ADI公司：心臟起搏偽像的檢測與識別

　　作者：John Kruse與Catherine Redmond Analog Devices公司

　　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?？斓拿}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。

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

　?。?）大多數(shù)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。

　　（4）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(yī)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(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。

　　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(shù)倍于其波幅的電噪聲情況下。同時，起搏療法已經(jīng)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(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。

　　采用實時起搏器遙測方法，可以在一個現(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(yī)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(yī)療儀器促進協(xié)會（AssociaTIonfor the Advancement of MedicalInstrumentaTIon ，AAMI ） 規(guī)范EC11:1991/（R） 2001/（R） 2007 和EC13:2002/（R）2007，以及國際電工委員會規(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，通過植入導聯(lián)來監(jiān)控心臟的電活動，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備，通常采用壽命10年的小電池。2010年，美國工程師協(xié)會曾估計每年有超過40萬部起搏器被植入病人體內(nèi)（參考文獻1）。

圖1 植入式起搏器通常既輕又小　　

　　采用單極起搏方式時，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(shù)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(lián)尖端的電極激勵心肌。返回電極是一個非?？拷舛穗姌O的環(huán)形電極。這種類型導聯(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(shù)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?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(lián)完整性（LV導聯(lián)）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(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(fā)生，因此在皮膚上表現(xiàn)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，事實上兩者會相互垂直。一般來說，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(shù)ECG系統(tǒng)都未采用三導聯(lián)同時檢測電路或算法，于是左心室成為最難拾取的導聯(lián)。因此，有時最好去檢測V導聯(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亍Ｆ鸩鬏敵龆藴y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(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。由于復雜設備都有內(nèi)置保護，起搏器可能產(chǎn)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(xiàn)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(tài)；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?？拷?、重疊， 或幾乎同時出現(xiàn)；左心室甚至可能在右心室以前起搏。現(xiàn)在，大多數(shù)裝置都是同時起搏兩個心室，但研究表明，調(diào)節(jié)時序會產(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脈沖，很多情況下，ECG電極上只表現(xiàn)為一個單脈沖。如果兩個脈沖同時發(fā)生，而導聯(lián)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(xiàn)概率較低，但可以想象到皮膚表面出現(xiàn)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(nèi)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(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(xiàn)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2 這是一個理想起搏偽像的例子，正脈沖有快速的上升沿。
當脈沖達到最大幅度時，跟隨一個容性的下垂，然后出現(xiàn)尾沿。接下來，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)實了在一個生理鹽水箱內(nèi)的心臟再同步設備，這是做起搏器認證的一個標準測試環(huán)境。

　　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(lián)被置于生理鹽水箱內(nèi)，其方向經(jīng)過優(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脈沖幅度，因為心房導聯(lián)的指向稍好于心室導聯(lián)；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(lián)的幅度與寬度通常是不同的。