起搏心电图分析

24卷6期中国生物医学工程学报Vol.24 No.62005年12月Chinese Journal of Biomedical EngineeringDecember 2005起搏心电图分析董建园’张敏琪2康兴国3'(西安建筑科技大学机电学院,西安710055)2(上海派瑞德医疗系统有限公司，上海)3(西安机电信息研兖所,西安)摘要:由于起搏心电图的复杂性,使得HOLTER系统难以对其进行分析,为此提出新的起搏HOLTER分析系统硬件方案与软件算法、并加以实现。最后进行了临床测试。实践证明本研究在起搏脉冲检测、QRS波检出起搏脉冲与QRS波的配对和起搏心电图的判定方面做了一定的创新。关键词:起搏心电图; QRS检出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中图分类号R31文献标识码A文章编号0258-8021(2005)06-0723-05据发现的问题通过调整起搏参数或其他手段及时解引言决存在的问题,使患者生活在一个舒适的环境中。人工心脏起搏器是当代心脏病治疗学的重要进起搏心电图反映了起搏系统和心肌响应的特展之一,根据病情需要选择安装人工心脏起搏器的性,是分析起搏器功能和起搏器故障的基本方法和类型与方式。永久性起搏器目前绝大多数采用埋藏手段。式,其适应症是经药物、临时起搏等治疗不能恢复然而起搏器植人后的心电图不同于一般正常人的、症状性心动过缓、三度房室传导阻滞和病态窦房体表心电图,而是具有独特形态。由于起搏方式的结综合症等患者。不同,起搏心电图也不同,它的复杂性不仅局限于起目前全世界接受起搏治疗的患者约百万人,临搏器的功能并且还夹杂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%是带有起因此,起搏心电图的复杂性给临床某些疾病的诊断搏器的。如此众多起搏器的应用,使得对起搏功能带来一些困难,已构成心电诊断学的新问题。的评价和检测更具有特殊的意义目前对起搏器的检查常用手段有:起搏参数遥.一般在起搏器植入一星期左右,需要了解患者测，中国煤化工匠测心电图等。由于症状改善情况,有无起搏并发症、起搏器的工作状态起搏YHCN MH G前心电图、起搏器的和心律失常。在以后的生活中,也需定期复查。根类型、参数指标及安装日期等原因有关,其复杂程度收稿日期: 202-1126,修回日期:2003-08-25。724中国生物医学工程学报24卷远远超过一般的心电图。目前市场上的产品难以适式。即用两个通道以250Hz的采样率记录起搏ECG应医院的需求。信号,另一个通道以高采样率记录起搏ECC信号，针对上述状况，研究开发了起搏HOLTER分析再从该通道ECG信号中提取起搏脉冲,将该通道命系统。名为起搏通道。FLASH由于起搏脉冲的宽度一般在0.5ms ~ 4ms之间，| RAMCHI放因此采样率需达到2000Hz以上,才能确保起搏脉冲尔CH2近一到滤波AD| MUC不丢失。起搏通道以4000Hz的采样率记录24h的网|B路|Atmega103骆|起搏脉冲共需330M的存储空间,为了节省存储器,[时钟]→←[键同时也为了保证数据的存放格式,将该通道的每16个数据进行压缩处理为一一个数据,且不能丢失脉冲,图1系统记录盒硬件组成框图方法如下:当1.2通道(ECC通道)每采集1个数据点,那1系统的硬件组成和软件开发环境么起搏通道将采集16个数据点:即x1,x2,x3,x4,xS整个系统的硬件组成与-般的三导联HOLTER...x6.用差分绝对值求和的方法,提取脉冲。记录盒基本相同,其区别表现在本系统的记录盒采y= 21 X(i+1)- x(i)1用“2+1”导联方式,即CH1为检测起搏脉冲通道，记录器记录3导联24h的数据。数据以字节为CH2、CH3为心电信号通道。记录盒采集记录3通单位 ,数据存放格式为:CH1第一数据点,CH2第一道的24h的信号并存储在CF FLASH卡.上。数据由数据点,CH3第- -数据点,CH1第二数据点,CH2第.上位机系统软件读入进行扫描分析。上位机软件采二数据点,CH3第二数据点..。用DELPHI语言开发,后台为小型的PARADOX数2.1.2 QRS 检出据库。在起搏心电图中由于起搏脉冲的存在,QRS波的形态的多变,使得起搏心电图的R波检出更为困2系统的功能实现难。为此提出“二次寻峰”的概念。首先对起搏通道2.1起搏心电图分析几个关键算法进行起搏脉冲检出,然后在其他两个通道的ECG波2.1.1起搏脉 冲检测形中的相应位置减去起搏脉冲,这样可大大提高R起搏脉冲的检测是判定起搏器工作情况的重要波检出的正确率。前提。由于起搏脉冲的宽度一般是0.5ms ~ 4ms的本研究QRS检出算法为积分阈值法:方波,实际上经胸壁传导到体表时,已不是方波。在(1)由文件中读ECC数据,计算ECC数据的差体表记录的无效起搏时的起搏脉冲波形有较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,有一相对缓慢(2)计算ECC数据的差分值的窗积分值。下降的后沿。虽然体表记录的起搏心电图中起搏脉(3)设定一个阈值,当窗积分值超过阈值,认为冲的宽度大于Ims,但有效宽度仍较窄,而且离散性存在一个QRS波。.较大。起搏脉冲提取的困难主要表现在:(4)在ECG数据中跳过一个盲区,再寻找下一(1)心电信号本身的干扰。在提取起搏脉冲的个QRS。这是为了剔除与QRS距离很近,而又高大.过程中,心电信号各成分(如QRS,T波)本身就是的T波。噪声。(5)回找过程:当在一-定的长度内(平均RR间(2)肌电及电极移位产生的高频噪声。目前期乘一个系数)找不到QRS波,降低阈值,并回到前Holter系统基本都采用模拟高通或带通滤波器来检中国煤化工开始重新寻找QRS过测起搏脉冲,这种方法对抑制自身心搏有较好的效程。千次重新寻找QRS过果,但对类似肌电这样的宽频带噪声比较敏感。程CNMH,或阈值降到参数规定(3)目前Holter系统低于250Hz的采样率可能的最小阈值为止。丢失起搏脉冲。在QRS检出时，阈值是动态变化的。计算阈值针对上述问题本系统采用“2+ 1”导联分析方的方法是:取前8个QRS波的中值,取中值的1/2 为6期董建园等:起搏心电图分析725新的阈值。B当前心搏的起搏脉冲与前一个心搏的R波2.1.3起搏脉冲 与QRS的配对距离小于逸搏间期。为了判定起搏器的工作状况,把一个心搏的P、(2)过感知:Q、R、S、T波与该心搏的心房、心室刺激脉冲看作-一起搏器感知了不应感知的信号,使起搏受到抑.个波群,要检测起搏起器工作过程中有无起搏失败、制、起搏减慢,称为过感知。起搏器过感知的原因较感知不足、感知过度等现象,就要检测当前心搏有无为复杂，主要有:外源性干扰信号,内源性干扰信号,起搏脉冲，有无P波、有无R波,及他们的相对位起搏系统自身干扰。置。因此如何判定起搏脉冲与当前R波是否属一心房起搏过感知发生率远远高于心室起搏,为个波群就变得相当重要。称之为起搏脉冲与QRS了保证能对较低的P波感知,心房感知度设置明显的配对。高于心室感知,感知度设置较高是过感知的重要原目前，起搏器常见的类型为:AAI,VVI,DDD。在因,此外,心房不应期设置较短也容易引起交叉感配对时,本研究是以R波为基础的,对于AAI, VVI知。而过感知导致不起搏的重要性远远超过竞争起搏器,只需判定在当前R波前后一段时间内有无心律。脉冲。若有,则该R波与脉冲配位- -对,若无，则该判定条件:心搏为纯自主心搏。当前心搏的起搏脉冲或R波与前-一个心搏的起搏脉冲或R波之间的距离大于起搏间期或逸搏间期。RR>VEI，R,V2> VEI, VV2> VPI, (VEI:逸搏间期VPI:起搏间期)。(3)起搏失败:若是心室起搏脉冲后无R波,则为心室起搏圈2起搏心电波形(示意圉)失败。AVT:AV间期ARI:AR 间期VRI:VR 间期若心房起搏脉冲后无P波,则为心房起搏失败，对于DDD型的起搏器由于在动态心电图中,P波难以检测,因此心房起搏(1)若在R波前AVI+ VRI毫秒,有二个脉冲，失败比心室起搏失败更难以检测。但在AAI起搏则前一个是A脉冲,后一个是V脉冲,且配对成功。方式,若心房起搏正常,由于房室结功能正常,则在(2)若在R波前AVI+ VRI毫秒至R波后一段P波之后会有R波。若心房起搏失败,则不可能产时间,有二个脉冲,则前一个是A脉冲,后一个是V生P波,也不会有R波。因此可通过判定心房起搏脉冲,且配对成功。脉冲后有无R波来判定心房起搏失败。(3)若在R波前AVI+ VRI毫秒,有一个脉冲,2.3起搏分 析过程.则脉冲与R波距离大于AVI,则该脉冲为A脉冲,否(1)建立患者信息。则为V脉冲，且配对成功。(2)将记录盒中的“2+ 1”导联24h的起搏脉冲(4)若在R波后一段时间,有一个脉冲,则该脉数据、动态心电图数据从电子盘读人本机硬盘,并形冲为V脉冲。且配对成功。成ECC文件。2.2起搏心 电图异常的判定(3)设定起搏器相关参数值、基本分析参数和医(1)低感知:学参数。起搏器对心脏自身正常激动的P波或R波不(4)扫描分析能感知,在其后仍有脉冲发放,并与自身心律产生竞(A)寻找所有起搏脉冲位置;争现象,称为低感知。低感知导致的竞争心律则含中国煤化工置; .带来心律不齐感,在VVI起搏低感知时,脉冲可能类(配对);CNMHGE落在T波易损期,出现R-ON-T现象。(，，比权心将土的yno仪的R-R间期与起搏脉冲的起搏间期、逸搏间期之间的关系,确定起博器A A搏脉冲落在P波之后,或V搏脉冲落在R .的感知功能、起搏功能并统计相关参数;波上或R之后。(5)回顾分析:以各种不同形式的直方图、曲线、726中国生物医学工程学报24卷.列表、心率趋势图、ECG波形图等方式来表达分析搏,而未按时发放起搏脉冲(心室感知过度)。结果,便于操作员发现和修正分析错误。(6)报告打印:总报告、心电图片段、间期直方图、事件直方图、小时列表。3临床测试起搏HOLTER分析系统先在西北大学校医院做了7例内部测试,在北京阜外心血管病医院做了4例临床测试,根据医生提出的意见及测试结果,对系统作了改进。然后又在西京医院做了25例的测试，最后在合肥医科大学第一附属医院试用。图(3).(4).(5)为同一患者,男性,73岁，VVI图5心室感知过度起搏。图(6)患者为男性,DDD起搏,第一和第二个心图(3)起搏间期为856ms,第4个心搏为房早，搏为心室起搏心搏,第三个心搏为自主心搏,但P波起搏器未感知该自主心搏(心室感知不足)。之后又出现了心房起搏脉冲,起搏器未感知P波。在心房起搏脉冲之后,按照AV间期定时发放了心室起搏脉冲,但脉冲处在心室不应期,不能触发心室起搏(心房感知不足)。图3心室感 知不足图(4)第二个起搏心搏之后,起搏器又发出了心室起搏脉冲,但并没QRS波(心室起搏失败)。图6心房感知不足4讨论起搏心电图计算机分析国内外少有人涉足,其产品更是寥寥无几,究其原因,有三大基础性工作需加以攻克:起搏脉冲的准确检测、QRS波的检测,起搏脉冲与QRS的位置关系。为此,本研究在这几个方面作了深人研究分析。Holter记录仪改进案中,采用的2+ 1导联方式，起搏脉冲采用高采样率获取,并压缩存储的思想有中国煤化工CNMHG时算法,起搏ECC异常图4心 室起搏失败判是，外尚未见报道。图(5)第二个心搏和第三个心搏之间的间隔为在QRS检出中，提出“二次寻峰”的概念,即首1688ms,起搏器感知道了干扰信号,误认为是自主心先在起搏通道对起搏脉冲进行检出,然后在其他两个通道的ECG波形中的相应位置减去起搏脉冲,然.6期董建园等;起搏心电图分析727后再进行QRS检出这- -思想,在起搏ECG分析中至参考文献关重要。在起搏心电图的计算机分析中，起搏脉冲的检l 1] 耿仁以.人工心脏起搏心电图[M].北京:中国医药科技出版测是正确分析的前提,因此起搏通道对应导联佩带[2] 张开滋等.心电信息学[M].北京:科学技术文献出版社,杜,2001,16- 17.位置是至关重要的。经过试验,选择V1导联比较1998.35 - 36. .好。在患者佩戴记录盒的过程中，应避免打手机。[3] 孙瑞龙.心脏起搏器治疗心律失常[M].黑龙江.黑龙江科学手机振铃和通话都会对记录的信号产生相当大的技术出版社1996,7-9.干扰。[4]范晓东.- 种从体表心电图提取起搏脉冲的新算法[J].中国此外,由起搏引起的心律失常,如交叉感知等需生物医学工程学报1998,1(2)211- 124.[ 5] Anderson K . Sensors in Pacing[J]. PACE 1986 ,9:954 - 957.要有经验的医师来判定。[ 6 ] Fuman s, HurZeler P. Cardiac paring and pacemaker[J], Sendingthe cardic eloctogram. Am Heart J, 1997,93:794 - 797.(上接711页}医诊断标准的制定提供了一种新选择。4结论实验结果表明,决策树能从病例数据中提取诊[1]钟秀驰,王洪琦.血瘀证的研究现状及发展思路[J].中医研断规则。当这些诊断规则应用于测试数据时,其诊究199.12(6):1-3.断准确率相当高,说明这些规则符合作为血瘀证诊[2]吴大嵘.血瘀证及中风病血瘀证的诊断标准概述[J].中国中医药信息杂志2000.7<10);:177 - 20.断标准的条件。此外,决策树提取的诊断规则描述[3] 姚关村,袁月梅,艾路,等.数据挖掘及其在中医药现代化研简单,应用时只需将病症与诊断规则进行对照,即可究中的应用[].北京中医药大学学报,2002, 9(5):20- 23.做出正确的诊断决策,与传统的医学统计方法(如回[ 4] Chistine L. Tsien, Isac s. Kchame, Neil Melnosh. Mltiple sigai归分析)相比,更为方便。inlegration by decision tree induction to detect artifacts in the通过决策树方法还可判断各证候对于血瘀证诊neonatal intensive care umit[ J]. Arificial Inelligence in Medicine,2000, 19:189 - 202.断的贡献大小。从决策树模型中可见,舌下静脉曲[5 ] Young Moon Chae , Seung Hee Ho. Data rwining aprach t0o policy张对血瘀证诊断起决定性作用,而脉涩和舌质青紫analyais in a health ingurance domain[J]. Intemational Jounal of则可作为血瘀证诊断的重要指标,这些证候的组合Medieal Inornatie ，2001 ,62: 103- 11.具有很高的诊断价值。[6] 韩家炜,坎伯著.数据挖掘:概念与技术[M].北京:机械工业研究表明,决策树在血瘀证及中医领域的应用出版社,2001 ,188 - 196.值得探索，从病例中自动归纳诊断规则的方法为中中国煤化工MYHCNMHG