高频心电技术研究进展.pdf

Chinese Journal of Biomedical Engineering2023年8 月August2023中医国生No.4Vol.42程报物学学42卷4期高频心电技术研究进展邢彦涛1李嘉懿1肖志军1李建清1,2刘澄玉1#*（东南大学仪器科学与工程学院，生物电子学国家重点实验室，南京210096)2（南京医科大学生物医学工程与信息学院，南京211166)摘要：心电图的发明为心血管疾病的诊断、预防与治疗提供了丰富的信息，然而心电图背后的信息却远不止这些。新一代高频心电技术能够挖掘更深层次的人体生理信息，进一步弥补常规心电在心肌缺血诊断以及自主神经系统状态评估上的不足。从高频心电技术的原理及发展历史出发，分别在信号传感、采集系统、信号去噪以及特征工程等4个方面对高频心电的关键技术进行综述。基于这些技术的发展，进一步总结高频心电技术在心肌缺血和自主神经系统状态评估方面的临床实践和应用成果，并对高频心电在实际应用中的技术局限及未来发展进行分析与讨论。关键词：高频心电；智慧医疗；大数据；特征工程中图分类号：R318文献标志码：A文章编号：0 2 58-8 0 2 1(2 0 2 3)0 4-0 46 1-14Research Progress of High Frequency ElectrocardiographyLi JianqingXing YantaolLi JiayilXiao Zhijun1,2Liu Chengyu1#*(State Key Laboratory of Bioelectronics,School of Instrument Science and Engineering,Southeast University,Nanjing 210096,China)2(School of Biomedical Engineering and Informatics,Nanjing Medical University,Nanjing 211166,China)Abstract:The invention of the electrocardiogram provides rich information for the diagnosis,prevention,andtreatment of cardiovascular diseases,but the information behind the electrocardiogram is far more than that.Thenew generation of high-frequency ECG technology can mine deeper human physiological information and furthermake up for the shortcomings of conventional ECG in the diagnosis of myocardial ischemia and the evaluation ofautonomic nerves system status.Starting from the principle and development history of high-frequency ECGtechnology,this paper summarized the key technologies of high-frequency ECG technology in four aspectsincluding signal sensing,acquisition system,signal denoising,and feature engineering.Based on thedevelopment of these technologies,this paper further summarized the achievements and applications of high-frequency ECG technology in the clinical practice of myocardial ischemia and autonomic nerves system statusassessment,and analyzed and discussed the technical limitations of high-frequency ECG in practical applicationand the future development direction.Key words:high frequency ECG;intelligent medical treatment;big data;feature engineering引言中国心血管病报告2 0 2 1指出，我国每年因心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）死亡的人数占据各类疾病的首位，达到40%以上。伴随着年龄的增加，心血管疾病的发病率呈现逐渐上升的趋势。而我国的人口老龄化正在加速发展，6 0 岁及以上老年人口比例将从2 0 10 年的12.4%增长到2 0 40年的2 8%2 ,对于我国的人口健康问题提出了巨大的挑战。近年来，数字医疗技术的深入发展，为基doi:10.3969/j.issn.0258-8021.2023.04.009收稿日期：2 0 2 2-0 8-11，录用日期：2 0 2 2-0 9-2 6基金项目：国家自然科学基金（6 2 17 112 3，6 2 0 7 12 41)#中国生物医学工程学会高级会员（Seniormember，Ch i n e s e So c i e t y o f Bi o me d i c a l En g i n e e r i n g）*通信作者（Corresponding author),E-mail：c h e n g y u s e u.e d u.c n462中42卷生医报学程国学物于生理信号的研究奠定了良好基础，对于海量生理信号数据，尤其是对心电相关数据的研究，虽已取得一定成果并获得一些临床应用 3，但仍难充分解释生理信号所蕴含的丰富信息。为了促进有效防治心血管疾病，推动国家主动健康战略发展，呕待深入挖掘心电信号潜在的有益信息。因此，对高频心电的研究便是其中的重要方向。高频心电（high frequency electrocardiogram，HFECG)指的是使用更高采样率采集的心电图，不仅拥有常规心电图（electrocardiogram，ECG）心电信息，还有助于挖掘更深层次的生理信息 4。例如，高频心电可以实现对心肌缺血 5 快速无创检测,对部分慢性心血管疾病具有重要的辅助诊断价值，已逐渐引起心血管临床工作者的关注 6 。此外，高频心电还被应用到自主神经系统状态的评估中，NatureProtocol发表的关于同时无创记录心电图和皮肤交感神经活性的研究成果，详细阐述了利用高频心电评估自主神经系统状态的临床协议 7 此外，由于其无创性、易用性，高频心电能够用于心血管疾病尤其是慢性心血管疾病的筛查以及自主神经系统状态的评估，从而实现患者的早期诊断以及风险分层，对于我国重点发展的主动健康方向意义重大，能够有效节省医疗成本，缓解紧缺医疗资源。文中首先阐述高频心电的获取机理以及发展历程，然后从传感、采集、特征角度分别综述其涉及的核心技术，尤其是对基于高频心电的关键应用进行全面的阐述和对比，最后对呕待解决的关键问题与未来挑战进行剖析与展望。1基本概念和发展历程1.1高频心电获取机理高频心电图，顾名思义，指比常规心电图有效频率范围更高的心电信号，是在常规心电图基础上发展起来的一项诊断技术 8 。常规心电图的有效频带通常在0.0 5 150 Hz9，而高频心电图则关注1501000Hz的高频成分 10 。高频心电除了可以利用QRS波上的高频成分例如切迹、碎裂波 等特征来辅助诊断心肌缺血外，频率成分更高的皮肤交感神经活性（skin sympathetic nerve activity，SKNA）为实时自主神经系统状态评估提供了新的手段 12 心脏泵出血液的收缩和舒张节律由心电活动控制。正常情况下，窦房结规律的电冲动经过传导系统使心肌产生电信号，继而产生微小电流通过身体组织传导到体表，使得体表的不同部位产生不同的电位 8 。这种不同的电位可以通过放置在体表的电极感知 13。而缺血性心肌在除极过程中因传导速度减缓或连续性中断则会产生碎裂电位，这种碎裂波可以通过高频心电展现 14。此外，人体皮肤组织中还遍布有丰富的交感神经 15,因此，交感神经活性也可以通过体表的高频心电信号的改变来分析。图1显示了Valsalva动作（valsalvamaneuver，VM)期间获取的高频心电典型示例16 。VM能够增加血压、心率和交感神经活性水平 17 。如图1所示，副交感神经起源于脑干（绿线），而交感神经起源于脊髓（红线），星状神经节向心脏和皮肤发送节后交感神经纤维。电极可以测量皮下交感神经活性，以反映心脏交感神经活性。心电高频信号的变Valsalva动作1.0交感神经节链0.50副交感-0.519080心脏交感7060电极060(A)VNYS50F皮肤-50交感神经Time(s)图1高频心电的获取原理以及Valsalva动作下的典型信号 6 Fig.1The acquisition principle of HFECG and the typical signal diagram under the Valsalva maneuver 164634期邢彦涛，等：高频心电技术研究进展化反映了交感神经活性的激活【18 ，也就是SKNA信号，如图1的红色虚线框所示。SKNA信号是由一系列神经激活的运动单元产生的复合动作电位的综合行为。已有研究表明，SKNA信号的异常波动是心律失常开始和终止的关键指标19 1.2高频心电发展历程1869年-18 7 0 年，AlexanderMuirhead在攻读博士学位期间使用汤姆森虹吸记录仪首次成功记录人类心脏的电生理活动 19 。此后，心电图由于其蕴含的丰富生理信息与临床应用价值，逐步在临床医疗、健康管理等领域发挥重要作用。150 Hz以下低频段心电图具有鲜明的节律性，研究人员基于此进行了广泛而深人的生理学和病理学研究。随着检测技术和基础研究的发展，人们发现心电信号的高频成分与一些心脏和神经活性的生理机制存在重要关联，高频心电信号的研究逐渐成为了心电图领域的重要分支，其发展脉络如图2 所示。1917年，Oppenheimer20发现心电图QRS波上存在细小切迹。随后，多项研究证实这一发现 2 1-2 3，高频心电能够展示常规心电图所掩盖的生理变化，但主体研究聚焦检测手段的改进，尚未有研究说明高频成分变化的临床解释。19 53年Langner24使用带有直流放大器和前置放大器的阴极射线示波器记录健康人群与确诊过心肌梗塞的患者的12 导联心电图，发现患者人群高频QRS波的切迹（notching）、扭挫（sluring）及顿结（beading）发生率显著高于健康人群。该研究首次将高频心电与临床病理学结合。此后,基于高频心电的诊断方法被应用于多种心脏疾病检测中，如心肌炎 2 5心肌肥厚 2 6 等。张春华等 2 7 将高频心电诊断冠心病与临床金标准冠状动脉造影进行对比,两者诊断结果符合率较高，为8 3.7%。相较于常规心电图根据ST-T段是否异常判断冠心病，高频心电能早于常规心电图指示异常，并且具有更高的诊断率2 8 2 9 O高频心电所反应的心脏细节的变化逐步在临床诊断、预后评估等应用中发挥巨大的应用价值。1973年Langer等 30 进一步扩大研究人群数量，基于对10 0 位健康对象与7 6 位心肌梗死预后良好的患者的对比分析，提出一个初步诊断冠心病患者的标准：3个最大肢体导联和的总切迹数3,并验证假阳性率为8%，假阴性率为7%。该标准后成为高频心电诊断研究的重要参考，我国第四届高频心电图研究会基于此标准制定了关于高频心电图操作规范和判断标准的建议 31。此外，相关研究通过频域 32 和三维谱分析 33 的方法对高频心电进行特征提取。但主体研究都基于高频QRS波形及特征，且频率多集中在150 50 0 Hz的中高频段。2015年，Jiang等 15 提出了一种全新的体表高频心电信号SKNA。该技术是利用高频采集设备获取体表皮肤电信号，并从中滤出50 0 10 0 0 Hz频段信号得到SKNA。相较于心电信号，SKNA信号具有频段高、幅值低，且波形失去节律性的显著特点。在犬的临床试验中，经蜂毒明肽注射实验验证，SKNA信号与直接记录的星状神经节神经活性（s t e l l a t e g a n g l i o n n e r v e a c t i v i t y，SG NA）具有良好的相关性。其中SCNA信号代表交感神经活性，说明SKNA信号可作为交感神经活性评估的一种新方法。2 0 16 年，Doytchinova等【12 首次在人体采用体表心电图机同时记录心电图及SKNA来评估交感神经活性，在冷水加压实验（cold waterpressor test，CPT）和VM等交感神经显著变化场景下，证实SKNA信号可较好地区分交感神经变化间期和平稳间期。此后，多项研究验证了SKNA可以有效评估房颤患者 34、阻塞性睡眠呼吸暂停患者 35 和血液透析患者 36 等群体的交感神经活性变化。SKNA信号区别于传统的高频心电，研究方法不再关注QRS波形，而是更高频段下的信号统计学特征与幅频能量。随着近年来的研究深入，SKNA方法逐步首次发现心电高频心电评估交感神高频心电评估国外提出简化版心肌图QRS波.上存经活性的概念首次在交感神经的完缺血诊断标准在细小切迹动物实验中验证整协议被提出18721953199320161917197320152020首次记录到研究发现冠心病患者国内制定了关于高频进一步在志愿者中心电信号心电高频成分发生率心电图操作规范和判断验证高于健康人群标准的建议图2高频心电技术发展脉络Fig.2Development of HFECG Technology464中42卷医国程报学物学成为高频心电研究的重要分支，尽管临床基础研究对于SKNA的机制并不清楚，但其采集无创性与评估有效性使其在交感神经活性评估方面应用前景广阔。2关键技术2.1信号传感各类电生理信号可以通过将非侵入性电极放置在皮肤表面上获得，以充当身体和测量系统之间的导电接口。因此，电极的性能对获得的信号质量至关重要。随着材料和纳米技术的发展，许多研究者已经开发了多种类型的电极用于临床和穿戴式应用场景 37 。例如，传统湿电极在信号采集方面表现优异，广泛用于临床应用 38 。这种电极在测试前通常会预凝胶或注入凝胶。凝胶可以降低电极-皮肤界面的等效电阻并提高其稳定性 39】，例如基于聚3,4亚乙基二氧噻吩40 和聚吡咯（polypyrrole，PPy）41 都是常用的凝胶材料。然而，一些凝胶材料在长期使用后可能会引起皮肤刺激和性能下降。干电极，即非凝胶电极，恰好解决了湿电极无法适应长期可穿戴的缺点 42 。与标准化湿电极相比，由于材料(43、接触面积 4、极化 45 和表面粗糙度 46 的不同，干电极的电气性能存在显著差异。因此，干电极的应用存在一些问题，如运动伪影 47 、电磁干扰 48 和振幅不一致【49 等。由于高频心电信号的频谱与ECG信号不同，振幅也低得多。因此,对于电极的要求两者也存在一定的差异，具体在于：1)高频心电更微弱,因此要求电极与皮肤接触界面的阻抗更低；2)由于有效频带的不同，对抗运动伪迹的要求比常规心电略低，但对于阶跃干扰以及电磁干扰要求高于常规心电电极。目前，虽然大多数文献中仍使用普通心电电极记录高频心电信号，但更深入的研究对高频心电信号电极的性能提出了更新的要求，尤其是从频谱和阻抗方面。图3为一些不同结构的典型电极。湿电极仍是临床上记录高频心电的最佳选择 48 ，柔性可粘附电极由于其良好的延展性以及较低的阻抗，在高频心电记录应用上表现了更大的潜力。这种类型的电极包括：Wang等 43 设计了一种类似于皮肤的电子聚合物，具有良好的可伸缩性和附着力；Zhang等 50 基于聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸酯poly（3，4-e t h y l e n e d i o x y t h i o p h e n e）：p o l ySmn5mm(a)(b)After16h(c)(d)5.7.cm(e)Graphene-cladTextile6.3cm(f)(g)图3不同结构电极的代表性工作。金属电极：（a)AgNW干电极 51；（b）聚二甲基硅氧烷（PDMS）基银纳米线电极 52 ；柔性粘附电极：（c)电子皮肤聚合物电极 43;(d)基于PEDOT:PSS薄膜的聚合物电极 50 ;织物电极：（e）刺绣心电电极【54)；(f)经PEDOT:PSS处理的新型纺织电极【53；（g）导电石墨烯层涂层电极 55Fig.3Representative work of electrodesswithdifferent structures.Metal electrode:(a)AgNW dryelectrode51;（b）Po l y d i me t h y l s i l o x a n e（PD M S）-based Silver Nanowire Electrode52;Flexible adhesiveelectrode:(c)Electronic skin polymer electrode43;（d）Po l y m e r e l e c t r o d e b a s e d o n PED O T:PSSfilms0);Fabric electrode:（e）Emb r o i d e r y ECGelectrode54;(f)A new textile electrode treated withPEDOT:PSs5);（g）Co n d u c t i v e g r a p h e n e l a y e rcoated electrode55（s t y r e n e s u l f o n a t e）,PED O T:PSS薄膜开发了一种聚合物电极，具有优异的自粘性、拉伸性和导电性，并且在汗液分泌下性能几乎不受影响。由于金属电极与皮肤直接接触，不包含粘附材料，因此需要一定的外部压力保持其与皮肤的良好接触。这类电极通常在静态下可保持较好的性能，而动态下很容易出现运动伪迹以及静电噪声，尤其对于高频成分而言，这类噪声很容易掩盖真实的信号造成错误解释。代表性的研究有Qin等 51 设计的基于银纳米线（silvernanowire，A g NW）的干电极，对于信号采集的质量拥有媲美湿电极的性能；Kisannagar等 52 通过真空过滤方法在聚二甲基硅氧烷4654期邢彦涛，等：高频心电技术研究进展（p o l y d i me t h y l s i l o x a n e,PD M S）基的基干电极上绘制银纳米线，与湿电极相比性噪比相当，且没有细胞毒性作用。织物电极也是无凝胶电极的一种，同样也需要一定的压力来保持稳定的接触，与金属电极不同，这类电极由于采用了编织结构，其摩擦力相对更大。在这种摩擦力的作用下，运动伪影对织物电极获取信号所造成的干扰相对较小。因此，综合织物电极与智能衣服的可扩展性，织物电极可能是高频心电用于穿戴式场景的理想方案。代表性的研究有:Pani等 53 制作了一种经PEDOT:PSS处理的新型纺织电极，能够在湿和干的条件下工作，并且在湿性条件下可与传统的一次性凝胶 Ag/AgCl电极相媲美或更好；Ankhili等 54 开发了一种可洗涤的刺绣心电图带，在多次洗涤后性能下降不显著;Yapici等 5 通过将尼龙织物浸在还原氧化石墨烯溶液中，以使织物周围的导电石墨烯层进行保形涂层来制备电极，新型石墨烯包层纺织电极与传统电极测量的信号达到了良好的一致性和互相关关系。2.2采集系统自从19 0 3年第一代心电图机发明以来，至今已历经百年发展，而常规心电图机只能捕获到mV级的电位变化曲线，对于高频心电图中V级的电位变化无法捕获展现。随着计算机技术的发展，各国学者逐渐开始了对高频心电系统的研究 30 。考虑到高频心电的信号特性，其信号采集系统应具备以下性能：1）频率响应高：常规心电图机的频响范围通常在0.0 5 150 Hz,而高频心电图机的频响范围应达到0.0 5 10 0 0 Hz甚至更高；2)分辨率高：为了完全捕获到高频心电的细微电位变化，采集系统的分辨率应至少达到0.1V或更高；3）系统底噪低：系统底噪过高通常会使高频心电的有效信息失真，为保证高频信息不被掩盖，采集系统通常需要达到2 V以下的系统底噪；4)采样频率高：由于高频心电的频带范围不同，根据奈奎斯特采样定理，采集系统的采样频率应至少达到2 kHz及以上。早在上世纪7 0 年代，Langner等 30 就开始讨论高频心电图机的初步标准，崔钟玺等 56 也就高频心电图机的性能对诊断影响展开了讨论。文治洪等 57 开发了用于高频心电图分析的微机处理系统。限于当时的技术水平，其应用仍以捕获高频切迹计数用于辅助诊断为主。以色列BSP公司开发了基于高频心电的HyperQ设备，用于心肌缺血自动诊断，以及用于大规模临床研究 6 。电子技术的快速进展，有助于高频心电设备朝着精密化和小型化发展，作者团队针对高频心电数据获取设备进行了系统级改进，即通过将商用模拟前端芯片与低噪声第一级放大器结合，可减少系统噪声下限，其综合性能和有效性已通过实验及和临床验证，该系统的小型化设计将有助于高频心电的普及 16 2.3信号去噪如图4所示，高频心电信号本身的幅度非常微弱（0.5 8 0 V），极易受到各种噪声影响 58)，且大部分噪声与高频心电信号存在频率混叠。主要噪声包括：电磁噪声、心电噪声、肌电噪声以及阶跃噪声等。因此，如何在保护有用信号的情况下抑制噪声是必要的。由于心电、肌电与高频心电信号的频带不同，一部分噪声干扰可以由传统线性滤波器来抑制,并在文献 7,12 中被使用。然而，由于有效信号和噪声频段的混叠使得这类滤波器难以获得理想效果。小波变换具有良好的时频局部化及多分辨率特性，能够有效描述信号非平稳特性，是目前常用的去噪方法。Diedrich等 59 设计了一种改进的小波去噪方法，并在模拟信号上进行验证，性能优于经典鉴别方法以及常规的小波去噪方法。Brychta等 6 0 进一步对比了基于小波变换的各种方法，同时使用了离散小波变换（discretewavelettransform，D W T）和平稳小波变换（stationarywavelettransform，SW T）以及一些小波阈值规则。在不同信噪比的模拟中,SWT方法优于经典鉴别器和具有相似小波系数阈值算法的DWT方法。此外，SWT方法选择性地包含了生理重要信号信息的阅值尺度，并具有鲁棒的效果。尽管小波变换在一定程度上取得了良好的性能，但是存在主观性和缺乏明确的模型的问题。Tan等 6 1 提出了一种算法，允许在关于神经信号和噪声的稀疏性和统计结构的一般假设下进行客观的阈值选择。Zaydens等 6 2 进一步优化了模型，使用从标准微神经造影电压轨迹中提取的多纤维尖峰序列来表征静止时和交感神经兴奋时的交感神经尖峰。从而证实了交感神经活性的已知特征，并阐明了新的特征，如放电率的心跳与心跳之间的变异性和心脏周期内峰值的精确模式。2.4特征工程特征提取指通过信号处理及信息融合等技术466中42卷生医报程国学学物电路设计电磁干扰AMPADC电极运动伪影皮肤EMGSKNAECG(a)2(Au)epnidury0-20360F(An)opnidury40200-20-40Baseline01234567Time(s)图4高频心电信号获取及噪声示意 58 。（a)高频心电信号典型噪声来源；（b）部分典型噪声的示例，其中有效信号在蓝色框，心电噪声在黄色框，阶跃噪声在红色框Fig.4 Schematic diagram of HFECG signal acquisitionpath and its noisess),(a)Typical noise sources inHFECG signals;(b)Examples of some typical noises,the effective signals were in the blue box,the ECGnoises were in the yellow box,and the step noises wereinthered box生成多样化的特征信息，是实现心肌缺血诊断判据以及自主神经系统状态评估的基础。特征提取方法主要包括时频特征以及频域特征。评估心肌缺血的时频域特征主要包括高频心电的切迹数量和频率成分。准确表现高频特征信息的差异是高频分析心电分析的基础，主要有以下几种方法：1）计数法：由Langner等提出，通过计算导联QRS波群上的切迹、扭挫、顿结的数目作为诊断标准。19 7 3年，Langner等 30 通过对正常人群与冠心病患者的对比分析，得到的高频特征成分诊断方法的阳性率为9 3%，假阳性为5%，假阴性为70%，验证了该方法的有效性。该方法在上世纪至本世纪初备受推崇，我国也曾召开全国高频心电图研究会 31 指定了如下标准：六组合导联切迹总数3为正常，4 5为可疑，6 为异常：十二导联切迹总数8 为正常,9 11为可疑；12 为异常。2)频域法：由Cain等 32 于19 8 4年提出，该方法应用傅里叶变换将高频成分由时域转化至频域进行分析。3）三维谱分析法：由Haberl等 3 于19 8 9 年提出，该方法为解决时域和频域研究结果的偏差，将时频域分析结合起来，以频率（Hz）为横坐标、频谱（dB）为纵坐标、时间为前后坐标，在有无心动过速心肌梗塞患者和正常人群的对比分析中，取得了较好的分类效果。4）均方根法：由Goldberger等 6 3 提出，该方法对高频QRS信号的平方振幅，计算其随时间变化的平均值的平方根（root-mean-square，R M S），以此作为特征指标进行诊断分析，发现正常受试者QRS的RMS高于心肌梗死患者。5）包络图减幅区法：由Abboud等 6 4 提出，该方法提出指标降低幅度区（reduced amplitude zone，R A Z）特征，用于描述高频QRS信号振幅包络中的缺口或间隙模式，并证明RAZ 的存在与冠状动脉病变相关 6 5除用于心肌缺血诊断，描述高频成分的特征还可用于自主神经评估。Doytchinova等 12 通过计算SKNA信号的平均积分能量（aSKNA），作为交感神经活性评估的特征，在CPT和VM期间，从胸部导联（V1V6)记录并计算得到的aSKNA,始终高于基线和恢复期。Liu等 6 基于平方根来描述SKNA信号的包络线（eSKNA），作为评估心肌梗塞患者自主神经状态的有效替代标志物。作者团队应用双阈值法检测高频成分的爆发区域，并计算爆发区域与基线的信噪比（SKNAER），其相较于aSKNA有更高的敏感性,并在慢性肾脏病患者的四小时血液透析观察过程中进行了验证 58 时频域特征虽提取简单、解释直观，但其受个体差异影响较大，导致其泛化能力差，因此可通过高频心电的复杂动力学进行描述。例如 Chen 等 6 采用多尺度波动分析方法，在去除线性趋势后，量化各时间尺度内的变化作为危重患者的预后评测指标。目前利用复杂动力学描述高频心电的研究较少，仍需深入挖掘这类特征的提取分析方法及在高频心电上的应用。3典型应用3.1心肌缺血评估心肌缺血是冠状动脉血液灌注减少导致心肌供氧供血不足的一种病症 8 。心肌缺血会直接影4674期邢彦涛，等：高频心电技术研究进展响心功能的正常运转，可并发无症状心肌梗塞、心律失常和缺血性心肌病等疾病，严重威胁中老年人群的健康安全。其中，冠心病，即冠状动脉粥样硬化导致的冠脉狭窄或闭塞是引发心肌缺血的最主要病因。临床上，依据患者是否存在胸痛症状将患者划分为有症状心肌缺血和无症状心肌缺血。无症状心肌缺血患者发病后临床上无典型症状表现，极易漏诊或误诊，不利于医疗手段的及时干预和患者治疗的预后评估。无症状患者占比心肌缺血患者约7 5%6 9 ,潜在人群数量大，因此针对心肌缺血的早期筛查有重大临床应用价值。1953年,Langner等 2 4 通过对比冠心病患者与正常人群的12 导联心电图，首次发现冠心病患者的心电高频成分发生率多于正常人群。此后，多项动物实验及临床实验证实，多种心脏病变会导致高频成分QRS波的切迹增多 2 5-2 6,7 0 。高频成分具体的产生和作用机制还不明确，但大量研究都聚焦于心室去极化过程，如图5所示。Durrer等 7 1 结扎犬冠状动脉诱发心肌梗死，推测由于疤痕的存在导致兴奋自心内膜传导至心外膜的时间存在差异，这是切切迹常规心电高频心电(a)结间束房间支电激动窦房结心肌房室束房室结浦肯野纤维缺血导致传导阻滞去极花波左束支正常高频异常高频QRS波形QRS波形(b)图5高频心电检测心肌缺血的原理（a）常规心电信号与高频心电信号对比；（b）心肌缺血高频波产生机理以及正常以异常波形对比Fig.5Principle of detecting myocardial ischemiausing HFECG signal（a）Co m p a r i s o n b e t w e e nECG and HFECG;(b)Mechanism ofhigh-frequencywaveofmyocardialischemiaandcomparisonbetweennormalandabnormalwaveform迹等高频成分产生的原因。Langner等 2 8 通过给犬注射心肌毒性物质，造成心肌损伤，推测由于心室去极的非同步化，破坏了去极波的光滑性，从而产生切迹。Vandeark等 7 2 通过电极刺激犬的心肌，发现当电信号传播方向为穿过心肌纤维而非平行传导时，会产生较多切迹，由此推测切迹与扭挫的产生与心肌表面电信号传播方向和心肌纤维方向的夹角有关。Weinberg等 7 3 对9 5例死亡前3个月内做过高频心电的非心肌梗塞冠心病患者进行尸检，证实切迹的产生与慢性冠状动脉功能不全导致的片状心肌纤维化有关。尽管对于心肌缺血与高频成分变化之间关联的生理机制尚未有定论，但高频成分随心脏病变而改变为心肌缺血诊断提供了新思路。现阶段临床上诊断心肌缺血的常用方法有：冠状动脉造影、冠状动脉CTA、常规心电图检查等。诊断心肌缺血的金标准是冠状动脉造影，但是由于其有创性、费用高以及患者依从性差等问题，限制了其临床应用范围 7 4。冠状动脉CTA尽管无创，但是含碘对比剂的注射和较大剂量的X射线的照射都对患者存在一定的健康风险，此外在有钙化及心律不齐等场景下的结果不可靠 7 5。常规心电图检查是指采集体表低频心电信号，部分心肌缺血会引发ST-T段改变，如ST段压低、T波低平或倒置等 7 6 。常规心电图与高频心电两种方法的无创性、便捷性与低成本都是相较于其他方法的显著优势，此外结合大数据管理，两种方法十分适合面向人群的普筛。尽管常规心电图应用广泛，但是高频心电法在诊断敏感度、特异性等方面显著优于常规心电图。Langner等 30 发现高频成分在临床诊断前即发生改变，且在心肌梗塞患者常规心电图正常时，高频成分提示异常，证实高频成分对冠心病诊断具有优于常规心电图的敏感度。对6 项高频心电和常规心电图的研究结果进行统计 7 7 ，发现高频QRS分析的平均敏感性和特异性分别为7 5%6%和8 0%6%，而ST段分析的平均敏感性为48%16%，平均特异性为7 0%15%。临床基础研究的不充分和统一诊断标准的不确定是高频心电诊断方法函待解决的问题。冠状动脉造影、冠状动脉CTA、常规心电图及高频心电检查等4种诊断方法的特点如表1所示。综上，高频心电技术在心肌缺血诊断方面具有广阔的应用前景，可作为常规心电图的重要补充方案，同时可作为心肌缺血患者或健康人群居家健康管理的可靠方案。468中42卷医生程报学国学物表1临床上心肌缺血诊断方法的特点对比Tab.1Comparison of clinical characteristics of myocardial ischemia diagnostic methods诊断方法是否有创测量时间结果可靠性优点缺点冠状动脉造影是几十分钟高金标准，结果可靠有创，昂贵冠状动脉 CTA几十分钟较高相对可靠，无创存在健康风险，昂贵常规心电图检查否几分钟低简单，无创准确性较低高频心电检查否几分钟较高简单，无创，预警作用临床可解释差3.2自主神经系统状态评估自主神经系统（autonomic nervous system，A NS)对心脏失常的发生和发展起重要作用，根据人体内外环境的变化，ANS通过调节心脏的搏动节律和心肌收缩力来控制心脏泵血量，使心血管活动适应人体代谢活动的需要 7 。当ANS平衡状态被打破，极易诱发心律失常相关的疾病，其有效评估能够对心血管疾病的病情以及预后进行判断。因此，通过连续长时间生理信号监测，量化评估ANS功能状态，对心血管疾病的病情评估及预后有着重要的意义。研究者不断探索评估ANS功能的方法。Lavian等 7 8 直接将记录电极放置在犬齿星状神经节神经纤维表面，记录开胸后星状神经节的放电情况，并可记录活犬1min内的神经活性。星状神经节神经活性记录是研究心脏交感神经活性的重要工具。然而，SGNA记录是通过开胸手术进行的，有很大的创伤，难以进行常规应用于临床。除支配心脏外，星状神经节的一些神经节后纤维广泛分布于颈部和胸部的皮肤和皮下组织，并且在整个神经网络中存在广泛的交联。Robinson等 7 9 推测，当星状神经节放电时，皮肤和颈部、胸部皮下组织的星状神经节后纤维末梢出现同步放电，并且将记录电极植入犬胸部皮下组织以记录皮下神经活性（subcutaneous nerveactivity，SCNA），并通过开胸术同时进行SGNA记录。结果显示，SGNA和SCNA记录有很强的相关性，说明SCNA记录可以替代SGNA记录，以反映星状神经节的神经活性和心脏交感神经的活性。皮下神经活性记录避免了SGNA记录造成的需要开胸手术的巨大创伤，但它仍有一定的手术创伤，限制了其临床应用。人体皮肤活检的组织学证据显示，在动静脉吻合口、直肠毛肌和小动脉中有丰富的交感神经。鉴于SCNA记录的可行性,Jiang等 15 进一步推测，通过皮肤直接记录交感神经活性也是可行的，他们将传统的心电图记录电极直接连接到狗的胸部皮肤上进行原始信号记录，通过设置适当的记录参数和滤波参数获得单导联心电图和SKNA的信号，并将SGNA记录为金标准。该研究发现在静息状态或应力状态下，SGNA和SKNA保持着较强的相关性，说明SKNA记录与SGNA记录的一致。Doytchinova等 12 进一步证实了对所招募的健康志愿者和临床患者进行SKNA记录的可行性。此外，Kusayama等 7 发现，在双侧星状神经节注射利多卡因后，SKNA信号较基线降低了6 3%。这些研究进一步证实了SKNA记录可以反映星状神经节的神经活性，甚至反映心脏交感神经活性的可行性。Kumaretal等 8 0 进一步应用SKNA在各种心血管疾病患者上，如血管迷走神经性晕厥和血压降低，以及心力衰竭射血分数、阵发性房颤和长QT间隔综合征，探索心脏交感神经活性在这些疾病的发生和发展的病理机制18-1.3.8 1-3。此外，SKNA来源于体表采集的高频皮肤电信号，与心率本身无关，能无创且实时反映患者交感神经活性，因此其临床应用前景可观。还有一些无创的检测和分析方法，在临床上通过对生理参数的改变侧面评估ANS功能，主要包括：心率变异性（heartra