动态心电信号检测技术研究进展
欧辉彬
海口市人民医院 医学工程处，海南海口 570208
[摘 要]本文介绍目前Holter检测技术研究的进展，详细分析了动态心电系统软、硬件的工作原理、发展现状及新技术运用，重点介绍了卫星心电信息系统，并提出Holter技术的发展方向。
[关键词]动态心电监测技术；卫星心电信息系统；记录仪；心电信号
动态心电检测技术是一种可长时间连续记录并编辑分析人体心脏在活动和安静状态下心电图变化的方法。动态心电图是心电信息学的重要组成部分，它不同于常规的心电图或冠心病监护病房（Coronary Care Units，CCU）监护心电图等心电检查方法，是心血管疾病诊断领域中实用、高效、无创、安全、准确、可重复性强的重要监测手段，广泛应用于临床诊断及科研。美国心脏协会把这种心电图长时间记录系统命名为Holter（动态心电）系统[1]，Holter系统是一种随身携带的记录仪连续检测人体24～72 h的心电变化，经信息处理分析及回放打印记录的心电图系统，目前已成为临床心血管领域中非创伤性检查的重要诊断方法之一。该系统的出现使心电图测量由静态发展为动态，由短时测量发展为长时间测量，这是心电图技术的一个重大飞跃，与普通心电图相比，动态心电图在24 h内可连续记录多达10万次左右的心电信号，包括休息、活动、进餐、工作、学习和睡眠等不同情况下的心电图资料，可以提高对非持续性心律失常，尤其对一过性心律失常及短暂心肌缺血发作检出率的提高，因此扩大了心电图临床运用的范围。
1 动态心电系统
Holter系统是在心电遥测和计算机发展基础上产生的，随着电子技术的发展，不断更新，特点各异，系统主要由心电记录仪、微机及专用软件组成。系统硬件框图，见图1。
图1 系统硬件框图
记录仪是随身佩带记录和储存心电信号的设备，电路主要由传感器、A/D转换器、微处理器、存储器组成。首先进行模拟心电信号的检测、经放大与滤波、A/D转换后得到数字化的心电信号记录在存储器上，送入微处理器实时处理，即包括数字滤波、QRS波检测、特征提取、逐波分析、多搏分析、并将分析结果保存在存储器上，最后通过通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART）接口送出检测的波形数据到微机[2]。它是以微处理器为核心，全部电路采用互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，心电图（ECG）信号经生物电放大器放大后，由微处理器采样、A/D变换，送入随机存取存储器（RAM）缓冲区暂存，经数据压缩后，再送入数据只读存储器（ROM）中存储，可擦可编程只读存储器（EPROM）能确保掉电后心电数据不丢失，当出现电极脱落，电池电压不足时进行声、光报警，并显示故障代码；USB接口电路提供2种功能：① 提供微机的通用串行总线（USB）接口与记录器的高速串行通信接口，可读取数据或对记录器进行初始化设置；② 提供微机的USB接口作为直接读取数据的存储器接口[3]。记录器佩带患者身上，记满24 h心电数据后通过通讯接口由微机系统回放，并由专用分析软件对心电信号进行分析，即指在采集到ECG信号的基础上，通过对其处理提取心电的波形信息和特征参数，获取心脏工作状态的相关信息，然后利用这些特征信息分析、判别心电信号类型及所对应的疾病类型或健康水平，进而利用所得到得信息分析对心脏状态和健康水平进行评估，最后由医生给出分析诊断报告。心电信号分析首先对含噪信号进行去噪处理并提取ECG信号，其次是波形检测和特征点的识别，最后是心律失常的自动识别，心电信号流程图，见图2[4-5]。
图2 心电信号处理流程图
2 动态心电设备发展现状
50多年来，Holter技术得到了飞速发展，仪器在临床上的应用迅猛增长，动态心电记录仪由81 kg缩小到不足500 g，数据存储器容量由33 MB扩充到1 000 MB，磁带盒式记录器已被闪光卡式记录器取代，计算机由286上升到奔腾服务器和工作站，分析心电波的速度由4～8 h缩短到20 min左右，采样点频率由128点/S提高到4000点/S以上，使描记的心电波形更清晰，软件采用小波叠加技术，使自动分析心电图准确度大大提高，从第一、二代人工分析向第三、四代人机对话转变，使工作效率提高数十倍，完善导联体系，从1976年以前由单通道Holter发展到2000年后的12导Holter的临床运用，目前12导同步Holter逐步取代3通道Holter，标志着动态心电监测导联体系的完善，编辑功能从6～8种增加到100余种，以前常用的128 MB闪光卡式记录器，由于存在容量小、采样频率低、图形失真、信息易丢失等缺陷，现已被采样率500点/s以上、容量500 MB以上芯片技术的记录器所取代，现有人工智能化的12导同步Holter技木逐步完善，在同一屏幕上多画面编辑、修改心电信息和数据，系统在监测心肌缺血、心律失常、起搏器分析等取得新突破并已实现心电网络化管理[6]。主要有以下特点：① 心电记录仪随身佩带，不受检测距离影响，不受体位变化及活动的限制；② 心电信息量远远大于常规ECG，尤其对短缺性心律失常的捕捉及一过性心肌缺血的检出有独到之处；③ 选择导联必须不影响日常生活的活动和防止这种活动所产生的伪差和干扰，支持同步3导联、12导联采集记录；④ 分析系统不仅可分析显示监测期内心搏总数、最高心率、最低心率、平均心率和每小时平均心率，并能自动分析和测量每小时室上性、室性期前收缩，室上性和室性心动过速的次数、程度和形态以及持续时间，房室传导阻滞、心脏停搏的情况及P-R间期、QRS波群、S-T变化的轨迹图、趋势图及全览图等，其结果可用不同方式输出，为临床提供有价值的资料[7]。
3 动态心电新技术
动态心电新技术具有高采样率，每通道高达4096采样率，起搏通道达10210采样率。多天记录、多天长程动态心电是目前欧美动态心电领域的主要研究方向，在检查中可以有效提高对一过性房颤及其它恶性心律失常病的诊断率，多天记录可分为片段式和全息式2种。心电波形实时查看，通过电脑和掌上电脑实时查看患者心电图的佩带质量，由于屏幕大，更容易找到有问题的导联，此处还为自主神经功能评价提供实时数据。支持卫星Holter分析系统，可实现跨区城分析。新一代动态心电记录仪记录心电信号的同时也记录呼吸信号，实现同步分析心电与呼吸信号[8]。动态心电分析系统具有以下主要功能：3导及12导自动分析、起搏器功能评价、心室晚电位评估、心率变异性分析、3导、12导ST段自动分析、心电向量图、QT及QT离散度分析、T波电交替分析、心率震荡分析、心率减速力分析等。美国DMS公司最新开发出心率变异反向混沌技术、P波色谱图定位房颤房扑技术、呼吸暂停综合症分析、P波色谱图守位房颤房扑技术、多天合并分析技术。显示功能把心电图和分析测量结果以不同的统计方式显示在不同的页面。从这些统计分析结果中，医生可以很快找出所感兴趣的心搏周期。编辑功能使得医生可以在浏览的同时，对记录分析结果进行注释添加、删除或再分析。
4 卫星心电信息系统
随着网络应用的不断发展，动态心电也向跨区域网络方面飞速发展，将大大提升对基层病人的分析效率及诊断准确性，2003年开始在美国多个区域进行了成功广泛的应用。卫星Holter软件的设计理念是为了提高远程分析患者心电数据的分析效率，通过互联网直接传输数据的方式代替邮件或闪光卡传输。
卫星Holter服务器作为所有计算机连接的一个中心站点，中心的心电专业医师使用卫星浏览器在服务中心或者中心医院接收远端传过来的病人心电数据，并进行分析[9]。用户端（病房、分院、县医院、镇医院、诊所等）在其办公室就可以向中心发送病人数据，并从中心服务器接收中心发回的分析报告，打印后交给患者，此技术成为过去10年动态心电图的技术领域最重大的进步。卫星Holter系统将心电信息化、数字化、网络化高度整合在一起，实现多平台、多领域、多系统的多元化共享，为心电诊断打开了一扇全新的科技之门。卫星心电信息系统不仅可实现同品牌内心电信息互联共享、区域心电会诊，更可实现与全球各卫星中心的互联，从而建立同一品牌的心电全球会诊系统；同时可将同品牌旗下心电领域相关设备联入系统，实现信息共享最大化。卫星心电信息系统一般由卫星Holter、卫星工作站、卫星动态血压、卫星运动试验系统以及更多心电设备组成。卫星Holter网络结构示意图，见图3。
图3 卫星Holter网络结构示意图
5 发展与展望
随着Holter系统应用重点的改变，由过去的心律不齐诊疗转到抗心率不齐药物疗效的研究、症状性心肌缺血的定量分析和起搏器功能评价等方面，人们对系统的导联体系、采样率、数据精度和数据分析算法等提出了更高的要求。由于卫星Holter系统发展，该系统将普及城乡各级医院，这是今后一个时期Holter技术的发展趋势，成为冠心病、高血压、心肌病、风湿性心脏病、心律失常、起搏器植入术后的常规检查，使更多病患受益。其中12导联逐步取代3导联，12导联同步动态心电图对心肌缺血、心律失常定位诊断及其鉴别方面，均比3导联有较多的优越性，采样率及记录器存储器容量也有进一步提高，每通高达4096采样率，起搏通道达10210采样率，12导联同步Holter系统24 h高频采集心电信息量在500 MB到1000 MB之间，128 MB闪光卡记录器已基本淘汰，被采样频率500点/S以上，容量由500 MB以上的记录器所取代；编辑功能种类较多，基本满足工作要求[10-11]。智能化的12导联同步DCG技术已逐渐完善，在心肌缺血、心律失常、起搏器分析等取得突破性发展，基本已实现心电网络化管理与远程专家会诊。
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Research Progress of Dynamic Electrocardio-Signal Testing Technology
Abstract：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.
Key words：holter testing technology;dynamic electrocardio-system;recorder;electrocardiosignal
OU Hui-bin
Department of Medical Engineering,People's Hospital of Haikou,Haikou Hainan 570208,China
[中图分类号]R318.04
[文献标志码]A
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2016.04.021
[文章编号]1674-1633(2016)04-0087-03
收稿日期：2015-06-02
修回日期：2015-07-01