歐輝彬

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動態(tài)心電信號檢測技術(shù)研究進(jìn)展

歐輝彬

海口市人民醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處，海南海口 570208

本文介紹目前Holter檢測技術(shù)研究的進(jìn)展，詳細(xì)分析了動態(tài)心電系統(tǒng)軟、硬件的工作原理、發(fā)展現(xiàn)狀及新技術(shù)運用，重點介紹了衛(wèi)星心電信息系統(tǒng)，并提出Holter技術(shù)的發(fā)展方向。

動態(tài)心電監(jiān)測技術(shù)；衛(wèi)星心電信息系統(tǒng)；記錄儀；心電信號

動態(tài)心電檢測技術(shù)是一種可長時間連續(xù)記錄并編輯分析人體心臟在活動和安靜狀態(tài)下心電圖變化的方法。動態(tài)心電圖是心電信息學(xué)的重要組成部分，它不同于常規(guī)的心電圖或冠心病監(jiān)護(hù)病房（Coronary Care Units，CCU）監(jiān)護(hù)心電圖等心電檢查方法，是心血管疾病診斷領(lǐng)域中實用、高效、無創(chuàng)、安全、準(zhǔn)確、可重復(fù)性強的重要監(jiān)測手段，廣泛應(yīng)用于臨床診斷及科研。美國心臟協(xié)會把這種心電圖長時間記錄系統(tǒng)命名為Holter（動態(tài)心電）系統(tǒng)[1]，Holter系統(tǒng)是一種隨身攜帶的記錄儀連續(xù)檢測人體24～72 h的心電變化，經(jīng)信息處理分析及回放打印記錄的心電圖系統(tǒng)，目前已成為臨床心血管領(lǐng)域中非創(chuàng)傷性檢查的重要診斷方法之一。該系統(tǒng)的出現(xiàn)使心電圖測量由靜態(tài)發(fā)展為動態(tài)，由短時測量發(fā)展為長時間測量，這是心電圖技術(shù)的一個重大飛躍，與普通心電圖相比，動態(tài)心電圖在24 h內(nèi)可連續(xù)記錄多達(dá)10萬次左右的心電信號，包括休息、活動、進(jìn)餐、工作、學(xué)習(xí)和睡眠等不同情況下的心電圖資料，可以提高對非持續(xù)性心律失常，尤其對一過性心律失常及短暫心肌缺血發(fā)作檢出率的提高，因此擴(kuò)大了心電圖臨床運用的范圍。

1 動態(tài)心電系統(tǒng)

Holter系統(tǒng)是在心電遙測和計算機發(fā)展基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，不斷更新，特點各異，系統(tǒng)主要由心電記錄儀、微機及專用軟件組成。系統(tǒng)硬件框圖，見圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

記錄儀是隨身佩帶記錄和儲存心電信號的設(shè)備，電路主要由傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、存儲器組成。首先進(jìn)行模擬心電信號的檢測、經(jīng)放大與濾波、A/D轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字化的心電信號記錄在存儲器上，送入微處理器實時處理，即包括數(shù)字濾波、QRS波檢測、特征提取、逐波分析、多搏分析、并將分析結(jié)果保存在存儲器上，最后通過通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART）接口送出檢測的波形數(shù)據(jù)到微機[2]。它是以微處理器為核心，全部電路采用互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件，心電圖（ECG）信號經(jīng)生物電放大器放大后，由微處理器采樣、A/D變換，送入隨機存取存儲器（RAM）緩沖區(qū)暫存，經(jīng)數(shù)據(jù)壓縮后，再送入數(shù)據(jù)只讀存儲器（ROM）中存儲，可擦可編程只讀存儲器（EPROM）能確保掉電后心電數(shù)據(jù)不丟失，當(dāng)出現(xiàn)電極脫落，電池電壓不足時進(jìn)行聲、光報警，并顯示故障代碼；USB接口電路提供2種功能：① 提供微機的通用串行總線（USB）接口與記錄器的高速串行通信接口，可讀取數(shù)據(jù)或?qū)τ涗浧鬟M(jìn)行初始化設(shè)置；② 提供微機的USB接口作為直接讀取數(shù)據(jù)的存儲器接口[3]。記錄器佩帶患者身上，記滿24 h心電數(shù)據(jù)后通過通訊接口由微機系統(tǒng)回放，并由專用分析軟件對心電信號進(jìn)行分析，即指在采集到ECG信號的基礎(chǔ)上，通過對其處理提取心電的波形信息和特征參數(shù)，獲取心臟工作狀態(tài)的相關(guān)信息，然后利用這些特征信息分析、判別心電信號類型及所對應(yīng)的疾病類型或健康水平，進(jìn)而利用所得到得信息分析對心臟狀態(tài)和健康水平進(jìn)行評估，最后由醫(yī)生給出分析診斷報告。心電信號分析首先對含噪信號進(jìn)行去噪處理并提取ECG信號，其次是波形檢測和特征點的識別，最后是心律失常的自動識別，心電信號流程圖，見圖2[4-5]。

圖2 心電信號處理流程圖

2 動態(tài)心電設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

50多年來，Holter技術(shù)得到了飛速發(fā)展，儀器在臨床上的應(yīng)用迅猛增長，動態(tài)心電記錄儀由81 kg縮小到不足500 g，數(shù)據(jù)存儲器容量由33 MB擴(kuò)充到1 000 MB，磁帶盒式記錄器已被閃光卡式記錄器取代，計算機由286上升到奔騰服務(wù)器和工作站，分析心電波的速度由4～8 h縮短到20 min左右，采樣點頻率由128點/S提高到4000點/S以上，使描記的心電波形更清晰，軟件采用小波疊加技術(shù)，使自動分析心電圖準(zhǔn)確度大大提高，從第一、二代人工分析向第三、四代人機對話轉(zhuǎn)變，使工作效率提高數(shù)十倍，完善導(dǎo)聯(lián)體系，從1976年以前由單通道Holter發(fā)展到2000年后的12導(dǎo)Holter的臨床運用，目前12導(dǎo)同步Holter逐步取代3通道Holter，標(biāo)志著動態(tài)心電監(jiān)測導(dǎo)聯(lián)體系的完善，編輯功能從6～8種增加到100余種，以前常用的128 MB閃光卡式記錄器，由于存在容量小、采樣頻率低、圖形失真、信息易丟失等缺陷，現(xiàn)已被采樣率500點/s以上、容量500 MB以上芯片技術(shù)的記錄器所取代，現(xiàn)有人工智能化的12導(dǎo)同步Holter技木逐步完善，在同一屏幕上多畫面編輯、修改心電信息和數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在監(jiān)測心肌缺血、心律失常、起搏器分析等取得新突破并已實現(xiàn)心電網(wǎng)絡(luò)化管理[6]。主要有以下特點：① 心電記錄儀隨身佩帶，不受檢測距離影響，不受體位變化及活動的限制；② 心電信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)ECG，尤其對短缺性心律失常的捕捉及一過性心肌缺血的檢出有獨到之處；③ 選擇導(dǎo)聯(lián)必須不影響日常生活的活動和防止這種活動所產(chǎn)生的偽差和干擾，支持同步3導(dǎo)聯(lián)、12導(dǎo)聯(lián)采集記錄；④ 分析系統(tǒng)不僅可分析顯示監(jiān)測期內(nèi)心搏總數(shù)、最高心率、最低心率、平均心率和每小時平均心率，并能自動分析和測量每小時室上性、室性期前收縮，室上性和室性心動過速的次數(shù)、程度和形態(tài)以及持續(xù)時間，房室傳導(dǎo)阻滯、心臟停搏的情況及P-R間期、QRS波群、S-T變化的軌跡圖、趨勢圖及全覽圖等，其結(jié)果可用不同方式輸出，為臨床提供有價值的資料[7]。

3 動態(tài)心電新技術(shù)

動態(tài)心電新技術(shù)具有高采樣率，每通道高達(dá)4096采樣率，起搏通道達(dá)10210采樣率。多天記錄、多天長程動態(tài)心電是目前歐美動態(tài)心電領(lǐng)域的主要研究方向，在檢查中可以有效提高對一過性房顫及其它惡性心律失常病的診斷率，多天記錄可分為片段式和全息式2種。心電波形實時查看，通過電腦和掌上電腦實時查看患者心電圖的佩帶質(zhì)量，由于屏幕大，更容易找到有問題的導(dǎo)聯(lián)，此處還為自主神經(jīng)功能評價提供實時數(shù)據(jù)。支持衛(wèi)星Holter分析系統(tǒng)，可實現(xiàn)跨區(qū)城分析。新一代動態(tài)心電記錄儀記錄心電信號的同時也記錄呼吸信號，實現(xiàn)同步分析心電與呼吸信號[8]。動態(tài)心電分析系統(tǒng)具有以下主要功能：3導(dǎo)及12導(dǎo)自動分析、起搏器功能評價、心室晚電位評估、心率變異性分析、3導(dǎo)、12導(dǎo)ST段自動分析、心電向量圖、QT及QT離散度分析、T波電交替分析、心率震蕩分析、心率減速力分析等。美國DMS公司最新開發(fā)出心率變異反向混沌技術(shù)、P波色譜圖定位房顫房撲技術(shù)、呼吸暫停綜合癥分析、P波色譜圖守位房顫房撲技術(shù)、多天合并分析技術(shù)。顯示功能把心電圖和分析測量結(jié)果以不同的統(tǒng)計方式顯示在不同的頁面。從這些統(tǒng)計分析結(jié)果中，醫(yī)生可以很快找出所感興趣的心搏周期。編輯功能使得醫(yī)生可以在瀏覽的同時，對記錄分析結(jié)果進(jìn)行注釋添加、刪除或再分析。

4 衛(wèi)星心電信息系統(tǒng)

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷發(fā)展，動態(tài)心電也向跨區(qū)域網(wǎng)絡(luò)方面飛速發(fā)展，將大大提升對基層病人的分析效率及診斷準(zhǔn)確性，2003年開始在美國多個區(qū)域進(jìn)行了成功廣泛的應(yīng)用。衛(wèi)星Holter軟件的設(shè)計理念是為了提高遠(yuǎn)程分析患者心電數(shù)據(jù)的分析效率，通過互聯(lián)網(wǎng)直接傳輸數(shù)據(jù)的方式代替郵件或閃光卡傳輸。

衛(wèi)星Holter服務(wù)器作為所有計算機連接的一個中心站點，中心的心電專業(yè)醫(yī)師使用衛(wèi)星瀏覽器在服務(wù)中心或者中心醫(yī)院接收遠(yuǎn)端傳過來的病人心電數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析[9]。用戶端（病房、分院、縣醫(yī)院、鎮(zhèn)醫(yī)院、診所等）在其辦公室就可以向中心發(fā)送病人數(shù)據(jù)，并從中心服務(wù)器接收中心發(fā)回的分析報告，打印后交給患者，此技術(shù)成為過去10年動態(tài)心電圖的技術(shù)領(lǐng)域最重大的進(jìn)步。衛(wèi)星Holter系統(tǒng)將心電信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化高度整合在一起，實現(xiàn)多平臺、多領(lǐng)域、多系統(tǒng)的多元化共享，為心電診斷打開了一扇全新的科技之門。衛(wèi)星心電信息系統(tǒng)不僅可實現(xiàn)同品牌內(nèi)心電信息互聯(lián)共享、區(qū)域心電會診，更可實現(xiàn)與全球各衛(wèi)星中心的互聯(lián)，從而建立同一品牌的心電全球會診系統(tǒng)；同時可將同品牌旗下心電領(lǐng)域相關(guān)設(shè)備聯(lián)入系統(tǒng)，實現(xiàn)信息共享最大化。衛(wèi)星心電信息系統(tǒng)一般由衛(wèi)星Holter、衛(wèi)星工作站、衛(wèi)星動態(tài)血壓、衛(wèi)星運動試驗系統(tǒng)以及更多心電設(shè)備組成。衛(wèi)星Holter網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，見圖3。

圖3 衛(wèi)星Holter網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

5 發(fā)展與展望

隨著Holter系統(tǒng)應(yīng)用重點的改變，由過去的心律不齊診療轉(zhuǎn)到抗心率不齊藥物療效的研究、癥狀性心肌缺血的定量分析和起搏器功能評價等方面，人們對系統(tǒng)的導(dǎo)聯(lián)體系、采樣率、數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)分析算法等提出了更高的要求。由于衛(wèi)星Holter系統(tǒng)發(fā)展，該系統(tǒng)將普及城鄉(xiāng)各級醫(yī)院，這是今后一個時期Holter技術(shù)的發(fā)展趨勢，成為冠心病、高血壓、心肌病、風(fēng)濕性心臟病、心律失常、起搏器植入術(shù)后的常規(guī)檢查，使更多病患受益。其中12導(dǎo)聯(lián)逐步取代3導(dǎo)聯(lián)，12導(dǎo)聯(lián)同步動態(tài)心電圖對心肌缺血、心律失常定位診斷及其鑒別方面，均比3導(dǎo)聯(lián)有較多的優(yōu)越性，采樣率及記錄器存儲器容量也有進(jìn)一步提高，每通高達(dá)4096采樣率，起搏通道達(dá)10210采樣率，12導(dǎo)聯(lián)同步Holter系統(tǒng)24 h高頻采集心電信息量在500 MB到1000 MB之間，128 MB閃光卡記錄器已基本淘汰，被采樣頻率500點/S以上，容量由500 MB以上的記錄器所取代；編輯功能種類較多，基本滿足工作要求[10-11]。智能化的12導(dǎo)聯(lián)同步DCG技術(shù)已逐漸完善，在心肌缺血、心律失常、起搏器分析等取得突破性發(fā)展，基本已實現(xiàn)心電網(wǎng)絡(luò)化管理與遠(yuǎn)程專家會診。

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Research Progress of Dynamic Electrocardio-Signal Testing Technology

This paper introduced the research progress of Holter testing technology at present and analyzed the principle of software and hardware,present situation and application of new technology of dynamic electrocardio-system in detail.This paper also focused on satellite electrocardio-system and proposed the development direction of Holter technology.

holter testing technology;dynamic electrocardio-system;recorder;electrocardiosignal

OU Hui-bin
Department of Medical Engineering,People's Hospital of Haikou,Haikou Hainan 570208,China

R318.04

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.04.021

1674-1633(2016)04-0087-03

2015-06-02

2015-07-01

作者郵箱：ohb6269@163.com