心臟起搏偽像的檢測與識別

提示:

. 通常，在普通ECG圖上看不到單純植入起搏器的活動(dòng)，因為非?？斓拿}沖都被過(guò)濾掉了。不過(guò)，掌握了起搏療法的人員可以通過(guò)查看ECG曲線(xiàn)，確定起搏器的存在，并評估其與心臟的相互作用。

. 植入起搏器的起搏偽像信號可以從2 mV ~700 mV ， 持續時(shí)間為0.1 ms~2ms，上升時(shí)間在15μs~100μs之間。由于電氣噪聲可能數倍于起搏偽像信號的幅度，因此難以檢測。

. 大多數植入式心臟裝置采用了H場(chǎng)遙測法，它是一個(gè)重要的噪聲源。

. ADAS1000 ECG模擬前端中嵌入了一個(gè)算法，它可以幫助識別出起搏偽像，并顯示在條形ECG圖紙上。

如果一個(gè)植入了起搏器的心臟病人去做心電圖， 醫生必須能夠檢測到起搏器的存在及其作用( 見(jiàn)本文在線(xiàn)版的附文“ 心臟的電氣子系統發(fā)生故障時(shí)”,地址為： www.edn.com/4404758 ) 。通常， 在普通ECG 圖上看不到單純植入起搏器的活動(dòng)， 因為有低的顯示分辨帶寬( 監視器/ 診斷帶寬分別為40 Hz / 150 Hz ) ， 濾掉了非?？斓拿}沖( 典型寬度為數百微秒) 。但可以通過(guò)ECG波形的形態(tài)變化，推測出起搏器的信號。心電圖是ECG導聯(lián)在皮膚表面所記錄的心臟自身電活動(dòng)。

檢測與識別起搏偽像信號非常重要，因為它們指示著(zhù)起搏器的存在，并能幫助評估它與心臟的相互作用。但這種人工信號幅度小、帶寬窄，波形在不斷變化，因此難于檢測，尤其是當存在著(zhù)可能數倍于其波幅的電噪聲情況下。同時(shí)，起搏療法已經(jīng)非常先進(jìn)，有了多種起搏方式，從單室起搏到三室起搏。起搏器會(huì )產(chǎn)生導聯(lián)完整性脈沖、每分鐘換氣(MV )脈沖、遙測信號，以及其它信號，這些都可能被誤認為是起搏偽像，從而使檢測更為復雜化。

采用實(shí)時(shí)起搏器遙測方法，可以在一個(gè)現已不太重要的ECG紙帶里顯示起搏偽像。有起搏治療經(jīng)驗的人觀(guān)看這個(gè)紙帶，有時(shí)就可以推測出病人所采用起搏治療的類(lèi)型，并確定該起搏器是否正常工作。

另外， 所有相關(guān)的醫療標準都要求顯示起搏偽像， 不過(guò)對捕獲起搏信號的高度與寬度有不同的特殊要求。適用的標準包括： 美國醫療儀器促進(jìn)協(xié)會(huì )(Associationfor the Advancement of MedicalInstrumentation ，AAMI ) 規范EC11:1991/(R) 2001/(R) 2007 和EC13:2002/(R)2007，以及國際電工委員會(huì )規范IEC60601-1ed .3.0b:2005、IEC 60601-2-25 ed.1.0b、IEC 60601-2-27 ed. 2.0:2005和IEC 60601-2-51 ed. 1.0:2005。

起搏器工作原理

植入式起搏器(圖1)通常既輕又小。它們包含了必要的電路，通過(guò)植入導聯(lián)來(lái)監控心臟的電活動(dòng)，按照需要刺激心肌，確保規則的心跳。起搏器必須是低功耗設備，通常采用壽命10年的小電池。2010年，美國工程師協(xié)會(huì )曾估計每年有超過(guò)40萬(wàn)部起搏器被植入病人體內(參考文獻1)。

采用單極起搏方式時(shí)，起搏導聯(lián)包括在單根起搏導聯(lián)尖端的電極，以及包裹起搏器自身的金屬外殼。在皮膚表面，這種方式產(chǎn)生的起搏偽像幅度為數百毫伏，寬度達2ms。但單極起搏已不常用。

今天，大部分起搏偽像主要來(lái)自于雙極起搏，它是以起搏導聯(lián)尖端的電極激勵心肌。返回電極是一個(gè)非?？拷舛穗姌O的環(huán)形電極。這種類(lèi)型導聯(lián)所產(chǎn)生的起搏偽像要遠小于單極起搏;皮膚表面的脈沖可以小至數百微伏，寬度25μs，平均信號值為高度1mV和寬度500μs。如果檢測方向未能與起搏導聯(lián)方向對齊，則起搏偽像的幅度還可能小得多。

很多起搏器的脈沖寬度最小可以設定到2 5μs，但短脈寬設置一般只用于在電生理實(shí)驗室中測試起搏器的閾值。將下限定到100μs，可解決將MV和導聯(lián)完整性(LV導聯(lián))脈沖誤檢測為有效起搏信號的問(wèn)題。這些亞閾值脈沖一般設定在10μs~50μs之間。

對于特定心臟內室的起搏，有著(zhù)不同類(lèi)型的起搏器。單室起搏可做右心房或右心室的起搏。這類(lèi)起搏器可以是單極的，也可以是雙極的。雙室起搏則可同時(shí)為右心房與右心室提供起搏治療。雙心室起搏可同時(shí)為右心室和左心室提供起搏治療;另外，起搏一般是對右心房。

雙室起搏模式可能難于正常顯示，主要有兩個(gè)原因。首先，雙室起搏可能同時(shí)發(fā)生，因此在皮膚上表現為單一脈沖。其次， 左心室導聯(lián)的位置通常與右心室導聯(lián)不在相同的向量上，事實(shí)上兩者會(huì )相互垂直。一般來(lái)說(shuō)，右心房在aVF導聯(lián)(肢體導聯(lián)之一)上有最好的顯示，而右心室則在II導聯(lián)上有最佳顯示。大多數ECG系統都未采用三導聯(lián)同時(shí)檢測電路或算法，于是左心室成為最難拾取的導聯(lián)。因此，有時(shí)最好去檢測V導聯(lián)中的一根。

起搏偽像的波形

大多數起搏脈沖都有非?？焖俚纳仙?。起搏器輸出端測得的上升時(shí)間通常在大約100ns。當在皮膚表面測量時(shí)，上升時(shí)間會(huì )略微變緩，原因是起搏導聯(lián)有電感和電容。皮膚表面的多數起搏偽像都在10μs或更低的量級。由于復雜設備都有內置保護，起搏器可能產(chǎn)生高速的尖刺， 它不會(huì )影響到心臟，但會(huì )影響起搏器檢測電路。

圖2是一個(gè)理想的起搏偽像實(shí)例。正脈沖有一個(gè)快速上升沿。當脈沖達到最大幅度時(shí)，會(huì )跟隨一個(gè)容性的下垂，然后出現尾沿。接下來(lái)，起搏偽像會(huì )改變起搏脈沖充電部分的極性。需要充電脈沖的原因是讓心臟組織處于凈零電荷狀態(tài);單相脈沖可使離子在電極周?chē)奂饋?lái)，建立一個(gè)dc電荷，從而導致心臟組織的變形。

心臟再同步裝置的引入，為起搏偽像的檢測與顯示增加了更多的復雜性。這些裝置的起搏是作用于右心房和兩個(gè)心室。兩個(gè)心室的脈沖可能非?？拷?、重疊， 或幾乎同時(shí)出現;左心室甚至可能在右心室以前起搏?，F在，大多數裝置都是同時(shí)起搏兩個(gè)心室，但研究表明，調節時(shí)序會(huì )產(chǎn)生更高的心臟輸出，有益于某些病人。

不是總能分別地檢測和顯示出兩個(gè)脈沖，很多情況下，ECG電極上只表現為一個(gè)單脈沖。如果兩個(gè)脈沖同時(shí)發(fā)生，而導聯(lián)方向正好相反，則兩個(gè)脈沖可能在皮膚表面相互抵消。雖然出現概率較低，但可以想象到皮膚表面出現兩個(gè)極性相反心室起搏信號的情況。如果兩個(gè)脈沖以一個(gè)小時(shí)間差而偏移開(kāi)來(lái)，則最后的脈沖形狀可能會(huì )非常復雜。

圖3顯示的是在一個(gè)生理鹽水箱內心臟再同步裝置的示波器圖形。這是一個(gè)心臟起搏器認證的標準測試環(huán)境，用于模擬人體的導電性。但是由于示波器探頭靠近起搏導聯(lián)，使幅度遠高于皮膚表面的情況，而生理鹽水溶液對ECG電極表現為低阻抗，因此噪聲要遠小于通常在皮膚表面測量的情況。

圖中顯示的第一、第二和第三個(gè)脈沖( I 到r )分別是心房、右心室和左心室脈沖。導聯(lián)被置于生理鹽水箱內，其方向經(jīng)過(guò)優(yōu)化，能清晰地看到脈沖。負向脈沖是起搏，正向脈沖是充電。心房脈沖的幅度略高于另兩個(gè)脈沖幅度，因為心房導聯(lián)的指向稍好于心室導聯(lián);事實(shí)上，在再同步裝置中， 所有三個(gè)起搏輸出均被設定為相同的幅度與寬度。對實(shí)際的病人來(lái)說(shuō)，每個(gè)起搏器導聯(lián)的幅度與寬度通常是不同的。

起搏偽像的檢測

要高性?xún)r(jià)比地檢測所有的起搏偽像，并抑制所有可能的噪聲源，這種方法是不可能的。面臨的挑戰很多，如起搏檢測必須監護的心室數量，遇到的干擾信號，以及所用起搏器的各類(lèi)脈沖寬度。起搏偽像的檢測可以有從硬件實(shí)現到數字算法的多種方案。

心臟再同步裝置的起搏導聯(lián)不會(huì )全是一個(gè)方向。右心房導聯(lián)通常與II導聯(lián)(lead II)對齊，但有時(shí)可能直接指向胸外，因此可能需要一個(gè)Vx(胸前導聯(lián))方向才能看到它。右心室導聯(lián)通常置于右心室的頂端，因此一般與I I導聯(lián)很好地對齊。左心室起搏導聯(lián)穿過(guò)冠狀竇，實(shí)際上位于左心室的外面。這根導聯(lián)一般會(huì )與II導聯(lián)對齊，但可能有一個(gè)V軸方向。