心电动力学图技术在心肌缺血早期诊断中的应用

王磊，董潇男，孙庆华，王聪，唐闽，王喜萍

1 石河子市人民医院心内科，新疆石河子 832000；2 中国医学科学院阜外医院心律失常中心；3 山东大学控制科学与工程学院

冠状动脉粥样硬化性心脏病（简称冠心病）会导致心肌缺血，目前在临床上缺乏早期检测和识别心肌缺血的特异性手段［1］。冠状动脉造影是诊断冠心病的一种常用且有效的方法，是一种可靠的有创诊断技术。目前，冠状动脉造影是诊断冠心病的“金标准”，冠状动脉狭窄≥50%是心肌缺血的标准［2］。通过冠状动脉造影可以直观地观察冠状动脉有无狭窄、斑块等，了解冠状动脉内部的形态及血流情况。但冠状动脉造影属于有创检查，并且有辐射，容易造成一定程度的损害，费用较高，对医院设备和医生技术水平要求较高，且只能显示较大的血管床，对于直径＜500 µm的微血管及其病变显示不清［3-4］。目前，心电图是诊断心肌缺血最常用和最基本的方法。心电图是心脏电活动在体表的综合表现，其中ST-T段抬高、ST-T段压低和T波倒置等缺血性变化对心肌缺血诊断具有重要价值［5］。然而，心电图对心肌缺血的诊断敏感度不高，临床中许多心肌缺血患者的心电图表现正常或大致正常（即ST-T段和T波轻微改变），临床上称为非特异性改变［6-7］。心电动力学图（CDG）技术基于正常心电图（窦性心律且无ST-T段改变），通过特殊软件对心电图ST-T段轨迹的心电动力学进行建模，经三维可视化显示得到CDG，并根据其形态和数值来判断是否存在心肌缺血［8-9］。与冠状动脉造影相比，CDG具有无创、简便、快捷、经济等优势，但是其对心肌缺血的诊断效能相关研究较少。本研究探讨了CDG技术在心肌缺血早期诊断中的应用价值，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 纳入标准：①心电图显示窦性心律，无ST-T段抬高或压低；②存在胸痛、呼吸困难等胸部症状，临床怀疑冠心病；③行冠状动脉造影。排除标准：合并心力衰竭、左心室肥厚等器质性心脏病及各种心律失常。选取2017年8月—2019年8月新疆石河子市人民医院心内科收治、符合上述标准的患者137例，根据冠状动脉造影检查结果分为心肌缺血组（冠状动脉狭窄≥50%）110例、正常组（冠状动脉狭窄＜50%）27例。心肌缺血组男83例、女27例，年龄（59.2 ± 10.3）岁，临床表现为胸痛56例、呼吸困难60例；冠状动脉主支狭窄≥75%者25例，均行经皮冠状动脉介入治疗（PCI）［10］；正常组男21例、女6例，年龄（56.7 ± 10.5）岁，临床表现为胸痛16例、呼吸困难17例。两组性别及临床表现均具有可比性（P均＞0.05），心肌缺血组患者年龄高于正常组（P＜0.05）。本研究不涉及伦理，患者及家属均签署知情同意书。

1.2 CDG检查方法 采集两组18导联心电图，时间至少20 s。采用心电动力学建模软件对心电图ST-T段轨迹动力学进行建模，得到三维可视化CDG形态和数值。具体操作［9］：①将常规12导联心电信号转换为三维心电向量信号，截取三维心电向量图的ST-T段，利用确定学习算法对心电信号ST-T段进行动力学建模，将建模结果三维可视化，生成CDG。②采用李雅普诺夫指数提取每份CDG的空间离散度（SHI），采用傅里叶变换获取CDG的时间离散度（THI），作为描述患者心肌缺血状态的心电动力学特征向量。③采用分类器选择线性支持向量机（SVM-linear），并以经过缺血标注的训练集患者特征向量作为SVM-linear输入，以患者的缺血标注作为输出，采用5折交叉验证法训练心肌缺血检测模型。④以THI为横坐标，以SHI为纵坐标，在此特征空间上绘制心肌缺血分类边界，并计算每例患者到分类边界的距离，作为该患者的CDG值，见OSID码图1。

图1 CDG值诊断心肌缺血的ROC曲线

1.3 统计学方法 采用SPSS17.0统计软件。计量资料采用S-W正态性检验，符合正态分布的计量资料以表示，两组间比较满足方差齐性采用独立样本t检验，不满足方差齐性采用曼惠特尼U检验，重复测量数据采用重复测量的方差分析。非正态分布以M（P25，P75）表示，两组间比较采用秩和检验。计数资料以n（%）表示，两组间比较采用χ2检验。绘制CDG值诊断心肌缺血的受试者工作特征（ROC）曲线，计算曲线下面积（AUC）并得到最佳截断值。以最佳截断值为界，CDG ≥该值定义为心肌缺血阳性，以冠状动脉造影结果为金标准，计算其诊断敏感度、特异度、准确度等；敏感度=真阳性/（真阳性+假阴性）× 100%，特异度=真阴性/（真阴性+假阳性）×100%，准确度=（真阳性+真阴性）/总例数×100%。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组CDG形态及CDG值比较 正常组CDG形态呈规整或略微散开的环形，心肌缺血组CDG形态呈散乱环形或无序状，PCI后患者CDG形态明显改善，呈规整的环形（见OSID码图2、3）。心肌缺血组、正常组CDG值分别为2.423 ± 1.645、-0.176 ±2.343，心肌缺血组PCI前后患者CDG值分别为2.803 ± 1.171、-1.764 ± 0.762（P均＜0.01）。

2.2 CDG值对心肌缺血的诊断效能分析结果CDG值诊断心肌缺血的AUC为0.89（95%CI：0.81～0.97，P＜0.01），CDG预测冠状动脉造影结果的最佳截断值为-0.5，见图1。CDG ≥-0.5定义为心肌缺血阳性，CDG与冠状动脉造影对心肌缺血的诊断情况见表1，此时CDG诊断心肌缺血的敏感度、特异度、准确度分别为93.8%、87.0%、92.7%，阳性预测值为97.2%、阴性预测值为74.0%、阳性似然比为13、阴性似然比为0.07。

表1 CDG与冠状动脉造影对心肌缺血的诊断情况（例）

3 讨论

常规心电图简便易行，临床应用广泛，能够较为直观地反映冠心病及心肌缺血，评价心脏功能。但常规心电图不能识别隐匿性冠心病等心电图正常的心肌缺血患者，而临床上有近50%稳定型心绞痛患者的心电图无明显病理性改变，极易被漏诊而错过最佳治疗时机［6-7］。冠状动脉造影检查是诊断冠心病和心肌缺血的金标准，由于其为有创检查，临床应用受到限制。与冠状动脉造影相比，基于心电图检测发展而来的CDG技术具有无创、快捷、性价比高的优势［10］。CDG是新近提出的心电图辅助诊断工具，该方法从常规12导联心电图中提取心电动力学信息，并以三维可视化图形的方式展示。通过CDG可以在窦性心律且心电图无明显异常的患者中早期识别心肌缺血，以便于早期识别、早期干预、早期治疗，降低心肌缺血或心肌梗死发生率及病死率［11-12］。

心电向量信号记录了心脏电活动的幅度和方向，主要从三维正交方向展现心脏电向量运动［13］。而CDG是心电动力学信息的三维可视化直观表达，代表了心电向量图随时间变化的快慢规律，因此在心肌缺血早期诊断上具有更高的敏感度。本研究结果显示，正常个体的CDG有较好的规律性形态，表现为规整的环形或略微散开的环形；而心肌缺血患者的CDG表现为散乱环形或无序，两者呈现鲜明对比，且心肌缺血患者PCI后CDG恢复规律性形态。在血供正常时，心脏复极是一个均一有序的过程，对应规则的环状CDG形态；而心肌缺血会导致心室复极过程改变或不同步，增加复极离散度，反映在心电图上即ST-T段或T波的形态波动，因其常为微伏级的幅值改变而难以辨别［14-15］，但反映在CDG上可呈现明显散乱的不规则形态。本研究ROC曲线确定CDG的最佳截断值，以此截断值判定CDG阳性114例（真阳107例、假阳7例）、CDG阴性23例（真阴20例、假阴3例）。在心肌缺血组中，107例（97.2%）患者被CDG正确识别存在冠状动脉狭窄，根据造影结果28例为单支冠状动脉病变、39例为双支冠状动脉病变、40例为三支冠状动脉病变，其中接受PCI的患者分别为10、5、10例；CDG未能准确识别冠状动脉狭3例，包括双支病变2例和三支病变1例。在正常组中，20例（74.1%）患者被CDG正确识别不存在冠状动脉狭窄，包括冠状动脉造影完全正常10例、仅有局部斑块或狭窄＜50% 8例、冠状动脉肌桥2例；未能正确识别的7例患者中，2例冠状动脉完全正常、5例显示局部斑块。因此，CDG诊断心肌缺血的敏感度、特异度、准确度分别为93.8%、87.0%、92.7%，阳性预测值为97.2%、阴性预测值为74.0%、阳性似然比为13、阴性似然比为0.07。

综上所述，在心电图ST-T段正常的疑诊冠心病患者中，CDG检查有助于早期识别心肌缺血，诊断价值较高。CDG以全新的形象化形式直观展现冠脉缺血的状态，可帮助临床医师在体表心电图ST-T段出现显著肉眼改变前发现心肌缺血。受各种因素影响，CDG尚存在一定的假阴性和假阳性病例，可能原因如下：①多支病变患者的病变位置多，不同方向的向量可能存在抵消；②侧支循环丰富，代偿能力强大；③患者虽临床表现为典型冠心病症状（如心绞痛），但无造影可见的器质性病变，如局部斑块形成以及冠状动脉肌桥等。本研究是单中心临床实验，样本量相对较小，研究结果还需要更多的临床试验加以证实。此外，目前针对CDG机制的报道较少，许多影响复极离散的因素，如药物、电解质酸碱紊乱、心肌病等，对CDG的影响还需进一步探究。