ADI医疗应用:检测并区分心脏起搏伪像

当植入了起搏器的心脏病患者进行心电图（ECG）测试时，心脏科医师必须能够检测到起搏器的存在及其效果。起搏信号的电气特征（或称伪像）由小而窄的脉冲构成。由于这些伪像被淹没在噪声和较大的心电信号中，因而难以检测到。本文将描述起搏伪像的性质，同时介绍检测这种伪像的一种器件和方法。

心脏作为一种生化机电系统，会产生电脉冲，从右上心房的窦房结 （SA） 传导至房室结 （AV）。窦房结节充当作该系统的起搏器（图1）。

图1. 心肌与窦房结（1）和房室结（2）

该电脉冲产生P波，在图2中的ECG截图中可以看见。电信号从房室结节开始传播，经过浦肯野纤维系统，来到心室，导致心室肌肉收缩。这种收缩（R波）使含氧血从左心室进入并流过身体，同时使缺氧血从右心室进入肺部。

图2. 心肌收缩期间电行为的ECG图形表示2

如果心脏这种机电系统存在缺陷，则可能导致诸多心脏问题。例如，当心脏搏动过慢或者不搏动时，就是心动过缓。对于这种状况，典型的手术治疗方法是在患者胸部皮下植入一个起搏器（脉冲发生器），并将心内膜导联线通过静脉直接引导至心脏，如图3所示。

图3. 植入式起搏器的位置以及不同种类起搏器的导联线

（RA—right atrium， RV—right ventricle， LV—left ventricle）

在称为心动过速的另一类心律失常症状中，心脏搏动过快。这是一种十分严重的疾病，可通过植入式心脏除颤器（ICD）进行治疗。现代ICD也可治疗多种缓慢性心律失常。

当心脏变大时，由于传导路径变长，扰乱了心室收缩的时机，因而可能发生心力衰竭。结果形成一种正反馈系统，进一步加重心脏负担。植入式心脏再同步（ICR）器件同时使两个心室和（通常）一个心房起搏，进而对心室重新定时。实际上，这些器件会改善心输出量，从而使心脏恢复到一定程度。心脏再同步治疗（CRT）器件是一种包括ICD在内的系统。

CRT器件在图4（a）中的透视图像中可以看见。医师就是利用这种影像来放置导联线的。对于非专业人士来说，这种影像是很难解读的。可以看到心脏淡淡的轮廓——这是搏动中的心脏的静态视图。起搏器位于右心房上，心脏顶点指向右下方。在这个典型的导联线放置实例中，黑色箭头指向右心房导联线。虚线黑色箭头指向右心室导联线。红色箭头标示的导联线只能看到一部分，这是左心室导联线（红箭头指向电极尖端）。图4（b）展示的是双腔起搏器的典型导联线放置透视图像。右心房导联线指向上方，置于右心房中。右心室导联线则位于右心室顶部。

图4. 起搏器导联线放置的透视图像3

（a）。 单腔起搏器；（b）。双腔起搏器

植入式起搏器（图5）一般都很轻、体积小。它们含有必要的电路，以便通过植入式导联线来监控心脏的电活动，并在必要时刺激心肌以确保心脏跳动的规律性。起搏器必须是低功耗器件，它们采用的都是小型电池，寿命一般是10年。美国国家工程院称，截至2010年，每年超过40万台起搏器被植入患者身体。4

图5. 起搏器示例5

起搏伪像

在正常的ECG图中，一般很难发现简单的植入式起搏器的活动，因为超快脉冲（宽度仅有数微秒）会被过滤掉，但在任何情况下，在毫秒级分辨率的心电图中，这些脉冲都太窄，而不会出现。然而，其信号可以通过起搏伪像推断出来，伪像是与通过ECG导联线在皮肤表面测得的心脏自身电活动相伴的电压脉冲。检测和识别起搏伪像的能力很重要，因为伪像显示了起搏器的存在，而且有助于评估其与心脏的交互作用。

由于伪像幅度小、宽度窄、波形多变，结果使起搏伪像难以检测，尤其是存在可能数倍于伪像幅度的电噪声时。另外，起搏疗法已经十分发达，如今有数十种起搏模式，从单腔起搏到三腔起搏等，不一而足。使得起搏伪像检测更加复杂的是，起搏器会产生导联线完整性脉冲、分钟通气量（MV）脉冲、遥测信号以及可能被误认为起搏伪像的其他信号。

实时起搏器遥测技术的应用使得在心电图上显示起搏伪像不如过去那么重要了，但经验丰富的医师可以从心电图中推测出患者所使用的起搏疗法的种类，并确定起搏器是否工作正常。另外，包括以下标准在内的所有相关医用标准都要求显示起搏伪像。这些标准对需要捕获的起搏器信号的高度和宽度等具体要求有所差异。

AAMI EC11:1991/（R）2001/（R）2007

EC13:2002/（R）2007， IEC60601-1 ed. 3.0b， 2005

IEC60601-2-25 ed. 1.0b

IEC60601-2-27 ed. 2.0， 2005

IEC60601-2-51 ed. 1.0， 2005

例如，IEC60601-2-27规定：

设