第一篇 动态心电图检查技术基础
　　第一章 动态心电图检查技术概述
　　动态心电图检查技术是一种无创、可长时间连续记录人体心电图变化的技术，可在静止、活动及睡眠等各种状态下记录人体心电图的变化并进行批量编辑、统计、分析、诊断等。与静息心电图十几秒的记录不同，动态心电图的记录时间通常为 24h至7×24h，目前记录时间最长的动态心电图机记录时间甚至高达30天，可对佩戴者各种状态下的心电图变化进行全息记录，对一过性心律失常、晕厥、短暂心肌缺血发作有着极高的检出率。动态心电图检查技术将心电图记录由静态发展为动态，由短时程记录发展至长时程记录，这是心电技术发展史上的里程碑，为人类健康事业做出了巨大贡献；动态心电图检查技术也是心血管疾病诊断领域的重要检查手段，广泛应用于临床诊断与科研。
　　第一节　动态心电图的发展史
　　动态心电图机的发明要归功于坚持不懈、富有创造力的科学家与企业家 Norman Je. Holter 和Bruce Del Mar。他们之间的合作超过20年，最终为动态心电图机的发明、发展做出了卓越的贡献。
　　Holter出生于美国蒙大拿州海伦娜市，他是一位发明家。Holter对研究人类日常活动中的心电信号非常感兴趣，而这需要他长时间采集受试者的体表心电图进行研究，长时间的心电图采集将研究者限制于心电采集设备附近而不能活动，十分不方便。为了解决这个问题，他开始致力于研究开发一种可以背在人体上采集心电信号的仪器。
　　1947年，Holter设计的第一个无线动态心电图机（radio electrocardiograph，RECG）诞生了，这是一个重达58磅（约 26kg）的庞然大物，RECG通过无线电将采集到的体表心电信号调制后发往远处的无线电接收器，无线电接收器将调制后的心电信号显示在示波器上。
　　1954～1961年，随着晶体管技术的发展，Holter设计出了一种更小并可将从体表采集到的心电信号记录到磁带上的动态心电图机。他与医生 Eliot Corday合作进一步研发出了视听信号叠加显示仪，这也是世界上第一个统计分析心律失常的动态心电图记录仪，据当时参与研究的 Bill Parsons回忆，此视听信号叠加显示仪由团队的一名中国籍杨医生研发。
　　Eliot Corday曾任美国心脏病学会主席和美国空军心脏病学会总顾问，并领导美国信息局医学科学咨询委员会。Eliot Corday发表了多篇使用动态心电图机进行临床研究的专业论文，之后越来越多的医疗机构希望能够使用此设备对心脏病患者进行检查。Holter也一直在寻找一个合适的合作伙伴，以实现动态心电图机的批量生产。1962年，在 Eliot Corday的介绍和推荐下，Holter与Bruce Del Mar先生相识，并成为终生挚友。
　　1963年，Del Mar Avionics公司经过1年的准备及技术改进终于生产制造出世界上第一批动态心电图机，并将第一台出售给了美国康奈尔大学医学院。Del Mar的加入使动态心电图机的量产成为可能，在量产过程中，Del Mar利用各种资源对现有设计进行改进，并亲自制定市场推广计划。
　　Del Mar于1965年2月给Holter的一封信中写道：“我们不断改进电路和机械细节，以获得更高的保真度、准确性与可靠性，我们现在提供的动态心电图机在实际应用中表现得非常好。然而，我们应该思考并积极推进 1966年新型号的改进工作，在这方面，我会给你提出更多的建议。”这些来往信函表明，Del Mar不仅是一个投资人，他还对动态心电图机的技术更新、细节完善、营销推动、项目进展方面起着非常重要的作用。
　　Bill Parsons先生（图1-1-1）作为Del Mar的女婿于1960年进入Del Mar Avionics公司工作。1963年，年仅 23岁的Bill Parsons开始负责动态心电图机的销售。据 Bill Parsons回忆，最初 Holter给动态心电图机的命名是“ Dynamic Electrocardiography”，名字很长，很难发音和记忆，于是他建议以Holter的名字命名动态心电图机，此项提议得到了Holter的肯定，这就是 Holter动态心电图机名字的由来。1975年，Bill Parsons在Del Mar的支持下创立了属于自己的公司迪姆（DMS），开启了他极具挑战的一生。
　　1988年，77岁的美国宇航员John Glenn重返太空，他身上佩戴着可以 24h记录的动态心电机，此时的动态心电图机已经发展为数字型固态内存记录仪。
　　第二节　动态心电图机的发展现状
　　70多年来，随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，特别是近年来人工智能技术的快速发展，动态心电图机的发展也进入了一个崭新的时代。
　　信号记录技术方面，动态心电图机从 1947年的 26kg减轻到如今的 36g（图1-2-1），笨拙的模拟信号磁带式记录器被小巧的数字信号SD（secure digital）存储卡所取代，心电信号的采样率也从原来的 128点/秒提高到了10 000点/秒，单通道心电记录也发展为三通道同步记录或标准12导联同步心电记录，多通道动态心电图机甚至还可独立全方向采集记录起搏器信号，心电信号的采集时间也从原来的 24h达到了 30天，心电信号传输方式上更采用了4G/5G无线通信技术实时发送到心电中心，可对患者记录期间的所有心电活动进行监测。此外，呼吸信号及体位和运动量信号等多种参数同步记录进一步扩展了动态心电图机的临床应用。
　　图1-1-1　本章作者与Bill Parsons
　　图1-2-1　重量仅36g，内置4G/5G传输模块的穿戴式动态心电图机
　　回放分析技术方面，从最早只针对几种心律失常的简单分析系统发展为全方位人工智能诊断分析系统，复杂心律失常分析、心肌缺血定位分析、心率变异性分析、起搏器功能评价、自主神经功能评价、睡眠呼吸暂停综合征分析、 T波电交替分析、心室晚电位分析、心脏能量谱分析、心电向量分析、心率减速力分析、 QT变异分析、心率震荡分析等已成为目前分析系统的主流功能。
　　系统内置自动分析引擎经过数代更新进化已经发展为基于神经网络、具有自主学习功能的多方位人工智能全自动分析引擎（图1-2-2），其中包括人工智能干扰度识别模型、人工智能多导联心搏定位模型、人工智能心搏属性分类模型、人工智能心房颤动识别模型、人工智能自动诊断模型，大幅度提高了自动分析的准确性。
　　图1-2-2　人工智能（AI）分析引擎研发过程
　　2016年起，迪姆公司开始从全球收集大量动态心电数据，着重从各分析中心及医疗机构收集典型的疑难病例，并将其汇集到人工智能研究基地，组织专家对数据进行结构化、标签化，并提取为人工智能分析引擎学习的训练集。训练集主要来源于以下 5个数据库：
　　①麻省理工学院的MIT-BIH 心律失常数据库；②美国心脏协会（AHA）的AHA数据库；
　　③美国麻省理工学院的MIT-BIH噪声抑制测试数据库（MIT-BIH noise stress test datebase）；
　　④MIT-BIH主要用来分析室性心律失常算法性能的CU心电数据库；⑤ DMS P1心律失常数据库。
　　其中DMS P1心律失常数据库含有10 000份动态心电图记录，每份记录长度约为1天，患者年龄为8～78岁，其中 46%为女性。经过以上数据库验证的人工智能分析引擎的 R点定位敏感度达到99.981%，特异度达到99.948%，对于典型心律失常的识别敏感度达到
　　99.912%，特异度达到99.821%。编辑方法从应用了几十年的模板编辑方法发展为散点图+反混淆图的批量编辑方法
　　（图1-2-3），此方法作为人工智能分析引擎的后期补充工具，大幅度提高了心律失常编辑的效率。散点图逆向编辑方法是近年来发展起来的重要编辑方法之一，这种编辑方法是一种宏观的、批量的、智能化的编辑方法，根据散点图吸引子的特性，可迅速将具有相似属性的心搏进行切割分离，与反混淆技术联合应用进一步提高了编辑效率。专利技术三维散点图（图1-2-4）的推出，从空间角度进一步体现了吸引子物以类聚的特性，大幅度提高了散点图切割的准确性。
　　随着大量病例的积累，对海量数据进行快速高效的分类、统计与研究也成为动态分析系统的一个重要功能，2020年申报的专利技术“动态心电数据的检索方法和装置、存储介质、处理器”（图1-2-5）成了最佳的解决方案。此方法可在一屏同时查看多个病例的散点图特征，并可按研究者的要求对各种研究参数进行设定并批量搜索，大幅度提高了研究者的工作效率。