心电图的标准化推荐与解释

youyudeshui

本声明来自于美国心脏学会心电和心律失常委员会（the American Heart Association Electrocardiography and Arrhythmias Committee），临床心电学学会(Council on Clinical Cardiology)，美国心脏学会(the American College of  Cardiology )，心率协会（the Heart Rhythm Society），并得到了国际心电图信息化协会的认可。

摘要：本声明审核了静态心电图和他的技术之间的关系。本文行文目的在于提升对当前获取和显示心电图的理解，也为了建立在实践中提高心电图的精度和有效性的标准。同，文章也讨论了基于全球各地的典型波形的来源和测量方法。他把重点放在了数字信号的获取和计算机信号处理技术上。这种信号处理技术提供自动分析方法，能够提供电脑诊断。导联放置，记录方法，波形显示都做了回顾。整个声明，是不断演化的心电技术的临床应用的大背景下推荐的心电图标准。

关键词：美国心脏学会科学声明，心电图学，计算机，诊断法，电生理学，间期，可能性，检验

自从Willem Einthoven引入选线电流计以来，心电图在心血管诊断特别常用，也成为临床上最基础的工具。心电图对于急性冠状动脉综合症的诊断和治疗是不可缺少的，也是室内传导障碍和心律失常最准确的诊断手段。对心电图的解释可能导致承认电解质异常，尤其是血清钾和钙的异常，也可提供一些基因介导的电的或者结构的心脏异常情况的检测。心电图经常被用来监测心率失常和其它药品治疗的病人，用在对病人进行心脏外科手术的术前检查，对好危险职业人员的例行检查，和其它的情况，例如参加运动。作为一个研究工具，他一直被用在对人口的长期监测和公认的对心脏有影响的药品的实验性测试上。

在美国心电学会和美国心脏病学会的联合报告中总结了心电图使用的标志事件。由于它的广泛的适用性，对心电图的准确记录和精确解释变得非常重要。建立和遵守心电图发展的每个阶段的基于实证的标准，在保证临床医生和病人需要的和期望的准确行水平是很重要的一步。但是，从1978年以来，都没有一个得到广泛认可的心电图标准和准则。从1978年以来，心电图技术得到了很大的发展，在解剖学，病理学，电生理学，深藏于心电发现的遗传信息学 以及临床相关的心电异常。在心电图学中，一个非常重要的变化是计算机存储和分析的广泛应用。即使不是大部分也应该是很多的美国心电图都是机器记录的电子数据，这种机器带有能够计算心电图周期和振幅的软件，能够提供真实的时时显示，并且，用相同的系统，比较早期的记录轨迹。但是，不同的系统有不同的技术特点，这可能导致在振幅，周期，和诊断说明上的巨大差异。

因此，美国心电学会发起了一个更新心电解释和标准化的指导说明。这个项目得到了美国心脏学学院，心率协会，和国际心电图信息化协会的赞同。这个项目的目的如下：（1）通过审核那些当前记录和解释心电图的技术，来识别改善的机会。（2）通过简化统一当前使用的不同的描述，诊断，和术语，来建立一个通用的和更简单易用的词语库。（3）找出描述性，解释性，和比较算法的薄弱环节，加入上面提到的新的可识别因素。

L．S．G被美国心电学会（AHA）的临床心电委员会的心电和心率委员会任命为主席。他组建了一个咨询小组，以协助制定目标，并推荐其工作小组成员。委员会会见了5次，来讨论目标，确定需要不断更新的具体领域，并审查进展情况。一个工作小组为每一个论题选择一个组长。这是对美国心电学会做出反应的头6篇文章中的一篇。文章的后面附有描述性的，诊断的，和比较性的说明，这个说明尽力减少重复的和非信息性的文字。随后将要出版的附加条款，将讨论心室内传导干扰，心室复极的异常，肥厚和心肌梗死的心电图。

心电图和技术

这份声明的目的是：（1）审核静态心电图和它的技术之间的关系，（2）增加对现代心电图获得和记录的理解，（3）提高标准，以提高实践中使用中的心电图的标准和实用性。重点放在数字记录方法和计算机处理，这些技术被用在目前的心电仪器中来提供自动计算方法，这种计算方法能够让计算机提供诊断说明。工作小组意识到临床医生可能对心电图记录和处理的技术细节非常不熟悉。因此，这篇文章的一个主要目的是，通过洞察技术和结果之间常见的缺失环节，为临床医生提供客观的心电图。心电图技术的演变和应用有着深厚的临床意义，正如示范所表明的，参考不同心电数据库的自动心电系统的量方法区别非常大，从而改变诊断解释。计算机诊断说明的敏感性和特异性正在改善，但同时，他仍然显示外科医生阅读和确认计算机提供的心电图是必要的。

早前标准与回顾

在计算机时代，与心电图记录标准和心电图解释指导原则相关的几种推荐做法早在过去的几十年内就已出现。最近，美国心脏学会（ AHA）建议的标准化的导联和心电图设备的一般技术要求是在1975年出版的。1978年，美国心脏病学会（the American College of Cardiology）的任务小组制作了一个最优的心电图描述方法的报告，这个报告讨论了标准化的术语和解释，，数据苦的发展，心电图报告的质量，诊断心脏病学的电脑，实践中对心电图的使用，心电图的成本效应，以及未来的发展方向。在欧洲，CSE（international common standards for quantitative electrocardiography）是从Willem和他的同事的工作成果演变而来的。CSE研究是为了减少通过心电图计算机程序得到的波形计算的差异，也为了估计和提高心电图解释程序的诊断类别。鉴于基于计算机的心电图系统和技术的应用不断扩大，1990年，AHA推荐了一些在自动心电学中宽带和数字处理的标准。1991年，AAMI（the Association for the Advancement of Medical Instrumentation）促成了 AHA在1975年和1990年的文献成为心电诊断设备的一部分，并经得了ANSI（the American National Standards Institute）的批准。在2001年，ANSI再次进行了确认。其它的声明处理了相关的心电图利用和内科医生在心电图解释上的技能方面的问题。

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    心电图信号和处理
12导联数字心电图自动分析涉及信号分析和诊断分类。心电图处理有几个步骤，每一个都需要遵循一个方法学的标准。这几个步骤有：（1）信号识别，包括过滤；（2）数据传输，或者深层处理的数据准备，包括寻找复合波，对复合波中的主要波与次要波进行分类；（3）波形识别，它是诊断波形的识别与抵消的过程；（4）特征提出，这是测量幅值和周期；（5）诊断分类，诊断分类可能是启发式方法（确定式的，或者基于经验规则）或者统计方法。
心电图信号
标准13导联心电图记录了规定的体表不同位置之间的心动周期的潜在的区别；它反映了心肌细胞在每一个周期的除极和复机过程中产生的横跨膜电压的不同。被Einthoven等人记录的心电图被认为是静止的，时间依赖的单极源产生的，这种单极源代表了心脏矢量。在这个模型中，任一导联上的电压是通过心脏矢量在直线上（定义了心脏轴）的投影来解释的。通过将导联轴处理成向量的方法，Burger等人扩展了这个概念。一个加上了方向的导联向量和导联轴是不同的，它也有一个长度。导联电压不仅是心脏轴在导联轴上的投影，也是导联向量和导联向量长度的乘积。导联向量的长度和方向依赖于身体和人体组织的电阻抗。成对的电极（或者是两个电极的组合，例如1和2电极）和产生于它们使用结果的追踪被认为是导联。人体上电极的放置位置去别人心脏上的直接放置，因为，由于人体组织的多样性，包括胸部组织和分界在阻抗方面的差别，直接电极结头产生的局部信号强度会显著的减弱和改变。在任意时刻，心脏的电活动是由不同的方向组成的。因此，身体表面任何一点的潜能代表了心脏上瞬间发生的不可取消的电活动，在心脏里，取消也是由于身体的多相性。想进一步阅读，请看Horacek在1989年写的导联综合分析理论。随着电极离心脏越来越远，信号强度随着导联强度减弱。根据立体角理论，信号强度与空间和非空间因素有关。非空间因素包括再通过心脏边界时，膜电位强度的不同。空间因素包括相对于单位尺寸区域的预期边界的不同；随着区域尺寸的增加，这些不同会更大，但是，会减少来自于心脏的电极的距离。同时，心脏中活跃的波峰也可能打乱这些看似简单的模型。
身体表面的QRS群波的基频是10Hz，尽管已经发现和研究了高达500Hz的低振幅，高频率的部分，但对成年人而言，大部分的诊断信息是100Hz以下。同时还发现对婴幼儿而言,有效的心电信号的频率可高达250Hz。T波的基频大约是2Hz。滤波范围在1-30Hz的心电图信号能够产生一个排除了人为因素的稳定的心电图。但是，诊断记录不接受这个范围，因为他使信号的高频和低频部分产生了失真。心电图信号的高频部分确定了变化最快的信号，包括Q波和QRS群波中的锯齿状部分。因为QRS群波的波幅测量依赖于R波的顶点，一个不适合的高频响应导致对信号振幅的彻底低估，导致对换极触点和Q波的滤波的影响。另一方面，不合适的低频响应可能导致对复极化的曲解。因此，对心电图学的模拟数字滤波算法的转换函数对心电图产生主要的影响。

心电图信号处理
通过数字心电图学对心电图信号的处理包括在人体上的从电极的原始信号取样。然后，电子心电图必须忽略或者抑制那些能够导致基线漂移的低频噪声，来自于运动，呼吸，来自于肌肉，电线或者辐射电磁干扰的高频噪声。因此，人体表面的心电图信号必须通过心电图仪过滤和放大。数字滤波器可以被设计成有线性相位特征，这能避免传统模拟滤波器产生的一些曲解。一旦过滤，就从占优势的集合（振幅和周期来自于这个集合）中采集数据构建每一个导联的模板。整体的测量来自于单个导联或者相似的可得单一导联数据的数学集合。测量误差对心电图诊断说明影响很大。参考文献中的Zywietz对技术因素有一个综合的分析。在这篇声明中，影响心电图信号处理结果的因素将从技术，临床应用和建议三方面展开讨论。

心电图信号的取样

技术
20世纪70年代以前，直接描记型心电图仪一直占据着主流，它将模拟心电信号持续，如实的进行记录。而当代的心电图仪几乎都是将模拟信号转换成数字信号以便后期处理。模/数转换一般在心电图仪的前端完成，比如导联线电缆模块。在前端模/数转换时的采样率要高于后期处理的采样率。过密采样起初是为了检测起搏器信号，通常起搏器信号持续期小于0.5ms。以前的前端采样率为1000-2000次/秒，而现代的新型转换器采样率能够达到10000-15000次/秒，甚至更高。还有些转换器的采样率能够根据采集信号的强弱自动调整。

临床意义
最初采样率是指电脑将模拟信号转换成分离的数字信号点的功能（通常以每秒采样次数表示，或者将采样率表示成x Hz），采样率一般比实际需求高出数倍，以备后期处理，这就是所谓的“过密采样”。起搏器的信号持续期一般小于0.5ms，所以不能被采样率为500-1000的一般心电图仪有效地检测到。可见，过密采样的一个重要作用就是检测起搏器信号。并不是所有的心电图仪都能够真实准确地反映起搏器信号。过密采样还会进行高频过滤以提高信号质量。很多现代双极起搏器的小波幅和尖峰电压相分离，所以标准心电图仪很难检测到，而过密采样却可能将小波幅干扰信号放大，这个问题有待解决。

建议
过密采样结合高频过滤，是心电数字化中的推荐模式。心电图仪的厂商应该不断改进对于起搏器信号采集的算法，以提高心电图存储的质量。起搏器小波幅信号不应该人为的进行增大以辅助鉴别，因为这样将使记录到的ECG失真。建议厂商将起搏器信号转换成一个通道以帮助观察心房/心室/双心室起搏器信号，这个可选的通道可以和标准的3×4通道一起显示，或者空缺心率通道，以留给人为选定的通道在此显示。

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