高频QRS 波运动心电图对心肌缺血多点诊断优势及应用前景

彭 珽 吴秀勤 缪汝佳 王建刚*

（1、中南大学湘雅三医院，湖南 长沙 410013；2、中山大学附属第一医院，广东 广州 510080）

2020 年12 月，美国心脏病学会杂志（JACC）发表了一项关于全球心血管疾病和危险因素负担的权威报道。此项研究由WHO 全球疾病负担研究中心（GBD）联合美国国家心脏、呼吸和血液学研究所（NHLBI）共同发表，对1990-2019 年204 个国家的人口健康状况进行了评估。结果显示，心血管疾病患患者数从2.71 亿增加到5.23 亿，增长率为92.99%；心血管疾病死亡人数从1210 万增至1860万，全球心血管疾病致死率居疾病死亡首位。其中，中国人群心血管疾病的病死率最高[1]。冠心病是我国心血管疾病发病率排名第二的疾病，根据《中国卫生健康统计年鉴2019》，2018 年我国城市居民冠心病死亡率为120.18/10 万，农村居民冠心病死亡率为128.24/10 万。2002-2018 年急性心肌梗死死亡率总体呈上升态势，从2005 年开始，急性心肌梗死死亡率呈快速上升趋势[2]，我国每年有近80-120万人因为心梗猝死失去生命。其中，75%的这类事件发生于院外，是院内的2.61 倍[3]。可见，研究冠心病的早期诊断对于预防心肌梗死、提高生活质量具有重要价值。

目前研究认为，冠状动脉粥样硬化导致冠状动脉狭窄，继而诱发心肌缺血，最终引起急慢性心肌梗死。在进展到心肌梗死前心肌会经历一个缺血过程，如能在此阶段及时发现病例并实施干预，将可能延缓缺血型心脏疾病进展速度。然而，冠心病患者中无症状心肌缺血的比例显著高于有症状心肌缺血者[4]，隐匿性冠心病患者并无心绞痛等心肌缺血的相关症状，但存在冠状动脉病变、心肌血流灌注集代谢异常和心电图异常等心肌缺血的客观证据。这种缺乏相应临床症状的隐匿性特点，容易导致漏诊从而延误最佳治疗时机，从而影响患者预后[5]。虽然疾病早期对患者生活影响较轻，但如果对其不予以重视任其发展，最终可导致心绞痛甚至心肌梗死的发生、促使患者心肌发生永久性的不可逆性损伤，严重危及患者躯体健康和生命安全。早期诊断无症状性心肌缺血是及时治疗冠心病的重要基础，可降低患者心脏事件的风险并改善预后，因此，提高心肌缺血检测的敏感性、特异性，实现早期预警心肌梗死迫在眉睫。

目前，冠心病的心电筛查存在着不足之处，症状发作时的心电图动态变化难以被抓取，静息心电图诊断效率太低，而通过运动平板ST 段改变是目前临床用以初筛冠心病的主要检查方法，但其敏感性和特异性离精确诊断均有较大差距[6]。此外，随着社会老龄化的进展接受运动平板检查的患者中高龄患者占比增高，很难达到85%的最大预测心率而影响检测准确性。对于冠脉CTA、冠状动脉造影、心肌灌注成像等影像学检查不适用于人群普筛。因此，临床亟需具有无创性、灵敏度高、特异性强的检测手段。高频QRS 分析是一种补充运动平板ST 段评估的新型工具。在负荷试验期间实时记录高分辨率的12 导联ECG，并在150-250 Hz 频率范围内对心电图数据进行分析，通过分析QRS 波群中心部分存在的高频成分，为常规心电图诊断提供附加信息，以更敏感、精准地捕捉心肌缺血的状态，为实现心梗早预警、早防患、早干预治疗提供了可能。

1 高频QRS 分析的原理

QRS 波群反映心室肌除极的电位变化。标准ECG 使用滤波来评估频率为0.05-100 Hz 的波形，这些波形的振幅以毫伏（mV）为单位。正常人QRS波群时间不超过0.11 s，多数在0.06-0.10 s 之间，6个肢体导联的QRS 波群振幅（正向波与负向波振幅绝对值相加）一般不小于0.5 mV，6 个胸导联的振幅一般不小于0.8 mV[7]，这样的波形称为低频、高振幅。相反，高频、低振幅波形也发生在心室去极化，即为高频QRS（high frequency QRS，HFQRS）波形，振幅大约小100 倍，因此以微伏（μV）为单位进行测量。如果以高采样速率（1000 Hz）获得ECG，以及使用滤波器将150-250 Hz 高频波形以外的信号降至最低，则可以测量HFQRS 波形。在去极化过程中，心肌通过肌细胞间的传导被激活，并通过广泛分支的浦肯野纤维扩散开来，产生大量的心肌激活点，形成具有大量HFQRS 信号的去极化波前。当部分心肌细胞缺血缺氧时，心电信号的传递就会减慢甚至中断，随着去极化向缺血区传递，高频波形的振幅减小。

因此，使用高频QRS 成分的自动分析来检测运动过程中去极化的变化，包括切迹、扭挫和顿结等[8]，可以识别心肌缺血。而传统的运动心电图是通过分析复极相的ST 段改变，对识别冠心病和缺血的敏感性差[9]。由于高频QRS 信号的振幅非常低，故最终需要高级信号处理来提取和解释嵌入其中的有价值的生理信息。

现国外的相关应用以以色列BSP 公司开发的HyperQ 软件自动分析为主，如图1 所示的自动算法进行，该分析为瞬时性的，并在负荷试验期间实时执行。简而言之，在整个过程中连续记录了高分辨率的12 导联ECG。对每个导联中QRS 波群进行平均，直至噪声电平＜1 μV，以获得高信噪比、排除噪声和异位心博，并计算信号平均QRS。每个有效的平均QRS 波群在150-250 Hz 带内通过带通数字滤波器进行滤波。实时导出所得HFQRS 信号的均方根，随时间绘制在所有12 个导联上，并在整个过程中进行分析。根据默认配置，将具有足够信号质量的单个导联的缺血定义为：HFQRS 均方根信号最大值与最小值之间绝对减少≥1 μV 以及相对减少≥50%。若有3 条及以上导联受到影响，将HFQRS 析视为阳性；有两条或以下导联用于指示高频QRS 缺血或噪声过大的患者被认为具有阴性结果；若HFQRS 分析没有显示缺血，并且3 条及以上导联显示过高的噪声水平，则HFQRS 分析被认为是非诊断性的。

图1 高频QRS 分析的示意流程图

2 高频QRS 分析在心肌缺血诊断中的应用

半个多世纪以来，运动平板一直是临床用于评估心肌缺血的主要检查手段，1989 年Detrano 等[10]基于对过去24 年进行的147 项研究进行荟萃分析，估计运动测试的敏感性和特异性分别为68%和77%，然而，有更多的研究提示[11，12]在疾病早期不太严重时检测率更低，这使得临床医生更加依靠运动核素心肌灌注成像检查（SPECT-MPI）和侵入性血管造影等影像学检查以提高诊断精准度。因此，我们需要探索出一种更为精准、高效、无创的心电诊断方式。早在50 年代初期，Langner（1952 年）首先发表了将心电图上高频切迹与心脏病理学相联系的 文 章[13]。此 后，Langner 等[14，15]进 一 步 研 究 发 现ECG 中高频成分与冠心病相关。Reynolds 等人（1967 年）研究了高频切迹心电图与原发心肌病的相互关系[16]。国内70 年代中期先后开展了高频心电图临床应用研究，朱卫平和王树春等人通过对比高频心电图与选择性冠状动脉造影在冠心病诊断中的应用，发现高频心电图与冠心病的诊断中符合率较高，敏感性可达90%以上，临床实用价值明显优于常规心电图和运动试验。1981 年初步研究表明[17]，在运动应激时进行高频QRS 分析可以提高应激心电图诊断冠心病的准确性。当患者的心脏发生缺血时，一个缓慢的去极化波阵面导致非缺血组织中正常的高频信号转换为一个低频信号，这个低频信号被捕获，然后在计算机模型中进行模拟[18，19]。基于一系列研究，从20 世纪80 年代初开始，HFQRS 分析被认为是各种冠状动脉疾病（包括心肌缺血和心肌梗死）的重要实时和非侵入性指标[20]。急性缺血的高频QRS 成分显著变化定义为至少一个导联平均高频QRS 波幅的均方根相对下降20%或绝对下降0.6 μV[21]。高频QRS 波幅和形态学的变化已被证明是心肌缺血诊断的敏感指标，通常优于ST-T 段改变的测量[8]。研究者还发现高频心电图在鉴别早期肥厚性心肌病和心内膜下心肌梗塞方面也有一定参考价值。他们也研究了中老年冠心病临床诊断标准，发现其特异性和敏感性均在90%以上，表明高频心电图可以作为冠心病早期诊断的辅助手段[22]。

运动试验的临床研究[19]一致表明，高频QRS 分析在检测缺血方面具有更高诊断价值。高频QRS分析的平均灵敏度为（75±6）%，特异度为（80±6）%，而ST 段分析的平均灵敏度为（48±16）%，特异度为（70±15）%。该研究对在急性心肌缺血患者中的高频QRS 模式进行了描述和量化，结果发现急性冠脉综合征（ACS）患者的高频QRS 形态指数高于非缺血性患者，且对无ST 段抬高的患者敏感性较好。

2016-2018 年，在Nicolas Schaerli 教授等团队带领下，在瑞士巴塞尔医院、德国汉堡大学医院、Schiller 研究所等进行了一项前瞻性研究[23]，4219 名心脏病患者接受了运动负荷试验并进行了高频QRS 分析，通过筛选最终纳入的662 名受试者的测试结果，进行两年期临床跟踪，通过筛选最终纳入的662 名受试者的测试结果，发现相较于既往仅通过ST 段改变来检测是否有心肌缺血，高频QRS 分析结合ST 段偏差分析可使敏感性增加到63%，特异性增加到97%。对于严重心肌缺血的诊断，敏感性由70%增加到90%，特异性从84%增加到94%，这有益于提高心肺运动试验的诊断准确性，而且高频QRS 分析是2 年后不良心脏事件发生的独立预测因子。Balfour 等[24]通过对257 名符合条件的患者进行了运动核素心肌灌注显像检查，并结合高频QRS 分析，研究发现运动负荷心电图结合高频QRS分析可准确识别出实质存在的心肌缺血，诊断准确率高，可使50%患者免于血管造影检查。

对于临床容易忽视的隐匿性心绞痛患者的诊断，HFQRS 分析显示出更大的优势，可以促进胸痛患者的正确分诊，减少心脏事件的发生。Galante 等[25]的一项前瞻性研究旨在评价HFQRS 分析在疑似急性冠脉综合征患者中的诊断性能，该研究纳入因胸痛和疑似冠脉综合征到急诊就诊的235 名患者，结果提示在ST 段抬高型心肌梗死的诊断中，传统的心电图更明了，但在非ST 段抬高的急性冠脉综合征（NSTE ACS）中HFQRS 分析缺血的灵敏度为68%，而心电图的灵敏度为44%，特别是在不稳定心绞痛的类别中，HFQRS 的灵敏度为65%，显著优于传统心电图。

高频QRS 分析对疾病预后、追踪随访也有极其重要的指导作用。Tragardh 等[26]研究调查急性心肌梗死后第一年HFQRS 的连续变化，在急性心肌梗死后的一年中（几天、6 周后和3、6 和12 个月后）记录了五次常规和高频心电图，结果发现在个体内部和个体间HFQRS 都有巨大差异。Matsushita等[27]对70 名接受了冠状动脉旁路移植或心脏瓣膜手术的患者进行高频QRS 分析旨在评估高频QRS电位作为心脏手术后心肌功能障碍标志物的效用，研究结果提示滤过的高频QRS 电位的严重降低与心肌功能障碍有关。过滤后的高频QRS 电位的测量可能成为一种有用的、无创的、实时监测手术后心肌功能障碍的方法。

3 结 论

高频QRS 分析是一项新的分析心肌缺血的工具，其敏感性与特异性均高于普通心电图，是预警心肌缺血的一项技术，对预后也有极其重要的指导作用。除此之外，高频QRS 可以对日间非心脏手术风险评估、心脏性猝死预警与评估、心肺功能与风险评估，避免不必要的医疗隐患。目前，中国人群缺乏相关临床研究，尤其是大规模研究；其次，对标ST 段诊断标准之于现阶段运动平板对心肌缺血诊断，还需要对高频QRS 波诊断心肌缺血的标准制订进行探讨。