心脏背心创建心脏电活动的详细地图 – 物理世界

心脏背心创建心脏电活动的详细地图 – 物理世界

时间戳记：16年2024月4日，凌晨30:XNUMX

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/cardiac-vest-creates-detailed-map-of-the-hearts-electrical-activity-physics-world-4.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/cardiac-vest-creates-detailed-map-of-the-hearts-electrical-activity-physics-world-4.jpg" data-caption="具有成本效益的筛选工具 伦敦大学学院开发的 ECGI 背心，由一名医科学生穿着。 （由伦敦大学学院心血管科学研究所提供/James Tye 提供）”> 心电图成像背心
具有成本效益的筛选工具 伦敦大学学院开发的 ECGI 背心，由一名医科学生穿着。 （由伦敦大学学院心血管科学研究所提供/James Tye 提供）

可重复使用的背心可以生成高分辨率的心脏电活动图，可以帮助识别有心源性猝死风险的人。由伦敦大学学院领导的团队开发（UCL），该背心将 256 个传感器记录的电数据与心脏结构的详细 MR 图像相结合，创建心脏激活和恢复模式的实时图。

全球每年有 4-5 万例心源性猝死，其中大多数是由心律失常引起的。植入式心脏复律除颤器可以监测心律，并在需要时将其电击至正常心律，可以挽救生命。但植入装置也有其自身的风险，因此有必要确定特定的心脏结构异常如何影响心源性猝死的风险。

虽然详细的电生理图可以量化这种风险，但此类手术耗时、昂贵且通常具有高度侵入性。相反，研究人员建议使用心电图成像（ECGI）——一种将心脏和躯干几何形状与多个电极记录的体表电位相结合的非侵入性技术。由于 ECGI 具有高分辨率并可校正解剖学，因此它可以检测传统 12 导联心电图可能遗漏的信息丰富的电现象。

“心电图仅收集心脏表面 12 个有限点的信号，这不足以生成心脏内所有电数据流的 3D 地图，”背心的开发人员解释道 加布里埃拉·卡普尔。 “要构建这样的地图，您需要像 ECGI 这样的密集且高分辨率的数据收集方法。通过 ECGI，我们在正面和背面有 256 个导联，我们对这些导联进行处理，在每颗心脏上产生 1000 个单独的节点。”

“12 导联心电图就像用肉眼看夜空，”Captur 说道 物理世界。 “ECGI 背心就像使用詹姆斯·韦伯望远镜观察深空，突然间整个宇宙都充满了星星。”

与之前使用 CT 进行解剖成像的 ECGI 方法不同，新背心使用无辐射心血管磁共振 (CMR) 来提供心脏结构和功能的数据。

“MRI 是心脏成像领域的‘劳斯莱斯’。它告诉我们心肌壁的哪些部分（如果有）死亡、伤痕累累、发炎、衰弱或受伤，”Captur 说。 “我们第一次可以准确地说出心肌壁的这些变化如何影响心脏的电学，在预测危险心律的可能性或对治疗的反应方面具有明显的优势。”

测试背心

ECGI 背心，描述于 心血管磁共振杂志，是一件棉质衣服，上面绣有 256 个基于织物的干电极（2 × 2 厘米），每个电极上都有一个石墨卡扣连接器，用于连接心电图导联。由于它使用干电极，而不是需要紧邻皮肤的凝胶层的金属电极，因此背心（不包括心电图导联）完全可清洗和可重复使用，从而提供了一种经济高效的筛查工具。

对于心电图数据采集，电极背心固定在患者胸部周围，顶部穿着充气背心，以最大限度地提高皮肤与电极的接触。记录体表电位 5 分钟，然后将电极背心换成“镜背心”进行 CMR 扫描。这款镜背心的每个电极均由 CMR 安全基准标记取代，无需在每次记录后断开所有 256 个心电图导联，从而简化了流程。然后使用 3T 或 1.5T MRI 系统进行 CMR 扫描。

研究人员在 77 名参与者身上测试了同样的可重复使用背心，其中包括 27 名年轻健康志愿者和 50 名老年人。所有 ECGI 记录均顺利完成，每位参与者花费的时间不到 10 分钟。

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心电图团队 参与 ECGI 背心开发和使用的研究人员和工作人员。 （由伦敦大学学院心血管科学研究所提供/James Tye 提供）

数据收集后，研究小组重建了心外膜电图，并使用这些电图来计算局部电生理参数，包括心脏激活时间、复极时间和激活恢复间隔。整个后处理过程（包括从 CMR 扫描中分割心脏躯干几何形状、信号平均和心外膜图重建）每个参与者大约需要 15 分钟。

研究人员对 20 名参与者进行了变异性研究，其中包括重复后处理流程中的所有步骤。 CMR-ECGI 工作流程显示出出色的重现性，测量的 ECGI 参数在观察者内部和观察者之间的变异性较低。该团队还通过在原始测量后至少三个月重复 ECGI 记录和 CMR 扫描，检查了 XNUMX 名参与者的扫描/重新扫描变异性，观察到高重复性。

背心测量揭示了年轻和年长参与者之间的差异，与年轻组相比，年长组的电生理参数（例如复极时间和激活恢复间隔）延长。研究小组认为，这可能是由于心脏离子通道和钙处理的与年龄相关的变化，这会改变动作电位持续时间和恢复。

ECGI 背心现已在 800 名患者中使用，该团队目前正在将其用于患有心肌疾病的患者。 “我们正在使用这件背心来研究肥厚型心肌病（心肌增厚）患者的心脏，以了解 ECGI 签名是否可以在增厚开始之前识别出携带基因突变的患者，并看看 ECGI 签名是否可以预测突发心脏病的风险。死亡，”卡普图尔说。

“我们还在休息和运动时使用背心来研究心脏虚弱（扩张型心肌病）患者的心脏，以了解心肌壁特定部分的疤痕是否会增加心脏骤停的风险。”

Captur 已在美国获得了该背心的专利，并正在与 g.tec 医学工程，该公司创建了原型，现在正在制造背心以供其他研究中心购买和使用。

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