【科学强国】未来或不用佩戴电极！非接触心电图实时监测来了

　　想必大家都做过心电图，当冰凉的电极贴到前胸、手腕和脚腕，总会引起皮肤一阵颤栗。现在，我们有了新的选择，或许在不久的将来就可以应用到实际场景。

　　近日，中国科学技术大学的吴曼青院士团队陈彦教授、孙启彬研究员等人在无线人体感知研究中取得重要进展——实现非接触心电图实时监测。这一基于毫米波雷达的非接触人体心电图实时监测，突破了百余年来心电图仅能通过接触式传感器获取的局限。

毫米波非接触心电图实时监测 图源：央广网

　　我国科学家实现非接触心电图实时监测

据光明日报报道，心血管疾病是全球第一大致死疾病，每年约有1860万人因此失去生命。心电图监测一直被视为临床诊断心血管疾病的“金标准”之一，在疾病早期诊断发现以及后续治疗过程中均有极高的临床价值。然而，自发明一百多年来至今，心电图监测一直需要将电极连接到人的皮肤上，来捕捉反映心脏状态的电活动变化，导致不适的用户体验。因此，日常生活中的长时间连续心电图监测往往难以实施，造成转瞬即逝的异常心电状态记录丢失，延误疾病的诊断。

在研究中，研究人员在0.5米非接触感知距离、不同生理状态和人体相对静止躺姿约束的实验设计下，对35个实验对象实现了非接触心电图监测。与传统心电图相比，非接触式心电图实现了时间中位数精度小于14毫秒、形态中位数精度大于90%的监测性能。此外，该方法的监测结果支持对心血管疾病诊断中的关键指标——心跳间期的稳定监测，其误差在9毫秒以内。该指标对心肌梗死等疾病具有重要的诊断价值。

　　“新方法中，被测者不需要佩戴电极，也不需要去除衣物，以无感的方式完成心电图监测。”陈彦介绍。陈彦等人利用心脏电活动与机械活动是心脏活动同源不同表征的特性，使用毫米波雷达以非接触形式测量体表的心脏机械活动，提取四维心脏机械活动信号。随后利用深度神经网络模型建模心脏机械活动与电活动之间的非线性映射关系，通过数据驱动的方式求解该域转换问题，并最终还原出心电波形。

　　“目前我们正在与相关医院进行合作，一旦获得临床认可，本技术将对心律失常、心肌梗死等疾病的日常监测与诊断提供重要的帮助。”陈彦表示。

　　心电图检查的诞生

　　世界医学史上有两项检查与诊断技术临床应用已逾百年而久盛不衰，一项是X线检查，该检查的发现与发明者伦琴于1900年荣膺首届诺贝尔物理学奖；另一项则是心电图检查，其发明者威廉-爱因托芬（W. Einthoven）于1924年荣获诺贝尔生理学或医学奖。

　　1887年，著名生理学教授沃勒（Augustus Desire Waller）在英国皇家学会玛丽医院进行了一场划时代的科学演示，当场成功记录了人类历史上第一例心电图，这一创举像磁石一样吸引着当时年轻的生理学家爱因托芬。

Waller及人类首例心电图 图源：网络

此后13年间，爱因托芬专心致力于毛细管静电计记录心电图的研究。他改进了多项关键性技术，使记录到的图形更加清晰。他记录的心电图中，显示了心房P波、心室除极的B、C波及复极的D波。

　　之后，爱因托芬为能使心电图技术用于临床，决定放弃毛细管静电计记录心电图技术，开始寻找新出路。他受阿德（Ader）于1897年发明的弦线式电流计的启发，决心将之改造后用于记录人体心脏微弱生物电。1901年，爱因托芬成功地用弦线式心电图机记录了第一份心电图，并将各波命名为 P、Q、R、S、T、U波，这些命名沿用至今。

　　1903年，爱因托芬发表了《一种新电流计》的论文，并获广泛承认，其标志着心电图临床应用的时代开始。

　　此后，心电图技术不断发展。1906年，爱因托芬先后记录了心房颤动、心房扑动、室性早搏等心电图。1908年，心电图开始用于诊断心房肥大、心室肥大，从此心电图应用范围不断扩大，新的心电图波与心电现象相继被发现。其经久不衰的历程酷似一步一莲花，逐渐入梵境。

　　1930年，预激综合征被发现，随后列夫（Lev）病、长及短QT综合征、Brugada综合征、病态窦房结综合征、早期复极综合征、J波综合征、Epsilon波等新的临床心电疾病相继被提出。

ECG技术的广泛应用

　　如今，心电图检查已成为临床四大常规检查项目之一，应用范围已超出心血管病的诊治。通过做心电图，人们可以发现诸多疾病。如心律类型，窦性心律、房性心率还是交界性心率；心律失常，包括早搏性质，是房性早搏、室性早搏还是交界性早搏；预激综合征；心房或心室肥大；心脏传导异常；心肌缺血或心肌梗死。还可以发现电解质异常，如高血钾、低血钾。也可以鉴别胸痛原因，如有晕厥、昏迷、休克时，除外心脏疾病导致等等。

　　从原理来讲，心脏的电激动过程影响着全身各部，使体表的不同部位发生了电位差，产生了电动力，在心电周期过程中，此电位差也在不间断的变动，通过心电图机把这变动的电位差纪录成曲线，就是心电图。而心电电极正是心电图机或者心电监护仪与身体相连接或者接触的部分。

通过心电电极，可以将心脏跳动时产生的电活动传导到心电设备后再转变为心电图波形，从而对疾病进行诊断和指导治疗。心电电极包括一次性和可以重复使用两种，一次性电极是金属胶片，可以直接贴在身体的不同部位，主要用于心电监护时使用。重复使用的电极主要是在心电图检查时使用，是心电图机的一部分。

　　心电图的电极一般有12个，其中肢体导联有6个，分别是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、avL、avF、avR，胸导联也有6个，分别是V1、V2、V3、V4、V5、V6。V1导联呈红色，探查电极放置于胸骨右缘第4肋间。V2导联呈黄色，探查电极放置于胸骨左缘第4肋间。V3导联呈绿色，探查电极放置于V2与V4连线的中点处。V4导联呈棕色，探查电极放置于锁骨中线与第5肋间的交点上。V5导联呈黑色，探查电极放置于左腋前线与第5肋间的交点上。V6导联呈紫色，探查电极放置于左腋中线与第5肋间的交点上。

现在，我国科学家的这一重要进展，实现了基于毫米波雷达的非接触人体心电图实时监测，突破了百余年来心电图仅能通过接触式传感器获取的局限。或许在不久的将来，人们不需要佩戴电极，也不需要去除衣物，就可以用无感的方式完成心电图（ECG）监测，具有极高的临床价值。

　　与世界医学同步，中国心电图技术的应用也在持续发展中。1928年，中国医学科学院北京协和医院购进了两台Cambridge公司生产的心电图机，开启了我国心电图应用的先河。截至1949年，协和医院已积累了几万份双极肢体导联心电图资料。1950年黄宛教授回国，及时将原来的旧式心电图机改造为单极导联心电图机，再次与世界同步。

　　此外，中国正常人心电图数据库的研究业已完成，预计不久的将来，中国心电图专著中有关心电图的正常值、异常值将更换为中国人自己的数据，标志着中国心电图领域已跨入一个新纪元。

（中国小康网综合光明日报、央广网、中国新闻网、百度百科等）

　　作者：风华

　　审核：龚紫陌