心電動(dòng)力學(xué)圖技術(shù)在心肌缺血早期診斷中的應(yīng)用

王磊，董瀟男，孫慶華，王聰，唐閩，王喜萍

1 石河子市人民醫(yī)院心內(nèi)科，新疆石河子 832000；2 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院心律失常中心；3 山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病（簡稱冠心?。?huì)導(dǎo)致心肌缺血，目前在臨床上缺乏早期檢測和識(shí)別心肌缺血的特異性手段［1］。冠狀動(dòng)脈造影是診斷冠心病的一種常用且有效的方法，是一種可靠的有創(chuàng)診斷技術(shù)。目前，冠狀動(dòng)脈造影是診斷冠心病的“金標(biāo)準(zhǔn)”，冠狀動(dòng)脈狹窄≥50%是心肌缺血的標(biāo)準(zhǔn)［2］。通過冠狀動(dòng)脈造影可以直觀地觀察冠狀動(dòng)脈有無狹窄、斑塊等，了解冠狀動(dòng)脈內(nèi)部的形態(tài)及血流情況。但冠狀動(dòng)脈造影屬于有創(chuàng)檢查，并且有輻射，容易造成一定程度的損害，費(fèi)用較高，對(duì)醫(yī)院設(shè)備和醫(yī)生技術(shù)水平要求較高，且只能顯示較大的血管床，對(duì)于直徑＜500 μm的微血管及其病變顯示不清［3-4］。目前，心電圖是診斷心肌缺血最常用和最基本的方法。心電圖是心臟電活動(dòng)在體表的綜合表現(xiàn)，其中ST-T段抬高、ST-T段壓低和T波倒置等缺血性變化對(duì)心肌缺血診斷具有重要價(jià)值［5］。然而，心電圖對(duì)心肌缺血的診斷敏感度不高，臨床中許多心肌缺血患者的心電圖表現(xiàn)正?；虼笾抡＃碨T-T段和T波輕微改變），臨床上稱為非特異性改變［6-7］。心電動(dòng)力學(xué)圖（CDG）技術(shù)基于正常心電圖（竇性心律且無ST-T段改變），通過特殊軟件對(duì)心電圖ST-T段軌跡的心電動(dòng)力學(xué)進(jìn)行建模，經(jīng)三維可視化顯示得到CDG，并根據(jù)其形態(tài)和數(shù)值來判斷是否存在心肌缺血［8-9］。與冠狀動(dòng)脈造影相比，CDG具有無創(chuàng)、簡便、快捷、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢，但是其對(duì)心肌缺血的診斷效能相關(guān)研究較少。本研究探討了CDG技術(shù)在心肌缺血早期診斷中的應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 納入標(biāo)準(zhǔn)：①心電圖顯示竇性心律，無ST-T段抬高或壓低；②存在胸痛、呼吸困難等胸部癥狀，臨床懷疑冠心??；③行冠狀動(dòng)脈造影。排除標(biāo)準(zhǔn)：合并心力衰竭、左心室肥厚等器質(zhì)性心臟病及各種心律失常。選取2017年8月—2019年8月新疆石河子市人民醫(yī)院心內(nèi)科收治、符合上述標(biāo)準(zhǔn)的患者137例，根據(jù)冠狀動(dòng)脈造影檢查結(jié)果分為心肌缺血組（冠狀動(dòng)脈狹窄≥50%）110例、正常組（冠狀動(dòng)脈狹窄＜50%）27例。心肌缺血組男83例、女27例，年齡（59.2 ± 10.3）歲，臨床表現(xiàn)為胸痛56例、呼吸困難60例；冠狀動(dòng)脈主支狹窄≥75%者25例，均行經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療（PCI）［10］；正常組男21例、女6例，年齡（56.7 ± 10.5）歲，臨床表現(xiàn)為胸痛16例、呼吸困難17例。兩組性別及臨床表現(xiàn)均具有可比性（P均＞0.05），心肌缺血組患者年齡高于正常組（P＜0.05）。本研究不涉及倫理，患者及家屬均簽署知情同意書。

1.2 CDG檢查方法 采集兩組18導(dǎo)聯(lián)心電圖，時(shí)間至少20 s。采用心電動(dòng)力學(xué)建模軟件對(duì)心電圖ST-T段軌跡動(dòng)力學(xué)進(jìn)行建模，得到三維可視化CDG形態(tài)和數(shù)值。具體操作［9］：①將常規(guī)12導(dǎo)聯(lián)心電信號(hào)轉(zhuǎn)換為三維心電向量信號(hào)，截取三維心電向量圖的ST-T段，利用確定學(xué)習(xí)算法對(duì)心電信號(hào)ST-T段進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，將建模結(jié)果三維可視化，生成CDG。②采用李雅普諾夫指數(shù)提取每份CDG的空間離散度（SHI），采用傅里葉變換獲取CDG的時(shí)間離散度（THI），作為描述患者心肌缺血狀態(tài)的心電動(dòng)力學(xué)特征向量。③采用分類器選擇線性支持向量機(jī)（SVM-linear），并以經(jīng)過缺血標(biāo)注的訓(xùn)練集患者特征向量作為SVM-linear輸入，以患者的缺血標(biāo)注作為輸出，采用5折交叉驗(yàn)證法訓(xùn)練心肌缺血檢測模型。④以THI為橫坐標(biāo)，以SHI為縱坐標(biāo)，在此特征空間上繪制心肌缺血分類邊界，并計(jì)算每例患者到分類邊界的距離，作為該患者的CDG值，見OSID碼圖1。

圖1 CDG值診斷心肌缺血的ROC曲線

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料采用S-W正態(tài)性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以表示，兩組間比較滿足方差齊性采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，不滿足方差齊性采用曼惠特尼U檢驗(yàn)，重復(fù)測量數(shù)據(jù)采用重復(fù)測量的方差分析。非正態(tài)分布以M（P25，P75）表示，兩組間比較采用秩和檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料以n（%）表示，兩組間比較采用χ2檢驗(yàn)。繪制CDG值診斷心肌缺血的受試者工作特征（ROC）曲線，計(jì)算曲線下面積（AUC）并得到最佳截?cái)嘀怠Ｒ宰罴呀財(cái)嘀禐榻?，CDG ≥該值定義為心肌缺血陽性，以冠狀動(dòng)脈造影結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算其診斷敏感度、特異度、準(zhǔn)確度等；敏感度=真陽性/（真陽性+假陰性）× 100%，特異度=真陰性/（真陰性+假陽性）×100%，準(zhǔn)確度=（真陽性+真陰性）/總例數(shù)×100%。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組CDG形態(tài)及CDG值比較 正常組CDG形態(tài)呈規(guī)整或略微散開的環(huán)形，心肌缺血組CDG形態(tài)呈散亂環(huán)形或無序狀，PCI后患者CDG形態(tài)明顯改善，呈規(guī)整的環(huán)形（見OSID碼圖2、3）。心肌缺血組、正常組CDG值分別為2.423 ± 1.645、-0.176 ±2.343，心肌缺血組PCI前后患者CDG值分別為2.803 ± 1.171、-1.764 ± 0.762（P均＜0.01）。

2.2 CDG值對(duì)心肌缺血的診斷效能分析結(jié)果CDG值診斷心肌缺血的AUC為0.89（95%CI：0.81～0.97，P＜0.01），CDG預(yù)測冠狀動(dòng)脈造影結(jié)果的最佳截?cái)嘀禐?0.5，見圖1。CDG ≥-0.5定義為心肌缺血陽性，CDG與冠狀動(dòng)脈造影對(duì)心肌缺血的診斷情況見表1，此時(shí)CDG診斷心肌缺血的敏感度、特異度、準(zhǔn)確度分別為93.8%、87.0%、92.7%，陽性預(yù)測值為97.2%、陰性預(yù)測值為74.0%、陽性似然比為13、陰性似然比為0.07。

表1 CDG與冠狀動(dòng)脈造影對(duì)心肌缺血的診斷情況（例）

3 討論

常規(guī)心電圖簡便易行，臨床應(yīng)用廣泛，能夠較為直觀地反映冠心病及心肌缺血，評(píng)價(jià)心臟功能。但常規(guī)心電圖不能識(shí)別隱匿性冠心病等心電圖正常的心肌缺血患者，而臨床上有近50%穩(wěn)定型心絞痛患者的心電圖無明顯病理性改變，極易被漏診而錯(cuò)過最佳治療時(shí)機(jī)［6-7］。冠狀動(dòng)脈造影檢查是診斷冠心病和心肌缺血的金標(biāo)準(zhǔn)，由于其為有創(chuàng)檢查，臨床應(yīng)用受到限制。與冠狀動(dòng)脈造影相比，基于心電圖檢測發(fā)展而來的CDG技術(shù)具有無創(chuàng)、快捷、性價(jià)比高的優(yōu)勢［10］。CDG是新近提出的心電圖輔助診斷工具，該方法從常規(guī)12導(dǎo)聯(lián)心電圖中提取心電動(dòng)力學(xué)信息，并以三維可視化圖形的方式展示。通過CDG可以在竇性心律且心電圖無明顯異常的患者中早期識(shí)別心肌缺血，以便于早期識(shí)別、早期干預(yù)、早期治療，降低心肌缺血或心肌梗死發(fā)生率及病死率［11-12］。

心電向量信號(hào)記錄了心臟電活動(dòng)的幅度和方向，主要從三維正交方向展現(xiàn)心臟電向量運(yùn)動(dòng)［13］。而CDG是心電動(dòng)力學(xué)信息的三維可視化直觀表達(dá)，代表了心電向量圖隨時(shí)間變化的快慢規(guī)律，因此在心肌缺血早期診斷上具有更高的敏感度。本研究結(jié)果顯示，正常個(gè)體的CDG有較好的規(guī)律性形態(tài)，表現(xiàn)為規(guī)整的環(huán)形或略微散開的環(huán)形；而心肌缺血患者的CDG表現(xiàn)為散亂環(huán)形或無序，兩者呈現(xiàn)鮮明對(duì)比，且心肌缺血患者PCI后CDG恢復(fù)規(guī)律性形態(tài)。在血供正常時(shí)，心臟復(fù)極是一個(gè)均一有序的過程，對(duì)應(yīng)規(guī)則的環(huán)狀CDG形態(tài)；而心肌缺血會(huì)導(dǎo)致心室復(fù)極過程改變或不同步，增加復(fù)極離散度，反映在心電圖上即ST-T段或T波的形態(tài)波動(dòng)，因其常為微伏級(jí)的幅值改變而難以辨別［14-15］，但反映在CDG上可呈現(xiàn)明顯散亂的不規(guī)則形態(tài)。本研究ROC曲線確定CDG的最佳截?cái)嘀担源私財(cái)嘀蹬卸–DG陽性114例（真陽107例、假陽7例）、CDG陰性23例（真陰20例、假陰3例）。在心肌缺血組中，107例（97.2%）患者被CDG正確識(shí)別存在冠狀動(dòng)脈狹窄，根據(jù)造影結(jié)果28例為單支冠狀動(dòng)脈病變、39例為雙支冠狀動(dòng)脈病變、40例為三支冠狀動(dòng)脈病變，其中接受PCI的患者分別為10、5、10例；CDG未能準(zhǔn)確識(shí)別冠狀動(dòng)脈狹3例，包括雙支病變2例和三支病變1例。在正常組中，20例（74.1%）患者被CDG正確識(shí)別不存在冠狀動(dòng)脈狹窄，包括冠狀動(dòng)脈造影完全正常10例、僅有局部斑塊或狹窄＜50% 8例、冠狀動(dòng)脈肌橋2例；未能正確識(shí)別的7例患者中，2例冠狀動(dòng)脈完全正常、5例顯示局部斑塊。因此，CDG診斷心肌缺血的敏感度、特異度、準(zhǔn)確度分別為93.8%、87.0%、92.7%，陽性預(yù)測值為97.2%、陰性預(yù)測值為74.0%、陽性似然比為13、陰性似然比為0.07。

綜上所述，在心電圖ST-T段正常的疑診冠心病患者中，CDG檢查有助于早期識(shí)別心肌缺血，診斷價(jià)值較高。CDG以全新的形象化形式直觀展現(xiàn)冠脈缺血的狀態(tài)，可幫助臨床醫(yī)師在體表心電圖ST-T段出現(xiàn)顯著肉眼改變前發(fā)現(xiàn)心肌缺血。受各種因素影響，CDG尚存在一定的假陰性和假陽性病例，可能原因如下：①多支病變患者的病變位置多，不同方向的向量可能存在抵消；②側(cè)支循環(huán)豐富，代償能力強(qiáng)大；③患者雖臨床表現(xiàn)為典型冠心病癥狀（如心絞痛），但無造影可見的器質(zhì)性病變，如局部斑塊形成以及冠狀動(dòng)脈肌橋等。本研究是單中心臨床實(shí)驗(yàn)，樣本量相對(duì)較小，研究結(jié)果還需要更多的臨床試驗(yàn)加以證實(shí)。此外，目前針對(duì)CDG機(jī)制的報(bào)道較少，許多影響復(fù)極離散的因素，如藥物、電解質(zhì)酸堿紊亂、心肌病等，對(duì)CDG的影響還需進(jìn)一步探究。