关于Apple Watch心电图和心电图判读入门

【硬核科普长文警告】关于Apple Watch心电图和心电图判读入门(转载)

本文最初于2021-07-15发布于Coolapk,由原作者转载至此

省流小助手:心电图虽好,用时要动脑。判定需谨慎,就医要趁早。(溜

正文:

2018年9月,苹果发布了旗下智能手表产品线的第四代产品,也就是 Apple Watch Series 4 。除了全新的设计,最引人注目的或许就是能够利用数码表冠和表背上的电极探测心脏的电信号,从而绘制心电图的功能。而 iOS 中的健康 app 还可以对心电图进行分析,或者导出为 PDF 供医生参考。此后,(截至本文写作时)苹果发布的每一款(除了 Apple Watch SE )智能手表都带有心电图功能。而在本文写作近日,心电图app 在国药监局获得了批准,这意味着,中国大陆地区的 Apple Watch 用户能够有机会体验随时测量心电图的便利功能。

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图源:Apple支持

但大多数人都并不了解心电图,而这篇文章将带你简单了解一下心电图的原理,历史,一些简单的判读以及 Apple Watch 心电图与医院测得的心电图之间的区别。 首先,我们需要先了解心脏跳动时产生了什么,以及什么是心电图。人体心脏的跳动与大多数肌肉组织的收缩类似,都是通过细胞膜电位的改变来产生动作电位,即去极化(Depolarization),来控制其收缩。心电图(Electrocardiogram, 英文简称ECG或EKG)是利用接触人体体表的电极,捕捉心肌细胞去极化时产生的电生理活动信号,并以时间为单位记录下来的一种无创式诊疗技术。能够反映心脏的节律活动,发现心脏的异常活动并进行分析。尽管19世纪就已经有人用外部设备探测到了心脏搏动的电信号,这项技术真正成熟并投入应用则大多是20世纪的事了。在漫长的的临床心电图实践中,它已经发展成了一项重要的诊疗手段,有着系统的方法和专业的技术支撑。

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肢体导联的电极放置,图源:维基百科

在人体的两个不同部位放置电极,并通过线缆将电极与心电图机的正负极相连。这个回路被称为一个导联(Lead)(由于“导联”一词的使用比较混乱,在本文中默认代表人体与心电图机构成的回路)。心电图机记录电信号的原理与用电压表探测电源两端电压的原理类似,即探测两电极间,由心脏跳动产生的微弱的电位差(或者说电势差或电压)。并以时间为横坐标,电势差为纵坐标,记录这个电位差的变化情况。这张坐标图就可以被认为是一张心电图。尽管在体表的任意位置摆放电极都有可能探测到电信号,但人们为了规范起见,通过临床实践总结归纳出了国际通用导联体系(Lead System),称为标准12导联体系。它由威廉·艾因特霍芬 (Willem Einthoven, 1860~1927)创立并沿用至今。医院中利用专业的心电图机进行的测量一般都是12导联。标准12导联体系分为三大类别,标准(肢体)导联,加压肢体导联以及胸导联。由于后两种导联难以用 Apple Watch 实现,本文只简单介绍标准(肢体)导联。这一类别一般有三种导联,都由左臂(LA)右臂(RA)以及左腿(LL)构成。Apple Watch探测的,则显然是左右臂之间的电位差,这种由左右臂与心电图机构成的回路,称为导联I。此外,还有导联II与导联III,分别代表左腿(LL)与右臂(RA),左腿(LL)与左臂(LA)之间的电位差。这三者共同构成了标准(肢体)导联。事实上,如果将Apple Watch 从手腕移至左腿脚踝处(保持方向设置为左臂),并用右手或左手手指触摸数码表冠,就可以实现导联II或导联III心电图的测量。

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利用Apple Watch Series 5测得的导联II心电图,watchOS 8.0 算法版本 2

美国医师协会期刊《Annals of Internal Medicine》的 一篇报告不仅展示了导联II,III的测量,还展示了利用Apple Watch近似测量胸导联的方法,如果你感兴趣不妨去阅读一下全文。

[链接]ACP Journals

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报告中关于手表心电图与标准ECG仪器的对比 CR指的是将表背电极置于胸部并用右手指触摸数码表冠近似实现胸导联

明确导联的概念后,我们就可以研究心电图波形了。

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标准心电图波形 图源:维基百科

心脏的一次完整跳动称为一次心动周期,一次心动周期会在心电图纸上留下如上图所示的一个波形,这个波形可以分为四个波段和两个间段:P波,QRS波群,T波,U波,PR段和ST段。其中:U波不一定总是出现,有时与导联种类相关;QRS波群为尖锐的上下波,由心室兴奋而产生。最初向下的小波为Q波,紧接着向上的大波为R波,其后紧跟的向下小波为S波。此外,还有PR间期和QT间期,分别是P波开始到QRS波群开始的间隔和QRS波群开始与T波结束的间隔。每一个波段,间段都反映了心脏跳动的各个过程的生理变化。如果心脏的某个部位出现异常,其搏动也将出现异常并反映在心电图波形上。例如当P波消失,出现小且不规则的房颤波(f波,频率为350~600次/min),则可以推测患者出现了房颤(Atrial fibrillation 或 AFib)

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房颤

iOS的健康app中,会自动对Apple Watch测得的心电图进行分析,并将其归类为窦性心律(Sinus Rhythm),房颤,心动过缓(bradycardia),心动过速(tachycardia),或不确定,在版本为2.0的心电图app中还加入了测量结果不佳这一分类。苹果在健康app中也对这几类结果进行了介绍。简单来说,窦性心律代表正常的心脏跳动,房颤即心房颤动,是常见的心率失常现象,心房壁的各部分出现频繁、无序的兴奋,形成快速、不规则的节律。心动过缓与过速则代表心率过低或过高。但心电图能诊断的常见心脏问题远不止这些,例如室上性心动过速(Supraventricular tachycardia 或 SVT),如果持续时间较短,大多仅有突然心悸感,胸痛等症状。如果持续发作,有时会发生心功能衰竭。其心电图特征是出现一系列规则的QRS波群,频率在160~220次/min之间,并伴随ST段下移,T波倒置。属于常见的心律失常。

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室上心动过速

而也较为常见的室性心动过速(Ventricular tachycardia 或 VT)则更为危险,持续发作时病人突感心悸、心率加快、精神不安、恐惧、心前区不适,头或颈部发胀及跳动感,室性心动过速会导致血压低下,发生胸痛,特别是容易转变为心室颤动,致命性危险性大。如果室性心动过速诊断确立,需要紧急处理。其心电图特征是一系列密集,形态一致且较宽大的QRS波群,频率为150次/min或更快,T波难以辨认,有时还会出现多形性室性心动过速,特征也是一系列密集的QRS波,但是QRS波群形态各不相同, T波也难以辨认。

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室性心动过速

多形性室性心动过速

那么,Apple Watch的心电图与医院测得的心电图有什么区别呢?事实上,就原理而言,二者并没有本质差别,都是利用接触人体体表的电极去捕捉心肌细胞去极化时产生的电信号(在此澄清一下 Apple Watch 的心电图确实是利用电极测出的,而不是利用光学传感器进行“模拟导联”,我个人在对其心电图功能进行测试时,并没有发现背面的光学心率传感器在工作),但医院的动态心电图仪可以同时进行12导联的检测,并且可以全天候运行,24小时监测患者的心电活动。但这种方法显然只适用于需要长期在医院接受观察治疗的患者,而对于大多数不需要住院的人群,Apple Watch所具有的便携性优势就体现了出来,若在日常生活中出现一系列不适症状,用户可以使用Apple Watch随时得到一张导联I心电图,并进一步判断自己是否需要就医。而如果用户本身具备有一定的心电图判读能力,则可以更好的判断,理解自身的情况,这也是写作本文的原因之一,更好的发现自身的问题,才能最大化地利用这一功能。此外,便携性也会造成另一大弊端,其可能遭受到比在医院可控环境下多得多的变量影响,诸如检测姿势,身体运动,手表的佩戴松紧,体表清洁度等。一小部分人群甚至还会因为信号较弱而难以得到有参考价值的结果。在手表的心电图app和手机的健康app中,苹果反复提示了这一功能并不能用于检测心脏疾病,或许也是出于这一问题的考虑。 总之,我个人很看好这一功能在中国大陆地区的开放,但要想真正发挥这一功能的价值,就需要用户加强对心电图的认识。这项功能确实是有着维护用户生命健康的潜力,但它终究只是一项辅助性功能,要想真正对自身健康状况进行全面的了解与掌握并获得专业的诊断,只有正规的医院才能做到。 最后,这篇文章是我个人对心电图的一些认识与归纳,以及一些对Apple Watch心电图功能的看法,写作本文时我只是一个普通的高中毕业生,在医学方面基本没有造诣,文章难免有一些疏漏之处,敬请谅解。如果这篇文章能帮到你,那么我也会很开心。

附:本文参考与引用的资料:

[链接]https://en.wikipedia…

[链接]http://www.medicine-…

[链接]什么是心电图…

[链接]ACP Journals

[链接]窦性心律_百度百科

[链接]室上性心动过速_百度百科

[链接]室性心动过速_百度百科

[链接]窦性心动过速_百度百科