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心臟起搏偽像的檢測與識別

2017-10-30
關鍵詞: ADAS1000 H場遙測法

  提示:

  . 通常,在普通ECG圖上看不到單純植入起搏器的活動,因為非常快的脈沖都被過濾掉了。不過,掌握了起搏療法的人員可以通過查看ECG曲線,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 , 持續時間為0.1 ms~2ms,上升時間在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場遙測法,它是一個重要的噪聲源。

  . ADAS1000 ECG模擬前端中嵌入了一個算法,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。通常, 在普通ECG 圖上看不到單純植入起搏器的活動, 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 ) , 濾掉了非常快的脈沖( 典型寬度為數百微秒) 。但可以通過ECG波形的形態變化,推測出起搏器的信號。心電圖是ECG導聯在皮膚表面所記錄的心臟自身電活動。

  檢測與識別起搏偽像信號非常重要,因為它們指示著起搏器的存在,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,尤其是當存在著可能數倍于其波幅的電噪聲情況下。同時,起搏療法已經非常先進,有了多種起搏方式,從單室起搏到三室起搏。起搏器會產生導聯完整性脈沖、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。

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  采用實時起搏器遙測方法,可以在一個現已不太重要的ECG紙帶里顯示起搏偽像。有起搏治療經驗的人觀看這個紙帶,有時就可以推測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, 所有相關的醫療標準都要求顯示起搏偽像, 不過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: 美國醫療儀器促進協會(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,通過植入導聯來監控心臟的電活動,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,美國工程師協會曾估計每年有超過40萬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,起搏導聯包括在單根起搏導聯尖端的電極,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自于雙極起搏,它是以起搏導聯尖端的電極激勵心肌。返回電極是一個非常靠近尖端電極的環形電極。這種類型導聯所產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和導聯完整性(LV導聯)脈沖誤檢測為有效起搏信號的問題。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。雙室起搏則可同時為右心房與右心室提供起搏治療。雙心室起搏可同時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,主要有兩個原因。首先,雙室起搏可能同時發生,因此在皮膚上表現為單一脈沖。其次, 左心室導聯的位置通常與右心室導聯不在相同的向量上,事實上兩者會相互垂直。一般來說,右心房在aVF導聯(肢體導聯之一)上有最好的顯示,而右心室則在II導聯上有最佳顯示。大多數ECG系統都未采用三導聯同時檢測電路或算法,于是左心室成為最難拾取的導聯。因此,有時最好去檢測V導聯中的一根。

  起搏偽像的波形

  大多數起搏脈沖都有非常快速的上升沿。起搏器輸出端測得的上升時間通常在大約100ns。當在皮膚表面測量時,上升時間會略微變緩,原因是起搏導聯有電感和電容。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,起搏器可能產生高速的尖刺, 它不會影響到心臟,但會影響起搏器檢測電路。


  圖2是一個理想的起搏偽像實例。正脈沖有一個快速上升沿。當脈沖達到最大幅度時,會跟隨一個容性的下垂,然后出現尾沿。接下來,起搏偽像會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;單相脈沖可使離子在電極周圍聚集起來,建立一個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心室。兩個心室的脈沖可能非常靠近、重疊, 或幾乎同時出現;左心室甚至可能在右心室以前起搏。現在,大多數裝置都是同時起搏兩個心室,但研究表明,調節時序會產生更高的心臟輸出,有益于某些病人。

  不是總能分別地檢測和顯示出兩個脈沖,很多情況下,ECG電極上只表現為一個單脈沖。如果兩個脈沖同時發生,而導聯方向正好相反,則兩個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極性相反心室起搏信號的情況。如果兩個脈沖以一個小時間差而偏移開來,則最后的脈沖形狀可能會非常復雜。

  圖3顯示的是在一個生理鹽水箱內心臟再同步裝置的示波器圖形。這是一個心臟起搏器認證的標準測試環境,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,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。

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  圖中顯示的第一、第二和第三個脈沖( I 到r )分別是心房、右心室和左心室脈沖。導聯被置于生理鹽水箱內,其方向經過優化,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脈沖幅度,因為心房導聯的指向稍好于心室導聯;事實上,在再同步裝置中, 所有三個起搏輸出均被設定為相同的幅度與寬度。對實際的病人來說,每個起搏器導聯的幅度與寬度通常是不同的。


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