浅谈心电图自动分析的新趋势.doc

浅谈 摘 要 心电图自动诊断系统已在临床上得到一定的应用。虽然目前还比不上专业医生的水平，但它们还是得到了一定的认可。问题是心电图分类的质量是否能进一步改进。改进心电图诊断和程序的新方向是：（1）利用每个心跳中的信息；（2）综合不同程序的结果；（3）吸收在体表电位和仿真模型中的知识；（4）采用非心电图的数据；（5）用记录完备的心电图数据库来评估心电图诊断程序。 1 引 言 毫无疑问，计算机对心电图的诊断的是知识处理在医疗卫生领域中为数不多的几个成功应用的例子之一。尽管心电图诊断系统还比不上专业医生的水平，但它们在门诊检查、基础护理、职业病防治、人口筛选和流行病研究等领域仍得到一定的应用。问题是虽然现有计算机诊断系统看来已达到其最佳的诊断能力并已被用户所接受，但心电图分类的质量是否能进一步改进。从几个评估研究来看，如欧共体心电图标准化工作组的评估，都说明不仅最好的心电专家仍然比最好的程序要好，而且不同程序或心电专家的综合诊断要好于单个程序或单个专家的诊断。显然心电图的自动分析仍有改进的余地。 因而，各研究小组正按不同的侧重点进行研究，以期对诊断程序作进一步的改进。如：（1）利用每个心跳中的信息；（2）综合不同程序的结果；（3）吸收在体表电位和仿真模型中的知识；（4）采用非心电图的数据；（5）用记录完备的心电图数据库来评估心电图诊断程序。 2 历史上的研究方向 2.1 心电图特征法 心电导联主要有einthoven的标准导联，wilson的单极加压肢体导联和胸导联，frank导联校正体系等，也有描述心脏电活动的空间向量和心电向量图。 在心电图诞生之初，einthoven 的等边三角形理解心肌所产生的电场的最简单模型。wilson导联是由直觉和经验确定的，而不是从电生理的角度考虑的。只有在引入了心电图后，才使得心电图有一个坚实的物理基础。 所有导联系统都存在一个共同的问题：即怎样得到的心电信号可以尽可能完整地描述心肌除极过程，并尽可能地独立于病人的解剖位置。事实上，心电图导联主要是为方法上正确描述心电图信号而定义的。但是没有一种导联系统能充分考虑到实际意义方面的问题，即心电图的临床意义。的确，方法上正确描述心电波形的导联系统不一定能为心电图的最佳诊断分类提供最好的特征。由于心电偶极概念只有非常有限的价值，没有足够的理由说明物理上正交的导联系统同时也会对疾病分类有最大的灵敏度和特异性。 2.2 心脏仿真法 这是根据物理上电偶极子和电学的理论，及心脏电生理的特性，采用仿真的方法来模似心脏的电流活动和电流传导，记录它们在心电图上的反映，并可人为改变仿真模型上的某个条件来观察相应的心电图变化，以期找出在正常和异常情况下心电活动变化规律的方法 心电仿真可分为形态仿真和节律仿真。形态仿真是研究心脏在某一心动周期内心电活动的体表电位分布，一般是单周期的，它可分为设定型和传播型两类；节律仿真是研究心脏在某一较长时间内心电活动的体表电位分布，一般是多周期的，它可分为简化模型和真实模型两类。 心脏仿真模型从结构上看，可分为单极子、多极子和从大量心肌细胞单元合并成多极子三大类；从功能上看，可分为qrs波、t波、qrs/t三大类。 plonsey 和borr等人或是在仿真模型中采用了电活动的更高极数，或是成功地定义了运动偶极子或片段偶极子等非偶极子的方法在物理上更好地描述了心肌去极化过程。 这些研究者希望通过一个可靠的正向推理，为建立可用于逆向推理过程的仿真模型打下适当基础。只有当计算机可用来仿真时，才使容积导体的作用可以加以考虑，但这实质上仍然是burger物理模型和drank躯体模型的扩展。逆向计算也就变得更为复杂，但实际上所形成的电场并不更接近于“真实”。 2.3 体表电 位图法 体表电位图法是胸部和背部安放多极导联，同时记录出的各电极部位的心电波形，由此可绘出的心动周期中任一时刻体表心电的等电位图，极值轨迹图及等时线图等等，这些图谱即体表电位图，它们有助于了解心电场在体表分布的全貌。 在体表电位图中，体表电极的安放位置和数量是研究的主要对象。研究人员试图统筹考虑人体表面丰富的去极化电场。早期taccardi为完整地描述心脏电活动作了大量的工作，但是数据量之大令人吃惊，没有人能够为解释这些图谱而制定定量的规则。后来人们想方设法采用最少的电极和基本的信号来简化体表电位图，如barr和 spach采用最少的环身24个电极来可靠地描绘体表电图。 2.4 判定模型法 在建立仿真模型和描绘体表电位图的同时，临床上每年有成千上万例的心电图被记录和诊断。因此另一组人员开始为这些海量的数据寻找正式的解决方案。这里也有不同的研究方向，一方为“实用主义者，”另一方面为“纯正主义者”。与此相关联的是“纯正主义者”则更倾向于采用直接推断法。看来“实用主义者”。已占了上风，但是争议尚未结束，因为计算机的心电图诊断能力不再受只有记录12导联心电图的制约。cse研究显示“实用主义”和“纯正主义”都已接近各自方法的上限，要进一步改进和精致，设计人员已开始关注心脏仿真模型和体表电位图的研究。 3 新的研究方向 现在到了更好地利用从心电学不同研究领域中获得的经验的时候了，进一步改进心电图诊断程序的新方向可能是：3.1采用所有心跳中可获得的所有信息：许多程序只用到一个所选定的或平均的心博来进行分类，未考虑到心电图内在的变异性。研究表明，通过综合对各单个心博的分类，可以改进对心电图的鉴别。3.2采用在不同程序中得到的所有知识：进一步的改进可来自于综合不同的心电图程序中的专家知识，即有直接推断法或统计法，也有用神经网络或贝叶斯信任网络。现已解决了把心向量转换成心电图和把心电图转变成心向量图的方法。cse研究已表明综合那些具有不同的特性知识和不同的分类知识的不同程序来进行心电分类的优越性。3.3吸收心电学其它研究领域中所得到的知识：体表电位图研究人员已对心电图的临床分析作出了很有价值的贡献，如kornieich等人已从126个电极位置中确定了诊断心肌缺血最重要的9个位置；selvester等人根据正向模型判断，表明有可能定量地描述心肌缺血的程度；schijvenaars等人已证明用体表电位图对心电图或心向量诊断作灵敏度分析的优势所在。心电图诊断程序的研制人员可以从别人的研究中获益。3.4采用非心电图的信息：如采用存贮在综合心血管工作站中与心电图无关的病人数据，通过计算条件概率和先验概率这些数据也许能更好地修正最后的诊断结果。3.5评价心电图程序：用记录完整的心电数据库来评价心电图诊断程序看来对心电图诊断程序质量的提高有积极的作用。cse项目的成果之一是建立一个记录完整的、有1220条心电记录的数据库，该数据库对心电图计算机诊断程序的改进和用户对这些诊断程序的认可起了很大的促进作用。通过这类项目实现就可以更容易地按标准方法收集记录完整的心电数据，这样就可建立更大的，包含有更广泛的诊断类别和综合疾病的数据库。 4 讨 论 理想情况下，在现有不同的心电图的诊断系统之间交换有关心电图的特征和分类方法的知识可获得很大益处。如果所有的心电图诊断程序在信号分析上的同样的精确度和可靠性，至少可在所有系统中采用同样的测量方法。这样就可以在不同的系统中交换诊断标准，有利于提高医疗质量和治疗效率。因为可采用经过检验广泛接受的心电分析标准和应用已收集的且已严密验证的生物医学研究成果。但由于行业竞争的存在，这个目标也许很难实现。 csr的研究充分表明，最错综复杂的问题是，什么是用来评估心电图诊断系统的客观参照物或黄金标准？理想的情况是该参照物是不带偏见的客观物体，并且这样的评估最好能由独立于该心电图诊断系统研制人员的研究机构来担任。 参考文献 vam bemmel jh ,new trends ;in comprter ecg amalysis .j electrocardiol ,1996,29(suppl):1-4 kors ja ,van .herpen g ,willems jl ,et al .improvement of automated electrocardiographic diagmosis by combination of computer interpretations of the ecg and vcg am j cardiol ,1992,70(7):96-9 willems jl ,abreulima c ,arnaud p ,et al .the diagnostic performance of computer programs for