(chǎn)生重復(fù)性差、準(zhǔn)確性差等問題。一個(gè)可以準(zhǔn)確測(cè)量的方法，是確定Q、T波的極值點(diǎn)。已有研究表明，用同一組樣本集合，兩種測(cè)量間有很好的線性相關(guān)性，不管用人工測(cè)量還是計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量(見參考文獻(xiàn)5)。如 R(自動(dòng)峰值測(cè)量與人工測(cè)量)= 0.998353 R（自動(dòng)峰值測(cè)量與自動(dòng)始末點(diǎn)測(cè)量）= 0.997849 R(自動(dòng)始末點(diǎn)測(cè)量與人工測(cè)量) = 0.997532 docin/sundae_meng圖12-7是用兩種方法（峰值法和起始點(diǎn)法）測(cè)量QTI（QT interval：QT間期 ）的一個(gè)例子。圖的頂部的圖注的意義是：第1行為各波的幅值，如Rm表示R波的幅值，Pm表示P波的幅值，Qm表示Q波的幅值，S

19、m表示S波的幅值，Tm表示T波的幅值。第2行為用測(cè)量各對(duì)應(yīng)波的極值點(diǎn)的方法測(cè)量的心率，如HRp是用相繼的兩P波的極值點(diǎn)間的距離（點(diǎn)數(shù)），即PP間期計(jì)算的心率，HRq是用QQ間期計(jì)算的心率，HRr是用RR間期計(jì)算的心率，HRs是用SS間期計(jì)算的心率，HRt是用TT間期計(jì)算的心率。第3行為P波寬度的數(shù)據(jù)，pw表示均值。后繼的是每一心動(dòng)周期的P波寬度的測(cè)量值。第4行為用Q、T波的始末點(diǎn)的距離計(jì)算的QT間期，如qte表示用Q波的起點(diǎn)與T波的終點(diǎn)間的距離計(jì)算的QTI的均值，后繼的是每一心動(dòng)周期的qte的測(cè)量值。第5行為用Q、T波的極值點(diǎn)的距離計(jì)算的QT間期, docin/sundae_meng 如qtp

20、表示用Q波的極值點(diǎn)與T波的極值點(diǎn)間的距離計(jì)算的QTI，后繼的是每一心動(dòng)周期的QTI的測(cè)量值。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng五、頻域分析在臨床上，將心電信號(hào)的頻域分析稱為頻域心電圖（frequency domain cardiogram）。主要技術(shù)就是求II、V5導(dǎo)聯(lián)心電信號(hào)的自譜、互譜和相位譜，并探討其與心血管系統(tǒng)的狀態(tài)和臨床表現(xiàn)間的關(guān)系。由于其他的提法有許多爭(zhēng)議之處，這里不展開敘述。如將II導(dǎo)聯(lián)心電信號(hào)當(dāng)成對(duì)系統(tǒng)（人體）的輸入信號(hào)，V5導(dǎo)聯(lián)的心電信號(hào)當(dāng)成系統(tǒng)（人體）響應(yīng)于輸入的輸出信號(hào)。顯然，II、V5導(dǎo)聯(lián)的心電信號(hào)沒有這種關(guān)系，它們都是心血管系統(tǒng)發(fā)出的

21、同一信號(hào)，在不同方向（坐標(biāo)軸）的投影。docin/sundae_meng 當(dāng)然可以定義幅度商譜： QMxy(K) = X(K)/Y(K) (12-13) 也可表示為 QMxy(K) = X(K) Y*(K)/Y(K) Y*(K) = Rxy(K)/Ryy(K) (12-4) 或?qū)憺?QMxy(K) = Rxx(K)/Ryx(K) (12-15) 和相位商譜 QPxy(K) = x (K)/y (K) (12-16)docin/sundae_meng 上式中，X(k)、Y(K)分別是II和V5導(dǎo)聯(lián)的數(shù)字心電信號(hào)x(n)，y(n)的傅立葉變換，X*(k)、Y*(K)是其共軛量。而 x (K) =

22、tg 1Im(X(K)/Re(X(k) (12-17) y (K) = tg 1Im(Y(K)/Re(Y(k) (12-18) 式中，Im（imaginary）表示虛部、Re(real)表示實(shí)部。另外，在頻域心電圖研究中，還定義了“頻域相干函數(shù)”（coherent function in time domain） R2xy(K) = |Gxy(K)|2/Gxx(k)Gyy(K) (12-19) 式中Gxy(K)、Gxx(k)、Gyy(K)分別表示II、V5導(dǎo)聯(lián)心電信號(hào)的互譜（cross-spectrum）和自譜(auto-spectrum) 。 docin/sundae_meng 文獻(xiàn)1-2已

23、經(jīng)在一般的意義上（即不管信號(hào)是什么性質(zhì)的）證明了（12-19）恒等于1，因而不含任何信息，即 R2xy(K) = |Gxy(K)|2/Gxx(k)Gyy(K) 1 最簡(jiǎn)單的改造是改成如下形式 R2xy(K) = |Gxy(K)|2/Gxx(0)Gyy(0) （12-20） 這個(gè)改造只是避免了恒等于1的問題，但（12-20）式對(duì)于任意性質(zhì)的兩信號(hào)，都有 R2xy(0) = 1 因此這樣的改造是不完全的。更詳細(xì)的討論，參考文獻(xiàn)12的討論。docin/sundae_meng第二節(jié) 心電監(jiān)測(cè)（ECS Monitoring）心電監(jiān)測(cè)是指用心電檢測(cè)儀器對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的心電信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間和/或遠(yuǎn)距離的監(jiān)測(cè)，通過

24、計(jì)算機(jī)分析和處理后直接顯示和/或打印出心電波形和數(shù)據(jù)，為臨床診斷提供依據(jù)。心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可按傳輸方式分為有線系統(tǒng)和無(wú)線系統(tǒng)，可按傳輸距離分為床旁系統(tǒng)和遙測(cè)系統(tǒng)，可按應(yīng)用環(huán)境分為醫(yī)院系統(tǒng)和院外個(gè)人系統(tǒng)（Holter系統(tǒng)和基于WEB的系統(tǒng)）。遙測(cè)系統(tǒng)又可分為有線遙測(cè)系統(tǒng)（臨床稱為電話傳輸心電圖）和無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)。遙測(cè)系統(tǒng)還可分為普通專用系統(tǒng)和基于WEB的系統(tǒng)。還可分為實(shí)時(shí)系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)，如Holter系統(tǒng)。不能獲得實(shí)時(shí)處理是Holter系統(tǒng)的一大缺點(diǎn)。docin/sundae_meng一、概述1903年Calson在手術(shù)室首次應(yīng)用了監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)手術(shù)患者的心電信號(hào)。這種雛型心電監(jiān)測(cè)儀所起到的獨(dú)特監(jiān)護(hù)作用

25、引起了學(xué)者們的共鳴，啟迪了應(yīng)用電子技術(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)患者的ECS的設(shè)想。1958年Safar創(chuàng)建ICU（intensive care unit：重癥監(jiān)護(hù)室）, 將床邊心電作為危重患者長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。1962年Day首創(chuàng)CCU（central care unit or coronary care unit：中心監(jiān)護(hù)室或冠心病監(jiān)護(hù)室）應(yīng)用床邊心電監(jiān)測(cè)技術(shù)持續(xù)監(jiān)測(cè)AMI患者，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理心律失常，使他所在醫(yī)院該年度AMI住院患者死亡率從39降至19。CCU因此迅速得到承認(rèn)，床邊心電監(jiān)測(cè)的醫(yī)療價(jià)值蜚聲一時(shí)，但床邊心電監(jiān)測(cè)只適宜于住院患者的院內(nèi)監(jiān)測(cè)，對(duì)院外患者無(wú)所幫助。 docin/sundae_meng19

26、57年美國(guó)物理學(xué)博士Holter研制了長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)記錄患者在日常活動(dòng)狀態(tài)下的心電信號(hào)(即動(dòng)態(tài)心電圖, AECG: ambulatory ECG)的技術(shù)于1961年應(yīng)用于臨床，實(shí)現(xiàn)對(duì)院外患者長(zhǎng)時(shí)間(一般24h)心電圖記錄，這對(duì)發(fā)現(xiàn)24h內(nèi)心電活動(dòng)的改變和心肌缺血具有重要價(jià)值。然而，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)心電圖所記錄的僅為過去的事件，只能在24h后通過心電分析儀的分析和處理才能做出診斷，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理正在進(jìn)行動(dòng)態(tài)心電圖監(jiān)測(cè)期間各種嚴(yán)重心臟事件。1978年電話傳輸心電圖監(jiān)測(cè)技術(shù)成功地應(yīng)用于臨床，使遠(yuǎn)離醫(yī)院的患者在發(fā)生心臟事件時(shí)能夠通過電話及時(shí)地將心電信號(hào)傳送至心電監(jiān)測(cè)中心，及時(shí)得到醫(yī)師的診斷和醫(yī)療或急救指導(dǎo)，

27、顯著降低了院外惡性心律失常患者的死亡率。docin/sundae_meng隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和電腦新軟件的不斷開發(fā)，心電監(jiān)測(cè)儀器不斷更新，監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷改進(jìn)。目前CCU與ICU內(nèi)床邊心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能已相當(dāng)完善，不僅能夠顯示、打印記錄心電信號(hào)波形和數(shù)據(jù)，還能人工設(shè)置心率上、下限及心律失常自動(dòng)報(bào)警；2導(dǎo)聯(lián)、3導(dǎo)聯(lián)乃至12導(dǎo)聯(lián)心電圖波形顯示與圖形凍結(jié)功能，可供逐幀心電圖波形的仔細(xì)分析；數(shù)小時(shí)與24小時(shí)儲(chǔ)存資料可提供心電活動(dòng)的趨勢(shì)分析以協(xié)助評(píng)估病情變化與治療效果；微機(jī)系統(tǒng)可對(duì)多種心律失常進(jìn)行自動(dòng)分析，并可識(shí)別T波，測(cè)量ST段診斷心肌缺血；心電、呼吸、血壓、心泵功能聯(lián)合監(jiān)測(cè)的電腦技術(shù)已應(yīng)用于臨床。H

28、olter監(jiān)測(cè)技術(shù)也已由傳統(tǒng)的記錄已過去的事件，發(fā)展為具有實(shí)時(shí)顯示、記錄的Holter監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，成為當(dāng)代心臟病學(xué)領(lǐng)域中最為盛行、最為實(shí)用的診斷技術(shù)手段之一。 docin/sundae_meng常的重要臨床手段，也是評(píng)定有癥狀或無(wú)癥狀心肌缺血的重要輔助工具。電信事業(yè)的飛速發(fā)展和醫(yī)院內(nèi)ICU的普及，為電話傳輸心電圖監(jiān)測(cè)技術(shù)的臨床應(yīng)用創(chuàng)造了條件。隨著區(qū)域性電話傳輸心電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的形成與擴(kuò)展乃至世界聯(lián)網(wǎng)，在廣大空間和時(shí)間中監(jiān)測(cè)每一個(gè)角落的患者的心電活動(dòng)，預(yù)防、急救或處理患者的突發(fā)心臟事件已不再是人類的幻想。docin/sundae_meng二、可移動(dòng)心電監(jiān)測(cè)可移動(dòng)心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或長(zhǎng)時(shí)ECS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（lon

29、g-term ECS monitoring system）俗稱HOLTER系統(tǒng)，因?yàn)樗怯擅绹?guó)物理學(xué)家Holter發(fā)明的而得名，國(guó)內(nèi)多稱為動(dòng)態(tài)心電處理系統(tǒng)（AECG：ambulatory ECG or ambulatory long-term ECG）。最長(zhǎng)的記錄時(shí)間可達(dá)48小時(shí)，甚至72小時(shí)。臨床主要用于判斷偶發(fā)心血管系統(tǒng)異常。早期是單導(dǎo)或雙導(dǎo)或三導(dǎo)磁帶記錄系統(tǒng)，現(xiàn)在由于大容量閃存技術(shù)的出現(xiàn)，克服了早期的磁記系統(tǒng)的諸多弊端，因而12導(dǎo)系統(tǒng)可能成為常規(guī)。早期采樣頻率為128Hz，現(xiàn)在都在256Hz以上。導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)為CM1-6（C：chest，表示胸導(dǎo)聯(lián)， docin/sundae_mengM：m

30、anubrium, 柄，CM聯(lián)合表示胸骨柄，16：V1V6），是雙極胸導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)。負(fù)端為胸骨柄，正端為V1-6。Holter系統(tǒng)記錄的心電信號(hào)要輸入到計(jì)算機(jī)用專用軟件進(jìn)行后處理，以判斷各類心律失常。也可進(jìn)一步計(jì)算QTd、ST段電壓，或HRV（heart rate variability：心率變異性，見第16章）?，F(xiàn)在，已經(jīng)出現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示、記錄的12導(dǎo)Holter監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。圖12-7 Holter系統(tǒng)改良12導(dǎo)聯(lián)電極位置docin/sundae_meng Holter系統(tǒng)主要用于院外個(gè)人佩帶，也可用于住院病人。實(shí)時(shí)顯示、記錄的12導(dǎo)Holter監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)，更增加了Holter系統(tǒng)的臨床重要性。

31、12導(dǎo)Holter監(jiān)測(cè)系統(tǒng)常用改良的12導(dǎo)聯(lián)，其電極位置如圖12-7。如果是1，2，3導(dǎo)聯(lián)的系統(tǒng)，則可根據(jù)臨床需要選用CM1CM6雙極胸導(dǎo)聯(lián)。臨床系統(tǒng)常用的導(dǎo)聯(lián)線的標(biāo)記為：通道1：紅(+)白()；通道2：棕(+)黑()；通道3：橘黃(+)藍(lán)()；參考電極（地）：綠。docin/sundae_meng三、床旁心電監(jiān)測(cè) (一)床旁心電檢測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn) 床旁心電檢測(cè)系統(tǒng)具有以下5個(gè)方面的特點(diǎn)： 1長(zhǎng)時(shí)間性 床邊心電圖監(jiān)測(cè)不需要病人主動(dòng)協(xié)助，心電信號(hào)采集方法很簡(jiǎn)單，全部操作過程均為無(wú)創(chuàng)傷性，因此，可以根據(jù)臨床需要持續(xù)任意長(zhǎng)的時(shí)間監(jiān)測(cè)各種重危病人的全部心電信息變化情況。這一點(diǎn)與常規(guī)ECG檢查不同，后者只能

32、檢查很短時(shí)間內(nèi)(通常只有10s至2min)的心電信息變化。docin/sundae_meng2實(shí)時(shí)性 接受床邊心電圖監(jiān)測(cè)的病人都相對(duì)固定于一定的監(jiān)測(cè)場(chǎng)所(ICUCCU)，并有專業(yè)人員動(dòng)態(tài)觀察、分析、診斷和處理病人隨時(shí)間變化而出現(xiàn)的各種心電變化。一旦病人發(fā)生心律失?；虺霈F(xiàn)惡性心律失常先兆，監(jiān)測(cè)人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷，并迅速采取各種有效治療措施。這一點(diǎn)與當(dāng)前采用的Holter監(jiān)測(cè)不同，后者由于只能在事后才能對(duì)記錄結(jié)果進(jìn)行分析和診斷，因此不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理各種嚴(yán)重心律失常事件 3可干預(yù)性常規(guī)Holter監(jiān)測(cè)雖然也能長(zhǎng)時(shí)間記錄病人的心電活動(dòng)，但由于要在記錄結(jié)束后才能進(jìn)行分析，因此對(duì)監(jiān)測(cè)中發(fā)生的心電異常

33、不能及時(shí)進(jìn)行處理。docin/sundae_meng 而床邊心電圖監(jiān)測(cè)能夠?qū)崟r(shí)顯示整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中發(fā)生的任何心律失常，監(jiān)測(cè)人員可以根據(jù)具體情況及時(shí)采取各種干預(yù)措施，真正做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、早期診斷和早期治療。 4自動(dòng)性 為了減輕監(jiān)測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，很多現(xiàn)代化的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)部帶有功能強(qiáng)大的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、診斷和報(bào)警功能，能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種惡性心律失常的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、記錄和警示。 5適應(yīng)性 由于床邊心電圖監(jiān)測(cè)的無(wú)創(chuàng)性以及導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，監(jiān)測(cè)過程上也不影響各種常規(guī)的急救診療措施的實(shí)施，因此可應(yīng)用于各種重危病人。docin/sundae_meng(二)床旁檢測(cè)技術(shù) 1.普通床旁心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 設(shè)置在患者床邊，通過導(dǎo)聯(lián)直接從人體引

34、入心電信號(hào)，可以獨(dú)立地進(jìn)行病情監(jiān)測(cè)和顯示心電波形，必要時(shí)可進(jìn)行報(bào)警并自動(dòng)記錄。有的床邊監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還配有除顫器、起搏器等心臟復(fù)蘇設(shè)備。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，心電信號(hào)不易受干擾。常配備在搶救室、手術(shù)室等場(chǎng)所使用。 2. 無(wú)線遙測(cè)心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 該設(shè)備分為人體佩帶的心電獲取和無(wú)線發(fā)射部分以及中央接收和處理計(jì)算機(jī)。佩帶的無(wú)線發(fā)射器將患者的心電信號(hào)發(fā)射至中央遙測(cè)心電監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行分析和處理。遙測(cè)半徑一般在30l00m。docin/sundae_meng 因?yàn)槭菬o(wú)線連接，故患者可起床在遙測(cè)范圍內(nèi)活動(dòng)，因而適合于監(jiān)測(cè)AMI急性期后可以下床活動(dòng)的患者及需要去進(jìn)行CT、血管造影等特殊檢查的危重患者。主要缺點(diǎn)是心電信號(hào)易受

35、千擾，CCUICU內(nèi)一般不用。 3. 中央心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 現(xiàn)代CCUICU內(nèi)通常配備中央心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由一臺(tái)中央監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和48臺(tái)床邊檢測(cè)儀組成，床邊監(jiān)測(cè)儀的心電信號(hào)通過電纜和網(wǎng)絡(luò)交換器輸入到中央監(jiān)測(cè)臺(tái)，中央臺(tái)可有4-16個(gè)顯示通道，同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)患者的生命特征。該系統(tǒng)常與血壓、呼吸、體溫及其他生命特征信號(hào)監(jiān)測(cè)組合在一起。docin/sundae_meng第三節(jié) 高頻心電信號(hào)處理(High Frequency Electrocardiosignal Processing)對(duì)心電信號(hào)中存在的高頻成分（100Hz）與心血管系統(tǒng)疾病的關(guān)系的研究指出，在心血管系統(tǒng)狀態(tài)出現(xiàn)異常的初期，心電信號(hào)中存在的高頻成分

36、增加；血管系統(tǒng)疾病的后期（更加嚴(yán)重的時(shí)期）心電信號(hào)中存在的高頻成分反而減少。就是說(shuō)，心血管系統(tǒng)從正常到異常到嚴(yán)重異常的三個(gè)階段， docin/sundae_meng心電信號(hào)中存在的高頻成分有從低到高，然后更低的復(fù)雜變化。提示利用心電信號(hào)中存在的高頻成分可發(fā)現(xiàn)心血管系統(tǒng)的早期異常，也可用來(lái)預(yù)示心血管系統(tǒng)異常的嚴(yán)重性。 一、概述 (一)高頻心電信號(hào) 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)曾用高保真心電圖(high fidelity ECG)、寬頻帶心電圖(wide band ECG)、高頻心電圖(high-frequency ECG)等不同的名稱描述記錄在紙上的含有1000Hz以上的高頻成分的心電信號(hào)。這三個(gè)術(shù)語(yǔ)含義相近但又

37、不完全相同。建議今后一律采用高頻心電圖這一術(shù)語(yǔ)，縮寫為HFECG。高頻心電圖主要是研究高頻成分的變化。docin/sundae_meng (二)高頻成分(high frequency component) 高頻成分是指頻率在100Hz以上，時(shí)程 5M, CMRR 90dB。 4、模數(shù)轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)：12位精度，采樣頻率30kHz以內(nèi)可任意設(shè)定，雙極性，輸入最大幅度5Vp-p。使用采樣頻率200Hz（用于控制）和300Hz（用于分析）。 docin/sundae_meng5、計(jì)算機(jī)子系統(tǒng) 軟件功能有：信號(hào)采集、數(shù)字濾波、基線校正、P、QRS、T波及J點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別。ST段判讀、QTc的判讀與計(jì)算、ST/

38、HR斜率的計(jì)算和報(bào)告打印。二、運(yùn)動(dòng)心電分析的基本特征參量 傳統(tǒng)的的運(yùn)動(dòng)心電分析用ST段壓低作為提示心肌缺血的參考指標(biāo)。這里，除了給出ST段壓低值外，還給出了一個(gè)敏感性和特意性更高的參數(shù)：ST/HR斜率。另外還給出了QTc.1ST段壓低 使用常用的0.1mv標(biāo)準(zhǔn)。自動(dòng)測(cè)量J點(diǎn)后60mS的ST段幅度，docin/sundae_meng 讀取靜態(tài)、恢復(fù)期1、2、4、6秒的CM5、aVF及V5導(dǎo)聯(lián)的數(shù)據(jù)以及即刻和運(yùn)動(dòng)中的CM5導(dǎo)聯(lián)的數(shù)據(jù)。 2QTc Q波起點(diǎn)至T終點(diǎn)的時(shí)間（mS）為QT間期，并按下式計(jì)算QTc： QTc = QT間期/(R-R間期)1/2 （12-22） 僅計(jì)算即刻和靜態(tài)CM5導(dǎo)聯(lián)的Q

39、Tc值(秒)。docin/sundae_meng 3. ST/HR斜率 由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算運(yùn)動(dòng)過程中的ST/HR斜率。讀取即刻及即刻前的兩次運(yùn)動(dòng)中的CM5導(dǎo)聯(lián)的記錄的ST段值（J點(diǎn)后60mS），以及相應(yīng)的心率，進(jìn)行三點(diǎn)直線擬合，計(jì)算平均ST/HR斜率(微伏/bpm)。用R-R間期的測(cè)量值（檢測(cè)方法見第五章）計(jì)算心率。docin/sundae_meng第五節(jié) 心房和心室晚電位信號(hào)檢測(cè)(Atrial and Ventricular Late Potential Measure)晚電位(late potential)又有譯作“遲電位”，分為心房和心室晚電位。心室晚電位是指出現(xiàn)在QRS終末部、ST段內(nèi)的

40、一種高頻，低振幅、多形性的心電活動(dòng)，是由于心室肌病變和/或損傷產(chǎn)生去極化非同步和傳導(dǎo)速度減慢，而由小塊心肌內(nèi)延遲發(fā)生除極(depolarization )所產(chǎn)生的心電信息。它對(duì)了解室性心律失常的發(fā)生機(jī)制，評(píng)估心肌梗死患者的預(yù)后以及預(yù)測(cè)心性猝死等方面具有重要價(jià)值。 docin/sundae_meng心房晚電位是由于心房肌病變和/或損傷產(chǎn)生去極化非同步和傳導(dǎo)速度減慢，而由小塊心肌內(nèi)延遲發(fā)生除極所產(chǎn)生的心電信息。它對(duì)了解房性心律失常的發(fā)生機(jī)制，預(yù)測(cè)心房撲動(dòng)和顫動(dòng)等方面具有重要價(jià)值。 現(xiàn)在首先討論心室晚電位。心室晚電位這種心電信息發(fā)生在心室去極化電信息的晚期，故形象地稱為晚電位。由于這種電信號(hào)非常微弱

41、，一般在幾十微伏(V)以下，其頻率下限為25100Hz，上限為300500Hz，與肌電頻帶部分重合，加之環(huán)境電磁干擾，故常規(guī)心電圖顯現(xiàn)不出該信息?，F(xiàn)在一般用信號(hào)迭加平均技術(shù)提取心室晚電位。 docin/sundae_meng由于臨床上一般都將心電信號(hào)，包括含晚電位的心電信號(hào)，記錄在一種特殊的心電圖紙上，故臨床醫(yī)生把這種用信號(hào)迭加平均技術(shù)獲得的、記錄在紙上的、含心室晚電位的心電信號(hào)的圖形稱為信號(hào)平均心電圖（SAECG: signal-averaged ECG）。 從理論上講，在心肌的任何部位，只要存在有不穩(wěn)定的電信息，且這種電信息有延遲出現(xiàn)的病理基礎(chǔ)，就有可能出現(xiàn)晚電位(LP：1ate pote

42、ntials)，包括心房晚電位和心室晚電位。用心內(nèi)膜或心外膜標(biāo)測(cè)記錄時(shí)，在QRS波主體之外，在舒張期的任何時(shí)相（phase），可呈孤立的電波，稱為延遲電活動(dòng)(delay electivity)或者呈連續(xù)雜亂的碎裂電位，稱為碎裂電活動(dòng)(fragmented activity)，亦即心室晚電位。docin/sundae_meng晚電位是碎裂電位在體表上的反映。迄今為止人們對(duì)心室晚電位的研究較多，而對(duì)心房晚電位的研究相對(duì)較少。 一、概述 近年來(lái)，人們對(duì)記錄心室晚電位的方法學(xué)和臨床意義的研究在不斷深化。自從1961年Durrer等在實(shí)驗(yàn)犬缺血心肌興奮過程中，發(fā)現(xiàn)心內(nèi)膜下梗死區(qū)的相應(yīng)心外膜區(qū)有延遲電位存

43、在以來(lái)，開展對(duì)這種心電活動(dòng)現(xiàn)象的研究已有30余年歷史。由于冠心病發(fā)病率的增高，惡性室性心律失常又是致死的主要原因，所以這一電活動(dòng)現(xiàn)象及其意義日益被人們重視，嗣后有很多學(xué)者在這方面的工作取得較大成績(jī)。docin/sundae_meng1978年，Berbari等采用信號(hào)平均技術(shù)首次報(bào)道在犬的體表測(cè)出心室晚電位。Fohtoine報(bào)道在人的體表測(cè)出心室晚電位。同年，Josephson等第一次在病人的心內(nèi)膜用導(dǎo)管心內(nèi)膜標(biāo)測(cè)方法直接記錄到碎裂的延遲電活動(dòng)，并發(fā)現(xiàn)這種延遲的、低振幅的信號(hào)與室性心律失常有關(guān)，證實(shí)了碎裂電位與室性心動(dòng)過速的密切關(guān)系。1984年Cain等在前人研究的基礎(chǔ)上利用快速傅利葉變換，對(duì)

44、SAECS(信號(hào)平均心電信號(hào))進(jìn)行頻譜域分析，從而使心室晚電位的研究更加深入。 docin/sundae_meng1989年Haberl等報(bào)導(dǎo)了呈現(xiàn)晚電位的多段頻譜標(biāo)測(cè)技術(shù)（multi-segment spectral mapping），即動(dòng)態(tài)譜技術(shù)，形象地展現(xiàn)了晚電位的存在，如圖12-9。圖中可以看出，從下到上，晚電位的成分逐漸增加（從心電信號(hào)的R波下降支逐漸進(jìn)入ST段）。圖12-9 展現(xiàn)心室晚電位的動(dòng)態(tài)譜技術(shù)docin/sundae_meng 二、檢測(cè)方法 晚電位的記錄方法分有創(chuàng)直接記錄法和無(wú)創(chuàng)體表記錄法。 (一)有創(chuàng)直接記錄法 1心內(nèi)膜標(biāo)測(cè) 經(jīng)靜脈或動(dòng)脈插入導(dǎo)管做左或右心室內(nèi)膜標(biāo)測(cè)。由于冠心病主要累及左心室，而且惡性心律失常也多起源于左心室，故在左室標(biāo)測(cè)更利于檢測(cè)心室晚電位。將心內(nèi)電極置于心內(nèi)膜進(jìn)行，以1016個(gè)探查點(diǎn)記錄心室電信號(hào)，觀測(cè)有無(wú)心室晚電位。也可在心臟直視手術(shù)中采用網(wǎng)套式多個(gè)電極進(jìn)行多點(diǎn)心內(nèi)膜標(biāo)測(cè)，記錄心室電信號(hào)，觀察有無(wú)心室晚電位。docin/sundae_meng 2心外膜標(biāo)測(cè) 在外科心臟直視術(shù)中進(jìn)行，利用探查電極在心外膜選多個(gè)探查點(diǎn)，于竇性心律時(shí)觀察心電信號(hào)的QRS波群后是否出現(xiàn)心室晚電位。據(jù)一些學(xué)者的研究結(jié)果表明，心肌梗死和室速患者中，內(nèi)膜標(biāo)測(cè)法發(fā)現(xiàn)心室晚電位的機(jī)會(huì)高于外膜標(biāo)測(cè)法。有創(chuàng)方法由于是直接記錄，檢出率高，干擾小，而且是