摘 要 心電圖自動診斷系統(tǒng)已在臨床上得到一定的應(yīng)用,。雖然目前還比不上專業(yè)醫(yī)生的水平,，但它們還是得到了一定的認(rèn)可。問題是心電圖分類的質(zhì)量是否能進一步改進,。改進心電圖診斷和程序的新方向是：（1）利用每個心跳中的信息,；（2）綜合不同程序的結(jié)果；（3）吸收在體表電位和仿真模型中的知識,；（4）采用非心電圖的數(shù)據(jù),；（5）用記錄完備的心電圖數(shù)據(jù)庫來評估心電圖診斷程序。
1 引 言
毫無疑問,，計算機對心電圖的診斷的是知識處理在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中為數(shù)不多的幾個成功應(yīng)用的例子之一,。盡管心電圖診斷系統(tǒng)還比不上專業(yè)醫(yī)生的水平，但它們在門診檢查,、基礎(chǔ)護理,、職業(yè)病防治、人口篩選和流行病研究等領(lǐng)域仍得到一定的應(yīng)用,。問題是雖然現(xiàn)有計算機診斷系統(tǒng)看來已達到其最佳的診斷能力并已被用戶所接受,，但心電圖分類的質(zhì)量是否能進一步改進,。從幾個評估研究來看，如歐共體心電圖標(biāo)準(zhǔn)化工作組的評估,，都說明不僅最好的心電專家仍然比最好的程序要好,，而且不同程序或心電專家的綜合診斷要好于單個程序或單個專家的診斷。顯然心電圖的自動分析仍有改進的余地,。
因而,，各研究小組正按不同的側(cè)重點進行研究，以期對診斷程序作進一步的改進,。如：（1）利用每個心跳中的信息,；（2）綜合不同程序的結(jié)果；（3）吸收在體表電位和仿真模型中的知識,；（4）采用非心電圖的數(shù)據(jù),；（5）用記錄完備的心電圖數(shù)據(jù)庫來評估心電圖診斷程序。
2 歷史上的研究方向
2.1 心電圖特征法
心電導(dǎo)聯(lián)主要有Einthoven的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián),，Wilson的單極加壓肢體導(dǎo)聯(lián)和胸導(dǎo)聯(lián),，F(xiàn)rank導(dǎo)聯(lián)校正體系等，也有描述心臟電活動的空間向量和心電向量圖,。
在心電圖誕生之初,，Einthoven 的等邊三角形理解心肌所產(chǎn)生的電場的最簡單模型。Wilson導(dǎo)聯(lián)是由直覺和經(jīng)驗確定的,，而不是從電生理的角度考慮的,。只有在引入了心電圖后，才使得心電圖有一個堅實的物理基礎(chǔ),。
所有導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)都存在一個共同的問題：即怎樣得到的心電信號可以盡可能完整地描述心肌除極過程,，并盡可能地獨立于病人的解剖位置。事實上,，心電圖導(dǎo)聯(lián)主要是為方法上正確描述心電圖信號而定義的,。但是沒有一種導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)能充分考慮到實際意義方面的問題，即心電圖的臨床意義,。的確,，方法上正確描述心電波形的導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)不一定能為心電圖的最佳診斷分類提供最好的特征。由于心電偶極概念只有非常有限的價值,，沒有足夠的理由說明物理上正交的導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)同時也會對疾病分類有最大的靈敏度和特異性,。
2.2 心臟仿真法
這是根據(jù)物理上電偶極子和電學(xué)的理論，及心臟電生理的特性,，采用仿真的方法來模擬心臟的電流活動和電流傳導(dǎo),，記錄它們在心電圖上的反映，并可人為改變仿真模型上的某個條件來觀察相應(yīng)的心電圖變化,，以期找出在正常和異常情況下心電活動變化規(guī)律的方法
心電仿真可分為形態(tài)仿真和節(jié)律仿真,。形態(tài)仿真是研究心臟在某一心動周期內(nèi)心電活動的體表電位分布,，一般是單周期的，它可分為設(shè)定型和傳播型兩類,；節(jié)律仿真是研究心臟在某一較長時間內(nèi)心電活動的體表電位分布,，一般是多周期的，它可分為簡化模型和真實模型兩類,。
心臟仿真模型從結(jié)構(gòu)上看,，可分為單極子、多極子和從大量心肌細胞單元合并成多極子三大類,；從功能上看,，可分為QRS波、T波,、QRS/T三大類,。
Plonsey 和Borr等人或是在仿真模型中采用了電活動的更高極數(shù)，或是成功地定義了運動偶極子或片段偶極子等非偶極子的方法在物理上更好地描述了心肌去極化過程,。
這些研究者希望通過一個可靠的正向推理,，為建立可用于逆向推理過程的仿真模型打下適當(dāng)基礎(chǔ)。只有當(dāng)計算機可用來仿真時,，才使容積導(dǎo)體的作用可以加以考慮，但這實質(zhì)上仍然是Burger物理模型和Drank軀體模型的擴展,。逆向計算也就變得更為復(fù)雜,，但實際上所形成的電場并不更接近于“真實”。
2.3 體表電 位圖法
體表電位圖法是胸部和背部安放多極導(dǎo)聯(lián),，同時記錄出的各電極部位的心電波形,，由此可繪出的心動周期中任一時刻體表心電的等電位圖，極值軌跡圖及等時線圖等等,，這些圖譜即體表電位圖,，它們有助于了解心電場在體表分布的全貌。
在體表電位圖中,，體表電極的安放位置和數(shù)量是研究的主要對象,。研究人員試圖統(tǒng)籌考慮人體表面豐富的去極化電場。早期Taccardi為完整地描述心臟電活動作了大量的工作,，但是數(shù)據(jù)量之大令人吃驚,，沒有人能夠為解釋這些圖譜而制定定量的規(guī)則。后來人們想方設(shè)法采用最少的電極和基本的信號來簡化體表電位圖,，如Barr和 Spach采用最少的環(huán)身24個電極來可靠地描繪體表電圖,。
2.4 判定模型法
在建立仿真模型和描繪體表電位圖的同時，臨床上每年有成千上萬例的心電圖被記錄和診斷,。因此另一組人員開始為這些海量的數(shù)據(jù)尋找正式的解決方案,。這里也有不同的研究方向,，一方為“實用主義者，”另一方面為“純正主義者”,。與此相關(guān)聯(lián)的是“純正主義者”則更傾向于采用直接推斷法,。看來“實用主義者”,。已占了上風(fēng),，但是爭議尚未結(jié)束，因為計算機的心電圖診斷能力不再受只有記錄12導(dǎo)聯(lián)心電圖的制約,。CSE研究顯示“實用主義”和“純正主義”都已接近各自方法的上限,，要進一步改進和精致，設(shè)計人員已開始關(guān)注心臟仿真模型和體表電位圖的研究,。
3 新的研究方向
現(xiàn)在到了更好地利用從心電學(xué)不同研究領(lǐng)域中獲得的經(jīng)驗的時候了,，進一步改進心電圖診斷程序的新方向可能是：
3.1 采用所有心跳中可獲得的所有信息：許多程序只用到一個所選定的或平均的心博來進行分類，未考慮到心電圖內(nèi)在的變異性,。研究表明,，通過綜合對各單個心博的分類，可以改進對心電圖的鑒別,?！ ?br /> 3.2 采用在不同程序中得到的所有知識：進一步的改進可來自于綜合不同的心電圖程序中的專家知識，即有直接推斷法或統(tǒng)計法,，也有用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或貝葉斯信任網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)已解決了把心向量轉(zhuǎn)換成心電圖和把心電圖轉(zhuǎn)變成心向量圖的方法。CSE研究已表明綜合那些具有不同的特性知識和不同的分類知識的不同程序來進行心電分類的優(yōu)越性,?！ ?br /> 3.3 吸收心電學(xué)其它研究領(lǐng)域中所得到的知識：體表電位圖研究人員已對心電圖的臨床分析作出了很有價值的貢獻,，如Kornieich等人已從126個電極位置中確定了診斷心肌缺血最重要的9個位置,；Selvester等人根據(jù)正向模型判斷,，表明有可能定量地描述心肌缺血的程度；Schijvenaars等人已證明用體表電位圖對心電圖或心向量診斷作靈敏度分析的優(yōu)勢所在,。心電圖診斷程序的研制人員可以從別人的研究中獲益,。
3.4 采用非心電圖的信息：如采用存貯在綜合心血管工作站中與心電圖無關(guān)的病人數(shù)據(jù),，通過計算條件概率和先驗概率這些數(shù)據(jù)也許能更好地修正最后的診斷結(jié)果,。
3.5 評價心電圖程序：用記錄完整的心電數(shù)據(jù)庫來評價心電圖診斷程序看來對心電圖診斷程序質(zhì)量的提高有積極的作用,。CSE項目的成果之一是建立一個記錄完整的,、有1220條心電記錄的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫對心電圖計算機診斷程序的改進和用戶對這些診斷程序的認(rèn)可起了很大的促進作用。通過這類項目實現(xiàn)就可以更容易地按標(biāo)準(zhǔn)方法收集記錄完整的心電數(shù)據(jù),，這樣就可建立更大的,，包含有更廣泛的診斷類別和綜合疾病的數(shù)據(jù)庫。
4 討 論
理想情況下,，在現(xiàn)有不同的心電圖的診斷系統(tǒng)之間交換有關(guān)心電圖的特征和分類方法的知識可獲得很大益處,。如果所有的心電圖診斷程序在信號分析上的同樣的精確度和可靠性，至少可在所有系統(tǒng)中采用同樣的測量方法,。這樣就可以在不同的系統(tǒng)中交換診斷標(biāo)準(zhǔn),，有利于提高醫(yī)療質(zhì)量和治療效率。因為可采用經(jīng)過檢驗廣泛接受的心電分析標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用已收集的且已嚴(yán)密驗證的生物醫(yī)學(xué)研究成果,。但由于行業(yè)競爭的存在,，這個目標(biāo)也許很難實現(xiàn)。
CSR的研究充分表明,，最錯綜復(fù)雜的問題是,，什么是用來評估心電圖診斷系統(tǒng)的客觀參照物或黃金標(biāo)準(zhǔn)？理想的情況是該參照物是不帶偏見的客觀物體,，并且這樣的評估最好能由獨立于該心電圖診斷系統(tǒng)研制人員的研究機構(gòu)來擔(dān)任,。
1 引 言
毫無疑問,，計算機對心電圖的診斷的是知識處理在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中為數(shù)不多的幾個成功應(yīng)用的例子之一,。盡管心電圖診斷系統(tǒng)還比不上專業(yè)醫(yī)生的水平，但它們在門診檢查,、基礎(chǔ)護理,、職業(yè)病防治、人口篩選和流行病研究等領(lǐng)域仍得到一定的應(yīng)用,。問題是雖然現(xiàn)有計算機診斷系統(tǒng)看來已達到其最佳的診斷能力并已被用戶所接受,，但心電圖分類的質(zhì)量是否能進一步改進,。從幾個評估研究來看，如歐共體心電圖標(biāo)準(zhǔn)化工作組的評估,，都說明不僅最好的心電專家仍然比最好的程序要好,，而且不同程序或心電專家的綜合診斷要好于單個程序或單個專家的診斷。顯然心電圖的自動分析仍有改進的余地,。
因而,，各研究小組正按不同的側(cè)重點進行研究，以期對診斷程序作進一步的改進,。如：（1）利用每個心跳中的信息,；（2）綜合不同程序的結(jié)果；（3）吸收在體表電位和仿真模型中的知識,；（4）采用非心電圖的數(shù)據(jù),；（5）用記錄完備的心電圖數(shù)據(jù)庫來評估心電圖診斷程序。
2 歷史上的研究方向
2.1 心電圖特征法
心電導(dǎo)聯(lián)主要有Einthoven的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián),，Wilson的單極加壓肢體導(dǎo)聯(lián)和胸導(dǎo)聯(lián),，F(xiàn)rank導(dǎo)聯(lián)校正體系等，也有描述心臟電活動的空間向量和心電向量圖,。
在心電圖誕生之初,，Einthoven 的等邊三角形理解心肌所產(chǎn)生的電場的最簡單模型。Wilson導(dǎo)聯(lián)是由直覺和經(jīng)驗確定的,，而不是從電生理的角度考慮的,。只有在引入了心電圖后，才使得心電圖有一個堅實的物理基礎(chǔ),。
所有導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)都存在一個共同的問題：即怎樣得到的心電信號可以盡可能完整地描述心肌除極過程,，并盡可能地獨立于病人的解剖位置。事實上,，心電圖導(dǎo)聯(lián)主要是為方法上正確描述心電圖信號而定義的,。但是沒有一種導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)能充分考慮到實際意義方面的問題，即心電圖的臨床意義,。的確,，方法上正確描述心電波形的導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)不一定能為心電圖的最佳診斷分類提供最好的特征。由于心電偶極概念只有非常有限的價值,，沒有足夠的理由說明物理上正交的導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)同時也會對疾病分類有最大的靈敏度和特異性,。
2.2 心臟仿真法
這是根據(jù)物理上電偶極子和電學(xué)的理論，及心臟電生理的特性,，采用仿真的方法來模擬心臟的電流活動和電流傳導(dǎo),，記錄它們在心電圖上的反映，并可人為改變仿真模型上的某個條件來觀察相應(yīng)的心電圖變化,，以期找出在正常和異常情況下心電活動變化規(guī)律的方法
心電仿真可分為形態(tài)仿真和節(jié)律仿真,。形態(tài)仿真是研究心臟在某一心動周期內(nèi)心電活動的體表電位分布,，一般是單周期的，它可分為設(shè)定型和傳播型兩類,；節(jié)律仿真是研究心臟在某一較長時間內(nèi)心電活動的體表電位分布,，一般是多周期的，它可分為簡化模型和真實模型兩類,。
心臟仿真模型從結(jié)構(gòu)上看,，可分為單極子、多極子和從大量心肌細胞單元合并成多極子三大類,；從功能上看,，可分為QRS波、T波,、QRS/T三大類,。
Plonsey 和Borr等人或是在仿真模型中采用了電活動的更高極數(shù)，或是成功地定義了運動偶極子或片段偶極子等非偶極子的方法在物理上更好地描述了心肌去極化過程,。
這些研究者希望通過一個可靠的正向推理,，為建立可用于逆向推理過程的仿真模型打下適當(dāng)基礎(chǔ)。只有當(dāng)計算機可用來仿真時,，才使容積導(dǎo)體的作用可以加以考慮，但這實質(zhì)上仍然是Burger物理模型和Drank軀體模型的擴展,。逆向計算也就變得更為復(fù)雜,，但實際上所形成的電場并不更接近于“真實”。
2.3 體表電 位圖法
體表電位圖法是胸部和背部安放多極導(dǎo)聯(lián),，同時記錄出的各電極部位的心電波形,，由此可繪出的心動周期中任一時刻體表心電的等電位圖，極值軌跡圖及等時線圖等等,，這些圖譜即體表電位圖,，它們有助于了解心電場在體表分布的全貌。
在體表電位圖中,，體表電極的安放位置和數(shù)量是研究的主要對象,。研究人員試圖統(tǒng)籌考慮人體表面豐富的去極化電場。早期Taccardi為完整地描述心臟電活動作了大量的工作,，但是數(shù)據(jù)量之大令人吃驚,，沒有人能夠為解釋這些圖譜而制定定量的規(guī)則。后來人們想方設(shè)法采用最少的電極和基本的信號來簡化體表電位圖,，如Barr和 Spach采用最少的環(huán)身24個電極來可靠地描繪體表電圖,。
2.4 判定模型法
在建立仿真模型和描繪體表電位圖的同時，臨床上每年有成千上萬例的心電圖被記錄和診斷,。因此另一組人員開始為這些海量的數(shù)據(jù)尋找正式的解決方案,。這里也有不同的研究方向,，一方為“實用主義者，”另一方面為“純正主義者”,。與此相關(guān)聯(lián)的是“純正主義者”則更傾向于采用直接推斷法,。看來“實用主義者”,。已占了上風(fēng),，但是爭議尚未結(jié)束，因為計算機的心電圖診斷能力不再受只有記錄12導(dǎo)聯(lián)心電圖的制約,。CSE研究顯示“實用主義”和“純正主義”都已接近各自方法的上限,，要進一步改進和精致，設(shè)計人員已開始關(guān)注心臟仿真模型和體表電位圖的研究,。
3 新的研究方向
現(xiàn)在到了更好地利用從心電學(xué)不同研究領(lǐng)域中獲得的經(jīng)驗的時候了,，進一步改進心電圖診斷程序的新方向可能是：
3.1 采用所有心跳中可獲得的所有信息：許多程序只用到一個所選定的或平均的心博來進行分類，未考慮到心電圖內(nèi)在的變異性,。研究表明,，通過綜合對各單個心博的分類，可以改進對心電圖的鑒別,?！ ?br /> 3.2 采用在不同程序中得到的所有知識：進一步的改進可來自于綜合不同的心電圖程序中的專家知識，即有直接推斷法或統(tǒng)計法,，也有用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或貝葉斯信任網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)已解決了把心向量轉(zhuǎn)換成心電圖和把心電圖轉(zhuǎn)變成心向量圖的方法。CSE研究已表明綜合那些具有不同的特性知識和不同的分類知識的不同程序來進行心電分類的優(yōu)越性,?！ ?br /> 3.3 吸收心電學(xué)其它研究領(lǐng)域中所得到的知識：體表電位圖研究人員已對心電圖的臨床分析作出了很有價值的貢獻,，如Kornieich等人已從126個電極位置中確定了診斷心肌缺血最重要的9個位置,；Selvester等人根據(jù)正向模型判斷,，表明有可能定量地描述心肌缺血的程度；Schijvenaars等人已證明用體表電位圖對心電圖或心向量診斷作靈敏度分析的優(yōu)勢所在,。心電圖診斷程序的研制人員可以從別人的研究中獲益,。
3.4 采用非心電圖的信息：如采用存貯在綜合心血管工作站中與心電圖無關(guān)的病人數(shù)據(jù),，通過計算條件概率和先驗概率這些數(shù)據(jù)也許能更好地修正最后的診斷結(jié)果,。
3.5 評價心電圖程序：用記錄完整的心電數(shù)據(jù)庫來評價心電圖診斷程序看來對心電圖診斷程序質(zhì)量的提高有積極的作用,。CSE項目的成果之一是建立一個記錄完整的,、有1220條心電記錄的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫對心電圖計算機診斷程序的改進和用戶對這些診斷程序的認(rèn)可起了很大的促進作用。通過這類項目實現(xiàn)就可以更容易地按標(biāo)準(zhǔn)方法收集記錄完整的心電數(shù)據(jù),，這樣就可建立更大的,，包含有更廣泛的診斷類別和綜合疾病的數(shù)據(jù)庫。
4 討 論
理想情況下,，在現(xiàn)有不同的心電圖的診斷系統(tǒng)之間交換有關(guān)心電圖的特征和分類方法的知識可獲得很大益處,。如果所有的心電圖診斷程序在信號分析上的同樣的精確度和可靠性，至少可在所有系統(tǒng)中采用同樣的測量方法,。這樣就可以在不同的系統(tǒng)中交換診斷標(biāo)準(zhǔn),，有利于提高醫(yī)療質(zhì)量和治療效率。因為可采用經(jīng)過檢驗廣泛接受的心電分析標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用已收集的且已嚴(yán)密驗證的生物醫(yī)學(xué)研究成果,。但由于行業(yè)競爭的存在,，這個目標(biāo)也許很難實現(xiàn)。
CSR的研究充分表明,，最錯綜復(fù)雜的問題是,，什么是用來評估心電圖診斷系統(tǒng)的客觀參照物或黃金標(biāo)準(zhǔn)？理想的情況是該參照物是不帶偏見的客觀物體,，并且這樣的評估最好能由獨立于該心電圖診斷系統(tǒng)研制人員的研究機構(gòu)來擔(dān)任,。
