起搏心電圖分析

24卷6期中國生物醫學(xué)工程學(xué)報Vol.24 No.62005年12月Chinese Journal of Biomedical EngineeringDecember 2005起搏心電圖分析董建園’張敏琪2康興國3'(西安建筑科技大學(xué)機電學(xué)院,西安710055)2(上海派瑞德醫療系統有限公司，上海)3(西安機電信息研兗所,西安)摘要:由于起搏心電圖的復雜性,使得HOLTER系統難以對其進(jìn)行分析,為此提出新的起搏HOLTER分析系統硬件方案與軟件算法、并加以實(shí)現。最后進(jìn)行了臨床測試。實(shí)踐證明本研究在起搏脈沖檢測、QRS波檢出起搏脈沖與QRS波的配對和起搏心電圖的判定方面做了一定的創(chuàng )新。關(guān)鍵詞:起搏心電圖; QRS檢出Analysis of Pacing ECGDONG Jian- Yuan' ZHANG Ming-Qi2 KANG Xin-Guo3'( Mechanicel and Eletice Callge in Xr an Unirerily of Archeture & Technology , Xi' an 710055)2( ShangHlai Pide Medical Sysem Co. Lm, ShangHa))"( Xi' an Mechanical and Elecrice Info Research Department, X" an)Abstract: As the complex of pacing ECG, the common Holter system can not analyse it effectively . The hardwarescheme and software algorithm of our new pace Holter analysis system is put forward and implemented. At last, theclinic has been done . Proved by the pructice, we did some innovation on he fllowing aspect: The detection of pacingpulse、the detection of QRS、partership of pacing pulse and QRS、determinant of abnormity Pacing ECG .Key words: pacing ECG; QRS deetion中圖分類(lèi)號R31文獻標識碼A文章編號0258-8021(2005)06-0723-05據發(fā)現的問(wèn)題通過(guò)調整起搏參數或其他手段及時(shí)解引言決存在的問(wèn)題,使患者生活在一個(gè)舒適的環(huán)境中。人工心臟起搏器是當代心臟病治療學(xué)的重要進(jìn)起搏心電圖反映了起搏系統和心肌響應的特展之一,根據病情需要選擇安裝人工心臟起搏器的性,是分析起搏器功能和起搏器故障的基本方法和類(lèi)型與方式。永久性起搏器目前絕大多數采用埋藏手段。式,其適應癥是經(jīng)藥物、臨時(shí)起搏等治療不能恢復然而起搏器植人后的心電圖不同于一般正常人的、癥狀性心動(dòng)過(guò)緩、三度房室傳導阻滯和病態(tài)竇房體表心電圖,而是具有獨特形態(tài)。由于起搏方式的結綜合癥等患者。不同,起搏心電圖也不同,它的復雜性不僅局限于起目前全世界接受起搏治療的患者約百萬(wàn)人,臨搏器的功能并且還夾雜有起搏后引起的心律失常。床接待的心血管疾病患者中有5%~10%是帶有起因此,起搏心電圖的復雜性給臨床某些疾病的診斷搏器的。如此眾多起搏器的應用,使得對起搏功能帶來(lái)一些困難,已構成心電診斷學(xué)的新問(wèn)題。的評價(jià)和檢測更具有特殊的意義目前對起搏器的檢查常用手段有:起搏參數遙.一般在起搏器植入一星期左右,需要了解患者測，中國煤化工匠測心電圖等。由于癥狀改善情況,有無(wú)起搏并發(fā)癥、起搏器的工作狀態(tài)起搏YHCN MH G前心電圖、起搏器的和心律失常。在以后的生活中,也需定期復查。根類(lèi)型、參數指標及安裝日期等原因有關(guān),其復雜程度收稿日期: 202-1126,修回日期:2003-08-25。724中國生物醫學(xué)工程學(xué)報24卷遠遠超過(guò)一般的心電圖。目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品難以適式。即用兩個(gè)通道以250Hz的采樣率記錄起搏ECG應醫院的需求。信號,另一個(gè)通道以高采樣率記錄起搏ECC信號，針對上述狀況，研究開(kāi)發(fā)了起搏HOLTER分析再從該通道ECG信號中提取起搏脈沖,將該通道命系統。名為起搏通道。FLASH由于起搏脈沖的寬度一般在0.5ms ~ 4ms之間，| RAMCHI放因此采樣率需達到2000Hz以上,才能確保起搏脈沖爾CH2近一到濾波AD| MUC不丟失。起搏通道以4000Hz的采樣率記錄24h的網(wǎng)|B路|Atmega103駱|起搏脈沖共需330M的存儲空間,為了節省存儲器,[時(shí)鐘]→←[鍵同時(shí)也為了保證數據的存放格式,將該通道的每16個(gè)數據進(jìn)行壓縮處理為一一個(gè)數據,且不能丟失脈沖,圖1系統記錄盒硬件組成框圖方法如下:當1.2通道(ECC通道)每采集1個(gè)數據點(diǎn),那1系統的硬件組成和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境么起搏通道將采集16個(gè)數據點(diǎn):即x1,x2,x3,x4,xS整個(gè)系統的硬件組成與-般的三導聯(lián)HOLTER...x6.用差分絕對值求和的方法,提取脈沖。記錄盒基本相同,其區別表現在本系統的記錄盒采y= 21 X(i+1)- x(i)1用“2+1”導聯(lián)方式,即CH1為檢測起搏脈沖通道，記錄器記錄3導聯(lián)24h的數據。數據以字節為CH2、CH3為心電信號通道。記錄盒采集記錄3通單位 ,數據存放格式為:CH1第一數據點(diǎn),CH2第一道的24h的信號并存儲在CF FLASH卡.上。數據由數據點(diǎn),CH3第- -數據點(diǎn),CH1第二數據點(diǎn),CH2第.上位機系統軟件讀入進(jìn)行掃描分析。上位機軟件采二數據點(diǎn),CH3第二數據點(diǎn)..。用DELPHI語(yǔ)言開(kāi)發(fā),后臺為小型的PARADOX數2.1.2 QRS 檢出據庫。在起搏心電圖中由于起搏脈沖的存在,QRS波的形態(tài)的多變,使得起搏心電圖的R波檢出更為困2系統的功能實(shí)現難。為此提出“二次尋峰”的概念。首先對起搏通道2.1起搏心電圖分析幾個(gè)關(guān)鍵算法進(jìn)行起搏脈沖檢出,然后在其他兩個(gè)通道的ECG波2.1.1起搏脈 沖檢測形中的相應位置減去起搏脈沖,這樣可大大提高R起搏脈沖的檢測是判定起搏器工作情況的重要波檢出的正確率。前提。由于起搏脈沖的寬度一般是0.5ms ~ 4ms的本研究QRS檢出算法為積分閾值法:方波,實(shí)際上經(jīng)胸壁傳導到體表時(shí),已不是方波。在(1)由文件中讀ECC數據,計算ECC數據的差體表記錄的無(wú)效起搏時(shí)的起搏脈沖波形有較陡峭的分值及差分值的平方。上升沿,而下降沿并不是陡峭下降的,有一相對緩慢(2)計算ECC數據的差分值的窗積分值。下降的后沿。雖然體表記錄的起搏心電圖中起搏脈(3)設定一個(gè)閾值,當窗積分值超過(guò)閾值,認為沖的寬度大于Ims,但有效寬度仍較窄,而且離散性存在一個(gè)QRS波。.較大。起搏脈沖提取的困難主要表現在:(4)在ECG數據中跳過(guò)一個(gè)盲區,再尋找下一(1)心電信號本身的干擾。在提取起搏脈沖的個(gè)QRS。這是為了剔除與QRS距離很近,而又高大.過(guò)程中,心電信號各成分(如QRS,T波)本身就是的T波。噪聲。(5)回找過(guò)程:當在一-定的長(cháng)度內(平均RR間(2)肌電及電極移位產(chǎn)生的高頻噪聲。目前期乘一個(gè)系數)找不到QRS波,降低閾值,并回到前Holter系統基本都采用模擬高通或帶通濾波器來(lái)檢中國煤化工開(kāi)始重新尋找QRS過(guò)測起搏脈沖,這種方法對抑制自身心搏有較好的效程。千次重新尋找QRS過(guò)果,但對類(lèi)似肌電這樣的寬頻帶噪聲比較敏感。程CNMH,或閾值降到參數規定(3)目前Holter系統低于250Hz的采樣率可能的最小閾值為止。丟失起搏脈沖。在QRS檢出時(shí)，閾值是動(dòng)態(tài)變化的。計算閾值針對上述問(wèn)題本系統采用“2+ 1”導聯(lián)分析方的方法是:取前8個(gè)QRS波的中值,取中值的1/2 為6期董建園等:起搏心電圖分析725新的閾值。B當前心搏的起搏脈沖與前一個(gè)心搏的R波2.1.3起搏脈沖 與QRS的配對距離小于逸搏間期。為了判定起搏器的工作狀況,把一個(gè)心搏的P、(2)過(guò)感知:Q、R、S、T波與該心搏的心房、心室刺激脈沖看作-一起搏器感知了不應感知的信號,使起搏受到抑.個(gè)波群,要檢測起搏起器工作過(guò)程中有無(wú)起搏失敗、制、起搏減慢,稱(chēng)為過(guò)感知。起搏器過(guò)感知的原因較感知不足、感知過(guò)度等現象,就要檢測當前心搏有無(wú)為復雜，主要有:外源性干擾信號,內源性干擾信號,起搏脈沖，有無(wú)P波、有無(wú)R波,及他們的相對位起搏系統自身干擾。置。因此如何判定起搏脈沖與當前R波是否屬一心房起搏過(guò)感知發(fā)生率遠遠高于心室起搏,為個(gè)波群就變得相當重要。稱(chēng)之為起搏脈沖與QRS了保證能對較低的P波感知,心房感知度設置明顯的配對。高于心室感知,感知度設置較高是過(guò)感知的重要原目前，起搏器常見(jiàn)的類(lèi)型為:AAI,VVI,DDD。在因,此外,心房不應期設置較短也容易引起交叉感配對時(shí),本研究是以R波為基礎的,對于A(yíng)AI, VVI知。而過(guò)感知導致不起搏的重要性遠遠超過(guò)競爭起搏器,只需判定在當前R波前后一段時(shí)間內有無(wú)心律。脈沖。若有,則該R波與脈沖配位- -對,若無(wú)，則該判定條件:心搏為純自主心搏。當前心搏的起搏脈沖或R波與前-一個(gè)心搏的起搏脈沖或R波之間的距離大于起搏間期或逸搏間期。RR>VEI，R,V2> VEI, VV2> VPI, (VEI:逸搏間期VPI:起搏間期)。(3)起搏失敗:若是心室起搏脈沖后無(wú)R波,則為心室起搏圈2起搏心電波形(示意圉)失敗。AVT:AV間期A(yíng)RI:AR 間期VRI:VR 間期若心房起搏脈沖后無(wú)P波,則為心房起搏失敗，對于DDD型的起搏器由于在動(dòng)態(tài)心電圖中,P波難以檢測,因此心房起搏(1)若在R波前AVI+ VRI毫秒,有二個(gè)脈沖，失敗比心室起搏失敗更難以檢測。但在A(yíng)AI起搏則前一個(gè)是A脈沖,后一個(gè)是V脈沖,且配對成功。方式,若心房起搏正常,由于房室結功能正常,則在(2)若在R波前AVI+ VRI毫秒至R波后一段P波之后會(huì )有R波。若心房起搏失敗,則不可能產(chǎn)時(shí)間,有二個(gè)脈沖,則前一個(gè)是A脈沖,后一個(gè)是V生P波,也不會(huì )有R波。因此可通過(guò)判定心房起搏脈沖,且配對成功。脈沖后有無(wú)R波來(lái)判定心房起搏失敗。(3)若在R波前AVI+ VRI毫秒,有一個(gè)脈沖,2.3起搏分 析過(guò)程.則脈沖與R波距離大于A(yíng)VI,則該脈沖為A脈沖,否(1)建立患者信息。則為V脈沖，且配對成功。(2)將記錄盒中的“2+ 1”導聯(lián)24h的起搏脈沖(4)若在R波后一段時(shí)間,有一個(gè)脈沖,則該脈數據、動(dòng)態(tài)心電圖數據從電子盤(pán)讀人本機硬盤(pán),并形沖為V脈沖。且配對成功。成ECC文件。2.2起搏心 電圖異常的判定(3)設定起搏器相關(guān)參數值、基本分析參數和醫(1)低感知:學(xué)參數。起搏器對心臟自身正常激動(dòng)的P波或R波不(4)掃描分析能感知,在其后仍有脈沖發(fā)放,并與自身心律產(chǎn)生競(A)尋找所有起搏脈沖位置;爭現象,稱(chēng)為低感知。低感知導致的競爭心律則含中國煤化工置; .帶來(lái)心律不齊感,在VVI起搏低感知時(shí),脈沖可能類(lèi)(配對);CNMHGE落在T波易損期,出現R-ON-T現象。(，，比權心將土的yno儀的R-R間期與起搏脈沖的起搏間期、逸搏間期之間的關(guān)系,確定起博器A A搏脈沖落在P波之后,或V搏脈沖落在R .的感知功能、起搏功能并統計相關(guān)參數;波上或R之后。(5)回顧分析:以各種不同形式的直方圖、曲線(xiàn)、726中國生物醫學(xué)工程學(xué)報24卷.列表、心率趨勢圖、ECG波形圖等方式來(lái)表達分析搏,而未按時(shí)發(fā)放起搏脈沖(心室感知過(guò)度)。結果,便于操作員發(fā)現和修正分析錯誤。(6)報告打印:總報告、心電圖片段、間期直方圖、事件直方圖、小時(shí)列表。3臨床測試起搏HOLTER分析系統先在西北大學(xué)校醫院做了7例內部測試,在北京阜外心血管病醫院做了4例臨床測試,根據醫生提出的意見(jiàn)及測試結果,對系統作了改進(jìn)。然后又在西京醫院做了25例的測試，最后在合肥醫科大學(xué)第一附屬醫院試用。圖(3).(4).(5)為同一患者,男性,73歲，VVI圖5心室感知過(guò)度起搏。圖(6)患者為男性,DDD起搏,第一和第二個(gè)心圖(3)起搏間期為856ms,第4個(gè)心搏為房早，搏為心室起搏心搏,第三個(gè)心搏為自主心搏,但P波起搏器未感知該自主心搏(心室感知不足)。之后又出現了心房起搏脈沖,起搏器未感知P波。在心房起搏脈沖之后,按照AV間期定時(shí)發(fā)放了心室起搏脈沖,但脈沖處在心室不應期,不能觸發(fā)心室起搏(心房感知不足)。圖3心室感 知不足圖(4)第二個(gè)起搏心搏之后,起搏器又發(fā)出了心室起搏脈沖,但并沒(méi)QRS波(心室起搏失敗)。圖6心房感知不足4討論起搏心電圖計算機分析國內外少有人涉足,其產(chǎn)品更是寥寥無(wú)幾,究其原因,有三大基礎性工作需加以攻克:起搏脈沖的準確檢測、QRS波的檢測,起搏脈沖與QRS的位置關(guān)系。為此,本研究在這幾個(gè)方面作了深人研究分析。Holter記錄儀改進(jìn)案中,采用的2+ 1導聯(lián)方式，起搏脈沖采用高采樣率獲取,并壓縮存儲的思想有中國煤化工CNMHG時(shí)算法,起搏ECC異常圖4心 室起搏失敗判是，外尚未見(jiàn)報道。圖(5)第二個(gè)心搏和第三個(gè)心搏之間的間隔為在QRS檢出中，提出“二次尋峰”的概念,即首1688ms,起搏器感知道了干擾信號,誤認為是自主心先在起搏通道對起搏脈沖進(jìn)行檢出,然后在其他兩個(gè)通道的ECG波形中的相應位置減去起搏脈沖,然.6期董建園等;起搏心電圖分析727后再進(jìn)行QRS檢出這- -思想,在起搏ECG分析中至參考文獻關(guān)重要。在起搏心電圖的計算機分析中，起搏脈沖的檢l 1] 耿仁以.人工心臟起搏心電圖[M].北京:中國醫藥科技出版測是正確分析的前提,因此起搏通道對應導聯(lián)佩帶[2] 張開(kāi)滋等.心電信息學(xué)[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻出版社,杜,2001,16- 17.位置是至關(guān)重要的。經(jīng)過(guò)試驗,選擇V1導聯(lián)比較1998.35 - 36. .好。在患者佩戴記錄盒的過(guò)程中，應避免打手機。[3] 孫瑞龍.心臟起搏器治療心律失常[M].黑龍江.黑龍江科學(xué)手機振鈴和通話(huà)都會(huì )對記錄的信號產(chǎn)生相當大的技術(shù)出版社1996,7-9.干擾。[4]范曉東.- 種從體表心電圖提取起搏脈沖的新算法[J].中國此外,由起搏引起的心律失常,如交叉感知等需生物醫學(xué)工程學(xué)報1998,1(2)211- 124.[ 5] Anderson K . Sensors in Pacing[J]. PACE 1986 ,9:954 - 957.要有經(jīng)驗的醫師來(lái)判定。[ 6 ] Fuman s, HurZeler P. Cardiac paring and pacemaker[J], Sendingthe cardic eloctogram. Am Heart J, 1997,93:794 - 797.(上接711頁(yè)}醫診斷標準的制定提供了一種新選擇。4結論實(shí)驗結果表明,決策樹(shù)能從病例數據中提取診[1]鐘秀馳,王洪琦.血瘀證的研究現狀及發(fā)展思路[J].中醫研斷規則。當這些診斷規則應用于測試數據時(shí),其診究199.12(6):1-3.斷準確率相當高,說(shuō)明這些規則符合作為血瘀證診[2]吳大嶸.血瘀證及中風(fēng)病血瘀證的診斷標準概述[J].中國中醫藥信息雜志2000.7<10);:177 - 20.斷標準的條件。此外,決策樹(shù)提取的診斷規則描述[3] 姚關(guān)村,袁月梅,艾路,等.數據挖掘及其在中醫藥現代化研簡(jiǎn)單,應用時(shí)只需將病癥與診斷規則進(jìn)行對照,即可究中的應用[].北京中醫藥大學(xué)學(xué)報,2002, 9(5):20- 23.做出正確的診斷決策,與傳統的醫學(xué)統計方法(如回[ 4] Chistine L. Tsien, Isac s. Kchame, Neil Melnosh. Mltiple sigai歸分析)相比,更為方便。inlegration by decision tree induction to detect artifacts in the通過(guò)決策樹(shù)方法還可判斷各證候對于血瘀證診neonatal intensive care umit[ J]. Arificial Inelligence in Medicine,2000, 19:189 - 202.斷的貢獻大小。從決策樹(shù)模型中可見(jiàn),舌下靜脈曲[5 ] Young Moon Chae , Seung Hee Ho. Data rwining aprach t0o policy張對血瘀證診斷起決定性作用,而脈澀和舌質(zhì)青紫analyais in a health ingurance domain[J]. Intemational Jounal of則可作為血瘀證診斷的重要指標,這些證候的組合Medieal Inornatie ，2001 ,62: 103- 11.具有很高的診斷價(jià)值。[6] 韓家煒,坎伯著(zhù).數據挖掘:概念與技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)研究表明,決策樹(shù)在血瘀證及中醫領(lǐng)域的應用出版社,2001 ,188 - 196.值得探索，從病例中自動(dòng)歸納診斷規則的方法為中中國煤化工MYHCNMHG