胎儿心电图的应用与进展

对胎儿心电图（fetal electrocardiogram,FECG）进行简单介绍，阐述近年来FECG技术在检测胎儿心律失常、监测妊娠高血压综合征患者宫内胎儿缺氧状况等方面的临床应用，并梳理了FECG本身存在的局限性。本文还总结了FECG信号处理技术的进展，并展望FECG未来的发展前景。

关键词

胎儿心电图;心律失常;宫内缺氧;信号处理

引用格式

张强，李博，翟胜男，等. 胎儿心电图的应用与进展［J］. 实用心电学杂志, 2024, 33(4)：430-432.

DOI：10.13308/j.issn.2095-9354.2024.04.025

      胎儿心电图（FECG）检查是一种无创监测胎儿健康状况的重要方法。该检查方法简便且敏感，成为胎儿监护的重要项目之一。FECG的基本原理与普通心电图类似，是通过接收胎儿心脏电生理活动的电波，并在心电图纸上描绘心脏电生理活动的综合向量波形来实现的；根据异常电生理活动的波形特征，临床上可以推测引起这种异常的原因。FECG能够区分胎儿每一心脏搏动的微小变化，借此判断胎儿心脏是否处于缺氧或缺血状态，是早期诊断胎儿窘迫的敏感指标。现对FECG在临床中的应用及进展进行阐述和展望，以加深临床医师对该技术的了解，以便在临床实践中更好、更准确地使用该技术。

FECG的起源

      1906年，Gremer首次应用Einthoven弦线电流计从孕妇腹部记录FECG。1921年，Norr报告了马胎儿在子宫内的心电图。1936年，Strassman应用成人真空管心电图仪记录了FECG。1957年，Southern利用向量系统和示波仪检测到了能显示P-QRS-T波群的FECG。我国在20世纪60年代已有FECG相关研究成果的报道，到80年代中期，国内已经成功开发了FECG机并将其应用于临床。

FECG检查的操作方法

2.1  直接法

      真正意义上的FECG，是将检查电极经阴道直接接触胎体描记出FECG。尽管这样记录的心电图波形清晰，但因其属于侵入性检查，不易重复多次进行，因此临床不常使用。

2.2  间接法

      母胎混合心电图是指将检查电极放置于孕妇腹壁而描记出的FECG。具体操作步骤：孕妇先排空膀胱，平卧于检查床，用75％酒精棉球擦拭孕妇腹壁子宫底部、耻骨联合上方和左右大腿内侧面皮肤至微红；采用纵轴导联描记，正电极置于宫底，负电极置于耻骨联合上方，黑色（接地）电极置于大腿内侧，并用胶布固定。定好标准电压后，连续描记至少1.5 min，描记出清晰波形，测量、分析FECG。此种检查须在孕期12周以后进行，属于非侵入性检查，可以反复多次进行，是临床常用的FECG检查方法。

FECG的临床应用

3.1  异常FECG的检出

      我国异常FECG的定性、定量分析标准如下：① 早搏≥6次/min为频发,≤5次/min为偶发；② ST段改变,上移或下移5 μV；③ 胎儿心率>160次/min为心动过速,<120次/min为心动过缓,<100次/min为显著心动过缓；休息10 min后再次测定,如两次结果相同则可诊断；④ 心律不齐,在胎心率正常范围内,胎心率变化>30次/min为心律不齐；超出正常胎心率范围时,胎心率变化>25次/min为心律不齐伴心动过速或过缓,需注明变动范围；⑤ QRS波时限增宽＞0.05 s；⑥ QRS波振幅＞30 μV,应写明其数值。常见的异常FECG主要为前4种。FECG能准确诊断多种心律失常，为临床诊治提供重要依据。但由于FECG波形较小，P波及T波不能明确显示,因此很难辨认早搏的来源，而经验丰富的医生可以根据早搏QRS波形态、代偿间期完全与否及联律间期的长短,区分出室性或室上性早搏。由于FECG基线不太稳定,容易受母体心电波及肌颤波的干扰,因此诊断ST段改变应慎重。

3.2  预测妊娠高血压综合征患者宫内是否缺氧

      妊娠高血压综合征患者易在妊娠晚期及分娩时并发胎儿宫内缺氧，严重时会使胎儿产生缺血缺氧性脑部疾病，甚至直接造成死胎。由于胎心对缺氧敏感度较高，因此，FECG能较好地反映出胎盘功能与宫内供氧情况。若FECG显示胎儿心率≥160次/min或≤120次/min,且持续至少10 min无改善，则可判定胎儿存在宫内缺氧。故FECG可用于准确评估胎儿缺氧状况，以利于临床及时采取针对性干预，改善胎儿缺氧状况，预防不良妊娠结局的发生。

FECG临床应用的局限性

      FECG的检测成功率有时会受到下列诸多因素的影响，进而导致检测失败。

4.1  母体因素

      ① 心理因素：恐惧、紧张的情绪易导致肌电干扰。② 心动过速时，快速高大的MQRS波群易掩盖FECG波形。③ 呼吸急促或幅度过大时，易导致基线上下漂移,影响对FECG的辨认及测量。④ 膀胱过度充盈时,会导致腹壁肌肉紧张，易出现肌电干扰。⑤ 腹壁脂肪层过厚、羊水过多，可能会使胎儿心电波在传导中衰减而导致FECG波幅减小或显示不清。

4.2  外在因素

      ① 检查时室内温度过低、寒冷刺激易使孕妇肌肉颤抖而导致肌电干扰。② 仪器周围有大型机电设备造成交流电干扰。③ 导连线接触不良或折断,不能测出FECG。④ 电极粘贴过紧或过松、地线设备不完善，均易形成毛刺状干扰,掩盖FECG波形。⑤ 皮肤处理不彻底时也会出现肌电干扰，从而影响对FECG的判定。

FECG信号处理技术的进展

      由于各种噪声(如母体心电图、母体的呼吸噪声、电子仪器的热噪声及工频干扰)带来的影响，采用常规方法从孕妇腹部体表无损测量的FECG往往既不清晰也难以识别。为了解决FECG的信号处理问题，医学界先后进行了多种技术革新。1991年JUTTEN等首次提出了一种基于神经网络的学习算法（H-J算法），成功实现了语音信号的分离，这就是独立分量分析技术(independent component analysis，ICA)，自此开启了一个崭新的领域；随后，还涌现出了自适应滤波技术、基于奇异值分解的技术。BARROS等提出了基于相关函数最大化的源信号提取算法，虽然该算法简单高效、运算量小，但所提取的FECG信号常混有低频噪声。此后，在ZHANG等研究结果的基础上，孟海涛等提出了改进的基于峭度和自相关函数联合最大化的算法(joint maximization of autocorrelation and kurtosis，JMAK)。该算法充分利用FECG与其他源信号互相独立且具有特殊自相关结构等性质，能快速提取FECG信号，同时在极大程度上屏蔽多种噪声的干扰，从而使提取的FECG更为清晰。尽管该算法需要事先估计FECG的周期，但允许有较大的估计误差，人工干预少，并且各种参数允许的取值范围比较大，还可以改成在线处理模式。目前FECG信号处理技术的进展仍未止步，最近的相关研究将深度学习与SVD-ICA-NMF算法相结合，高效地优化了真实信号，并能够实时检测FECG信号。

      随着FECG信号处理技术的不断进步，信号处理过程中的噪声干扰问题也得到了妥善解决。例如，利用基于最小均方自适应的噪声消除技术，不仅在很大程度上消除了信号处理中的噪声干扰，并且还确定了胎儿QRS波检测的准确性、灵敏度和阳性预测值，而基于该技术进行合理改进的并行子滤波器自适应噪声消除器，更进一步提高了胎儿QRS波检测的准确性、灵敏度和阳性预测值。2022年SOURIAU等使用动态时间规整（dynamic time warping，DTW）算法来计算母体心电图的平均周期及其与所有周期之间的对齐情况，更好地消除了母体心电图对信号处理的影响，从而改善了从腹部心电信号中提取FECG的效果。

对FECG技术的展望

      FECG的诞生已逾百年，虽然在各方面都取得了一些进展，但仍存在诸多不足。对于完善FECG的提取算法、提高异常FECG的检出率、消除噪声干扰等诸多问题，仍需要进一步研究。随着临床研究的不断深入和相关技术的加速迭代，相信FECG技术在未来能更加成熟，并更广泛地应用于临床。