心電體表地形圖系統簡介及其在急性缺血性心血管疾病診斷中的應用

趙洪東

隨著胸痛中心的建立和新的心肌壞死標志物在臨床的應用，急性心肌梗死(AMI)的診斷和治療時間較之前明顯縮短，但是對一些診斷困難的急性缺血性心血管疾病，如急性冠脈綜合征(ACS)的處理流程還存在著明顯的延誤。心臟肌鈣蛋白T和肌鈣蛋白I對診斷AMI的特異度較高，但其水平升高通常需要4～6 h；而且在患者出現癥狀的12 h內，即使肌鈣蛋白陰性也不能排除AMI[1-2]。肌紅蛋白水平在出現患者癥狀的2～4 h內很快升高，但特異度很低[1-2]。超聲心動圖的節段性室壁運動障礙對診斷AMI也缺乏特異性，尤其是對那些有AMI病史的患者小灶性非ST段抬高型心肌梗死(NSTEMI)的診斷也不敏感[1]。

心電圖在心肌缺血受損的數秒鐘內就會發生改變[3]，是急性缺血性心血管疾病患者早期評估的核心工具。盡管ST段抬高對診斷AMI具有很高的特異度，但其敏感度卻不足60%[4-5]。近年來出現的心電體表標測(body surface mapping,BSM)通過擴大胸廓表面電極記錄范圍，提高了心電圖對AMI的診斷能力。BSM除了常規心電圖的檢查部位之外，還增加了右心室、高側壁和后壁區域，目前已有了完善的BSM基礎理論[6]，而且很容易就能完成同步多導聯的信號采集和分析[7-9]。

1　心電體表地形圖及其數據處理

1.1BSM系統目前應用最普遍的BSM系統是心電體表地形圖(PRIME-ECG)，該系統已經通過美國食品和藥品監督管理局(FDA)的批準應用于臨床。該系統由一次性使用的電極背心和主機構成。這種電極背心采用隱線設計，導聯線印制在塑料基質上，電極上預先涂有水凝膠，固定方便。每個電極通過連接鉗與主機的輸入端口相連(見圖1)。電極背心包括前后兩片，前片有64個電極，后片有16個電極，電極總數為80個，所以也稱為80導聯電極系統(見圖2)。該系統可以同步記錄80導聯單極心電信號并傳輸到終端主機(見圖3)。使用前先用酒精清潔粘貼部位的皮膚，然后根據體表解剖標志來粘貼電極塑料條。前胸部分別為右鎖骨中線、右胸骨旁線(V1線)、左胸骨旁線(V2線)、左鎖骨內側線(V3線)、左鎖骨中線(V4線)、左腋前線(V5線)和左腋中線(V6線)；后背部為左腋后線、左脊柱旁線、右腋后線和右腋中線。一般粘貼電極的時間為3～4 min。機器在記錄之前會檢查所采集信號的質量，如果發現信號差的記錄，顯示屏會以紅色小方塊顯示該電極。信號差的常見原因是電極接觸不良，需要重新固定。盡可能保證每個電極片都有良好的信號，但也不能完全達到這一標準，至少要保證以下3點：(1)背心前片的低質量信號電極不能超過6個；(2)背心的后片不允許有低質量信號電極；(3)低信號質量的電極不能相鄰。一般采集10 s的80導聯心電圖，取樣頻率為1 kHz，脈寬為0.05～100.00 Hz。最后由主機儲存、處理、分析和顯示數據。

圖1心電體表地形圖電極系統印制在塑料片上，通過附帶的水凝膠固定在體表皮膚

Figure1The body surface potential mapping electrode system printed on a plastic sheet，and fixed at the skin surface with the hydrogel

注：前片64個電極(包括3個肢體導聯)，后片16個電極

圖2心電體表地形圖的電極位置示意圖

Figure2Electrode positon schematic of body surface potential mapping

1.2數據處理過程完成記錄之后，主機自動檢查所采集數據的質量，不合格的數據在分析時會由相鄰電極的數據替換。為了避免由于數據替換過多導致結果的可靠性減低，在信號不良的體表標測電極超過6個時主機將不處理數據，而需要重新記錄。在心電圖的波形中，分別選取QRS波群起始點、QRS波群結束點(J點)和T波結束點三處，并以垂直的紅線標記，使用戶軟件能夠計算圖像變量，包括等電位點和時限。

圖3　心電體表地形圖的主機

Figure3The host computer of body surface potential mapping

1.3圖形顯示BSM變量計算完成之后，會在一個重建的三維軀干上以彩色的輪廓顯示每個導聯變量的計算數值。每個輪廓線都是1個等值線，分別以紅色(最大值)、綠色(0線)和藍色(最小值)來標記。最大值包繞的區域稱為熱極，最小值包繞的區域稱為冷極(見圖4)。

注：A處為紅色，表示正值；C處為藍色，表示負值；B處為綠色，為零值

圖4心電體表地形圖顯示的三維彩色軀干圖

Figure4Three-dimensional of body surface potential mapping

2　ACS心電體表地形圖表現

2.1典型表現診斷ACS時心電體表地形圖的復極變量最為重要，尤其是ST0(J點)。在心電體表地形圖上以分析ST0等電位圖(ST0圖)和ST0圖濾波圖為主，并聯合80導聯的心電圖一并進行分析。由于ST0等電位圖較ST0濾波圖更為復雜，所以本文以ST0為例進行分析。健康人ST0圖的典型表現是熱極位于前胸部，冷極位于右肩部。ACS ST0圖的改變包括兩方面：其一是熱極和冷極位置的改變；其二是熱極與冷極最大幅度的變化。在重建的軀干三維圖像上根據電極的位置劃分為不同的區域，前胸部從右到左分別為右室、間隔部、前壁、側壁，下面為下壁；后背部分為后壁、下后壁和右室區(見圖5)。不同區域測量值的參考范圍不同，前壁區域(包括間隔、前壁和側壁)為1.5 mm、下壁為1.0 mm，右室為0.9 mm，后壁為0.5 mm。根據極地位置的改變和變化的幅度超出參考范圍就可以診斷，而依據ST0圖濾波圖診斷時則不需要參考幅度的變化。

注：RV=右心室，SEPTAL=前間隔，ANT=前壁，LAT=側壁，INFERIOR=下壁，POST=后壁，INF-POST=下后壁

圖5三維重建軀干分區示意圖

Figure5Schematic of three-dimensional reconstruction of the trunk partition

前壁ST段抬高型心肌梗死(STEMI)患者的熱極位置雖然很少改變，但最大值升高(≥1.0 mm)，而冷極則會發生鏡像移位，移位到后背。下壁STEMI患者的熱極移位到下部，而冷極則移位到前部。心電體表地形圖對識別潛在高危的下壁STEMI的價值較高，因為下壁梗死常與右室和后壁梗死同時發生。標準12導聯心電圖檢查診斷為NSTEMI的患者，其心電體表地形圖可能表現為傳統12導聯以外區域的ST段抬高，如右室或后壁，這時應該檢查所懷疑熱極區域的基礎心電圖，以確認ST段的形態特征符合AMI診斷(弓背向上抬高)。同時要排除其他原因所致的ST段抬高，如早期復極或心包炎(弓背向下抬高)。

2.2臨床研究Ornato等[10]完成的多中心試驗中，比較了BSM(PRIME-ECG)和標準12導聯心電圖在急性胸痛患者中診斷STEMI的敏感度和特異度；以連續肌酸激酶同工酶(CK-MB)百分比作為心肌梗死診斷標準的研究中(n=365)，BSM使STEMI的診斷敏感度提高了27.3%(100%比72.7%，P=0.02)，而特異度無明顯減低(96.5%比97.1%；P=NS)；以連續肌鈣蛋白為心肌梗死的診斷標準的研究中(n=225)，BSM使STEMI的診斷敏感度提高了35.8%(92.9%比57.1%，P=0.008)，而特異度未減低(94.9%比96.5%；P=NS)。對無ST段抬高的胸痛患者，O′Neil等[11]和Mcclelland[12]研究發現，BSM具備更高的特異度。Robinson等[13]發現急性胸痛但是心電圖非特異性改變且肌鈣蛋白無異常改變，BSM提示有缺血性改變。Bauernfeind等[14]發現BSM出現左房電活動異常改變能預測冠心病。在Menown等[15-17]的早期研究中觀察到BSM在12導聯心電圖無典型改變患者中也有獲益。

采用常規12導聯心電圖診斷AMI時，增加右室導聯和后壁導聯能提高胸痛患者的診斷率。Fox等[9]進行的研究中連續入選了62個下壁STEMI患者，證實了BSM較增加導聯的常規心電圖有更好的診斷價值。這一研究將增加的導聯(V2R，V4R，V7和V9)和BSM(PRIME-ECG)的12個右室電極和10個后壁電極進行了比較，結果顯示有26例患者(占42%)的V2R或V4R的ST段抬高0.1 mV及以上，而在BSM中右室電極分值在0.1 mV及以上者36例(占58%，P=0.0019)。在V7或V9導聯中僅有1例患者的ST段抬高超過0.1 mV(占2%)，但在BSM中卻有17例患者(占27%)后壁電極得分在1分級以上(P=0.000 03)。采用ST抬高0.05 mV及以上的診斷標準(后壁導聯也同樣采用此值)時，在V7或V9導聯中有6例患者(占10%)，但在BSM中則為22例患者(占36%，P=0.00003)確診為AMI[18]。

一項對103例急診缺血性胸痛患者的研究中對比分析了12導聯心電圖的診斷、住院醫生對心電圖的解釋及依據BSM(PRIME-ECG)診斷流程的診斷結果。以肌鈣蛋白I(cTnI)>1 μg/L或CK-MB>25 U/L為AMI的診斷標準時103例中53例確診；以12導聯心電圖診斷AMI時有17例確診(敏感度為0.32，特異度為0.98)；住院醫生診斷AMI者24例(敏感度為0.45，特異度為0.94)；依據BSM流程診斷為AMI者34例(敏感度為0.64，特異度為0.94)。結果表明，BSM診斷AMI的敏感度分別為標準12導聯心電圖和收住院醫生的2倍(P<0.001)和1.4倍(P=0.002)[19]。一項薈萃分析也得出了類似的結論[20]。

3　胸痛中心的潛角色

盡管各家醫院治療胸痛的程序在細節上存在不同，但其基本原則還是進行一系列心電圖檢查和心肌壞死標志物的檢測(見圖6)。心電體表地形圖評估可以影響這一診斷流程中的幾個環節。

對一個心臟標志物水平正常的胸痛患者進行診斷時，最重要的是應該識別患者是否存在危險，而不是等待復查心臟標志物來做心肌梗死的回顧診斷。對標準12導聯心電圖正常或無特異性改變的患者，心電體表地形圖檢查可能會有助于診斷(見圖6A處)。

注：A處提示使用PRIME-ECG檢查

圖6急性缺血性心血管疾病患者的診斷流程

Figure6Diagnosis process of patients with acute ischemic cardiovascular disease

心臟標志物陰性伴12導聯心電圖ST段壓低的患者通常診斷為不穩定型心絞痛/NSTEMI，但使用心電體表地形圖檢查可以發現傳統導聯之外的ST段抬高，這樣患者就可以接受早期介入治療或其他再灌注治療(見圖6B處)。

一般12導聯心電圖示ST段抬高型患者均接受ST段抬高心肌梗死的治療方案，但心電體表地形圖可以有助于分層，將患者分為高危和低危(如下壁伴或不伴右室心肌梗死)，明確選擇經皮冠狀動脈介入還是溶栓治療。

就診時若患者心臟標志物水平升高(尤其是肌鈣蛋白水平)，根據臨床表現或標準12導聯心電圖通常直接診斷為STEMI或ACS/NSTEMI。在這些診斷明確的患者中，心電體表地形圖可以識別常規導聯之外的ST段抬高來評價患者的缺血負荷。

臨床試驗證實，心電體表地形圖有助于ACS的急診評估，這些資料有助于AMI的診斷，尤其是對于下壁、右室和后壁常規心電圖的診斷盲區，對于常規心電圖確診的病例也有助于危險分層和指導治療。

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