心電體表地形圖系統(tǒng)簡介及其在急性缺血性心血管疾病診斷中的應用

趙洪東

隨著胸痛中心的建立和新的心肌壞死標志物在臨床的應用，急性心肌梗死(AMI)的診斷和治療時間較之前明顯縮短，但是對一些診斷困難的急性缺血性心血管疾病，如急性冠脈綜合征(ACS)的處理流程還存在著明顯的延誤。心臟肌鈣蛋白T和肌鈣蛋白I對診斷AMI的特異度較高，但其水平升高通常需要4～6 h；而且在患者出現(xiàn)癥狀的12 h內，即使肌鈣蛋白陰性也不能排除AMI[1-2]。肌紅蛋白水平在出現(xiàn)患者癥狀的2～4 h內很快升高，但特異度很低[1-2]。超聲心動圖的節(jié)段性室壁運動障礙對診斷AMI也缺乏特異性，尤其是對那些有AMI病史的患者小灶性非ST段抬高型心肌梗死(NSTEMI)的診斷也不敏感[1]。

心電圖在心肌缺血受損的數(shù)秒鐘內就會發(fā)生改變[3]，是急性缺血性心血管疾病患者早期評估的核心工具。盡管ST段抬高對診斷AMI具有很高的特異度，但其敏感度卻不足60%[4-5]。近年來出現(xiàn)的心電體表標測(body surface mapping,BSM)通過擴大胸廓表面電極記錄范圍，提高了心電圖對AMI的診斷能力。BSM除了常規(guī)心電圖的檢查部位之外，還增加了右心室、高側壁和后壁區(qū)域，目前已有了完善的BSM基礎理論[6]，而且很容易就能完成同步多導聯(lián)的信號采集和分析[7-9]。

1　心電體表地形圖及其數(shù)據(jù)處理

1.1BSM系統(tǒng)目前應用最普遍的BSM系統(tǒng)是心電體表地形圖(PRIME-ECG)，該系統(tǒng)已經(jīng)通過美國食品和藥品監(jiān)督管理局(FDA)的批準應用于臨床。該系統(tǒng)由一次性使用的電極背心和主機構成。這種電極背心采用隱線設計，導聯(lián)線印制在塑料基質上，電極上預先涂有水凝膠，固定方便。每個電極通過連接鉗與主機的輸入端口相連(見圖1)。電極背心包括前后兩片，前片有64個電極，后片有16個電極，電極總數(shù)為80個，所以也稱為80導聯(lián)電極系統(tǒng)(見圖2)。該系統(tǒng)可以同步記錄80導聯(lián)單極心電信號并傳輸?shù)浇K端主機(見圖3)。使用前先用酒精清潔粘貼部位的皮膚，然后根據(jù)體表解剖標志來粘貼電極塑料條。前胸部分別為右鎖骨中線、右胸骨旁線(V1線)、左胸骨旁線(V2線)、左鎖骨內側線(V3線)、左鎖骨中線(V4線)、左腋前線(V5線)和左腋中線(V6線)；后背部為左腋后線、左脊柱旁線、右腋后線和右腋中線。一般粘貼電極的時間為3～4 min。機器在記錄之前會檢查所采集信號的質量，如果發(fā)現(xiàn)信號差的記錄，顯示屏會以紅色小方塊顯示該電極。信號差的常見原因是電極接觸不良，需要重新固定。盡可能保證每個電極片都有良好的信號，但也不能完全達到這一標準，至少要保證以下3點：(1)背心前片的低質量信號電極不能超過6個；(2)背心的后片不允許有低質量信號電極；(3)低信號質量的電極不能相鄰。一般采集10 s的80導聯(lián)心電圖，取樣頻率為1 kHz，脈寬為0.05～100.00 Hz。最后由主機儲存、處理、分析和顯示數(shù)據(jù)。

圖1心電體表地形圖電極系統(tǒng)印制在塑料片上，通過附帶的水凝膠固定在體表皮膚

Figure1The body surface potential mapping electrode system printed on a plastic sheet，and fixed at the skin surface with the hydrogel

注：前片64個電極(包括3個肢體導聯(lián))，后片16個電極

圖2心電體表地形圖的電極位置示意圖

Figure2Electrode positon schematic of body surface potential mapping

1.2數(shù)據(jù)處理過程完成記錄之后，主機自動檢查所采集數(shù)據(jù)的質量，不合格的數(shù)據(jù)在分析時會由相鄰電極的數(shù)據(jù)替換。為了避免由于數(shù)據(jù)替換過多導致結果的可靠性減低，在信號不良的體表標測電極超過6個時主機將不處理數(shù)據(jù)，而需要重新記錄。在心電圖的波形中，分別選取QRS波群起始點、QRS波群結束點(J點)和T波結束點三處，并以垂直的紅線標記，使用戶軟件能夠計算圖像變量，包括等電位點和時限。

圖3　心電體表地形圖的主機

Figure3The host computer of body surface potential mapping

1.3圖形顯示BSM變量計算完成之后，會在一個重建的三維軀干上以彩色的輪廓顯示每個導聯(lián)變量的計算數(shù)值。每個輪廓線都是1個等值線，分別以紅色(最大值)、綠色(0線)和藍色(最小值)來標記。最大值包繞的區(qū)域稱為熱極，最小值包繞的區(qū)域稱為冷極(見圖4)。

注：A處為紅色，表示正值；C處為藍色，表示負值；B處為綠色，為零值

圖4心電體表地形圖顯示的三維彩色軀干圖

Figure4Three-dimensional of body surface potential mapping

2　ACS心電體表地形圖表現(xiàn)

2.1典型表現(xiàn)診斷ACS時心電體表地形圖的復極變量最為重要，尤其是ST0(J點)。在心電體表地形圖上以分析ST0等電位圖(ST0圖)和ST0圖濾波圖為主，并聯(lián)合80導聯(lián)的心電圖一并進行分析。由于ST0等電位圖較ST0濾波圖更為復雜，所以本文以ST0為例進行分析。健康人ST0圖的典型表現(xiàn)是熱極位于前胸部，冷極位于右肩部。ACS ST0圖的改變包括兩方面：其一是熱極和冷極位置的改變；其二是熱極與冷極最大幅度的變化。在重建的軀干三維圖像上根據(jù)電極的位置劃分為不同的區(qū)域，前胸部從右到左分別為右室、間隔部、前壁、側壁，下面為下壁；后背部分為后壁、下后壁和右室區(qū)(見圖5)。不同區(qū)域測量值的參考范圍不同，前壁區(qū)域(包括間隔、前壁和側壁)為1.5 mm、下壁為1.0 mm，右室為0.9 mm，后壁為0.5 mm。根據(jù)極地位置的改變和變化的幅度超出參考范圍就可以診斷，而依據(jù)ST0圖濾波圖診斷時則不需要參考幅度的變化。

注：RV=右心室，SEPTAL=前間隔，ANT=前壁，LAT=側壁，INFERIOR=下壁，POST=后壁，INF-POST=下后壁

圖5三維重建軀干分區(qū)示意圖

Figure5Schematic of three-dimensional reconstruction of the trunk partition

前壁ST段抬高型心肌梗死(STEMI)患者的熱極位置雖然很少改變，但最大值升高(≥1.0 mm)，而冷極則會發(fā)生鏡像移位，移位到后背。下壁STEMI患者的熱極移位到下部，而冷極則移位到前部。心電體表地形圖對識別潛在高危的下壁STEMI的價值較高，因為下壁梗死常與右室和后壁梗死同時發(fā)生。標準12導聯(lián)心電圖檢查診斷為NSTEMI的患者，其心電體表地形圖可能表現(xiàn)為傳統(tǒng)12導聯(lián)以外區(qū)域的ST段抬高，如右室或后壁，這時應該檢查所懷疑熱極區(qū)域的基礎心電圖，以確認ST段的形態(tài)特征符合AMI診斷(弓背向上抬高)。同時要排除其他原因所致的ST段抬高，如早期復極或心包炎(弓背向下抬高)。

2.2臨床研究Ornato等[10]完成的多中心試驗中，比較了BSM(PRIME-ECG)和標準12導聯(lián)心電圖在急性胸痛患者中診斷STEMI的敏感度和特異度；以連續(xù)肌酸激酶同工酶(CK-MB)百分比作為心肌梗死診斷標準的研究中(n=365)，BSM使STEMI的診斷敏感度提高了27.3%(100%比72.7%，P=0.02)，而特異度無明顯減低(96.5%比97.1%；P=NS)；以連續(xù)肌鈣蛋白為心肌梗死的診斷標準的研究中(n=225)，BSM使STEMI的診斷敏感度提高了35.8%(92.9%比57.1%，P=0.008)，而特異度未減低(94.9%比96.5%；P=NS)。對無ST段抬高的胸痛患者，O′Neil等[11]和Mcclelland[12]研究發(fā)現(xiàn)，BSM具備更高的特異度。Robinson等[13]發(fā)現(xiàn)急性胸痛但是心電圖非特異性改變且肌鈣蛋白無異常改變，BSM提示有缺血性改變。Bauernfeind等[14]發(fā)現(xiàn)BSM出現(xiàn)左房電活動異常改變能預測冠心病。在Menown等[15-17]的早期研究中觀察到BSM在12導聯(lián)心電圖無典型改變患者中也有獲益。

采用常規(guī)12導聯(lián)心電圖診斷AMI時，增加右室導聯(lián)和后壁導聯(lián)能提高胸痛患者的診斷率。Fox等[9]進行的研究中連續(xù)入選了62個下壁STEMI患者，證實了BSM較增加導聯(lián)的常規(guī)心電圖有更好的診斷價值。這一研究將增加的導聯(lián)(V2R，V4R，V7和V9)和BSM(PRIME-ECG)的12個右室電極和10個后壁電極進行了比較，結果顯示有26例患者(占42%)的V2R或V4R的ST段抬高0.1 mV及以上，而在BSM中右室電極分值在0.1 mV及以上者36例(占58%，P=0.0019)。在V7或V9導聯(lián)中僅有1例患者的ST段抬高超過0.1 mV(占2%)，但在BSM中卻有17例患者(占27%)后壁電極得分在1分級以上(P=0.000 03)。采用ST抬高0.05 mV及以上的診斷標準(后壁導聯(lián)也同樣采用此值)時，在V7或V9導聯(lián)中有6例患者(占10%)，但在BSM中則為22例患者(占36%，P=0.00003)確診為AMI[18]。

一項對103例急診缺血性胸痛患者的研究中對比分析了12導聯(lián)心電圖的診斷、住院醫(yī)生對心電圖的解釋及依據(jù)BSM(PRIME-ECG)診斷流程的診斷結果。以肌鈣蛋白I(cTnI)>1 μg/L或CK-MB>25 U/L為AMI的診斷標準時103例中53例確診；以12導聯(lián)心電圖診斷AMI時有17例確診(敏感度為0.32，特異度為0.98)；住院醫(yī)生診斷AMI者24例(敏感度為0.45，特異度為0.94)；依據(jù)BSM流程診斷為AMI者34例(敏感度為0.64，特異度為0.94)。結果表明，BSM診斷AMI的敏感度分別為標準12導聯(lián)心電圖和收住院醫(yī)生的2倍(P<0.001)和1.4倍(P=0.002)[19]。一項薈萃分析也得出了類似的結論[20]。

3　胸痛中心的潛角色

盡管各家醫(yī)院治療胸痛的程序在細節(jié)上存在不同，但其基本原則還是進行一系列心電圖檢查和心肌壞死標志物的檢測(見圖6)。心電體表地形圖評估可以影響這一診斷流程中的幾個環(huán)節(jié)。

對一個心臟標志物水平正常的胸痛患者進行診斷時，最重要的是應該識別患者是否存在危險，而不是等待復查心臟標志物來做心肌梗死的回顧診斷。對標準12導聯(lián)心電圖正常或無特異性改變的患者，心電體表地形圖檢查可能會有助于診斷(見圖6A處)。

注：A處提示使用PRIME-ECG檢查

圖6急性缺血性心血管疾病患者的診斷流程

Figure6Diagnosis process of patients with acute ischemic cardiovascular disease

心臟標志物陰性伴12導聯(lián)心電圖ST段壓低的患者通常診斷為不穩(wěn)定型心絞痛/NSTEMI，但使用心電體表地形圖檢查可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)導聯(lián)之外的ST段抬高，這樣患者就可以接受早期介入治療或其他再灌注治療(見圖6B處)。

一般12導聯(lián)心電圖示ST段抬高型患者均接受ST段抬高心肌梗死的治療方案，但心電體表地形圖可以有助于分層，將患者分為高危和低危(如下壁伴或不伴右室心肌梗死)，明確選擇經(jīng)皮冠狀動脈介入還是溶栓治療。

就診時若患者心臟標志物水平升高(尤其是肌鈣蛋白水平)，根據(jù)臨床表現(xiàn)或標準12導聯(lián)心電圖通常直接診斷為STEMI或ACS/NSTEMI。在這些診斷明確的患者中，心電體表地形圖可以識別常規(guī)導聯(lián)之外的ST段抬高來評價患者的缺血負荷。

臨床試驗證實，心電體表地形圖有助于ACS的急診評估，這些資料有助于AMI的診斷，尤其是對于下壁、右室和后壁常規(guī)心電圖的診斷盲區(qū)，對于常規(guī)心電圖確診的病例也有助于危險分層和指導治療。

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