張兆國 孔令云 趙蘭婷

心電圖發(fā)明于1903 年,直到1942 年完善了標準12 導聯(lián)體系之后才開始廣泛應用于臨床[1]。而超聲心動圖發(fā)明于1950 年,直到1961 年在歐洲心臟病學會(ESC)年會上推出后才開始其臨床應用[2]。 心電圖與超聲心動圖檢查同時應用于心臟疾病的臨床診治,極大地推動了心臟病診療技術(shù)的快速發(fā)展。 由于兩種檢查技術(shù)可從不同側(cè)面認識心臟的功能,并保持各自獨特優(yōu)勢,至今一直在心臟病診治中發(fā)揮著重要作用,推動著心血管疾病臨床醫(yī)學診療技術(shù)不斷攀登新的高峰。

1 心電圖的發(fā)展及應用

1.1 心電圖的發(fā)明

1903 年,荷蘭生理學家Einthoven 發(fā)明的心電圖應用于臨床;1906 年,心電圖成功地記錄了心房顫動、心房撲動、室性早搏等心律失常;1908 年,心電圖開始用于診斷心房肥大和心室肥大。 心電圖檢查技術(shù)開啟了心臟疾病診療和特殊心電現(xiàn)象探索的新紀元。 1924 年,Einthoven 因發(fā)明心電圖描記器獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎[3]。 以心電先驅(qū)——英國生理學家Waller(圖1[4])和Einthoven的發(fā)明為基礎(chǔ),Wilsion 和Goldberger 等多位心電學和醫(yī)學專家不斷開拓創(chuàng)新,到1942 年,記錄心電圖的標準12 導聯(lián)體系(圖2[5])全部推出,包括3 個雙極肢體導聯(lián)(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,Einthoven 于1913 年提出)、6 個單極胸前導聯(lián)(V1—V6,Wilson 于1933年提出)和3 個單極加壓肢體導聯(lián)(aVL、aVR、aVF,Goldberger 于1942 年提出)組成。 自此,標準化心電圖診斷技術(shù)開始應用于臨床,并一直沿用至今。

圖1 Waller 及人類首例心電圖

圖2 標準12 導聯(lián)體系示意圖

1.2 心電圖及衍生心電檢查技術(shù)的臨床應用

隨著心電圖檢查技術(shù)的發(fā)展,心電圖廣泛應用于臨床,并極大地推動了以心電變化研究為基礎(chǔ)的心律失常和急性心肌缺血等疾病診治技術(shù)的發(fā)展。預激綜合征、Lev 病、長QT 間期綜合征、短QT 間期綜合征、Brugada 綜合征、病態(tài)竇房結(jié)綜合征、早期復極綜合征、J 波綜合征、Epsilon 波等心電圖新概念與特殊心電現(xiàn)象也相繼被報道。 心電圖對心肌肥厚、心臟增大及心臟鐘向轉(zhuǎn)位具有重要的診斷價值[6],尤其是心電圖提示的“左心室肥大”與心臟X 線遠達片提示的“心臟增大”可相互補充,成為以“心臟增大”為臨床特征的心血管疾病的重要診斷手段(圖3[7])。

圖3 心臟X 線遠達片和心電圖提示心臟增大

心電圖作為較早的生物電檢測技術(shù),在心血管疾病的臨床檢查中應用范圍不斷擴大。 尤其是一些衍生心電檢查技術(shù),如動態(tài)心電圖、運動負荷心電圖、起搏心電圖和監(jiān)護心電圖等,能夠幫助人類認識和戰(zhàn)勝過去未知的心臟疾病,尤其是ICU 的監(jiān)護心電圖能夠?qū)蔽Ｖ匕Y心血管疾病患者進行持續(xù)心電監(jiān)護,為發(fā)生急性不良心血管事件的患者贏得更多的搶救時間,極大地減少了突發(fā)心律失常所致心臟性猝死的發(fā)生。 運動負荷心電圖在冠心病診斷、療效評估和預后判斷中發(fā)揮著重要作用,成為當前無創(chuàng)、無輻射、安全有效且重復性好的心血管評估工具。 心電圖及其衍生的心電檢查技術(shù)在心律失常診療領(lǐng)域至今無可替代。 心電圖檢查已成為臨床四大常規(guī)檢查項目之一,應用范圍早已超出對心血管疾病的診治,其對腦血管疾病(如尼加拉瀑布樣T 波)、呼吸系統(tǒng)疾病(如肺栓塞、肺心病)的診斷都有較高的特異性和敏感性。 目前,隨著越來越多可穿戴心電監(jiān)護設(shè)備的問世,心電圖監(jiān)測已成為高血壓、冠心病、心功能不全等心血管慢病社區(qū)監(jiān)測和管理的強有力工具。

1.3 心電圖在中國的臨床應用

1928 年中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)院購進了美國Cambridge 公司生產(chǎn)的兩臺Simpli-Scribe 心電圖機,開啟了我國心電圖臨床應用的先河[8]。 截至1949 年,協(xié)和醫(yī)院已積累了幾萬份雙極肢體導聯(lián)心電圖資料。 1950 年黃宛教授回國后,將舊式心電圖機改造為單極導聯(lián)心電圖機,開啟了心電圖檢查技術(shù)在新中國的臨床應用。 改革開放以后,心電圖及衍生心電檢查技術(shù)在心血管疾病臨床診療中得到廣泛應用。 隨著國內(nèi)創(chuàng)新研發(fā)和生產(chǎn)步伐的加快,國產(chǎn)心電圖機和心電監(jiān)護設(shè)備基本上取代了國外進口產(chǎn)品,成為我國心血管疾病診斷、風險評估和療效監(jiān)測的最有效工具之一。 2017 年《心電圖危急值中國專家共識》發(fā)布,強調(diào)了基于心電圖檢測的臨床危急情況應對措施,對心電圖危急值匯報制度進行了規(guī)范,使心電圖在心血管急危重癥患者急救工作中發(fā)揮重要作用。

2 超聲心動圖的發(fā)展與應用

2.1 超聲心動圖的發(fā)明

1950 年,瑞典醫(yī)生Hertz 將脈沖多普勒技術(shù)應用于心臟檢查。 1953 年,心內(nèi)科醫(yī)生Edler 與Hertz合作發(fā)明了可用于心臟檢測的超聲儀器。 1961 年,Edler 在羅馬召開的ESC 第三屆歐洲心臟病會議上描述了應用超聲技術(shù)對二尖瓣狹窄、左心房腫瘤、主動脈瓣狹窄和心包積液進行檢測的影像資料,并展示了心臟瓣膜結(jié)構(gòu)影像和測量記錄,標志著超聲心動圖應用于臨床[2,9-10]。 Edler 和Hertz 在長達30余年的合作中不僅發(fā)明了超聲心動圖檢測設(shè)備,還建立了超聲心動圖檢測規(guī)范,為探索心臟結(jié)構(gòu)和監(jiān)測血流變化提供了精準的測量工具,極大地推動了現(xiàn)代心血管疾病診治技術(shù)的發(fā)展。 鑒于Edler 在心臟超聲檢查領(lǐng)域取得的巨大成就,他被稱為“現(xiàn)代超聲心動圖之父”[11-12]。

2.2 超聲心動圖的臨床應用

超聲心動圖包括M 型超聲、二維超聲、脈沖多普勒、連續(xù)多普勒、彩色多普勒血流顯像(圖4[10])。應用超聲波回聲技術(shù),可獲取心臟和大血管的各層結(jié)構(gòu)、界面活動情況,以及心臟瓣膜隨時間和空間位置的變化情況,并以影像或曲線的形式記錄下來。 尤其是心臟超聲檢查時在胸骨旁長軸切面(圖5[13])、短軸切面和心尖四腔切面所展示的心內(nèi)結(jié)構(gòu),對心肌肥厚、心臟增大、瓣膜結(jié)構(gòu)和血流速度的顯示均明顯優(yōu)于心電圖,成為肥厚型心肌病、擴張型心肌病、心包積液、心室壁增厚和運動異常等常見心血管疾病的重要診斷技術(shù)[13]。

圖4 超聲心動圖

圖5 胸骨旁長軸切面(左)和二尖瓣的M 型超聲圖像(右)

3 心電圖與超聲心動圖“求同存異”

心電圖與超聲心動圖檢查在心臟疾病診療中各有其獨特優(yōu)勢:心電圖擅長捕捉心電傳導異常,而超聲心動圖則強于顯示心臟結(jié)構(gòu)異常。 二者在不同類型心臟疾病的常規(guī)診療中無法互相取代,但可以互為補充,在各自的發(fā)展中“求同存異”。

3.1 心電圖技術(shù)及其臨床優(yōu)勢

心電圖是通過在人體不同部位放置電極,從體表記錄心臟電位隨時間變化情況的曲線,可反映心臟興奮的產(chǎn)生、傳導和恢復過程中的生物電位變化,反映心臟自動除極和復極的過程[14]。 心電圖檢查適用于心臟電活動相關(guān)的心臟疾病,尤其是以心電產(chǎn)生和傳導異常為特征的心血管疾病(如心律失常、心肌梗死等)的診斷。 通過對心電圖的分析,可了解心臟跳動的節(jié)律、頻率以及心電傳導情況,并根據(jù)各種圖形特點判斷心律失常、心房(室)肥大、心肌供血不足、心肌梗死等。 心電圖在診斷心律失常方面有絕對的優(yōu)勢,不但能判斷其性質(zhì)和起源,而且還可評估抗心律失常藥物的療效。 在急性心肌梗死的診斷中,心電圖更具有超聲心動圖無法取代的優(yōu)勢:不但可快速判斷有無心肌梗死,而且能判斷心肌梗死的部位及其范圍,此外,心電圖還能用于觀察心肌梗死的演變過程和判斷其分期,從而預測疾病的進展和預后,更好地指導臨床治療。

3.2 超聲心動圖技術(shù)及其臨床優(yōu)勢

M 型超聲心動圖的成像原理是利用探頭發(fā)出超聲束,經(jīng)心臟各層組織反射的回波在探頭發(fā)射超聲波的間隙被接收,通過正壓電效應轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?再經(jīng)檢波、放大,在熒光屏上顯示為強弱不同的光點。 心臟各層結(jié)構(gòu)反射的光點隨時間展開,形成一幅用光點顯示心臟各層的位置-時間曲線,稱之為M 型超聲心動圖[15]。 二維超聲心動圖的原理與M型超聲心動圖相似,不同之處是前者探頭產(chǎn)生的聲束進入胸壁后呈扇形掃描,根據(jù)探頭部位和角度的不同,可得到不同層次和方位的切面圖,從而在較大范圍內(nèi)顯示心內(nèi)各結(jié)構(gòu)的空間方位,圖像比M 型超聲心動圖更清晰[16]。

超聲心動圖可用于觀察心臟形態(tài)、心臟瓣膜、心臟各腔室大小及其血流速度和方向、心臟收縮和舒張時的心室容積變化,輔助診斷先天性心臟病、心臟瓣膜病、冠心病、心肌病、心臟腫瘤、心內(nèi)贅生物、血栓形成及心包積液,評估人工瓣膜功能,解釋和鑒別異常心音及心臟雜音,測量心臟各腔室大小,判斷有無節(jié)段性室壁運動異常及室壁瘤形成,計算每搏輸出量和心臟功能等。 超聲心動圖因其可視化的圖像技術(shù)和可重復測量的優(yōu)勢,而被廣泛應用于心臟疾病的臨床診治,極大地彌補了心電圖和X 線遠達片診斷技術(shù)的不足,尤其是在心臟結(jié)構(gòu)異常和血流異常的心血管疾病診療中發(fā)揮著巨大的作用。

4 心電圖與超聲心動圖“優(yōu)勢互補”

雖然心電圖和超聲心動圖檢查的側(cè)重點不一樣,但二者都是心臟疾病不可缺少的常規(guī)檢查項目。 超聲心動圖檢查的優(yōu)勢在于動態(tài)觀察和測量心臟結(jié)構(gòu)和瓣膜功能狀態(tài);而心電圖檢查的優(yōu)勢在于檢測心臟的心電節(jié)律與傳導功能,以及心肌缺血的動態(tài)變化。 在超聲心動圖檢查時聯(lián)合應用心電圖檢測技術(shù),可更準確地展示心動周期,并精準定位不同心動周期內(nèi)心臟室壁和瓣膜的空間位置及時間,還能在不同心動周期測量血流變化,判斷血流的異常情況。 因此,心電圖可為超聲心動圖成像提供重要的補充信息。 在超聲心動圖檢查時需要心電圖提供心動周期的相關(guān)信息,以確保能精確測量左心室收縮期和舒張末期容積,從而準確計算射血分數(shù)[17]。

隨著超聲心動圖技術(shù)的發(fā)展,組織多普勒成像(tissue Doppler imaging, TDI) 及斑點追蹤成像(speckle tracking imaging,STI)技術(shù)等創(chuàng)新應用層出不窮。 利用這些新技術(shù),可無創(chuàng)、準確、快捷地描記左心房運動軌跡,較準確地反映心動周期內(nèi)左心房的容積變化。 TDI 技術(shù)是基于紅細胞運動速度快而運動能量低、心肌運動速度慢而能量比紅細胞高的特點,采取適當?shù)臑V波條件及適當?shù)脑鲆孢x擇,可以顯示心肌運動而不顯示血流,再用彩色來表示室壁運動的方向,色彩的明暗表示速度的快慢。 STI技術(shù)基于心電圖監(jiān)測所提供的準確的心動周期相關(guān)信息,在心動周期內(nèi)對左心房壁上所有采樣的心肌斑點回聲自動逐幀追蹤,并經(jīng)過軟件程序運行后展示,從而獲得心動周期不同時相的心房容積和容積變化速度曲線[17]。 STI 技術(shù)是超聲心動圖與心電圖檢測技術(shù)優(yōu)勢互補的產(chǎn)物。 該技術(shù)融合心電圖確定的心動周期,參與圖像運動軌跡測量,為心功能評價提供了新的參數(shù)。 應用STI 技術(shù)測量心臟Tei 指數(shù)是心電圖與超聲心動圖檢查技術(shù)完美結(jié)合的表現(xiàn)之一[18]。 醫(yī)學家TEI 等[19]首先提出心肌做功指數(shù),即Tei 指數(shù),是指心室等容收縮時間(isovolumic ventricular contraction time, IVCT)與心室等容舒張時間(isovolumic ventricular relaxation time, IVRT)之和同射血時間(ejection time, ET)的比值。 Tei 指數(shù)不受心率、心室?guī)缀涡螒B(tài)、心室收縮壓和舒張壓的影響,可反映左心室的整體功能。當心臟功能下降時,Tei 指數(shù)增加。 Tei 指數(shù)對心功能的準確評估和預后判斷均具有重要的臨床意義(圖6[20-21])。

圖6 二尖瓣口、主動脈瓣口血流頻譜圖及左心室Tei 指數(shù)測量圖

120 多年來,心電圖作為心臟疾病臨床診療的基礎(chǔ),一方面逐漸發(fā)展并衍生出動態(tài)心電圖、運動心電圖、起搏心電圖等不同的心電檢查技術(shù);另一方面,心電圖與超聲心動圖融合發(fā)展,心電圖通過精確定位心動周期,指導超聲心動圖更精準地測量和展示圖像,極大地拓展了超聲心動圖在心血管疾病臨床診療中的應用范疇。 而超聲心動圖也彌補了心電圖在準確揭示心臟結(jié)構(gòu)和血流動力學等方面的不足。 二者聯(lián)合形成優(yōu)勢互補,在探索心臟電-機械收縮偶聯(lián)功能領(lǐng)域獨樹一幟,由此建立了心血管疾病臨床診治的新方法。