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首页医源资料库在线期刊中华医学实践杂志2009年第8卷第4期

计算机辅助心脏储备和心音教学系统

来源:《中华医学实践杂志》
摘要:【摘要】目的研究计算机辅助心脏储备和心音教学。方法在医学专业和生物医学工程专业的研究生和本科生的生理学和医学基础课程、医学院校的诊断学和内科学教学中实际应用该计算机辅助心脏储备和心音教学系统。记录心脏活动所产生的振动信号,测量并计算舒张期/收缩期比值(D/S比)。把不同负荷下运动后第一心音......

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【摘要】  目的 研究计算机辅助心脏储备和心音教学。 方法 在医学专业和生物医学工程专业的研究生和本科生的生理学和医学基础课程、医学院校的诊断学和内科学教学中实际应用该计算机辅助心脏储备和心音教学系统。记录心脏活动所产生的振动信号,测量并计算舒张期/收缩期比值(D/S比);把不同负荷下运动后第一心音(S1)幅值对安静时S1幅值增加的相应倍数定义为心力变化趋势 (cardiac contractility change trend, CCCT),完成7000焦耳运动量所得CCCT 记为CCCT(1), 只完成其1/4者的CCCT记为CCCT(1/4)。结果 一班学生通过4学时的训练可以分别掌握心力变化趋势和舒张期/收缩期比值的初步测评以及医学院校诊断学课程所要求的正常和异常心音的特点。结论 实用结果表明,该方法教学效果良好、简便易学;投入少;具有科研价值,可以利用该系统进一步研究计算机辅助教学方法的改革。

【关键词】  计算机辅助教学;心脏储备;心肌收缩能力变化趋势;心脏舒张期自身供血时限;心音

  在生理学和临床医学中,心肌收缩能力和心脏储备方面的教学多半只能通过动物和离体心肌实验来进行,据我们所知,目前尚无同时具有无创、敏感性和特异性高、客观量化、简便、快速、费用低、可重复采用、适于病床旁和运动现场使用等特点的在体心肌收缩能力和心脏储备测量和评估方面的教学系统。心脏功能检测包括心脏储备的检测。关于心脏储备,一般文献主要论及心率储备,舒张期容量储备,收缩期容量储备,有时还提及冠状动脉扩张储备[1]。关于心肌变时性、变传导性和变力性,心电图检查是分析心肌变时性和变传导性的最佳方法,但不能用来检测心肌变力性。国际上关于心音和心肌收缩能力关系的研究为解决上述问题暗示了一条途径。动物实验以及有创和无创临床对照研究表明: 第一心音幅值的大小与心肌收缩能力强弱密切相关[2~4], 故可以用第一心音(S1)幅值的变化趋势来评估心力储备、心脏耐力。肖守中等于1999年提出了“可实现心力储备”的概念,即在一定的体内外条件下动用的心力储备,如在不同负荷下心力储备的动态变化,并系统研究了可实现心力储备的无创性检测和评估方法[5~9]。 此外,心脏舒张期自身供血时限也是一个心脏储备指标,心脏舒张期自身供血时限充分与否涉及到舒张期为心脏收缩准备的养料和氧气的多少,涉及到心脏代谢环境的优劣,关系到心脏充盈和输出量。

    关于心脏听诊,虽然由教师带领学生到床旁直接听取病人心音是学习心脏听诊的好方法,但是,这种机会不一定在任何时候都能获得,往往不能让每一个学生都有机会轮流听取同一个重病人的心音,更不可能让每个学生反复听取同一个重病人的心音,此外,听取一些特殊心音的机会往往很难得。于是,探索出了多种心脏听诊教学的辅助方法,如心音磁带,带有多听诊器的电子听诊器,心音模拟器,心肺听诊教学用的模拟人等。从使用效果看,它们都各有其辅助心脏听诊的功能,但也存在着需要克服的不足之处。

    1  资料与方法

    1.1  对象  该计算机辅助心脏储备和心音教学系统已应用于达州职业技术学院和重庆大学生物医学专业学生生理学、诊断学和医学基础课程的教学。1.2  仪器      虽然利用超声心动图能够获得心脏舒张期和收缩期时限等数据,现代数字心音图的时间测量因利用计算机时钟能精确到毫秒级,是获取心脏舒张期自身供血时限数据的一种有用工具。我们应用课题组研制的计算机辅助心脏储备和心音教学系统进行计算机辅助心脏储备和心音教学试验。该系统的硬件组成包括心音脉搏传感器、CCM信号采集器、多媒体计算机、音箱和打印机。 心音脉搏信号处理软件用Visual  Basic写成,其运行环境为WINDOWS 95/98操作系统。该系统附有一个心音视听量化分析教学系统,它是基于计算机多媒体技术的一种心脏听诊教学工具。

    1.3  信号的基本测量方法  信号量化分析的基本思想是:(1)测量心音有关成分的时限和幅度;(2)根据以上测量得到的数据,生成所需要的有关指标。计算舒张期/收缩期比值(D/S)为心脏舒张期自身供血时限指标。该系统对心音信号用8kHz采样,量化精度为8位。心脏变力性的评估采用运动前后自身对照观察的方法。受试者进入检测室休息15min后取坐位进行测试。 由于胸壁厚薄等因素的影响, 所采集的心力信号强度的绝对值的意义不大,该项研究中主要应用相对值。同时,心力信号在处理中经过多次转换,最后转换为用屏幕坐标作图,故单位被省略。

    1.4  运动试验的方法  采用心音图运动试验(PCGET)方法[9]。用23cm高的心力台阶进行运动试验。受试者在安静状态下平静呼吸, 心音脉搏传感器置于心前区心尖搏动最明显处,记录心音图。运动量根据受试者年龄、性别和体重而定,按心血管学领域中通用的双倍二级梯运动试验登梯次数往复上下台阶。把不同运动负荷下运动后S1幅值对安静时S1幅值增加的相应倍数定义为心力变化趋势 (cardiac contractility change trend, CCCT),在该次研究中,完成双倍二级梯运动试验登梯次数的1/4所得CCCT记为CCCT(1/4), 完成双倍二级梯运动试验登梯总次数所得CCCT记为CCCT(1)。

    1.5  心音视听量化分析教学系统的特点  (1)视听结合:当听取某种心音的同时,能在屏幕上看到该心音的心音图。多感官同时感知学习的内容,能加深印象、理解和记忆。此外,当医生听力有明显变化时,波形的观察分析将能克服这位医生与其他医生在听诊结果上的不一致。(2)心音客观量化分析:该系统能让师生测量心音各成分的时限和幅值,这有益于客观细致地分析和识别正常和异常心音。 (3)任意反复回放:该性能有利于学生全面理解和牢固掌握各种心音的特点。(4)音存储种类的可扩充性: 当临床上遇到任何有益于心脏听诊教学的特殊心音时,可方便地将该心音存入本教学系统的心音库中,使该系统的内容逐步扩充,并可立即投入教学使用。比较上述其他心脏听诊辅助教学方法这是一种独特的功能。(5)心脏听诊能力的考核功能: 该系统的另一独特功能是可以随时考核学生对各种心音特征的实际掌握情况。(6)频谱分析功能:为了学习一些难度大的异常心音,该系统还为用户准备了频谱分析功能供必要时选用。

    2  结果

    在教学中实用的结果表明,从未使用过该系统的师生,可在几分钟内学会使用该系统的方法,一班学生通过4学时的训练可以分别掌握心力变化趋势的初步测评和医学院校诊断学课程所要求的正常和异常心音的特点。其考核方法生动有趣,学生乐于接受。

    3  讨论

    临床工作中应用了多种心功能测试手段和心功能评估方法。例如,目前心电图检查是心脏变时性和变传导性的最佳监测方法,但不能用来监测心脏的变力性。心导管检查测定心功能虽客观、量化,但属于有创伤检查,需在导管室无菌操作下进行,且不宜重复使用和常规使用;超声心动图能通过对心腔直径从舒张期到收缩期的变化程度和速度以及射血分数的测算来评估心肌的功能状态,又能无创地评估心功能,但有些指标敏感性较差,且病床旁和运动现场使用不方便;放射性核素心血池显影的敏感性、特异性都高,但价昂,难以推广;采用最大氧摄入量及无氧代谢阈测定虽属客观、实用、可靠,但又受呼吸功能影响,且不适于在日常条件下应用。该项研究所用方法的实用性在于它同时具有无创、时限测量能精确到毫秒级、客观量化、简便、快速、低代价、可重复采用、适于病床旁和临床医师的诊断桌上使用等特点,此外,它能同时测评心脏变力性和变时性状态[9]。CCCT和 D/S比能为病人和一般人心脏功能评估提供一种无创性客观量化的参考指标。用CCCT和 D/S比为病人和一般人心脏功能评估提供一种无创性客观量化的参考指标是该项研究的主要创新点。

    影响第一心音幅值大小的因素很多, 这提醒我们在应用这一方法前, 检查者必须经过必要的训练, 统一测量和评估标准, 选择适当环境,受试者在测试中须进行必要的配合。在做评估时,应考虑受试者的生理和病理状态,如心理状态的稳定性、P-R间期长短、病态窦房结综合征等。主要采用相对值法来建立有关的幅值参数,一般不使用幅值的绝对值。

    实用结果表明,该方法教学效果良好、简便易学;投入少,仅为其他方法成本的1/6至1/20;此外,还具有科学研究价值,教学管理人员和教学人员都可以利用该系统进一步研究计算机辅助教学方法的改革。

【参考文献】
  1 Braunwald E,eds. Heart Disease. ed5. Singapore : W. B. Saunders,1997,421-444.

2 Hansen PB,Luisada AA. Phonocardiography as a Monitor of Cardiac Performance During Anesthesia. Anesth Analg,1989,68:385-387.

3 Rice ML,Doyle DJ. Comparison of Phonocardiographic Monitoring Location. IEEE EBMC'95 CD-ROM Proceedings, 3.1.4.12.

4 Sum-Kin Leung, Chu-Pak Lau, Cathy Tse-Fun Lam, et al. Automatic optimization of resting and exercise atrioventricular interval using a peak endocardial acceleration sensor: validation with Doppler echocardiography and direct cardiac output measurements. Pace,2000, 23[Pt. II]:1762-1766.

5 Xiao Yihua, Xiao Shouzhong, Cao Zehan, et al. A study on phonocardiogram exercise test. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine,1999,18(4):111-115.

6 Shouzhong Xiao, Xingming Guo, Fanglu Wang, et al. Evaluating two new indicators of cardiac reserve. IEEE Engineering in Medicine and Biology,2003,22(4):147-162.

7 Shouzhong Xiao, Wang Zhigang, Hu Dayi. Studying cardiac contractility change trend to evaluate cardiac reserve. IEEE Engineering in Medicine and Biology,2002,21(1):74-76.

8 Shouzhong Xiao, Cai Shaoxi, Liu Guochuan. Studying the significance of cardiac contractility variability. IEEE Engineering in Medicine and Biology,2000,19(2):81-84.

9 肖守中, 周书先,周继英,等. 心力监护仪在心音图运动试验和颈动脉图运动试验中的应用. 仪器仪表学报,2000,21(5)(增刊):123-126.

(编辑:齐 永)


作者单位:1 635000 四川达州,达州职业技术学院医学系 2 400044 重庆,重庆大学生物医学工程系

作者: 2009-8-24
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