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从低频到高频,浅谈高频心电图机的发展之路

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心血管疾病是危害人类健康的常见病,常规心电图诊断虽然具有较高价值,但当心电信息高于100Hz时,常规心电图仪无法进行准确捕捉,可能会导致重要信息丢失,影响疾病诊断。

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高频心电图能有效弥补常规心电图的缺陷,而且灵敏度高、简便、无创,有助于心肌损伤的早期发现,对冠心病、心肌炎等心血管疾病的早期诊断和病情观察具有重要的临床意义。本文将从高频心电发展过程中遇到的问题以及市场前景展开阐述。

一、高频心电图发展遇到的问题及解决方案

尽管心电图已经有一百来年的应用历史,但高频心电进入临床应用仅有二三十年的时间,对心脏细节的认知和检测过程的技术问题是阻碍高频心电图发展的两个非常重要的原因。

科学技术的发展是一个螺旋上升的过程,人们对心脏的认知也是如此。从1780年43岁的意大利解剖学家伽伐尼意识到生物会产生肌肉电流,到1903年爱因托芬成功地用弦线式心电图机记录了第一份心电图,到现在心电图检测已经成为我们身体检查的常规手段,人们对心脏的认识是慢慢加深的。

我们常用一个成语“盲人摸象”来形容一个人目光短浅,只见局部,不见整体。但其实科学探索也是一个盲人摸象的过程,最开始由于没有合适的测量手段,我们对心脏的情况完全不了解。直到科学家意识到心脏能产生生物电,而且心脏的生物电信号能反映心脏的健康程度,于是常规心电检查开始普及。然后在后来的研究中偶然发现,心电信号中的高频信号对心脏的健康情况能做更全面的分析,于是才开始展开对高频心电信号的研究。如果说常规心电信号让我们在“摸象”的过程中,掌握了心脏跳动的大致特征,那么高频信号则在这个基础上为我们提供了更多的细节。

相对于常规心电信号的测量,高频心电检测的难度会更高。一方面对于心电图仪中的放大器来说,心电频率越高,放大的倍数越小,这对心电图仪的硬件提出了更高的要求;另一方面,频带越宽,包含的信息越全面,但里面包含的噪声也会更多。还有一点非常重要,外界无处不在的工频干扰,会混杂在微弱的心电信号当中,如果不能将干扰信号有效滤除,那么得到的高频心电数据也没有任何意义。

为了解决噪声和干扰对心电信号的影响,相应的滤波技术也在发展。现在主要运用的是陷波器技术和自适应滤波技术,这类技术在实际使用过程中,会存在一些问题。比如陷波器技术在滤除工频干扰时会产生新的干扰,自适应滤波技术在干扰源发生变化时无法快速响应,这些缺陷都会导致最终的测量结果不精准。

曼森伯格Pre-SigDetection滤波技术(以下简称:PSD滤波系统),可以很好的解决上述问题。第一,在处理工频电干扰时,不会引入新的干扰;第二,即使干扰频率与心电信号相同,也能做到只滤除干扰保留有用的心电信号;第三,遇到外界干扰频率变化的情况下,PSD滤波系统仍能有效识别干扰频率并进行滤除。

由于具有上述技术优点,PSD滤波系统无论是在常规心电领域还是高频心电领域都能利用其技术优势,帮助心电图仪设备提升检测性能。同时,基于PSD滤波系统先进的算法,可以帮助便携式家用心室晚电位仪的测量精度达到医院的测量标准。

二、高频心电图仪的应用前景

根据《中国心血管病报告2017(概要)》数据显示,心血管疾病已经成为威胁我国城镇居民生命健康的重要疾病。虽然我国心血管病防治工作已取得初步成效,但仍面临严峻挑战。总体上看,中国心血管病患病率及死亡率仍处于上升阶段。

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1990~2015年中国农村居民主要疾病死亡变化率

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1990~2015年中国城市居民主要疾病死亡变化率

从上图可以看到,无论是城市居民还是农村居民,心血管病死亡率仍居首位,高于肿瘤及其他疾病,而且呈上升态势。

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2002~2015年中国城乡地区急性心肌梗死死亡率变化趋势

从2002到2015年急性心肌梗死(死亡率总体呈上升态势,农村地区急性心肌梗死死亡率不仅于2007年、2009年、2011年数次超过城市地区,而且于2012年开始农村地区急性心肌梗死死亡率明显超过城市地区。

这些数据在图表上是冷冰冰的数字,呈现在我们面前的却是严峻的现实。针对这类疾病的整体防控,有一些指标,比如知晓率、治疗率及控制率,这些需要医务工作者和相关医疗卫生机构进行大量的工作,基于我国医疗现状,可以说任重道远。

科技的发展给此类疾病的防治提供了新的方式。利用便携式的心电设备,定时或实时的进行心电数据的监控,并且将数据上传到云端,经过数据分析后得出相应报告。如果数据发现异常,及时预警并提醒患者及时就医。这样大量原本需要专业医护人员进行普及和测量的数据,普通民众都可以利用便携式的设备获得,这样无疑减少了医务工作者的重复劳动,大幅提升工作效率。

由于高频心电设备能提供详细的数据,对心血管疾病的诊疗具有重大的参考价值,因此在移动医疗浪潮下,在可预见的将来,高频心电图将具有极大的发展前景。

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