動態心電信號檢測技術研究進展

歐輝彬

海口市人民醫院 醫學工程處，海南海口 570208

動態心電信號檢測技術研究進展

歐輝彬

海口市人民醫院 醫學工程處，海南海口 570208

本文介紹目前Holter檢測技術研究的進展，詳細分析了動態心電系統軟、硬件的工作原理、發展現狀及新技術運用，重點介紹了衛星心電信息系統，并提出Holter技術的發展方向。

動態心電監測技術；衛星心電信息系統；記錄儀；心電信號

動態心電檢測技術是一種可長時間連續記錄并編輯分析人體心臟在活動和安靜狀態下心電圖變化的方法。動態心電圖是心電信息學的重要組成部分，它不同于常規的心電圖或冠心病監護病房（Coronary Care Units，CCU）監護心電圖等心電檢查方法，是心血管疾病診斷領域中實用、高效、無創、安全、準確、可重復性強的重要監測手段，廣泛應用于臨床診斷及科研。美國心臟協會把這種心電圖長時間記錄系統命名為Holter（動態心電）系統[1]，Holter系統是一種隨身攜帶的記錄儀連續檢測人體24～72 h的心電變化，經信息處理分析及回放打印記錄的心電圖系統，目前已成為臨床心血管領域中非創傷性檢查的重要診斷方法之一。該系統的出現使心電圖測量由靜態發展為動態，由短時測量發展為長時間測量，這是心電圖技術的一個重大飛躍，與普通心電圖相比，動態心電圖在24 h內可連續記錄多達10萬次左右的心電信號，包括休息、活動、進餐、工作、學習和睡眠等不同情況下的心電圖資料，可以提高對非持續性心律失常，尤其對一過性心律失常及短暫心肌缺血發作檢出率的提高，因此擴大了心電圖臨床運用的范圍。

1 動態心電系統

Holter系統是在心電遙測和計算機發展基礎上產生的，隨著電子技術的發展，不斷更新，特點各異，系統主要由心電記錄儀、微機及專用軟件組成。系統硬件框圖，見圖1。

圖1 系統硬件框圖

記錄儀是隨身佩帶記錄和儲存心電信號的設備，電路主要由傳感器、A/D轉換器、微處理器、存儲器組成。首先進行模擬心電信號的檢測、經放大與濾波、A/D轉換后得到數字化的心電信號記錄在存儲器上，送入微處理器實時處理，即包括數字濾波、QRS波檢測、特征提取、逐波分析、多搏分析、并將分析結果保存在存儲器上，最后通過通用異步收發傳輸器（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART）接口送出檢測的波形數據到微機[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體（CMOS）器件，心電圖（ECG）信號經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）緩沖區暫存，經數據壓縮后，再送入數據只讀存儲器（ROM）中存儲，可擦可編程只讀存儲器（EPROM）能確保掉電后心電數據不丟失，當出現電極脫落，電池電壓不足時進行聲、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，可讀取數據或對記錄器進行初始化設置；② 提供微機的USB接口作為直接讀取數據的存儲器接口[3]。記錄器佩帶患者身上，記滿24 h心電數據后通過通訊接口由微機系統回放，并由專用分析軟件對心電信號進行分析，即指在采集到ECG信號的基礎上，通過對其處理提取心電的波形信息和特征參數，獲取心臟工作狀態的相關信息，然后利用這些特征信息分析、判別心電信號類型及所對應的疾病類型或健康水平，進而利用所得到得信息分析對心臟狀態和健康水平進行評估，最后由醫生給出分析診斷報告。心電信號分析首先對含噪信號進行去噪處理并提取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 動態心電設備發展現狀

50多年來，Holter技術得到了飛速發展，儀器在臨床上的應用迅猛增長，動態心電記錄儀由81 kg縮小到不足500 g，數據存儲器容量由33 MB擴充到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，使自動分析心電圖準確度大大提高，從第一、二代人工分析向第三、四代人機對話轉變，使工作效率提高數十倍，完善導聯體系，從1976年以前由單通道Holter發展到2000年后的12導Holter的臨床運用，目前12導同步Holter逐步取代3通道Holter，標志著動態心電監測導聯體系的完善，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，現已被采樣率500點/s以上、容量500 MB以上芯片技術的記錄器所取代，現有人工智能化的12導同步Holter技木逐步完善，在同一屏幕上多畫面編輯、修改心電信息和數據，系統在監測心肌缺血、心律失常、起搏器分析等取得新突破并已實現心電網絡化管理[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 心電信息量遠遠大于常規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 選擇導聯必須不影響日常生活的活動和防止這種活動所產生的偽差和干擾，支持同步3導聯、12導聯采集記錄；④ 分析系統不僅可分析顯示監測期內心搏總數、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、程度和形態以及持續時間，房室傳導阻滯、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，其結果可用不同方式輸出，為臨床提供有價值的資料[7]。

3 動態心電新技術

動態心電新技術具有高采樣率，每通道高達4096采樣率，起搏通道達10210采樣率。多天記錄、多天長程動態心電是目前歐美動態心電領域的主要研究方向，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量，由于屏幕大，更容易找到有問題的導聯，此處還為自主神經功能評價提供實時數據。支持衛星Holter分析系統，可實現跨區城分析。新一代動態心電記錄儀記錄心電信號的同時也記錄呼吸信號，實現同步分析心電與呼吸信號[8]。動態心電分析系統具有以下主要功能：3導及12導自動分析、起搏器功能評價、心室晚電位評估、心率變異性分析、3導、12導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公司最新開發出心率變異反向混沌技術、P波色譜圖定位房顫房撲技術、呼吸暫停綜合癥分析、P波色譜圖守位房顫房撲技術、多天合并分析技術。顯示功能把心電圖和分析測量結果以不同的統計方式顯示在不同的頁面。從這些統計分析結果中，醫生可以很快找出所感興趣的心搏周期。編輯功能使得醫生可以在瀏覽的同時，對記錄分析結果進行注釋添加、刪除或再分析。

4 衛星心電信息系統

隨著網絡應用的不斷發展，動態心電也向跨區域網絡方面飛速發展，將大大提升對基層病人的分析效率及診斷準確性，2003年開始在美國多個區域進行了成功廣泛的應用。衛星Holter軟件的設計理念是為了提高遠程分析患者心電數據的分析效率，通過互聯網直接傳輸數據的方式代替郵件或閃光卡傳輸。

衛星Holter服務器作為所有計算機連接的一個中心站點，中心的心電專業醫師使用衛星瀏覽器在服務中心或者中心醫院接收遠端傳過來的病人心電數據，并進行分析[9]。用戶端（病房、分院、縣醫院、鎮醫院、診所等）在其辦公室就可以向中心發送病人數據，并從中心服務器接收中心發回的分析報告，打印后交給患者，此技術成為過去10年動態心電圖的技術領域最重大的進步。衛星Holter系統將心電信息化、數字化、網絡化高度整合在一起，實現多平臺、多領域、多系統的多元化共享，為心電診斷打開了一扇全新的科技之門。衛星心電信息系統不僅可實現同品牌內心電信息互聯共享、區域心電會診，更可實現與全球各衛星中心的互聯，從而建立同一品牌的心電全球會診系統；同時可將同品牌旗下心電領域相關設備聯入系統，實現信息共享最大化。衛星心電信息系統一般由衛星Holter、衛星工作站、衛星動態血壓、衛星運動試驗系統以及更多心電設備組成。衛星Holter網絡結構示意圖，見圖3。

圖3 衛星Holter網絡結構示意圖

5 發展與展望

隨著Holter系統應用重點的改變，由過去的心律不齊診療轉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，人們對系統的導聯體系、采樣率、數據精度和數據分析算法等提出了更高的要求。由于衛星Holter系統發展，該系統將普及城鄉各級醫院，這是今后一個時期Holter技術的發展趨勢，成為冠心病、高血壓、心肌病、風濕性心臟病、心律失常、起搏器植入術后的常規檢查，使更多病患受益。其中12導聯逐步取代3導聯，12導聯同步動態心電圖對心肌缺血、心律失常定位診斷及其鑒別方面，均比3導聯有較多的優越性，采樣率及記錄器存儲器容量也有進一步提高，每通高達4096采樣率，起搏通道達10210采樣率，12導聯同步Holter系統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導聯同步DCG技術已逐漸完善，在心肌缺血、心律失常、起搏器分析等取得突破性發展，基本已實現心電網絡化管理與遠程專家會診。

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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