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综述:心电图Minnesota编码和Novacode在心脏病研究中的应用
Minnesota Code and Novacode in Heart Diseases Studies
杨静 周京敏 葛均波
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作者单位:复旦大学附属中山医院
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中文摘要:心电图(electrocardiogram,ECG)作为一种心脏病临床诊断最常用的工具,能够客观地反映心脏病流行病学研究所关注的心肌梗死、心脏节律和传导。ECG的图形记录特征,使研究者能够进行标准化的数据记录、采集和测量,而且ECG检查无创、价廉,容易被患者接受,因此,ECG首先被考虑作为标准化的心脏病定量评价工具运用到人群流行病学研究中。然而,对ECG图形的临床诠释也存在偏差,即使是同一位临床医师,在不同时间,对同一份心电图的诊断结论也会不同。而且,临床医师对ECG的描述性诊断并不适合于数据的统计分析。为了客观无偏差地把ECG图形信息以数据形式诠释,而不是通过临床医师的ECG描述性诊断,在20世纪50年代,Blackburn和Rautaharju等首次提出了ECG编码的概念。1959年,美国密歇根大学的Epstein和伦敦Rose首次将ECG编码命名为“Minnesota编码”[1-2]。

心电图编码的目的并非用于临床心电图诊断,也不是对心电图异常情况作分类或对临床意义进行诠释。如临床中用心电图诊断急性心肌梗死,左室肥厚或心律失常等。编码是通过标准化的编码系统获得的信息,由于不依赖于研究者的主观意见,只是图形信息数字化用于研究的分析和比较,因此,在大规模的人群研究结果比较中,其结果能够客观无偏性。

目前,心电图编码作为一种成熟的研究工具,已经广泛应用于心脏病流行病学以及临床研究,其中心肌梗死、心肌缺血等相关的编码已被用来作为心脏病流行病学以及心血管疾病发生风险以及总病死率的重要的预测指标[3-6]。

1 心电图编码方法

1.1 Minnesota编码

1968年,Minnesota编码被收录进世界卫生组织(WHO)的“心血管疾病调查方法”系列文献中。1982年,第1版Minnesota编码指南出版[2];2009年,第2版Minnesota编码指南出版[7]。

Minnesota编码通过严格的标准对静息12导联心电图进行形态学的分类,共分为9大类[7],主要异常码包括1-1、 1-2、 4-1、 4-2、 5-1、 5-2、 6-1、 6-2、 7-1、 7-2、 7-4、 7-8、 8-1和 8-3 ;次要异常码包括1-3、 2-1、 2-2、 3-1、 3-2、 4-3、 5-3、 6-3、 7-7、9-1;9 编码除9-1 列入次要编码外, 其余均不被列入异常编码内。

由于编码只是对ECG形态的客观记录,不涉及相关的心脏病学临床技能和知识,编码通常由受过培训的技术人员完成,也可以通过计算机编码。为了避免编码的错误,人工编码一般由2名技术人员独立进行,然后比对两者编码的结果,对编码分歧之处进行重新核对,直至达成一致,或者由第3名观察者对不一致的编码进行判断确定[8]。近年来,计算机编码越来越多被采用。有研究[9]显示,计算机编码对心律失常和传导阻滞编码的敏感度和特异度均优于人工编码,但是计算机编码有可能会出现过度编码的问题[10],而且对心肌缺血程度与范围的判别并没有特别的优势。因此,采用计算机编码时,一般需要研究者进行人工校对。

1.2 Novacode

与心脏病人群流行病学研究不同,在临床试验中,常常需要观察不同时点的一系列ECG的动态变化,研究者依据ECG的动态变化来评价药物、手术等干预措施的疗效以及不良反应和发生情况。然而,正常生物学变异、心电图操作技术上的变化以及无临床意义的较小的心电图波形的改变,都会引起心电图波形不稳定,从而导致Minnesota编码在识别一系列ECG中相关的心肌梗死、心肌缺血时出现编码分类的偏差。另一方面,在Minnesota编码运用40年后,计算机在ECG领域开始普及,计算机图形识别技术也使研究人员对心电图图形的逻辑结构和分类系统得到新的认识和提高。为了避免Minnesota编码虚假分类,作为Minnesota编码的拓展,20世纪80年代末提出新的Novacode心电图编码,1998年Novacode被重新修订分类[11]。

最初构建Novacode心电图编码系统的目标是为临床试验研究中心的ECG中心提供研究者适用的编码系统,因此,Novacode在编码顺序和逻辑结构的设计上与Minnesota编码有很大的不同:①Novacode编码的分类标准具有很好的结构性,在对每种异常心电图进行编码时,首先根据最简单的适合分类标准进行总体的编码,然后再根据更详细的标准进行更确切的亚组编码;②Novacode尤其关注Minnesota编码中未涉及的心电图异常以及Minnesota编码中模棱两可或不完善的部分,例如心律失常、急性心肌梗死和进展的缺血异常。最主要的不同点在于两者对心肌梗死相关的一系列ECG改变的分类方法的不同;③Novacode是根据Minnesota编码,为传导阻滞、急性心肌梗死以及一系列的ECG改变增补的新的逻辑标准[12]。

Novacode为常见的ECG异常以及一系列具有临床意义的ECG改变提供了一个综合分级的标准。这些信息同时包括了患者对药物治疗、外科治疗和其他干预措施的反应不利的和有利的2个方面。因此,Novacode在临床试验有独特的应用优势:(1)在临床试验筛选阶段,Novacode适用于以ECG为基础的入选标准和排除标准;(2)在临床试验基线调查阶段,提供研究人群ECG基线异常的标准,并作为受试者心血管病的死亡率和高危人群分层的参数;(3)临床试验研究干预与随访阶段,为临床提供重要的疾病进展评估,如心律失常、传导阻滞、左心室肥厚,心脏病事件(新发的或再发心肌梗死)等。

Novacode共分为11大类,分别是技术异常(code 0)、心律失常(code 1)、房室传导阻滞(code 2)、完全束支传导阻滞(code 3)、复极化延长(code 4)、心肌梗死和心肌缺血(code 5)、左室肥大(code 6)、左房扩大(code 7)、右室肥大(code 8)、右房扩大(code 9),束支阻滞(code 10)。 由于Novacode的独特性,它也适用于人群心血管病流行病学研究[13]。

1.3 Minnesota编码与Novacode结构比较

Minnesota编码系统与Novacode系统在编码结构设计、编码标准、编码逻辑等方面均存在差异,见表1。

2 心电图编码在心脏病临床研究与流行病学研究中的应用

ECG编码是心脏病临床研究和流行病学研究的一个重要工具。

2.1 高血压病

在高血压病流行病学和临床研究中,常常需要评价与左心室肥厚密切相关的指标,评价高血压病左室肥厚的不同几何构型。Minnesota编码与Novacode都可以作为研究的评价工具[13]。高血压病患者Minnesota编码异常编码以5-1、5-2、5-3以及4-1、4-2、4-3最为常见。高血压病患者脉压比收缩压、舒张压与异常编码的相关性更为密切。与左心室肥厚密切相关的指标是女性高血压病患者心血管病病死率和总病死率独立的危险因素。

Bolli 等[14]研究5 819例40~60岁的高血压患者ECG改变以及降压治疗后ECG改变后发现,治疗前ST段降低和完全左束支传导阻滞与患者发生猝死和心肌梗死高风险相关。降压治疗可减少左心室肥厚。理想的血压能够预防高血压引起的心脏靶器官损害从而避免心力衰竭的发展,同时也可能延迟缺血损伤的进程。

2.2 冠心病

有研究[15]中采用Minnesota编码,评价了9 139例男性冠心病患者ST-T波改变对预后的判断价值,研究发现在无症状的冠心病男性患者中,ST-T改变的发生率与年龄显著相关,从40岁的2%上升到80岁的30%。伴有ST-T波改变的男性与无这种改变或其他冠心病证据的男性相比,他们年龄更大,血清三酰甘油浓度更高,糖耐量更差,血压更高,而且常常伴有心脏扩大或者左室扩大。在校正其他危险因素之后发现,无症状的ST-T波改变对于冠心病病死的危险比为2.0,随后发生心梗或者心绞痛的风险比(hazard ratio, HR)为1.6。因此,在Minnesota编码中,代表缺血的无症状的ST-T波改变可能是无症状冠心病和高血压患者的标志,与ST-T相关的Minnesota异常编码可以识别人群中具有心血管病高危险因素的个体。ST-T波改变对于冠心病无特异性,而且常常是短暂出现的,但是与冠心病的发展有关,是生存率下降的独立预测因素。另外,无论是普通ECG,还是运动ECG,在评价ST-T改变时,Minnesota编码同样适合。静息无症状的ECG异常在老年人中是常见的,是10年后发生心血管病事件的独立危险因素。

有研究对25~74岁的无冠心病的5 208名男性和4 746名女性进行心电图检查,并进行Minnesota编码,然后随访至少10年,发现对心血管疾病死最具有预测价值的ECG结果是ST段下降,其HR为4.71,左室肥大、束支传导阻滞、T波低平、缺血性改变、心律失常的HR依次为 2.79、2.58、2.47和 2.35。 ECG异常对心血管疾病以及冠心病死亡的预测价值比其他已证实的心血管危险因子更强。因此,基线ECG异常与全因病死率、心血管疾病病死率和冠心病病死率显著相关,预测价值没有性别差异。比较Minnesota编码与Novacode在确定左室梗死面积时发现,2种编码在确定左室前壁梗死面积的准确度均较高,而对确定多处梗死面积的准确度不佳。

美国动脉粥样硬化社区研究(ARIC)显示,陈旧性心肌梗死(Novacode:5.1-5.4)是男性发生心力衰竭的独立预测因子。在多重危险因素干预研究(MRFIT)中,对35~57岁的无冠心病临床证据的男性进行Minnesota编码随访16年后发现,伴有次要Q波异常以及ST-T波异常男性的16年冠心病病死率的平均HR为4,与伴有主要Q波异常的男性的HR相等;而伴有单一的ST-T波改变的男性的16年冠心病病死率的平均HR为1.6。因此,Q波或者ST波改变与冠心病病死率、心血管疾病病死率和全因死亡率的升高有关,ST波改变对于冠心病病死亡具有预测价值,并且可以作为流行病学研究的次要研究终点。

2.3 心力衰竭

在不考虑动脉收缩压水平时,ECG高R波是社区人群的心血管病病死的预测因子。ECG高R波的流行程度和发生率的升高与预后不良有关,老年人ECG高R波的减退可能改善心血管疾病的风险。但是,ECG高R波受年龄、体质量、身高的影响,肥胖女性的敏感度显著低下。

3 心电图编码在临床研究与流行病学研究中的局限性

目前的ECG编码还存在着一些不足:(1)Minnesota编码中缺乏对复极化事件延长的编码,对QT时间延长、QRS间期延长等异常也不能进行编码;(2)Minnesota编码中对于左室肥大的诊断是根据R波的振幅判断的(3-1 或 3-3),然而大量的研究显示R波的振幅受其年龄、身高、体质量的影响,影响乃至结果的敏感度;(3)Novacode中缺乏PR间期缩短、电轴偏移、QRS低电位和Brugada综合征ECG特征的编码。

总之,研究者在选择编码系统时应该依据临床研究和流行病学研究的目的来选择Minnesota编码或Novacode。近年的研究趋向于同时采用2种编码方式,以得到更加真实的结论用以指导临床[4,13]。

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