監(jiān)護(hù)儀房顫綜合管理應(yīng)用的臨床意義

【作 者】 關(guān)則宏，劉夢(mèng)星，孫澤輝，何先梁，姚靜，劉麟，劉琮

1 深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司，深圳市，518057

2 深圳市兒童醫(yī)院，深圳市，518026

0 引言

房顫是一種室上性快速心律失常，其心房電活動(dòng)具有快速、無序等特征，心電圖上顯著表現(xiàn)為P波消失而代之以不規(guī)則的心房顫動(dòng)波（F波），RR間期絕對(duì)不規(guī)則[1-2]。

房顫是最常見的心律失常之一，具有極高的危險(xiǎn)性，容易引發(fā)中風(fēng)、心衰等高危情況。房顫發(fā)生時(shí)，心房不能有效收縮，泵血功能失調(diào)，造成血流動(dòng)力學(xué)障礙，血栓栓塞機(jī)會(huì)增加，以及心房肌的電重構(gòu)[1]。一例房顫信號(hào)如圖1所示。由于血液不能完全泵出心房，在心房內(nèi)淤滯，導(dǎo)致血凝塊的形成，血凝塊脫落，隨血液一起流向全身。而腦部的血管分布密集、細(xì)長，血栓容易堵塞腦部的血管，形成腦血管栓塞，進(jìn)而導(dǎo)致缺血性腦卒中。房顫患者中風(fēng)的概率是非房顫患者的3～5倍，甚至約20%的中風(fēng)患者由房顫引起[3]，同時(shí)房顫是心衰強(qiáng)烈的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，15.6%～24.0%的初診房顫患者隨后會(huì)被診斷為心衰[1]，所以對(duì)于房顫的監(jiān)測(cè)具有重要的臨床意義。

圖1 房顫信號(hào)實(shí)例Fig.1 Example of AF signal

鑒于房顫監(jiān)測(cè)的重要臨床價(jià)值以及患者人群的巨大需求，監(jiān)護(hù)系統(tǒng)需要快速、有效的房顫監(jiān)測(cè)和管理功能。然而，現(xiàn)有監(jiān)護(hù)系統(tǒng)對(duì)房顫管理相對(duì)單一，一般僅具備房顫監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能，部分監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可能有回顧功能，醫(yī)護(hù)人員可通過回顧界面的事件列表翻看歷史報(bào)警數(shù)據(jù)，還可以通過全息波形來查找房顫報(bào)警前后的信號(hào)，以分析某個(gè)具體房顫的持續(xù)過程。由此可見，現(xiàn)有監(jiān)護(hù)系統(tǒng)缺乏專門面向房顫患者的綜合評(píng)估和管理工具，房顫事件的查看和分析功能相對(duì)零散，無法查看在一段時(shí)間內(nèi)房顫報(bào)警的總持續(xù)時(shí)間，也無法同步查看房顫發(fā)生時(shí)其他生理參數(shù)的變化情況。

為了改善房顫的臨床評(píng)估和綜合管理，筆者提出了一種基于監(jiān)護(hù)設(shè)備的房顫綜合管理應(yīng)用，通過房顫專業(yè)視圖（AF View）的設(shè)計(jì)將房顫事件報(bào)警和房顫負(fù)荷等信息統(tǒng)一，同時(shí)集中呈現(xiàn)患者監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的房顫事件分布等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為醫(yī)護(hù)人員系統(tǒng)評(píng)估患者的生理病理狀態(tài)提供幫助。

1 房顫綜合管理應(yīng)用

房顫綜合管理包括4個(gè)單元：房顫分析、房顫報(bào)警、房顫負(fù)荷、AF View。其中房顫分析是前提，房顫報(bào)警和房顫負(fù)荷是實(shí)時(shí)提示，AF View是管理應(yīng)用。

1.1 房顫分析

指南中對(duì)房顫分為5類，分別是首次診斷房顫、陣發(fā)性房顫、持續(xù)性房顫、長程持續(xù)性房顫和永久性房顫[1-2,4-5]。相關(guān)的ESC房顫管理指南中，對(duì)各類房顫患者均推薦用ECG監(jiān)測(cè)來進(jìn)行篩查[4]，如果采用房顫自動(dòng)分析算法，將大大提高房顫篩選的效率，所以在監(jiān)護(hù)設(shè)備中集成房顫自動(dòng)分析算法非常必要。

房顫的心電圖特征主要是P波消失，代之以不規(guī)則的心房顫動(dòng)波（F波），RR間期絕對(duì)不規(guī)則，房顫自動(dòng)分析算法主要對(duì)這3個(gè)特征分別展開分析，再綜合決策，判斷是否為房顫，主要分析過程如下：

ECG信號(hào)經(jīng)過QRS波檢測(cè)和分類后，排除一些異常類型（如室早或起搏類型）和信號(hào)質(zhì)量較差的QRS波，挑選適合房顫檢測(cè)的QRS波，計(jì)算這部分QRS波的RR間期，計(jì)算RR間期規(guī)則度，同時(shí)采用經(jīng)過濾波的ECG信號(hào)進(jìn)行P波和F波檢測(cè)，計(jì)算F波顫動(dòng)波指數(shù)，統(tǒng)計(jì)最近一段時(shí)間有P波的QRS波個(gè)數(shù)，然后進(jìn)行房顫綜合決策，判斷是否為房顫。

（1）RR間期規(guī)則度計(jì)算。

房顫期間，RR間期絕對(duì)不規(guī)則，表現(xiàn)在與相鄰的RR間期均不相似。MIT-AF開源數(shù)據(jù)庫中（下載鏈接：https://physionet.org/content/afdb/1.0.0/），記錄04043的RR間期散點(diǎn)圖如圖2所示。

圖2 記錄04043的RR間期散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter plot of RR intervals of record 04043

通過圖2(b)，可以知道RR間期的整體分布，如果分布呈扇形，說明可能為房顫節(jié)律；通過圖2(a)，可以知道RR間期隨著時(shí)間的變化趨勢(shì)，同時(shí)通過將圖2(a)間期散點(diǎn)圖部分放大，可以大概定位非房顫節(jié)律與房顫節(jié)律的邊界點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 記錄04043的t-RR間期散點(diǎn)圖節(jié)選Fig.3 Episode of scatter plot of RR intervals of record 04043

通過t-RR間期散點(diǎn)圖，對(duì)于記錄04043，可以較清楚地識(shí)別房顫節(jié)律與非房顫節(jié)律的邊界點(diǎn)。不過并非所有房顫都可以通過RR間期區(qū)分開與非房顫的邊界點(diǎn)，圖4為記錄05121的散點(diǎn)圖。

圖4 記錄05121的RR間期散點(diǎn)圖Fig.4 Scatter plot of RR intervals of record 05121

記錄05121的Lorenz-RR間期散點(diǎn)圖呈扇形，說明可能為房顫節(jié)律，通過t-RR間期散點(diǎn)圖和ECG信號(hào)圖，說明記錄05121確實(shí)有房顫節(jié)律。

通過將部分t-RR間期散點(diǎn)圖放大，發(fā)現(xiàn)在兩段房顫中間，同樣也有RR間期比較離散的非房顫節(jié)律，如圖5所示。

圖5 記錄05121的t-RR間期散點(diǎn)圖節(jié)選Fig.5 Episode of scatter plot of RR intervals of record 05121

說明通過RR間期，能識(shí)別出部分房顫，但是可能會(huì)誤識(shí)別一部分非房顫事件為房顫，還需要通過P波防止誤識(shí)別問題，通過F波防止漏識(shí)別問題。

（2）P波與F波檢測(cè)。

P波是由心房除極產(chǎn)生，表示一次心跳的開始，后面緊跟QRS波群和T波，可能還會(huì)有U波。如果出現(xiàn)房顫，心房有序的電活動(dòng)被無序的電活動(dòng)代替，P波被形態(tài)、間距及振幅均絕對(duì)不規(guī)則的F波代替，即P波分析的主要目的不是檢出房顫，而是防止將非房顫事件誤識(shí)別為房顫事件。

由于房顫時(shí)心房電活動(dòng)的頻率高達(dá)350～600次/分，意味著心房的“收縮/舒張”也達(dá)350～600次/分，也就意味著心房幾乎完全喪失了收縮功能[6]，心房的顫動(dòng)在心電圖上表現(xiàn)為F波，如圖6所示。

圖6 記錄04936竇性節(jié)律與房顫節(jié)律交界處Fig.6 The junction of sinus rhythm and AF rhythm of record 04936

由于房顫發(fā)生時(shí)，心房存在多個(gè)無序的電活動(dòng)點(diǎn)，F(xiàn)波幅度、寬度、頻率變化較大，沒有固定的規(guī)律。

（3）房顫綜合判斷。

通過RR間期和P波檢測(cè)/F波檢測(cè)結(jié)果，根據(jù)RR間期、P波特征、F波特征特點(diǎn)，進(jìn)行綜合房顫判斷。當(dāng)綜合判斷認(rèn)為條件滿足房顫報(bào)警，觸發(fā)房顫報(bào)警；如果后續(xù)患者的心電圖恢復(fù)到竇性節(jié)律或其他節(jié)律，心電圖信號(hào)不滿足房顫報(bào)警條件，房顫報(bào)警退出，輸出“房顫停止”字符串，提示醫(yī)護(hù)人員患者的房顫報(bào)警停止。

1.2 房顫報(bào)警與房顫負(fù)荷

當(dāng)心電圖信號(hào)出現(xiàn)房顫特征時(shí)，房顫分析算法通過分析RR間期不規(guī)則度，P波/F波檢測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)心電圖信號(hào)滿足房顫條件，觸發(fā)房顫報(bào)警。同時(shí)通過統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)的房顫報(bào)警時(shí)長，計(jì)算房顫的報(bào)警負(fù)荷（AF Burden），實(shí)時(shí)刷新在界面中，方便醫(yī)護(hù)人員實(shí)時(shí)查看，掌握患者的房顫病情發(fā)展情況，其中房顫負(fù)荷計(jì)算方法[7]如下：

房顫負(fù)荷通過百分比的方式顯示，范圍在0～100%，表示在統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)房顫報(bào)警的時(shí)間程度，數(shù)值越大，表示房顫在統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)報(bào)警時(shí)長越長，反之越小。房顫負(fù)荷可能是心房疾病或心房病嚴(yán)重程度的標(biāo)志[7]。

1.3 AF View

1.3.1 功能簡介

AF View通過將AF Burden、IBP血壓值、HR值、ST值等參數(shù)/特征在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)，按照時(shí)間順序聯(lián)合呈現(xiàn)在一個(gè)界面上，形成各個(gè)參數(shù)/特征的時(shí)間趨勢(shì)圖，讓醫(yī)護(hù)人員一目了然快速掌握患者的各個(gè)參數(shù)/特征的變化趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)病情變化時(shí)間點(diǎn)。

其中AF View界面下方部分為關(guān)聯(lián)參數(shù)區(qū)，根據(jù)醫(yī)護(hù)需求可動(dòng)態(tài)調(diào)整，最多可顯示3個(gè)參數(shù)/特征的趨勢(shì)圖。

1.3.2 功能亮點(diǎn)

（1）將房顫與其他多個(gè)參數(shù)/特征聯(lián)合呈現(xiàn)，在AF View單個(gè)界面圖上就可以了解多個(gè)參數(shù)/特征的變化趨勢(shì)，不用到各個(gè)參數(shù)區(qū)域操作菜單，調(diào)出各個(gè)參數(shù)的變化趨勢(shì)圖了解參數(shù)的變化情況，減少操作，節(jié)省醫(yī)護(hù)人員時(shí)間。同時(shí)多個(gè)參數(shù)/特征趨勢(shì)圖呈現(xiàn)在同一張界面圖上，可用多個(gè)參數(shù)維度評(píng)估患者病情。例如評(píng)估房顫期間是否出現(xiàn)高心室率（房顫與HR聯(lián)合評(píng)估），評(píng)估房顫期間是否出現(xiàn)心肌缺血（房顫與ST值聯(lián)合評(píng)估）等。

（2）結(jié)合房顫治療前、治療中的房顫概覽報(bào)告，再根據(jù)房顫治療后的房顫概覽報(bào)告，實(shí)現(xiàn)房顫病情的長時(shí)間周期管理。通過長時(shí)間周期管理，可以不間斷了解患者房顫病情發(fā)展，方便醫(yī)護(hù)人員評(píng)估房顫患者的病情發(fā)展及恢復(fù)情況，同時(shí)聯(lián)合其他參數(shù)，監(jiān)測(cè)并發(fā)癥。同時(shí)隨著植入式和穿戴式監(jiān)護(hù)設(shè)備體積越來越小，費(fèi)用越來越低，房顫患者長時(shí)間的心臟監(jiān)護(hù)將在不久的將來越來越通用化[7]。

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)短陣房顫患者的管理。指南中已要求持續(xù)時(shí)長高于30 s的房顫需要被檢出[8]，通過房顫分析單元，可以準(zhǔn)確檢出這些短陣房顫事件，然后在AF View視圖上呈現(xiàn)，方便醫(yī)護(hù)人員了解患者房顫病情。

2 結(jié)果

2.1 數(shù)據(jù)庫評(píng)測(cè)結(jié)果

房顫分析單元實(shí)現(xiàn)了對(duì)房顫的準(zhǔn)確檢出，性能優(yōu)異，通過對(duì)開源數(shù)據(jù)庫MIT-AF的評(píng)測(cè)，結(jié)果如表1所示。

表1 房顫分析單元數(shù)據(jù)庫評(píng)測(cè)結(jié)果Tab.1 Results of database test of AF analysis module

其中：ESe（episode sensitivity）為房顫報(bào)警次數(shù)的敏感度，數(shù)值越高，表示房顫檢出越靈敏；E+P（episode positive predictivity）為房顫報(bào)警次數(shù)的陽性預(yù)測(cè)度，數(shù)值越高，表示房顫檢出越準(zhǔn)確；DSe（duration sensitivity）為房顫報(bào)警重合的敏感度，數(shù)值越高，表示房顫檢出真實(shí)房顫的時(shí)間越多；D+P（duration positive predictivity）為房顫報(bào)警重合的陽性預(yù)測(cè)度，數(shù)值越高，表示房顫檢出房顫段越準(zhǔn)確。

通過準(zhǔn)確識(shí)別房顫事件，保證房顫負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確。同時(shí)對(duì)于短陣房顫的患者，或統(tǒng)計(jì)時(shí)間較短時(shí)，短陣房顫對(duì)房顫負(fù)荷的影響較大，此時(shí)對(duì)于短陣房顫的準(zhǔn)確檢出，保證了房顫負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

與人工智能（artificial intelligence,AI）方式分析房顫事件不同，本綜合管理應(yīng)用的房顫分析單元可以對(duì)ECG信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，給出實(shí)時(shí)房顫報(bào)警，而AI方式基本是終端設(shè)備收集ECG信號(hào)上傳云端離線分析，完成后再將分析結(jié)果回傳給終端設(shè)備，存在滯后性。

2.2 臨床案例分析

本綜合管理應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了房顫的綜合管理，經(jīng)過臨床試用，得到了臨床醫(yī)護(hù)人員的一致認(rèn)可。在一次持續(xù)性房顫患者試用中，醫(yī)護(hù)想要了解房顫期間是否出現(xiàn)長RR間期，以便了解患者病情（例如判斷是否可能會(huì)出現(xiàn)暈厥），判斷是否需要給藥。通過房顫綜合管理應(yīng)用（見圖7），了解最近24 h內(nèi)房顫期間最長RR間期為3～5 s。

圖7 持續(xù)性房顫患者房顫概覽報(bào)告Fig.7 AF summary report of persistent AF patient

經(jīng)醫(yī)護(hù)評(píng)估，該患者最長RR間期較為正常，結(jié)合房顫期間的心率比較穩(wěn)定，同時(shí)沒有出現(xiàn)心率較高的情況，可以暫不用藥。

2.3 臨床意義

（1）實(shí)現(xiàn)了多個(gè)參數(shù)、多個(gè)特征聯(lián)合呈現(xiàn)，便于醫(yī)護(hù)人員系統(tǒng)性評(píng)估房顫病情發(fā)展，以及房顫對(duì)其他參數(shù)和生理機(jī)能的影響，同時(shí)根據(jù)病情調(diào)整治療方案。

（2）實(shí)現(xiàn)了多個(gè)時(shí)間維度（房顫治療前、房顫治療中、房顫治療后）聯(lián)合評(píng)估，便于醫(yī)護(hù)人員評(píng)估治療方案的合理性和患者的恢復(fù)情況。

（3）實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性的片段化評(píng)估（最小評(píng)估單位是1 h，可以通過設(shè)置4 h/8 h/12 h/24 h來實(shí)現(xiàn)連續(xù)評(píng)估），實(shí)時(shí)掌握房顫病情發(fā)展，并且及時(shí)根據(jù)病情調(diào)整治療方案。

（4）實(shí)現(xiàn)了對(duì)首發(fā)和陣發(fā)房顫的管理。對(duì)于首發(fā)房顫和陣發(fā)性房顫患者，持續(xù)時(shí)間在30～60 s的房顫可以及時(shí)檢出，避免遺漏房顫事件。特別是對(duì)于首發(fā)房顫，由于患者可能沒有心悸、胸悶、頭暈等臨床癥狀，本人并不知曉自己有房顫事件，此時(shí)通過AF View管理應(yīng)用，可以清楚地看到患者發(fā)生短陣房顫的時(shí)間和次數(shù)，醫(yī)護(hù)也可以依據(jù)AF View判斷患者房顫病情的發(fā)展。開源庫MIT-AF中，不同持續(xù)時(shí)長的房顫事件次數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖8所示。

圖8 MIT-AF數(shù)據(jù)庫中不同持續(xù)時(shí)長的房顫事件次數(shù)Fig.8 AF event times of different periods of MIT-AF database

3 結(jié)論

筆者設(shè)計(jì)出了一種監(jiān)護(hù)設(shè)備，可對(duì)房顫進(jìn)行綜合管理。通過應(yīng)用軟件，醫(yī)護(hù)人員可以全程掌握患者的房顫病情發(fā)展，并且在AF View上查看患者術(shù)前、術(shù)中和術(shù)后的房顫統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)信息，結(jié)合患者的IBP參數(shù)等血?jiǎng)有畔?duì)比查看，判斷患者手術(shù)效果，根據(jù)病情發(fā)展調(diào)整治療方案。