ADI公司：心臟起搏偽像的檢測(cè)與識(shí)別

　　作者：John Kruse與Catherine Redmond Analog Devices公司

　　提示：

　　（1） 通常，在普通ECG圖上看不到單純植入起搏器的活動(dòng)，因?yàn)榉浅？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，確定起搏器的存在，并評(píng)估其與心臟的相互作用。

　　（2）植入起搏器的起搏偽像信號(hào)可以從2 mV ~700 mV ， 持續(xù)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(shù)倍于起搏偽像信號(hào)的幅度，因此難以檢測(cè)。

　?。?）大多數(shù)植入式心臟裝置采用了H場(chǎng)遙測(cè)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(shí)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(yī)生必須能夠檢測(cè)到起搏器的存在及其作用。通常， 在普通ECG 圖上看不到單純植入起搏器的活動(dòng)， 因?yàn)橛械偷娘@示分辨帶寬（ 監(jiān)視器/ 診斷帶寬分別為40 Hz / 150 Hz ） ， 濾掉了非常快的脈沖（ 典型寬度為數(shù)百微秒） 。但可以通過(guò)ECG波形的形態(tài)變化，推測(cè)出起搏器的信號(hào)。心電圖是ECG導(dǎo)聯(lián)在皮膚表面所記錄的心臟自身電活動(dòng)。

　　檢測(cè)與識(shí)別起搏偽像信號(hào)非常重要，因?yàn)樗鼈冎甘局鸩鞯拇嬖冢⒛軒椭u(píng)估它與心臟的相互作用。但這種人工信號(hào)幅度小、帶寬窄，波形在不斷變化，因此難于檢測(cè)，尤其是當(dāng)存在著可能數(shù)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(dǎo)聯(lián)完整性脈沖、每分鐘換氣（MV ）脈沖、遙測(cè)信號(hào)，以及其它信號(hào)，這些都可能被誤認(rèn)為是起搏偽像，從而使檢測(cè)更為復(fù)雜化。

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

　　另外， 所有相關(guān)的醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)都要求顯示起搏偽像， 不過(guò)對(duì)捕獲起搏信號(hào)的高度與寬度有不同的特殊要求。適用的標(biāo)準(zhǔn)包括： 美國(guó)醫(yī)療儀器促進(jìn)協(xié)會(huì)（AssociaTIonfor the Advancement of MedicalInstrumentaTIon ，AAMI ） 規(guī)范EC11:1991/（R） 2001/（R） 2007 和EC13:2002/（R）2007，以及國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)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(dǎo)聯(lián)來(lái)監(jiān)控心臟的電活動(dòng)，按照需要刺激心肌，確保規(guī)則的心跳。起搏器必須是低功耗設(shè)備，通常采用壽命10年的小電池。2010年，美國(guó)工程師協(xié)會(huì)曾估計(jì)每年有超過(guò)40萬(wàn)部起搏器被植入病人體內(nèi)（參考文獻(xiàn)1）。

圖1 植入式起搏器通常既輕又小　　

　　采用單極起搏方式時(shí)，起搏導(dǎo)聯(lián)包括在單根起搏導(dǎo)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(shù)百毫伏，寬度達(dá)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(dǎo)聯(lián)尖端的電極激勵(lì)心肌。返回電極是一個(gè)非常靠近尖端電極的環(huán)形電極。這種類型導(dǎo)聯(lián)所產(chǎn)生的起搏偽像要遠(yuǎn)小于單極起搏；皮膚表面的脈沖可以小至數(shù)百微伏，寬度25μs，平均信號(hào)值為高度1mV和寬度500μs。如果檢測(cè)方向未能與起搏導(dǎo)聯(lián)方向?qū)R，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(shè)定到2 5μs，但短脈寬設(shè)置一般只用于在電生理實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試起搏器的閾值。將下限定到100μs，可解決將MV和導(dǎo)聯(lián)完整性（LV導(dǎo)聯(lián)）脈沖誤檢測(cè)為有效起搏信號(hào)的問(wèn)題。這些亞閾值脈沖一般設(shè)定在10μs~50μs之間。

　　對(duì)于特定心臟內(nèi)室的起搏，有著不同類型的起搏器。單室起搏可做右心房或右心室的起搏。這類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(duì)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(xiàn)為單一脈沖。其次， 左心室導(dǎo)聯(lián)的位置通常與右心室導(dǎo)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(dǎo)聯(lián)（肢體導(dǎo)聯(lián)之一）上有最好的顯示，而右心室則在 II導(dǎo)聯(lián)上有最佳顯示。大多數(shù)ECG系統(tǒng)都未采用三導(dǎo)聯(lián)同時(shí)檢測(cè)電路或算法，于是左心室成為最難拾取的導(dǎo)聯(lián)。因此，有時(shí)最好去檢測(cè)V導(dǎo)聯(lián)中的一根。

　　起搏偽像的波形

　　大多數(shù)起搏脈沖都有非?？焖俚纳仙?。起搏器輸出端測(cè)得的上升時(shí)間通常在大約100ns。當(dāng)在皮膚表面測(cè)量時(shí)，上升時(shí)間會(huì)略微變緩，原因是起搏導(dǎo)聯(lián)有電感和電容。皮膚表面的多數(shù)起搏偽像都在10μs或更低的量級(jí)。由于復(fù)雜設(shè)備都有內(nèi)置保護(hù)，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(cè)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(dāng)脈沖達(dá)到最大幅度時(shí)，會(huì)跟隨一個(gè)容性的下垂，然后出現(xiàn)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圍聚集起來(lái)，建立一個(gè)dc電荷，從而導(dǎo)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(cè)與顯示增加了更多的復(fù)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⒅丿B， 或幾乎同時(shí)出現(xiàn)；左心室甚至可能在右心室以前起搏。現(xiàn)在，大多數(shù)裝置都是同時(shí)起搏兩個(gè)心室，但研究表明，調(diào)節(jié)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(cè)和顯示出兩個(gè)脈沖，很多情況下，ECG電極上只表現(xiàn)為一個(gè)單脈沖。如果兩個(gè)脈沖同時(shí)發(fā)生，而導(dǎo)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(xiàn)概率較低，但可以想象到皮膚表面出現(xiàn)兩個(gè)極性相反心室起搏信號(hào)的情況。如果兩個(gè)脈沖以一個(gè)小時(shí)間差而偏移開來(lái)，則最后的脈沖形狀可能會(huì)非常復(fù)雜。

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

圖2 這是一個(gè)理想起搏偽像的例子，正脈沖有快速的上升沿。
當(dāng)脈沖達(dá)到最大幅度時(shí)，跟隨一個(gè)容性的下垂，然后出現(xiàn)尾沿。接下來(lái)，在起搏脈沖的充電部分，起搏偽像改變極性。

　　
圖3 示波器現(xiàn)實(shí)了在一個(gè)生理鹽水箱內(nèi)的心臟再同步設(shè)備，這是做起搏器認(rèn)證的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境。

　　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(dǎo)聯(lián)被置于生理鹽水箱內(nèi)，其方向經(jīng)過(guò)優(yōu)化，能清晰地看到脈沖。負(fù)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?yàn)樾姆繉?dǎo)聯(lián)的指向稍好于心室導(dǎo)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(shè)定為相同的幅度與寬度。對(duì)實(shí)際的病人來(lái)說(shuō)，每個(gè)起搏器導(dǎo)聯(lián)的幅度與寬度通常是不同的。