关键词: 体表电位；计算机仿真；束支传导阻滞；逆问题

A METHOD FOR ESTIMATING THE LOCATION OF BUNDLE

BRANCH BLOCK BASED ON INVERSE PROBLEM

Zhang Shangjun, Zhang Cuiying, Chen Siping, Lu weixue

(No 3, Yanshan Road, Shekou, Shenzhen, 518067)

Key words:Body surface potentials; Computer simulation; Bundle Branch Block; Inverse problem

分类号： R318.04; R540.41

0前言

由于心电图只记录了体表十二个导联的电信号，信息量较少，不能全面地反映心脏内部电活动的情况。心脏电活动的一些病理性变化有时在心电图上反应不明显，所以在临床上根据心电图诊断束支传导阻滞时存在以下困难：(1)很难区分左束支主干传导阻滞和左束分支传导阻滞；(2)右束支传导阻滞可能合并其他异常，而其他异常和右束支传导阻滞反应在心电图上又互相掩盖，心电图对阻滞部位的定位也无能为力；(3)很难诊断是双侧束传导阻滞还是左束支传导阻滞等等。

而体表电位图收集的心脏电活动的信息量丰富，因此用体表电位分布图诊断束支传导阻滞具有心电图无可比拟的优越性，可以很容易地区分各种传导阻滞并能较准确地确定阻滞的部位。由体表电位推断束支传导阻滞的部位其实质就是心电逆问题。

在研究中我们根据病人的体表电位分布图来推断并调整心电仿真模型的模型参数，然后再进行心电仿真得出体表电位，若与病人的实际体表电位分布在一定情况下附和，则认为这时的心脏模型就代表了病人的心脏，从而就可由心电仿真模型的模型参数推知心脏的状态。

体表电位分布图来推断心电仿真模型的模型参数是一种研究心电逆问题的新方法，这种方法比现有的心电逆问题研究方法更直接、更实用，因为仿真模型参数直接反映了心脏生理病理的定量信息(如病灶的位置、范围及程度等)，而现有的方法只能求出等效心脏偶极子或心外膜电位^［1，2］。

1系统的组成和匹配原则

1.1系统的组成

系统的组成如下图。测得病人的实际体表电位经过一个基于知识的预诊断系统，先大致判别是什么病，若是束支传导阻滞则设置相应的模型参数，然后进行仿真，比较仿真得到的体表电位与实测地体表电位是否匹配，如果不匹配再调整心电仿真模型的模型参数，重复进行仿真比较，直到仿真结果与实测数据相匹配为止，这时根据模型参数就可确定阻滞的部位。

预诊断系统初设模型参数调整模型参数仿真运算

图1系统组成框图

1.2匹配原则

在根据体表电位诊断束支传导阻滞时，心室突破是一个很重要的特征，因此我们设计的匹配原则充分考虑了心室突破的位置和发生的时间。另外，我们还考虑了整个心动周期内体表电位极大值、极小值的匹配情况。匹配准则基于以下几种误差^［2］：

图2

(1)心室突破的位置误差bperr由下式给出

bperr=‖p_m-p_s‖(1)

式中p_m代表实际测量的心室突破的位置，p_s代表模型仿真得到的心室突破的位置。

‖…‖为“网格距离”由下式给出：

其中，a、b表示网格点的顺序号。

上式中，｜…｜是绝对值操作，%是余数操作。

如上图A与B之间的“网格距离”为

C与D之间的“网格距离”为

(2)心室突破的时间误差bpterr定义为：

bpterr=｜t_m-t_s｜(4)

t_m代表实际测量的心室突破的时刻，t_s代表模型仿真时的心室突破的时刻。

(3)总电位最大值的位置误差，maxperr,定义为：

式中P_mmax(t)代表t时刻电位测量值的最大值位置，P_smax(t)为t时刻电位仿真值的最大值位置。

(4)总电位最小值的位置误差，minperr,定义为：

式中p_mmin(t)代表t时刻电位测量值的最小值位置，p_smin(t)为t时刻电位仿真值的最小值位置。

匹配准则如下：

①bpterr 10ORbperr4

②bpterr13ANDbperr5

③bpterr15ANDbperr8AND (maxperr+min perr)50

如果上述三条准则中满足一条，我们就认为仿真值与实测数据相匹配^［3～6］。

2束支传导阻滞的具体仿真实现

在具体仿真过程中，为加快判断速度我们根据临床上束支传导阻滞在各个部位发病率的高低先后进行仿真判别。先判别是否是右束支传导阻滞，若是则结束仿真；若不是则再依次判断是否是右束支传导阻滞合并左前分支传导阻滞、左前分支传导阻滞、左束支传导阻滞、左后分支传导阻滞、右束支传导阻滞合并左后分支传导阻滞、双侧束完全性传导阻滞等^［7，8］。

具体仿真过程如下：

(1)右束支传导阻滞

将原始心脏模型中右心室的浦肯野氏纤维(包括起始兴奋点)置成一般的心肌元素，仅将左心室的三个起始兴奋点作为心室的起始兴奋点，然后，执行仿真程序。

(2)右束支传导阻滞合并左前分支传导阻滞

将右心室的浦肯野氏纤维及起始兴奋点用一般的心肌纤维代替，左前分支传及中隔部的起始兴奋点用浦肯野氏纤维代替，兴奋由余下的一个起始兴奋点开始，执行仿真程序。

(3)左前分支传导阻滞

先去除左前分支传和中隔部的起始兴奋点，并去掉两个起始兴奋点周围的浦肯野氏纤维，再进行仿真。

(4)左束支传导阻滞

将原始心脏模型中左心室的三个起始兴奋点和浦肯野氏纤维置成一般的心肌元素，而仅将右心室的起始兴奋点作为心室的起始兴奋点，执行正常的传导仿真程序，便完成了完全性左束支传导阻滞的仿真。

(5)左后分支传导阻滞

先去除左后分支传和中隔部的起始兴奋点，并去掉两个起始兴奋点周围的浦肯野氏纤维，再进行仿真。

(6)右束支传导阻滞合并左后分支传导阻滞

先用一般的心肌纤维代替右心室的浦肯野氏纤维及起始兴奋点，再将左后分支传及中隔部的起始兴奋点用浦肯野氏纤维代替，兴奋由余下的一个起始兴奋点开始，执行仿真程序。

(7)双侧束完全性传导阻滞

当发生双侧束完全性传导阻滞时，窦房结发出的兴奋不能通过正常的传播途径传至左右心室，此时，左右心室的激动主要由异位节律点的激动所引发。因此我们选择适当的心肌作为节律最高的异位兴奋点进行仿真。

最后，我们还仿真了不完全性束支传导阻滞，在仿真时我们使激动在束支相应部位的传导速度分别延迟5、10、15、20、30、35、40ms不等仿真各种不完全性束支传导阻滞。

3实验结果与讨论

3.1实验结果

我们使用由浙江大学生物医学工程研究所研制的LFX心电仿真系统，分别仿真了各种束支传导阻滞，得出体表电位数据加上噪声