郭继鸿教授:长程心电监测的临床应用

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心电信号是人类最早研究并应用于医学与临床的生物电信号之一。受心电活动影响(如心律失常)或影响心电活动(心肌缺血、心肌梗死、心肌炎等)的心脏疾病都会表现在心电图上。由于心脏病有突发性、间歇性及长久性等特点,心脏病患者往往需要进行长期治疗和监护,对患者进行长时间的心电记录有着极其重要的临床价值。

多数房颤患者在临床中症状不明显,但可能出现卒中等并发症而致残甚至致死,有必要对其进行长时程心电监测。发作较少而又难以记录到的心律失常患者,特别是反复发作的不明原因晕厥患者,在临床中也需要对其进行长程心电监测。

一、长程心电监测的发展

1.心电图记录技术的诞生与发展

早在1887年,Waller在人体用毛细管静电计描记了最原始的心电波形(V1和V2两个心室波)。1903年,Einthoven改用弦线式电流计记录体表心电图,并命名为P波、QRS波和T波,至今心电图临床应用已过百年;这是心电图学史的第一个里程碑。1913年,Einthoven设计了I、Ⅱ、Ⅲ 3个双极肢导联,1933年Wilson研发6个单极胸导联(V1~V6导联),到1942年,Goldberger研制成功单极加压肢导联(aVR、aVL、aVF导联),12导联体表心电图的雏形基本完成。但体表心电图描记监测时间短、非专业人员难以阅读、需医院就诊方可进行检查等缺点,对于院外患者及发作时间较短的心律失常的诊治存在不足之处。

2.Holter系统

即动态心电图,1957年由美国Norman J.Holter研制成功。他的发明可被生动地比喻为“三级跳远”:第一级跳是生物磁学的发现,是1933~1939年研究证实生物的脉冲信号可以产生磁场,并可以被发送和接收;第二级跳则是无线电心电图,这是1947~1954年的研究成果开创了生物学遥测学理论;第三级跳就是动态心电图的问世,Holter于1954~1961年研制成功完成并投入临床。1947年无线心电图的发射器重量达85磅,不久即减到了2磅。随着技术的发展,现今的动态心电图记录器体积越来越小。Holter心电图已成为心电学史的第二个里程碑。

3.床旁心电监测系统

20世纪50年代伴随着心电图记录技术的逐渐完善而问世,最原始的监护仪就是单一的心电示波,可设定心率上下限报警,伴自动心电图记录,示波器在报警时将部分报警前心电图“冻结”。70年代以后,随着计算机的发展,可进行多参数、数字化记录和分析。

4.遥测心电监护

随着无线发射技术的发展,导线电极设计的改良,遥测心电监护系统可以尽可能接近常规心电图。既可显示实时心电变化,又能回放24小时心电信号,可连续存储72小时及以上的心电信息。患者随身携带全数字化发射盒发射心电资料,经天线接收到主机,进行全面的HOLTER分析。如今,无线网络的全覆盖、蓝牙、云处理等技术的进步,使得远程心电监护也进入临床和患者的生活。

5.便携式环路心电记录器

1987年A.P.Brown等发表体外环路心电记录器捕捉心律失常的报道,与动态心电图监测的配戴方法相同,依靠贴于皮肤表面的电极连续描记心电图,但仅存储于环形的临时存储器内滚动刷新。一旦症状发作患者按动监测仪上的激活按钮,便可冻结激活事件前后一段时间存储器环路中所存储的心电信息,以备查询。

6.植入式心电记录器

20世纪80年代的起搏器已具有感知和记录心律失常的功能。1992年,加拿大的西魁北克医学院的Andrew Krahn等开始创用植入式心电事件记录器,其可监测和随时记录患者心电图达1.5~2年。1998年第一代植入式心电事件记录器出现,当时仅能记录单导联R波,通过简单算法识别RR间期从而判断心律失常。最初的植入式Holter没有感知功能,仅靠患者或周围人在症状发作时触发记录器记录。二代植入式心电记录器除患者根据症状主动触发记录器记录外,心电记录器本身也能根据感知的心电事件,及时自动触发记录器记录。

2009年新研发的植入式心电记录器可通过Lorence散点图分析进行简单的房颤诊断,记录时间也延长至能够记录3年,共计49.5分钟的心律失常,心律失常分区可鉴别包括心动过缓、心动过速、房性心律失常、停搏等类型,体积也缩小到9cm3。目前行业内应用最广泛的新一代植入式心电记录器是在2014年研发的,体积进一步缩小至1.2cm3,记录时间延长到59分钟,同时还可进行有条件的核磁扫描检查,记录精度也进一步提升。

7.体表粘贴式长程动态心电记录仪

2009年美国FDA批准上市了一个防水粘贴性心电图记录仪,大小类似于创可贴,可配戴于胸前可连续记录14天单导联心电图。

二、长程心电监测的分类与应用

1.床边心电监护

即在床旁对患者进行心电监测,常使用多参数心电记录仪,即除记录心率、心律外,还监测血压、血氧、呼吸等参数,可为诊治危重患者提供直观数据。能及时发现病情变化,快速诊治,以维持患者病情稳定。床旁心电监护的应用,特别是在重症监护病房的使用,使临床诊断水平显著提高,为及时调整治疗争取了时间,使危重患者的抢救成功率大大提高,减少了因病情观察不及时导致的恶性事件。床旁心电监测系统可以根据病情需要延长心电监测的时间,但受电极导线的牵制,只能在医院内一定范围内对患者进行监测,且病情较轻患者难以耐受持续的卧床监测,而难以在院内轻症患者及院外开展。

2.动态心电图(AECG)

通常也称为Holter,是以研发者美国物理学家Norman J HoIter的名字所命名。动态心电图是将患者昼夜日常活动状态下的心脏电活动,用3通道或多导联记录器连续记录24小时,有的可达48小时或更长时间,在专业技术人员干预下经计算机分析处理,并打印出图文分析报告和各类明细数据。

由于动态心电图为连续长程记录,可检测日常活动中心脏负荷增加时的心肌供血状况、心肌细胞缺氧后的状况以及夜间熟睡时自主神经调节状态下的心律状况。它是心律失常、无症状心肌缺血首选的无创性检查方法,也可以用于评价药物疗效和起搏器功能。可捕捉复杂疑难心电图,是临床心血管疾病诊断无可替代的重要手段。

动态心电图在临床中主要应用于以下几方面:①对症状呈间歇性或阵发性者进行检测,诊断症状相关性心律失常以及评估运动时胸痛;②对不明原因晕厥、先兆晕厥或头晕、黑蒙现象以及发作性心律失常的患者进行定性和定量分析,并对心律失常患者进行危险评估;③检测长QT综合征、心肌病等患者出现的恶性心律失常;④评定窦房结功能,并可对心脏的变时性功能作初步评估;⑤协助鉴别冠心病心绞痛的类型,如:变异型心绞痛、劳力型心绞痛、卧位性心绞痛,尤其是无症状性心绞痛;⑥对已确诊的冠心病患者进行心肌缺血的定性定量及相对定位分析;⑦对心肌梗死或其他心脏病患者的评估以及生活能力的评定;⑧评定抗心律失常和抗心肌缺血药物的疗效;⑨评定ICD和起搏器的起搏与感知功能以及起搏器的参数和特殊功能对患者与否适宜;⑩可进行心率变异性、心室晚电位、Tp-Te间期、T波电交替、窦性心率震荡、DC(心率减速力)、DR以及睡眠呼吸暂停综合征等检测分析,并可根据这些无创性危险预测指标为患者进行危险分层和风险评估,以便给予有效的干预性治疗。

虽然随着Holter系统的不断发展,其监测盒体积逐渐缩小,检查的舒适度也逐渐提高,但是受检者难以随时随地携带Holter系统,而导致漏诊。除此,部分患者对长时间贴附的电极贴片产生过敏,难以耐受。监测也不是实时的,需要监测过程结束后才能进行心电资料的回放和分析,不能用于病情紧急的患者。

3.遥测心电监护

是指在较大范围内(几十到几百米,甚至更远),通过有线或者无线的方法对心电信号等生理信号进行数据采集和分析。遥测心电监护可同时对多位受检者进行连续监测,监护时间常在24小时以上。

(1)有线心电遥测:基于因特网的发展,医疗中心可对多个数据同时采集处理。通常患者随身携带心电数据采集、存储系统,采集并存储心电数据,再将采集内容通过互联网传输到医院的监测中心。常见的互联网接入方式为:调制解调器(MODEM)拨号、公用电话交换网(publish switched telephone network,PSTN)、综合业务数字网(integrated service digital network,ISDN)以及以太网等。医生通过中心计算机查看该患者的心电波形,对信号进行诊断、处理、存档,甚至医生可以通过电话遥控、遥嘱患者。

(2)无线心电遥测:是利用无线电作为载体传播信号的一种遥测方式。心电信号首先经过调制,由发射机以电磁波的方式将调制后的心电信号辐射出去,再由监护中心接收后解调还原成心电波形,进行分析。

随着无线网络时代的来临,手机心电远程监护已成为现实,心电信号传输距离可达上万千米。手机心电远程监护兼具手机及心电监护两项功能,外表与传统手机相仿。

根据传输方式不同手机远程监护又可分为:①蓝牙信号传输:特点是成本低、功耗低、速率快、干扰小和接口灵活,但蓝牙具有自身范围局限性,传输受距离限制。②全球移动通信系统(global system for mobile communication,GSM)信号传输:GSM是目前全球覆盖区域最广的公共移动电话系统。这种远程心电监测主要由用户端、传输网络及监护中心组成。缺点有数据传输速度有限、数据实时性差、不能多中心同时监护。③通用分组无线服务技术(general packet radio service,GPRS)信息传输:此技术具有实时在线、按量计费、登陆便捷、高速传输、自动切换等优势,尤其适合传输间断性、突发性的大量数据。GPRS网络支持点对点连接,可用于患者、家属、医生、监护中心之间沟通,便于交流病情、指导治疗。除此,由于GPRS具有定位功能,如患者病情危重,可根据其定位情况及时提供抢救及其他治疗措施,适用于突发性或危重患者。④码分多址(code division multiple access,CDMA)信号传输:CDMA基于码分多址技术的数字移动电话系统。其能做到大量用户共享同一无线频率,不受频率、时间和空间限制,特点是系统容量大、建网成本低、配置灵活、保密性好、发射功率小、无线辐射低等。

远程心电监测现阶段主要应用于急性冠脉综合征的院前早期诊断、不明原因晕厥的诊断、无症状房颤的筛查、恶性心律失常的早期识别、心衰患者的管理和心脏电子植入设备的管理等方面。

目前远程心电监测已在心脏流行病学、冠心病的监护、心律失常的诊断和药物治疗监测、慢性心力衰竭的监护、心脏电子植入设备的院外监测、心脏病介入治疗院外监护和管理、心源性晕厥的监测和管理、心源性猝死的监护、老年人健康保健、儿童和胎儿心电监测和睡眠呼吸暂停综合征等领域,显示出越来越多的优势。

4.便携式环路心电记录器

这是一种循环、滚动式体外环路心电记录器可以监测或记录长达2~4周的心电情况,患者通过配戴粘贴于皮肤表面的电极连续描记心电图(图1),记录的心电图暂时存储于环形的临时存储器内,不断滚动刷新。一旦症状发作,患者按动监测仪上的激活按钮,便可冻结激活事件前后一段时间存储器环路中所存储的心电信息,以备查询。这类心电监测方法适用于症状短暂的心律失常和不明原因晕厥,据报道可使诊断率增加到6%~25%。但存在需要持续配戴电极和记录器、可能给工作生活带来不便、皮肤电极接触不佳、容易发生皮肤过敏、记录时间仍短等缺陷,尤其对发作时症状不明显、症状严重乃至意识丧失以及行动不能自理的患者,其应用明显受限。

5.植入式心电记录器

也称“植入式Holter”在临床应用的范围包括:①高危心律失常的患者,如心力衰竭患者的室性心动过速发生率很高;②症状发生突然且短暂,如不明原因晕厥、晕厥前兆、心悸或者胸痛;③接受房颤消融手术的患者,进行术后监测复发率;④有房室结传导阻滞的患者,进行长时间监测诊断阵发性高度传导阻滞;⑤诊断不明确的心律失常。

6.移动心电监测

新型体表粘贴式长程动态心电记录仪可监测14天,优于传统的Holter动态心电监测仪24小时,大小类似于创可贴,可配戴于胸前,其于2009年获美国FDA批准上市。

三、长程心电监测的临床应用

1.心房颤动(房颤)的监测

心源性栓塞卒中是不明原因卒中的最常见原因(58%),而且是引起脑心源性栓塞最常见的病因,即最常见的心律失常—房颤。其中,非瓣膜性房颤卒中发生率是非房颤人群的5倍。卒中和短暂性脑缺血发作患者中阵发性房颤比持续性房颤更多见,但两者具有相似的卒中风险。阵发性房颤发作频率不定,通常由心电图进行监测。短期无症状的阵发性房颤(也称隐匿性阵发性房颤)通过常规方法可能监测不到。心电图监测不明原因卒中患者阵发性房颤的检出率在5%~20%,而植入式心脏监护仪(ICM)自动提供不间断的长期心电图记录对阵发性房颤检测具有很高的敏感性和特异性。

房颤具有隐匿性,要诊断出偶发的、阵发性房颤是非常困难的,因为阵发性房颤发作以后,心率、心律往往又会恢复正常。阵发性房颤常常以突发脑梗死、晕厥、甚至猝死为最常见的首发症状。而诊断房颤的心电图依据,需要长时程心电监测,十几天、甚至几十天连续的动态心电监测。为检测隐匿性房颤,推荐心电监测至少24小时。但是还未建立有效监测周期和方法,而且,常用于临床的短程Holter低估了隐匿性房颤的发生率。

2.晕厥的监测

对于晕厥反复发作而病因诊断不明的患者,依靠病史、体检及相关检查对其作出明确诊断的可能性较小,常规心电图以及体外佩带的24小时动态心电图监测很难捕捉到症状发作时的信息。根据临床统计,常规心电图对不明原因晕厥的诊断率仅为2%~11%。动态心电图监测可提供连续24~48小时(最多72小时)的心电图记录,信息量比常规心电图增加了几千倍,但仅有4%~10%的患者可以通过动态心电图监测记录到症状发作时的心电图。在一项对晕厥患者进行的研究中,电生理检查阴性的患者60%在后来证实晕厥由心律失常所致;在所有心律失常致晕厥的患者中,78%有潜在的心动过缓,而电生理检查未检出。对于有器质性心脏病的患者,电生理检查对晕厥的诊断率较高,可达41%;而在无器质性心脏病的患者,诊断率仅为6%左右。

3.恶性心律失常的监测

对于室性心律失常,虽然大多数心律失常在监测的前7天就能监测到,但是在7~14天的监测窗口仍有很大比例的心律失常可检出。这对于非持续性室速患者比持续性室速的患者更有意义,其中20%以上的非持续性室速患者在7~14天的监测窗口内被发现。从而通过连续的心电监护可在疾病恶化之前提早监测到心脏异常事件。例如,急性心肌梗死患者在发生致命性心律失常的几个小时之前通常出现心电图的异常变化。因此,提早识别这些心电图变化可明显改善患者预后。除此,很早已有研究发现肾透析患者易发生心脏猝死。主要原因包括冠心病、左室肥厚、电解质紊乱、心肌超微结构和功能异常都增加了心律失常相关死亡的风险。相对的,之前也报道过心律失常事件在透析患者中非常常见,但常规的静息心电图和心电监护系统都不能明确心律失常的发生率。

4.临床决策和预后评估

之前的研究表明,传统24小时Holter监测不足以监测到许多类型的心律失常,近来有证据表明延长监测对高风险人群监测心律失常有益处,如近来有不明原因缺血性脑卒中发作史的患者。已有证据表明,高风险人群的心电监测时间越长,心律失常检出率越高,这会影响临床决策和预后评估。心电监测除了对房颤的监测外,评估非常有限,但是更长时间的监测正成为护理患者的一种新标准。

植入式心电记录器作为一项新型技术,将临床症状与心律失常密切联系起来,大大提高了不明原因晕厥、心律失常的诊断率。此外,借之获得明确诊断的患者,还可应用心电记录器观察各种抗心律失常治疗的确切疗效。

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现任北京大学人民医院教授、主任医师、博士生导师、心脏中心副主任、心脏电生理室主任。兼任北京大学医学部医院管理委员会内科副主任委员,北京大学医学部学术委员会委员,中国生物医学工程学会心律分会主任委员,中国医药生物技术协会心电学技术分会主任委员,中国心脏健康教育联盟主席。享受国务院特殊政府津贴。主要研究方向:心律失常的诊断与治疗。


作者

郭继鸿,北京大学人民医院教授、主任医师、博士生导师;王立群

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