Name: 患者使用具有心电图功能的智能手表对双极性三引线心电图进行定向记录 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-12-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 3 s
Description: 学习使用具有心电图功能的智能手表记录双极性三导联心电图，该方法类似于标准Einthoven导联，可帮助患者在症状出现后即时检测心律失常或心肌缺血，为临床诊断提供及时数据支持。

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本研究未获得外部资金支持。我们感谢Lisa Tiedemann、Ester Krist和Tobias Anke提供的技术支持。

本研究遵循《赫尔辛基宣言》进行，并获得威斯特法伦-利珀州医学协会伦理委员会批准（参考编号 2019-456）。
1. 研究
<ol>
	<li>指导受试者如何正确使用智能手表进行心电图记录。</li>
</ol>
2. 使用普通设备记录标准12导联心电图
<ol>
	<li>使用常规心电图设备进行标准心电图记录。</li>
	<li>将走纸速度调整为 50 mm/s。</li>
	<li>受试者平卧休息 5 分钟后进行心电图记录。</li>
	<li>将右上肢电极置于右肩附近。</li>
	<li>将左上肢电极置于左肩附近。</li>
	<li>将右下肢电极置于右踝附近。</li>
	<li>将左下肢电极置于左踝附近。</li>
	<li>将 V1 电极置于右侧胸骨旁线第四肋间。</li>
	<li>将 V2 电极置于左侧胸骨旁线第四肋间。</li>
	<li>将 V3 电极置于 V2 与 V4 电极之间。</li>
	<li>将 V4 电极置于锁骨中线第五肋间。</li>
	<li>将 V5 电极置于腋前线第五肋间。</li>
	<li>将 V6 电极置于腋中线第五肋间。</li>
	<li>使用标准心电图设备记录标准 12 导联心电图。 
	注意：记录心电图时患者应保持不动，以避免产生心电图伪影。</li>
</ol>
3. 使用具有心电图功能的智能手表记录I-III导联爱因托芬心电图
<ol>
	<li>在记录标准心电图后，立即记录智能手表心电图。</li>
	<li>启动智能手表的心电图记录功能。在智能手表与皮肤接触良好后，将直接记录一段持续30秒的心电图。</li>
	<li>将智能手表背面置于左腕背侧，右手食指接触表冠，以记录I导联心电图（图1A）。</li>
	<li>将智能手表背面置于左下腹部，右手食指接触表冠，以记录II导联心电图（图1B）。</li>
	<li>将智能手表背面置于左下腹部，左手食指接触表冠，以记录III导联心电图（图1C）。 
	注意：为获得准确的心电图记录，右手和左手食指不应接触左腕或左下腹部的皮肤。记录心电图期间，患者应保持静止，以避免产生心电图伪影。</li>
</ol>
4. 心电图分析
<ol>
	<li>使用智能手机应用程序以数字方式存储智能手表记录的心电图。</li>
	<li>使用“将 PDF 发送给您的医生”功能，为每一份智能手表心电图导联生成 PDF 文档。将数字智能手表心电图打印在纸上，以便与标准心电图的纸质记录进行比对。</li>
	<li>若至少连续三个 QRS 波群显示无噪声干扰的信号质量，且 QRS 波群之间的等电位线无伪影，则将所记录的智能手表心电图分类为中等信号质量。</li>
	<li>若至少十个 QRS 波群显示无噪声干扰的信号质量，且 QRS 波群之间的等电位线无伪影，则将智能手表心电图分类为良好信号质量。</li>
</ol>
5. 统计分析
<ol>
	<li>使用 IBM SPSS Statistics 进行统计分析。 
	注意：分类变量以绝对数和百分比表示。连续变量以均值 ± 标准差表示。计量结果变量的差异通过单因素重复测量方差分析（ANOVA）和配对 t 检验进行评估。对于二分类变量，采用 χ² 检验。</li>
</ol>

<ol><li>Turakhia, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rationale+and+design+of+a+large-scale%2C+app-based+study+to+identify+cardiac+arrhythmias+using+a+smartwatch%3A+The+Apple+Heart+Study%5BTitle%5D)+AND+%22American+Heart+Journal%22%5BJournal%5D)">Rationale and design of a large-scale, app-based study to identify cardiac arrhythmias using a smartwatch: The Apple Heart Study.</a> American Heart Journal. 207, 66-75 (2019).</li>
<li>Dorr, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+WATCH+AF+Trial%3A+SmartWATCHes+for+Detection+of+Atrial+Fibrillation%5BTitle%5D)+AND+%22JACC+Clinical+Electrophysiology%22%5BJournal%5D)">The WATCH AF Trial: SmartWATCHes for Detection of Atrial Fibrillation.</a> JACC Clinical Electrophysiology. 5 (2), 199-208 (2019).</li>
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<li>Einthoven, W., Fahr, G., De Waart, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+direction+and+manifest+size+of+the+variations+of+potential+in+the+human+heart+and+on+the+influence+of+the+position+of+the+heart+on+the+form+of+the+electrocardiogram%5BTitle%5D)+AND+%22American+Heart+Journal%22%5BJournal%5D)">On the direction and manifest size of the variations of potential in the human heart and on the influence of the position of the heart on the form of the electrocardiogram.</a> American Heart Journal. 40 (2), 163-211 (1950).</li>
<li>Burch, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((History+of+precordial+leads+in+electrocardiography%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Cardiology%22%5BJournal%5D)">History of precordial leads in electrocardiography.</a> European Journal of Cardiology. 8 (2), 207-236 (1978).</li>
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<li>Tison, G. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Passive+Detection+of+Atrial+Fibrillation+Using+a+Commercially+Available+Smartwatch%5BTitle%5D)+AND+%22JAMA+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Passive Detection of Atrial Fibrillation Using a Commercially Available Smartwatch.</a> JAMA Cardiology. 3 (5), 409-416 (2018).</li>
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<li>Avila, C. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+Use+of+Apple+Watch+4+to+Obtain+3-Lead+Electrocardiogram+and+Detect+Cardiac+Ischemia%5BTitle%5D)+AND+%22Permanente+Journal%22%5BJournal%5D)">Novel Use of Apple Watch 4 to Obtain 3-Lead Electrocardiogram and Detect Cardiac Ischemia.</a> Permanente Journal. 23, (2019).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

智能手机和智能手表等智能设备在日常生活和医疗护理中的应用日益广泛1。这些新型设备和应用程序可能对公众的健康意识产生重大影响，但其有效性的使用需通过研究进行验证8。据我们所知，本课题组是首个开发出利用智能手表实现单导联心电图记录、并对应传统Einthoven I-III导联心电图方法的团队14。
患者自主进行心电图记录的操作流程中，一个重要环节是对智能手表及其配套应用程序的使用进行充分指导。需要指导患者将智能手表背面放置于左臂手腕处或左下腹部，并将左手或右手的食指置于智能手表的表冠上。为了优化智能手表心电图的质量，应建议使用者在记录心电图期间保持静止，以避免产生心电图伪影。此外，食指不应接触手腕或腹部。同时，智能手表心电图记录应在仰卧位进行，类似于标准心电图记录。如果患者发现所记录的心电图因伪影导致质量不佳，改善皮肤接触可能有助于提高信号质量。经过简短培训后，我们所有100名受试者均能自行将智能手表置于指定位置，完成三导联心电图记录。因此，在...

智能手表或其他所谓的“可穿戴设备”在西方国家的普及程度日益提高，日常使用率呈急剧上升趋势。近80%的美国居民拥有智能手机，超过10%的人拥有智能手表1。由于采用了发光二极管（LED）光源和光电二极管的光电容积脉搏波（photoplethysmographic）传感器，部分智能手表能够记录脉搏频率及心律异常1。该功能可实现对心律失常（尤其是心房颤动，AF）的高诊断准确率检测2,3。为了实现真实的心电图（ECG）心律失常检测，已开发出便携式、手持式及可穿戴式心电图设备，以支持通过智能手机进行心电图记录。然而，这些设备仅在患者依从性极高、能够持续随身携带心电图设备的情况下，才能实现由患者主动触发的心电图记录4,5,6,7。
因此，用于患者医学监测的最佳工具应是一种可供日常使用的智能设备。一些最新一代的智能手表能够记录单导联心电图（ECG），其记录效果可与标准12导联心电图中的双极肢体导联I（Einthoven I）相媲美，其中手表背面作为正极，表冠作为负极8。心电图记录由患者自主控制，在出现症状时启动。随后，应用程序会生成一份PDF文档，供医疗专业人员进一步分析。然而，仅使用单导联心电图来识别P波以判断窦性心律，有时不足以清晰检测P波，通常需要多个心电图导联59。此外，对于大多数急性或慢性结构性心脏病（如心肌梗死（MI）、肺栓塞或急性心力衰竭征象）的诊断，多导联心电图记录是必需的。
100 多年前，Einthoven 开发了一种记录双极三通道心电图（ECG）的方法10。这种三通道心电图可用于识别心脏电轴，以及可能的心肌缺血，尤其是在心肌下壁区域11。因此，在临床日常实践中，双极 Einthoven 导联 I-III 是 12 导联心电图的基本组成部分，可用于判断心律或检测心肌缺血。
近几十年来，心肌梗死的早期诊断尤其是早期治疗已取得显著改善。然而，在症状出现后的早期阶段，许多患者仍犹豫是否联系专业医疗救助，因此首次医疗接触和启动适当治疗常常被延误12。在症状出现后尽早注册并传输由患者自行操作的心电图（ECG），可能加快针对性治疗的实施，从而改善患者的预后7。迄今为止，智能设备在缺血检测方面的应用仍存在局限性，因为目前主要只能记录单导联（Einthoven I）或如本研究中最多三导联（Einthoven I-III）的心电图，这些导联仅能反映心肌的有限区域。
多项研究采用患者自用设备（如便携式心电图记录仪、智能手机，以及最近的智能手表）来检测心脏病患者的房颤（AF）1,2,5,9。Apple Heart 研究和 WATCH AF 试验利用智能手表的光电容积脉搏波（photoplethysmographic）LED 光传感器检测不规则或变异的脉搏，该信号与房颤等心律失常相关1,2。在这些试验中，信号质量不足是主要限制因素，导致较高的脱落率2。另一项智能手表试验也采用光电容积脉搏波法检测房颤，但与常规心电图相比，其诊断准确性有所降低13。
通过检测脉搏不规则来发现心房颤动（AF）是光电容积描记法的局限性所在，因为由期外收缩或窦性心律不齐引起的心率变异性也可能导致脉搏不规则。因此，使用智能手机或智能手表记录心电图（ECG）可提高心律失常检测的敏感性和特异性。多种与智能手机兼容的设备能够记录模拟Einthoven I导联的双极单导联心电图5,9。在一项研究中，采用双极式智能手机心电图设备进行心房颤动筛查9。该试验中，I导联P波电压过低导致心房颤动判断错误，这在仅使用单导联心电图时构成一项限制9。用于心房颤动筛查的心电图设备也已在心脏病科和老年科住院患者中进行测试5。自动分析算法的诊断准确性仅处于次优水平，通常仍需追加标准12导联心电图检查。这些设备大多数仅能记录单一心电图导联（Einthoven I导联），而单一导联记录并不总能充分确保心律失常或复极化异常的检出。
仅有一项包含五例患者的小型病例系列研究显示，通过对标准双极智能手机设备进行改造，使用带鳄鱼夹的ECG贴片和导线实现单极导联记录后，可记录常规12导联心电图4。该研究获得了信号质量良好的心电图记录，但其局限性在于需要对设备进行改装，这使得患者自行完成心电图记录变得复杂。
相比之下，我们首次在健康受试者中开展了一项研究，通过智能手表记录采用三种双极肢体导联（Einthoven 导联）的心电图，以验证该技术的可行性。通过以下简单方案，我们证实了智能手表导联与标准心电图的 Einthoven 导联之间具有高度一致性。

<table><tbody><tr><td>Apple Watch Series 4</td><td>Apple</td><td>具有双极心电图功能的智能手表</td><td></td></tr><tr><td>IBM SPSS Statistics</td><td>IBM</td><td>Mac版25版本</td><td></td></tr><tr><td>MAC 5500</td><td>GE Healthcare</td><td>标准12通道心电图设备</td><td></td></tr></tbody></table>

使用具备心电图功能的智能手表由患者自主记录双极三导联心电图

Patient Directed Recording of a Bipolar Three-Lead Electrocardiogram using a Smartwatch with ECG Function

心律失常和心血管疾病是发达国家主要的公共卫生问题。预防医学的一个重要目标是通过早期检测心房颤动（AF）以减少心血管死亡，因为心房颤动可能引发中风，或在急性冠状动脉综合征中早期发现危及生命的心肌缺血。当患者出现症状但无法立即进行心电图（ECG）诊断检测，或观察时间较短，或无法立即就医时，心律失常的检测往往具有挑战性。智能手表和其他可穿戴设备能够记录单导联心电图，但单导联心电图通常不足以诊断心血管疾病。即使仅依靠单导联双极心电图的信息，诊断心房颤动也可能存在困难。一些智能设备使用光电容积描记法（photoplethysmography）来检测心脏节律，但该技术只能间接提示潜在的心脏节律，易受干扰，且无法用于检测心肌缺血。类似于常规心电图中使用的爱因托芬（Einthoven）导联的三导联双极心电图，可为心律失常的检测甚至其他心血管疾病（如缺血性心脏病）的诊断提供有用信息。因此，我们描述了一种利用智能手表由患者自主操作记录爱因托芬三导联心电图的实验方案。

在100名健康受试者（女性66名）的队列中，我们评估了智能手表记录方案的可行性。受试者特征见表1。在简短培训后，所有志愿者均能独立完成使用智能手表进行心电图（ECG）记录的操作。全部300份智能手表心电图均可用于后续分析，且信号质量至少达到可用于诊断的水平。其中，277份（92%）质量良好，23份（8%）信号质量中等。三位不知情的心脏病专家被要求将每位受试者的智能手表心电图正确匹配至对应的爱因索文导联（Einthoven导联）。他们成功将278份（93%）智能手表心电图正确匹配至12导联心电图中的对应I、II和III导联（个体匹配率范围为93%–97%）。三位不知情的心脏病专家均能将89名受试者（89%）的心电图正确匹配至对应的爱因索文导联。单导联与对应爱因索文导联的比较见图2。匹配错误出现在11名志愿者中。其中5名受试者的心电图被超过一位心脏病专家错误匹配至对应的爱因索文导联。Fleiss kappa分析显示评估者间一致性中等（kappa = 0.437；p &lt; 0.001）。组内相关系数为0.703。所有匹配错误均发生在智能手表心电图...

我们介绍一种由患者自主操作的智能手表三导联双极心电图注册方案，其功能与标准心电图的爱因托芬导联完全相同。该方法使患者在症状出现后可立即自行记录心电图。

心律失常和心血管疾病是发达国家主要的公共卫生问题。预防医学的一个主要目标是……

本方案使拥有具备心电图（ECG）功能智能手表的受试者能够记录三个双极导联心电图信号，其可比于标准心电图中的爱因托芬（Einthoven）导联一至三。该技术可能有助于检测心律失常或心肌缺血。受试者可在症状出现后立即协助医生识别心电图异常。该方法原则上可应用于所有双极心电图记录设备及具备心电图功能的智能手表，但向医生发送PDF的协议因设备应用程序而异。受试者应能够实现良好的皮肤接触，尤其是在记录第二和第三肢体导联时尤为重要。由于需要将手表放置于个体下腹部，因此记录爱因托芬第二和第三导联可能会较为困难。因此，受检者必须保持静息状态。本操作流程将由本部门同事 Sven Kaese 演示。记录标准心电图时，应使用常规心电图仪，并将走纸速度调节至 50 毫米每秒。在仰卧位静息5分钟后开始记录。将右臂和左臂电极置于靠近肩部的位置，右腿和左腿电极置于靠近踝部的位置。随后将V1和V2电极分别置于右侧和左侧第四肋间胸骨旁线。将 V4 电极置于第五肋间隙的锁骨中线上，V3 电极置于 V2 与 V4 电极之间。然后将 V5 电极置于第五肋间隙的腋前线上，V6 电极置于腋中线上。所有电极放置就位后，使用心电图设备记录标准 12 导联心电图。在记录完标准心电图后，立即记录智能手表心电图。启动心电图记录应用程序，当智能手表与皮肤接触良好后，将记录一段30秒的心电图。记录第一导联（Einthoven I）时，将智能手表背面置于左手腕处，右手食指接触表冠；随后记录第二导联（Einthoven II），将手表置于左下腹部，右手食指接触表冠。最后，在相同位置记录爱因托文三导联，但将左手食指放在头顶。确保右手和左手的食指不接触手腕或下腹部的皮肤，并且受试者在记录过程中保持不动。使用“将PDF发送给医生”功能，为每一份智能手表心电图导联生成PDF文档。然后将数字心电图打印在纸上，以便与标准心电图进行比较。如果至少有三个连续的QRS波群显示出无噪声的信号质量，并且在波群之间的等电位线上无任何伪影，则将所有智能手表心电图分类为中等质量。如果此情况适用于10个QRS波群，则将该心电图分类为高质量。然后，对心电图进行统计学分析。该智能手表记录方案在100名健康受试者中进行了测试，所有受试者在接受简短培训后均能顺利完成心电图记录操作。在所有记录的心电图中，92%具有良好的信号质量，8%为中等信号质量。尽管标准心电图与智能手表心电图曲线的走纸速度不同，但三条通道的波形形态明显一致。三位不知分组情况的心脏病专家被要求将每位受试者的智能手表心电图对应到相应的爱因托芬导联，三位专家均正确匹配了89名参与者的全部心电图。所有误判均出现在信号质量良好的心电图中，但这些误判发生在年龄统计学上偏大的受试者中。进行该操作时，最重要的是在静息状态下进行记录，以获得最佳的心电图信号质量。胸导联心电图记录也可使用移动设备进行，以额外获取左心室壁内侧的信息。该技术可能有助于在门诊环境中广泛实现心脏疾病的诊断潜力。

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患者使用具有心电图功能的智能手表对双极性三引线心电图进行定向记录

连续12导联心电图（ECG）监测可检测出疑似急性冠状动脉综合征（ACS）患者的心肌短暂性缺血，即使患者无症状也能发现。本文中，我们描述了使用Holter设备启动患者监测、下载ECG数据以进行离线分析的方法，以及如何利用ECG软件识别短暂性缺血。...

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使用具备心电图功能的智能手表由患者自主记录双极三导联心电图

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