錢夢(mèng)瑤 饒妮妮 劉定宇 楊 陽(yáng) 張 瑩 萬(wàn)永利

(電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610054)

房顫伴室性早博與房顫伴差異性傳導(dǎo)的量化鑒別方法研究

錢夢(mèng)瑤 饒妮妮#*劉定宇 楊 陽(yáng) 張 瑩 萬(wàn)永利

(電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610054)

對(duì)于房顫伴室性早博與房顫伴差異性傳導(dǎo)的臨床診斷，目前還沒(méi)有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，二者的準(zhǔn)確鑒別一直是困擾醫(yī)生的難題。本研究提出一種準(zhǔn)確性高的計(jì)算方法，用于鑒別上述兩類疾病。通過(guò)分析房顫伴室性早博與房顫伴差異性傳導(dǎo)的臨床特征，確定類代償間期與聯(lián)律間期的比值為鑒別特征參數(shù)。對(duì)待檢測(cè)ECG信號(hào)作預(yù)處理，然后準(zhǔn)確定位待檢測(cè)ECG的每一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)QRS-T特征波；在此基礎(chǔ)上，識(shí)別寬大畸形QRS 波群，提取對(duì)應(yīng)于類代償間期與聯(lián)律間期的兩個(gè)相鄰R-R間期，計(jì)算它們的比值，將其與一個(gè)給定的鑒別閾值進(jìn)行比較后作出判別。 算法驗(yàn)證數(shù)據(jù)來(lái)自MIT-BIH心律失常數(shù)據(jù)庫(kù)，10個(gè)記錄中，含4 026心拍房顫伴室性早搏和949心拍房顫伴差異性傳導(dǎo)，共計(jì)4 975心拍。所提出方法在房顫伴室性早博與房顫伴差異性傳導(dǎo)的混合數(shù)據(jù)中，鑒別房顫伴室性早搏的靈敏度和陽(yáng)性預(yù)測(cè)率分別達(dá)到了93.15%和98.30%，優(yōu)于傳統(tǒng)方法。類代償間期與聯(lián)律間期的比值可以代替目前常用的類代償間期，作為鑒別房顫伴室性早博與房顫伴差異性傳導(dǎo)的特征參數(shù)，對(duì)提高診斷正確性具有指導(dǎo)作用。

房顫伴室性早博；房顫伴差異性傳導(dǎo)；鑒別；類代償間期；聯(lián)律間期

引言

心房顫動(dòng)(簡(jiǎn)稱為房顫)是臨床上最為常見(jiàn)的一種心律失常疾病[1-2]。大多數(shù)房顫合并有其他心臟疾病[3]，其中，房顫伴室性早搏(簡(jiǎn)稱為房顫伴室早)和房顫伴差異性傳導(dǎo)(簡(jiǎn)稱為房顫伴差傳)是臨床上根據(jù)體表心電圖十分難以鑒別的兩種房顫亞型，國(guó)際上尚無(wú)公認(rèn)的鑒別標(biāo)準(zhǔn)。室性早搏是指心室異位起搏點(diǎn)提早發(fā)放或折返導(dǎo)致整個(gè)心室提前進(jìn)行除極的室性搏動(dòng)。室內(nèi)差異性傳導(dǎo)通常是指伴隨室上性早搏、竇性心動(dòng)過(guò)速等室上性周期縮短而引起的功能性或一過(guò)性的心室內(nèi)傳導(dǎo)障礙。房顫伴室早為激動(dòng)起源異常，房顫伴差傳為室上性激動(dòng)在心室內(nèi)的傳導(dǎo)異常，它們的QRS波都呈寬大畸形，并且后者會(huì)出現(xiàn)非典型的束支阻滯圖形,其QRS波群形態(tài)有室性早搏的特征，所以二者很容易造成誤診。由于房顫伴室早和房顫伴差傳的臨床治療方法不同，房顫伴室早是洋地黃過(guò)量的表現(xiàn)，而房顫伴差傳為使用洋地黃的指征，所以二者的誤診將延誤治療并導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因此，發(fā)展準(zhǔn)確高效的計(jì)算方法從動(dòng)態(tài)心電圖上鑒別房顫伴室早與伴差傳具有十分重要的臨床意義。

目前對(duì)房顫伴室早與房顫伴差傳的鑒別大多依靠心臟專家的臨床經(jīng)驗(yàn)。常用的方法有傳統(tǒng)判別方法[3]、類Brugada法[4]及無(wú)人區(qū)電軸方法[5-6]。傳統(tǒng)判別方法是臨床醫(yī)生通過(guò)對(duì)比兩種房顫伴寬QRS波病癥的差異后總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)方法，主要根據(jù)ECG中V1導(dǎo)聯(lián)和V6導(dǎo)聯(lián)上QRS波的形態(tài)進(jìn)行判別。當(dāng)V1導(dǎo)聯(lián)上QRS波呈雙向或單向波(即呈qR、QS、R、Rs型)或V6導(dǎo)聯(lián)上QRS波呈rS型(即R波峰值與S波峰值比值小于1)時(shí)，則判別為房顫伴室早；當(dāng)V1導(dǎo)聯(lián)上QRS波呈三相波(即rsR′型)，V6導(dǎo)聯(lián)上QRS波呈Rs型(即R波峰值與S波峰值比大于1)時(shí)，則判別為房顫伴差傳。該方法的醫(yī)學(xué)診斷參數(shù)較多。由于不同病人在房顫時(shí)室早與差傳表現(xiàn)的特征千差萬(wàn)別，所以完全符合上述參數(shù)的病例很少。傳統(tǒng)判別方法在判別條件上存在不能區(qū)別的灰色帶(不能判別)且特異性較差。隨后，張等提出了類Brugada法[4]，與傳統(tǒng)方法相比，類Brugada法在傳統(tǒng)方法基礎(chǔ)上增加了RS(R波起點(diǎn)至S波峰值點(diǎn))時(shí)限，V1、V2和V6導(dǎo)聯(lián)的QRS波群是否存在室速及Ashman現(xiàn)象(即一個(gè)長(zhǎng)心動(dòng)周期后出現(xiàn)較長(zhǎng)不應(yīng)期的現(xiàn)象)等判斷條件，進(jìn)一步提高了判別效果。該方法比傳統(tǒng)方法有更好的特異性且不存在灰色帶，但是，他們驗(yàn)證方法時(shí)采用的實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)較少，因此,該方法的有效性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。正常心電圖中心室額面的平均電軸通常為0°～90°，當(dāng)心室的平均額面除極向量與正常情況完全相反時(shí)稱為無(wú)人區(qū)電軸。心電軸可以通過(guò)兩個(gè)肢體導(dǎo)聯(lián)和標(biāo)準(zhǔn)I導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)共同計(jì)算得到。2005年郭繼鴻等首次將無(wú)人區(qū)電軸方法引入房顫伴室早與差傳的鑒別中[5]。2012年劉松濤等對(duì)268例房顫伴室早案例進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中有87例存在無(wú)人區(qū)電軸，而52例房顫伴差異性傳導(dǎo)中無(wú)1例存在無(wú)人區(qū)電軸[6]。無(wú)人區(qū)電軸法的特異性雖然較高，但敏感性差且必須采用多導(dǎo)聯(lián)心電信號(hào)數(shù)據(jù)。而多導(dǎo)聯(lián)的信號(hào)采集方式對(duì)病人約束較大，需要被檢測(cè)者保持靜息狀態(tài)，不能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的采集，只能記錄被檢測(cè)者當(dāng)時(shí)的心臟活動(dòng)情況。近年來(lái)，根據(jù)體表ECG來(lái)鑒別房顫伴室早與差傳的計(jì)算方法一直未取得突破性進(jìn)展。因此，本研究擬發(fā)展一種基于雙導(dǎo)聯(lián)動(dòng)態(tài)心電圖鑒別房顫伴室早與伴差傳的自動(dòng)化計(jì)算方法，并結(jié)合模擬和臨床ECG數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證所提出方法的有效性和可行性。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

ECG數(shù)據(jù)來(lái)自于MIT-BIH心律失常數(shù)數(shù)據(jù)(http://physionet.org/cgi-bin/atm/ATM?database=mitdb&tool=plot_waveforms)，采樣頻率為360 Hz。所收集的真實(shí)心電數(shù)據(jù)分為兩類：第1類ECG數(shù)據(jù)共含4 975心拍(10個(gè)樣本)，其中，4 026心拍來(lái)自于室性早搏病人，949心拍來(lái)自于差異性傳導(dǎo)病人。在4 975心拍ECG信號(hào)中，有453心拍被專家標(biāo)注為寬QRS波群，其余為正常的QRS波群；第2類為房顫伴室早ECG信號(hào)，共552心拍。由于MIT-BIH中沒(méi)有“金標(biāo)準(zhǔn)”的房顫伴差傳病人的ECG信號(hào)，而房顫伴室早的ECG信號(hào)數(shù)據(jù)量又較小，為了驗(yàn)證所提出方法的可行性和有效性，在第1類數(shù)據(jù)中人為加入模擬房顫波，以構(gòu)建模擬的房顫伴室早與伴差傳數(shù)據(jù)。

模擬房顫波是根據(jù)Stridh等提出的模型[7]產(chǎn)生的。該模型利用M-1個(gè)諧波合成鋸齒狀波形來(lái)模擬房顫信號(hào)，用頻率和幅度隨時(shí)間變化的諧波模擬房顫的非平穩(wěn)特性，可以模擬出房顫信號(hào)f波在3～12 Hz的波動(dòng)情況。在第1類ECG數(shù)據(jù)的第l導(dǎo)聯(lián)中加入的模擬房顫波產(chǎn)生方法如式(1)～式(3)所示。

(1)

(2)

(3)

式中，M為鋸齒波的個(gè)數(shù)，a為房顫波的幅度，Δa是房顫波幅度的變動(dòng)范圍，fa代表房顫波幅度的變化頻率，f0為房顫波波動(dòng)的中心頻率，ff為中心頻率的波動(dòng)幅度，Δf為中心頻率的最大波動(dòng)范圍。

將模擬房顫波加入到第1類數(shù)據(jù)中，可以得到4 026心拍房顫伴室早和949心拍房顫伴差傳的模擬數(shù)據(jù)，稱為第3類數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)心臟電生理專家鑒別，在4 026心拍房顫伴室早數(shù)據(jù)中，248心拍被認(rèn)定為發(fā)病段，在949心拍房顫伴差傳數(shù)據(jù)中,149心拍被認(rèn)定為發(fā)病段。兩類發(fā)病段均具有寬大畸形的QRS波群特征。

2.2鑒別參數(shù)的確定

對(duì)于室性早搏和差異性傳導(dǎo)，臨床上可以通過(guò)QRS波形態(tài)以及是否存在P波來(lái)鑒別這兩種病癥。室性早搏的QRS波群存在畸形且其前無(wú)相應(yīng)的P波；差異性傳導(dǎo)的QRS波群變異度比室性早搏的更小，其前必然存在P波。房顫發(fā)生時(shí)，室性早搏和差異性傳導(dǎo)在心電圖上的特征會(huì)發(fā)生較大的變化[8-9]，導(dǎo)致房顫時(shí)室早與差傳的鑒別十分困難?？偨Y(jié)起來(lái)，房顫伴室早與伴差傳的典型差異性心電圖特征如表1所示。由于不同類型房顫的ECG表現(xiàn)不同，所以，相當(dāng)一部分房顫伴室早與差傳病人的ECG在表1參數(shù)上不存在差異。然而，類代償間期是鑒別房顫時(shí)出現(xiàn)室早還是差傳較為剛性的參數(shù)[10]，目前在臨床上得到了廣泛應(yīng)用。

表1 房顫伴室早與差傳的常見(jiàn)差異性心電圖特征Tab.1 The differential ECG characteristics between AF with PVC and AF with AVC

在心電圖上，無(wú)論有房顫或無(wú)房顫，室性早搏與差異性傳導(dǎo)在(類)代償間期和律聯(lián)間期上都存在著較大差異，共同點(diǎn)是寬大畸形QRS 波的出現(xiàn)?？紤]到不同類型房顫病人的個(gè)體差異對(duì)心電圖RR間期產(chǎn)生的影響，因此,本文選擇寬大畸形QRS 波群前后兩個(gè)相鄰R-R間期之比值作為鑒別房顫伴室早與伴差傳的特征參數(shù)。該參數(shù)實(shí)質(zhì)是類代償間期和聯(lián)律間期比值的直接反映，因此，我們簡(jiǎn)稱該參數(shù)為類聯(lián)比。

2.3方法

鑒別房顫伴室早與伴差傳方法的設(shè)計(jì)思想是：首先對(duì)待檢測(cè)ECG信號(hào)作預(yù)處理，然后準(zhǔn)確定位待檢測(cè)ECG的每一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)QRS-T特征波；在此基礎(chǔ)上，識(shí)別寬大畸形QRS 波群，提取對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相鄰RR間期，計(jì)算類聯(lián)比；最后，將類聯(lián)比與一個(gè)給定的鑒別閾值進(jìn)行比較，作出判別。

2.3.1預(yù)處理

對(duì)ECG記錄作預(yù)處理的目的是要去除基線漂移、工頻干擾以及實(shí)現(xiàn)R峰的初步定位。采用移動(dòng)窗口中值平均法去除心電信號(hào)中的基線漂移，采用帶寬為(0.5～40 Hz)的帶通濾波器消除ECG中的工頻干擾。

R峰檢測(cè)算法已經(jīng)比較成熟，大多數(shù)方法在正常ECG上定位R峰的性能均十分優(yōu)秀，定位準(zhǔn)確率達(dá)到99%以上。寬大QRS波群是室性早搏和差異性傳導(dǎo)的顯著特征之一，房顫將加劇QRS波群的形態(tài)變化。然而，大多數(shù)R峰檢測(cè)算法在寬大畸形的QRS波群上檢測(cè)R峰時(shí)容易出現(xiàn)誤檢和漏檢。根據(jù)房顫伴室早與伴差傳的ECG特點(diǎn)，對(duì)比分析現(xiàn)有R峰檢測(cè)算法[11-16]的適應(yīng)性后，最終選定自動(dòng)閾值平方函數(shù)法[16]來(lái)定位R峰。通過(guò)大量數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)閾值平方函數(shù)法錯(cuò)誤定位R峰全部出現(xiàn)在寬QRS波群(即所感興趣的發(fā)病段)上?？蓮拇龣z測(cè)ECG中識(shí)別寬QRS波群，再對(duì)其R峰位置進(jìn)行重新定位。

2.3.2寬QRS波群R峰位置修正

主要包括5個(gè)步驟。

步驟1：建立標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)波形模板?；鶞?zhǔn)波形模板用來(lái)反映正常QRS波群的形態(tài)，因此，只有正常形態(tài)的QRS波群才能參與基準(zhǔn)波形模板的生成與更新。首先計(jì)算兩個(gè)相鄰RR間期的比值，若比值滿足式(4)，則判斷第i個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)的QRS波群可以參加基準(zhǔn)波形模板的生成。

(4)

式中，RR(i)是第i個(gè)心動(dòng)周期的R-R間期長(zhǎng)度，這里定義為第i個(gè)R峰到第i+1個(gè)R峰之間的間隔；thr1和thr2為選取基準(zhǔn)模板閾值的下限和上限。后面將結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹其選取方法和數(shù)值大小。然后，以當(dāng)前QRS波群為起點(diǎn)，向后取連續(xù)n個(gè)心動(dòng)周期，以R峰位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)齊每一個(gè)新心動(dòng)周期；接著，以R峰位置為模板中心點(diǎn)，前后取l個(gè)采樣點(diǎn)為模板長(zhǎng)度，求得其平均值作為QRS波群的基準(zhǔn)波形模板。

步驟3：基準(zhǔn)波形模板更新。由于測(cè)量環(huán)境及患者的行為對(duì)記錄的心電信號(hào)有較大影響，會(huì)導(dǎo)致其形態(tài)發(fā)生一定的改變。因此，基準(zhǔn)波形模板需要?jiǎng)討B(tài)更新來(lái)適應(yīng)ECG信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化。如果當(dāng)前波段與基準(zhǔn)波形模板匹配程度很高，相關(guān)系數(shù)r高于r1時(shí)，則將當(dāng)前波段按一定比例加入基準(zhǔn)波形模板，表示為

(5)

式中，DomWave是指基準(zhǔn)波形模板，ObjWave為符合上述相關(guān)度要求的當(dāng)前波段。模板更新之后，待檢測(cè)波段移至下一個(gè)心電周期并返回步驟2。

步驟4：寬QRS波群中R峰位置修正。為了提高R峰位置修正精度，將錯(cuò)誤定位的R峰分為漏檢和誤檢兩種情況。若待檢測(cè)波段與基準(zhǔn)波形模板匹配相關(guān)度r低于r2，則判定R峰在寬QRS波群中可能被誤檢。提取當(dāng)前QRS波前一個(gè)心動(dòng)周期的T波末端至后一個(gè)心動(dòng)周期Q波起始點(diǎn)之間的ECG信號(hào)，并執(zhí)行一階差分運(yùn)算。若結(jié)果同時(shí)滿足下列3個(gè)條件：

(1)存在2個(gè)或2個(gè)以上峰值大于thr4AR(R峰幅度)的波峰；

(2)存在負(fù)正雙向波；

(3)原檢測(cè)的R波之后無(wú)波峰出現(xiàn)。

則將波峰中第一個(gè)絕對(duì)值大于thr4AR的波峰判定為正確的R峰，修正該QRS波群的R峰位置，轉(zhuǎn)到步驟5。否則，R峰位置保持變，并將待檢測(cè)波段移至下一個(gè)心動(dòng)周期，返回到步驟2。

若rr大于thr4時(shí)，則判定R峰在寬QRS波群中可能被漏檢，對(duì)當(dāng)前QRS波群前一個(gè)心動(dòng)周期T波末端至下一個(gè)心動(dòng)周期Q波起始點(diǎn)的ECG段進(jìn)行搜索。若存在兩個(gè)以上的波峰，則采用先前的R峰定位方法重新在該段ECG中定位R峰位置，并更新R峰位置記錄。

步驟5：結(jié)束當(dāng)前QRS波群修正，待檢測(cè)波段后移至下一個(gè)心動(dòng)周期并重復(fù)步驟2。

2.3.3發(fā)病段QRS 波群識(shí)別

房顫伴室早與伴差傳病人發(fā)病段ECG的QRS 波群均具有寬大畸形的特征。由于QRS波群形態(tài)多樣，再加上房顫波的干擾，所以形態(tài)學(xué)方法(如相關(guān)系數(shù))容易將房顫時(shí)正常形態(tài)的QRS波群誤檢為發(fā)病QRS波群。為此，采用輪廓限圍方法[18]來(lái)識(shí)別寬大畸形的QRS波，以提高檢測(cè)發(fā)病段寬QRS波群的準(zhǔn)確性。輪廓限圍匹配方法的基本原理是以基準(zhǔn)波形模板為中心，構(gòu)造一個(gè)波形輪廓的上限和下限，形成波形檢測(cè)的輪廓窗口。其輪廓上、下限的計(jì)算公式為

波形輪廓上限=基準(zhǔn)波形+K

(6)

波形輪廓上限=基準(zhǔn)波形-K

(7)

式中，K為人工設(shè)定常量。定義當(dāng)待檢測(cè)波段未落在上述輪廓區(qū)域內(nèi)的部分與該波段長(zhǎng)度的比值小于一定的容錯(cuò)率thr5時(shí)，則識(shí)別待檢測(cè)波段包含正常形態(tài)的QRS波群。否則，識(shí)別為包含寬大畸形的QRS波群。

2.3.4計(jì)算類聯(lián)比

提取一個(gè)發(fā)病段QRS 波群的前后兩個(gè)RR間期，計(jì)算二者的比值就可以得到類聯(lián)比。根據(jù)房顫伴室早和伴差傳數(shù)據(jù)的類聯(lián)比分布確定其閾值。由于房顫伴室早存在類代償間期，而房顫伴差傳不存在，因此，把類聯(lián)比大于閾值時(shí)，判定為房顫伴室早，反之，則判為房顫伴差傳。

3 結(jié)果

3.1參數(shù)與閾值的選取

表2 模擬房顫波產(chǎn)生參數(shù)[7]Tab.2 The used parameters in the generation of simulated AF waves[7]

表3 正常QRS波群相鄰RR間期比值的分布Tab.3 The distribution of the ratio of the adjacent RR interval of the normal QRS complexes

在綜合考慮正常(通常情況下正常形態(tài)QRS波群寬度不超過(guò)110 ms)、室早和差傳的可能QRS波群長(zhǎng)度和ECG信號(hào)的采樣率(360 Hz)后，選取基準(zhǔn)模板長(zhǎng)度l為45個(gè)采樣點(diǎn)(即125 ms)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)r1取0.95和r2取0.8時(shí)，可以最大限度地搜索到易出現(xiàn)R峰定位錯(cuò)誤的寬QRS波段。thr3的取值與寬QRS波情況下R峰的漏檢有關(guān)，取該閾值為1.5。正常情況下，Q峰不超過(guò)同導(dǎo)聯(lián)R峰的1/4，為了減少重新定位過(guò)程中誤將Q波定位為R波，取thr4為1/4。輪廓限圍方法中輪廓的上、下限K取為12，容錯(cuò)率thr5取為10%，即待檢測(cè)波段未落入該輪廓區(qū)域內(nèi)的部分應(yīng)不超過(guò)基準(zhǔn)波形模板長(zhǎng)度5個(gè)采樣點(diǎn)。

第3類數(shù)據(jù)的類聯(lián)比分布如圖1所示。其中，淺灰色代表房顫伴室早的分布，深灰色代表房顫伴差傳的分布。由此可知，兩類數(shù)據(jù)的類聯(lián)比分布存在明顯差異，當(dāng)其閾值取為1.2時(shí)，可以將兩類疾病分開(kāi)，進(jìn)一步說(shuō)明類聯(lián)比可以作為區(qū)分房顫時(shí)室早與差傳的鑒別參數(shù)。

圖1 第3類數(shù)據(jù)的類聯(lián)比分布Fig.1 The RRR distribution of the third class of data

3.2模擬數(shù)據(jù)的有效性驗(yàn)證

為了說(shuō)明所構(gòu)建的模擬數(shù)據(jù)的有效性，對(duì)真實(shí)房顫伴室早數(shù)據(jù)(第2類)和模擬房顫伴室早數(shù)據(jù)的類代償與聯(lián)律間期比值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。其平均值及均方差如表4所示，分布直方圖如圖2所示。

表4 真實(shí)和模擬房顫伴室早數(shù)據(jù)的類代償與聯(lián)律間期比值的平均值及均方差Tab.4 The mean and the mean square of the ratio of coupling interval and compensatory pause for the real AF with PVC data and the simulated AF with PVC data.

圖2 真實(shí)和模擬房顫伴室早數(shù)據(jù)的類代償與聯(lián)律間期比值分布情況Fig.2 The distribution of the ratio of coupling interval and compensatory pause for the real AF with PVC data and the simulated AF with PVC data.

雖然類代償與聯(lián)律間期分別會(huì)受到房顫波的影響，產(chǎn)生相應(yīng)的改變，但二者的比值(類聯(lián)比)可以在很大程度上抵消上述變化。通過(guò)分析表4和圖2可知，真實(shí)和模擬數(shù)據(jù)的類代償與聯(lián)律間期的比值具有相似的統(tǒng)計(jì)特性，表明采用第3類模擬數(shù)據(jù)驗(yàn)證本文方法是可行和有效的。

3.3寬QRS波中R峰修正的準(zhǔn)確性

由于專家為第1類數(shù)據(jù)標(biāo)注了453心拍“金標(biāo)準(zhǔn)”的寬QRS波群和4 452跳形態(tài)正常的QRS波群，所以選擇第1類數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證R峰修正算法的準(zhǔn)確性，并與修正前的自動(dòng)閾值平方函數(shù)法[16]進(jìn)行比較。結(jié)果采用誤檢率(FDR)、靈敏度(Se)和陽(yáng)性預(yù)測(cè)率(+P)來(lái)評(píng)估，如式(8)～(10)所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

誤檢率=(FP+FN)/(TP+FP+TN+FN)

(8)

靈敏度=TP/(TP+FN)

(9)

陽(yáng)性預(yù)測(cè)率=TP/(TP+FP)

(10)

式中，F(xiàn)P(假陽(yáng)性)是指錯(cuò)誤檢測(cè)的R波峰數(shù)；FN(假陰性)是指漏檢的R波峰數(shù)；TP(真陽(yáng)性)是指正確檢測(cè)的R波峰數(shù)。

表5 本算法與文獻(xiàn)[16]算法在第1類數(shù)據(jù)中R波檢測(cè)結(jié)果Tab.5 The detection results of R wave of the proposed algorithm and the Ref.16 in the first class of data.

由此可見(jiàn)，本算法可以在其中436心拍的寬QRS波群中正確定位R峰位置，在錯(cuò)誤定位的17心拍R峰中，漏檢12心拍和誤檢5心拍；而文獻(xiàn)[14]算法只能正確定位393心拍R峰位置，錯(cuò)誤定位60心拍，其中29心拍為漏檢，31心拍為誤檢。通過(guò)計(jì)算可得，采用本R峰修正算法后，R峰定位的準(zhǔn)確率、靈敏度和陽(yáng)性預(yù)測(cè)率分別達(dá)到了99.66%、99.76%和99.90%，均高于文獻(xiàn)[16]算法的對(duì)應(yīng)指標(biāo)(98.79%、99.41%和99.37%)。因此，所提出的R峰修正算法方法能夠在寬QRS波群中降低傳統(tǒng)方法的R峰誤檢和漏檢率，提高R峰定位的準(zhǔn)確性。

3.4鑒別結(jié)果

采用第3類模擬數(shù)據(jù)驗(yàn)證所提出的量化鑒別方法，結(jié)果用靈敏度和陽(yáng)性預(yù)測(cè)率來(lái)評(píng)估，如表6所示。從表6可知，利用所提出的類聯(lián)比值作為鑒別兩種房顫伴寬QRS波病癥的參數(shù)，正確鑒別為房顫伴室早達(dá)到231心拍；將房顫伴室早錯(cuò)誤鑒別為房顫伴差傳有4心拍；正確鑒別為房顫伴差傳有145心拍；將房顫伴差傳錯(cuò)誤鑒別為房顫伴室早有17心拍。因此，本方法鑒別房顫伴室早的靈敏度和陽(yáng)性檢測(cè)率分別為93.15%和98.30%，鑒別房顫伴差傳的靈敏度和陽(yáng)性檢測(cè)率分別為97.32%和89.51%。

表6 本方法鑒別房顫伴室早與房顫伴差傳的結(jié)果Tab.6 The discrimination results between AF with PVC and AF with AVC using the proposed method

4 討論和結(jié)論

由于MIT-BIH數(shù)據(jù)庫(kù)中只有552心拍“金標(biāo)準(zhǔn)”的房顫伴室早ECG數(shù)據(jù)，所以我們結(jié)合真實(shí)臨床室早與差傳ECG和模擬房顫波構(gòu)建了模擬房顫伴室早與伴差傳數(shù)據(jù)。我們的研究表明，真實(shí)房顫伴室早與模擬房顫伴室早數(shù)據(jù)的類聯(lián)比具有相似的統(tǒng)計(jì)特性，證實(shí)了模擬數(shù)據(jù)的有效性和可行性。

房顫伴室早與伴差傳都屬于寬QRS波疾病。然而，在寬QRS波情況下傳統(tǒng)R波檢測(cè)算法的性能大幅下降，影響到鑒別兩類疾病的準(zhǔn)確性。本文提出的R波檢測(cè)改進(jìn)算法比傳統(tǒng)相關(guān)方法[16]在寬QRS波情況下具有更好的敏感性和準(zhǔn)確性，其臨床適用性強(qiáng)。

臨床上，一般認(rèn)為房顫伴差傳不存在類代償間期，即房顫伴差傳出現(xiàn)的寬QRS波后一間期應(yīng)不大于該段心電信號(hào)的竇性節(jié)律時(shí)的RR間期。因此，臨床醫(yī)生常采用類代償間期[3]來(lái)鑒別房顫伴室早與房顫伴差傳。將本方法和類代償間期方法同時(shí)用于檢測(cè)第2類真實(shí)房顫伴室早數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，本方法能夠全部正確鑒別這組數(shù)據(jù)中的房顫伴室早信號(hào)，而類代償間期方法誤將其中4跳判斷為房顫伴差傳信號(hào)。用模擬房顫伴室早與伴差傳數(shù)據(jù)，本方法的靈敏度和陽(yáng)性檢測(cè)率分別達(dá)到了93.15%和98.30%。所提出方法優(yōu)于類代償間期法的主要原因可能是房顫時(shí)寬QRS波后間歇期產(chǎn)生變化，而這一變化主要是由于在房顫發(fā)作時(shí)，室性早搏或差異性傳導(dǎo)可能產(chǎn)生逆向傳導(dǎo)的生理電信號(hào)使得之后的房顫波不能下傳，導(dǎo)致之后的RR間期產(chǎn)生變化。

因此，本研究提出的類聯(lián)比方法對(duì)于提高臨床上房顫伴室早與伴差傳的鑒別準(zhǔn)確性具有重要指導(dǎo)意義。

在未來(lái)研究中，我們將進(jìn)一步提高在一些特殊情況(例如，后一個(gè)寬QRS波段出現(xiàn)在前一周期的T波位置)下R峰的定位精度，對(duì)聯(lián)律前R-R間期長(zhǎng)度與寬大畸形QRS波變異率的關(guān)系進(jìn)行研究，以進(jìn)一步提高鑒別房顫伴室早與房顫伴差傳的準(zhǔn)確性。

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StudyontheQuantificationforDiscriminationofAtrialFibrillationwithPrematureVentricularContractionandAberrantVentricularConduction

Qian Mengyao Rao Nini#*Liu Dingyu Yang Yang Zhang Ying Wan Yongli

(SchoolofLifeScience&Technology,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,China)

For the clinical diagnosis of AF with premature ventricular contraction (AF with PVC) and AF with aberrant ventricular conduction (AF with AVC),there are no recognized standards,which make it very difficult for a cardiologist to accurately discriminate the two diseases.This paper intends to develop a high-accuracy calculation method to discriminate between these two types of diseases.Methods：By analyzing clinical features of AF with PVC and AF with AVC,we confirmed the ratio between coupling interval and compensatory pause as the identifiable characteristic parameter.The electrocardiogram (ECG) signal that to be detected was preprocessed,then we located QRS-T characteristic waves during each cardiac cycle of ECG signal.On this basis,we identified the wide freak QRS complexes,extract the two adjacent R-R intervals corresponding to the coupling interval and compensatory pause in a wide freak QRS complex,and calculate their ratio.After comparing with a given discrimination threshold,the types of diseases were judged.Results：The 10 record data for the algorithm validation were downloaded from the MIT-BIH Arrhythmia Database,which include 4 026 and 949 beats of atrial fibrillation with premature ventricular contraction and with aberrant ventricular conduction,a total of 4 975 beats.For the mixed data containing AF with PVC and AF with AVC,the sensitivity and the positive predictive value of proposed method to discriminate AF with PVC reached 93.15% and 98.30% respectively,which are better than that of traditional methods.Conclusions：The ratio between the coupling interval and compensatory pause can take the place of coupling interval,which is commonly used to discriminate between AF with PVC and AF with AVC at present.This work provides guidance in the diagnostic accuracy of AF with PVC and AF with AVC.

AF with premature ventricular contraction; AF with aberrant ventricular conduction; discrimination; coupling interval; compensatory pause

10.3969/j.issn.0258-8021.2015.02.001

2014-10-23，錄用日期:2014-11-30

國(guó)家自然科學(xué)基金(81171411)

R318

A

0258-8021(2015) 02-0129-07

# 中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)會(huì)員(Member,Chinese Society of Biomedical Engineering)

*通信作者(Corresponding author)，E-mail:raonn@uestc.edu.cn