1. TSU.TW
  2. 心血管
  3. 心电图学
  4. 心电散点图
  5. 理论发展

心电散点图的研究历程

目前,心电散点图是用于动态心电图海量心电数据分析的方法。但是,如果没有计算机技术,就不会有后来的动态心电图,如果没有动态心电图就无法获取海量心电数据。心电散点图是通过制作大样本连续RR间期而提取到心脏节律动态变化过程中那些用普通动态心电图无法看到,但对诊断心律失常又十分重要的信息。要制作1小时连续RR间期的心电散点图,需要处理几千次心搏数据,如果是24小时则有10万次左右的心搏,这些任务人工难以完成。因此心电散点图的真正制作和应用是始于计算机技术大力兴起和飞速发展的20世纪中期。

借助计算机技术,N.J.Holter研制了动态心电图,实现了连续24小时心电图记录,得到了海量心电数据。这是一次跨时代的技术飞跃,拥有了海量心电数据的科学和医学工作者,借助于计算机的快速计算,使探索者能够尝试制作各种心电数据的心电散点图,获得研究所需要的第一手资料。

这是一个漫长的过程,也是一个崭新历程的开始,在20世纪90年代我们使用“286”型计算机,制作出24小时心电数据的心电散点图需要20分钟时间(下图),而现在已经可以在瞬间完成一份24小时的心电数据处理。像计算机的速度在不断提升一样,伴随着不断的技术进步,心电散点图的研究也经历了不同阶段。

早期的RR间期描记图

 20世纪90年代李方洁用“286”计算机制作的心电散点图

20世纪90年代李方洁用“286”计算机制作的心电散点图

写真1 心室頻拍(VT)など種カの不整脈ガ発生した心電図におひゐLPの時間變化の実例(スケール1/2)

心电图中RR间期的变化是心律失常诊断中最敏感的指标,无数先行者都是源于对RR间期及其关系的兴趣,开始探索评价RR间期的方法学。早在1946年SCHLAMOWITZ就开始探索T-P间期、P-R间期、Q-T间期与RR间期的关系。1950年SODERSTROM用手绘制了以时间为横坐标,以RR间期为纵坐标的“心速描记图”(cardiotachograms)(下图),即现在动态心电图系统中的RR间期变化趋势图,亦称“时间RR间期散点图”。1961年HORAN等制作了房颤的RR间期直方图,及用药后的图形变化。

 上图是RR间期描记图的制作方法,下图是描记录的时间RR间期散点图[引自American heart journal,1950,40(2):212-223]

上图是RR间期描记图的制作方法,下图是描记录的时间RR间期散点图[引自American heart journal,1950,40(2):212-223]

RR间期的联合时距直方图

1962年RODIECK等首次运用的联合时距直方图(joint interval histogram)与现在心电散点图方法完全相同,用顺向迭代方法(X=n,Y= n+1),记录了猫的神经系统电节律。1968年Becker等用同样方法作图记录了犬小肠和胃的电活动(图2-5),并提出这种技术可以观察到长时间段内相邻间隔之间的关系。1966 年Donald等观察了窦性心律、房颤、窦性心律伴室早、传导阻滞等的RR间期直方图。

 1961年HORAN等制作的房颤RR间期直方图(引自Circulation research,1961,9:305-311)

1961年HORAN等制作的房颤RR间期直方图(引自Circulation research,1961,9:305-311)

 犬胃的电活动,上图为慢频率,下图为两个不同频率的联合时距直方图(引自Biophysical journal,1962,2:351-368)

犬胃的电活动,上图为慢频率,下图为两个不同频率的联合时距直方图(引自Biophysical journal,1962,2:351-368)

 自上而下各图分别是口服地高辛0.25mg后即刻、7小时、11小时、19小时的直方图(引自The journal of the American M edical Association,1966,197(11):867-870)

自上而下各图分别是口服地高辛0.25mg后即刻、7小时、11小时、19小时的直方图(引自The journal of the American M edical Association,1966,197(11):867-870)

 左上图是室性早搏,左下图是室性早搏三联律,右上图是多源性室性早搏,右下图是连续室性早搏二联律[引自The journal of the American Medical Association,1966,197(11):867-870]

左上图是室性早搏,左下图是室性早搏三联律,右上图是多源性室性早搏,右下图是连续室性早搏二联律[引自The journal of the American Medical Association,1966,197(11):867-870]

Schamroth等在1966年用反向迭代方法(Y=n,X= n+1)制图,分别观察窦房阻滞文氏现象和正常窦性心律的图形(下图)及房颤的图形。

 反迭代作图窦房文氏和窦性心律不齐[引自British heart journal,1966,28(3):350-358]

反迭代作图窦房文氏和窦性心律不齐[引自British heart journal,1966,28(3):350-358]

1967年,Hershberg等用反向迭代法作图,解释了正常窦性心律、窦性心动过速、窦性心动过缓的心搏等散点在图中所处的位置,ROBERT也绘制了房颤与房颤伴室性早搏的散点图(下图1)。1969年ten Hoopen等对比了心速描记图、RR间期直方图与“联合时距直方图”的功能,指出直方图只能反映RR间期的分布但没有时序性,但“联合时距直方图”具有时序性可以反映RR间期之间关系。1970年Rowlands等观察了窦性心律、窦性心律不齐、窦性心律变化、运动前、运动起始和运动中、偶发异位搏动(Occasional ectopic beats)、房颤等情况的图形(下图2)。1972年Stinton首次完整将心电散点图作为一种新的连续心电监测的方法提出,用计算机软件采用全程反迭代方法(X1=全数据中最后记录的RR间期,Y1=X1之前的RR间期)作图,并提出该方法可用于床边连续心电监护(下图3)。1977年Rompelman等用同一份数据制作了“联合时距直方图”与直方图进行比对(下图4)。

 左图是房颤;右图是房颤伴室性早搏[引自Com puters and biom edical research,an international journal,1967,1(2):146-161]

左图是房颤;右图是房颤伴室性早搏[引自Com puters and biom edical research,an international journal,1967,1(2):146-161]

 左图是正常窦性心律,中图是窦性心律不齐,右图是心房颤动[引自Cardiovascular research,1970,4(4):531-536]

左图是正常窦性心律,中图是窦性心律不齐,右图是心房颤动[引自Cardiovascular research,1970,4(4):531-536]

 (a)窦性心动过速;(b)窦性心动过缓;(c)连续早搏二联律;(d)房颤[引自Cardiovascular research,1972,6(5):598-604]

(a)窦性心动过速;(b)窦性心动过缓;(c)连续早搏二联律;(d)房颤[引自Cardiovascular research,1972,6(5):598-604]

 同一间歇性心动过速病人的联合时距直方图(左)与直方图(右)[引自M edical progress through technology,1977,5(3):149-156]

同一间歇性心动过速病人的联合时距直方图(左)与直方图(右)[引自M edical progress through technology,1977,5(3):149-156]

Poincare plot与心率变异性

1992年Woo首次用Poincare plot(Poincare图)方法观察心率变异性,并与时域分析指标进行对照。其采用顺向迭代(X=RRn,Y=RRn+1)方法制作了4例正常人和6例心衰末期病人的RR散点图,结果心衰末期病人与正常人的Poincare图有显而易见的差异(下图1)。随后,Poincare图作为心率变异性非线性分析的方法越来越多地受到关注。1996年Heikki等提出关于图形短轴(SD1)、长轴(SD2)的测量方法,用于图形的定量描述((下图2)。1997年H.Otzenberger等用Poincare图观察人在睡眠的不同期间内心率变异性的变化(下图3)。2000年Huikuri等描述了CABG术后不同病人RR间期Poincare图的差异(下图4)。

 上四幅图是4例正常人的Poincare图,下六幅图是6例心衰终末期患者的Poincare图[引自American heart journal,1992,123(3):704-710]

上四幅图是4例正常人的Poincare图,下六幅图是6例心衰终末期患者的Poincare图[引自American heart journal,1992,123(3):704-710]

 对Poincare图长轴与短轴的描述[引自Circulation,1996,93(10):1836-1844]

对Poincare图长轴与短轴的描述[引自Circulation,1996,93(10):1836-1844]

 人在睡眠的不同期内反映心率变异性的Poincare图[引自Neuroscience Letters,1997,229(3):173-176]

人在睡眠的不同期内反映心率变异性的Poincare图[引自Neuroscience Letters,1997,229(3):173-176]

 CABG术后不同病人RR间期Poincare图的差异(引自Circulation,2000,101:47-53)

CABG术后不同病人RR间期Poincare图的差异(引自Circulation,2000,101:47-53)

Lorenz p lot与心律失常

几乎是同时期,1980年马场康维等首次报道了用Lorenz Plot(Lorenz图)描记的窦性心律和不同心律失常数据图形,随即引起更多心脏科医生和年轻学者对心律失常的兴趣。1981年山崎秀树等也对Lorenz plot时间序列解析系统和Lorenz plot心电节律系统的编制进行了探索。Anan等分别在1982年、1990年发表了名为“An application of Lorenz and multi-Lorenz plot to computerized analysis of arrhythmia”和“Arrhythmia Analysis by Successive RR Plotting”的论文,显示了房颤伴预激传导及不同室性早搏的图形,对室性早搏图形的发生进行了解析,探讨了房颤扇形图形的意义,阐述了R on T临界曲线的设计思想,成为后来研究Lorenz图的医学工作者经常引用的文章。

 马场康维等描制的窦性心律和不同心律失常Lorenz p lot(引自医用电子和生体工学,1980,18:213-217)

马场康维等描制的窦性心律和不同心律失常Lorenz p lot(引自医用电子和生体工学,1980,18:213-217)

(1)、(2)窦性心搏;(3)呼吸性窦性心律不齐;(4)室性早搏;(5)插入性室性早搏;(6)复合型室性早搏;(7)联律间期不固定的室性早搏;(8)室性并行心律;(9)房性早搏;(10)房性早搏伴房早未下传;(11)联律间期不固定的房性早搏;(12)窦性心律不齐、一过性窦性停搏、逸搏心律等混合型心律失常;(13)二度Ⅱ型房室传导阻滞2∶1传导;(14)、(15)心房颤动

 Anan制作的Lorenz p lot[引自Japanese heart journal,1982,23(suppl):694-696]

Anan制作的Lorenz p lot[引自Japanese heart journal,1982,23(suppl):694-696]

1991年Chishaki(Suyama A.C)等进行了具有开创性意义的研究:分别在犬心脏的右心房与希氏束进行随机刺激,制作房颤Lorenz plot模型,并与传统心电生理检查对照,证实房颤的心电散点图提供了关于房室结功能不应期(functional refractory period of the atrioventricular node,AVNFRP)及其变化的电生理信息。当在右心耳给予不规则刺激时,激动沿房室结下传,房颤扇形靠近X轴的边缘呈弯曲状(注:与X轴呈夹角),这是“AVNFRP曲线”。该曲线与坐标X轴之间的空旷区是由不同心率下AVNFRP所形成。而当刺激部位改在His束时,激动传导不经房室结,图形底边呈平直的水平状。当刺激迷走神经时,AVNFRP曲线平行地向上飘移,表明迷走张力增强时,不应期延长。实验观察到,房室结的不应期总是大于希氏束的不应期。随后的1993年,Chishaki的另一项观察发现了房颤伴室性早搏与房颤伴室内差异性传导的不同Lorenz plot形特征,这是对50例临床频见宽QRS波的房颤病例进行电生理检查,在记录His束电位的同时,观察体表记录的宽QRS波联律间期与其前RR间期形成的散点。结果有His电位者(室内差异性传导)其房颤图形的底边与AVNFRP曲线形态相同,呈现弯曲状;而未记录到His电位者(室性心搏),其图形的底边呈水平状。提高了房颤伴室性早搏与房颤伴室性差异性传导的临床依据。

 Chishaki等制作的犬心房颤动的Lorenz Plot[引自:Am.Heart J,1991,121(3 Part 1):820-826]

Chishaki等制作的犬心房颤动的Lorenz Plot[引自:Am.Heart J,1991,121(3 Part 1):820-826]

 Chishaki等观察到的室性宽QRS与室内差异性传导宽QRS在同步体表心电图、His束电图Lorenz图上的不同表现(引自:Circulation.1993,88:2307-2314)

Chishaki等观察到的室性宽QRS与室内差异性传导宽QRS在同步体表心电图、His束电图Lorenz图上的不同表现(引自:Circulation.1993,88:2307-2314)

之后的1998年,Oka根据房颤扇形图形的边缘是AVNFRP的理论,提出如果房颤的图形上出现两个部分重叠的扇形,则可能是房室结双径路的表现。Oka在对临床房颤Lorenz plot的观察中发现了这样的双扇形,认为它们分别代表了快径与慢径的功能不应期(下图)。

 房颤伴房室结双径路的双扇形图形;图中的双扇形存在双底边,靠近X轴的底边被认为是快径的功能不应期,距X轴稍远的底边是慢径功能不应期[引自:J Electrocardiol,1998,31 (3):227-35]

房颤伴房室结双径路的双扇形图形;图中的双扇形存在双底边,靠近X轴的底边被认为是快径的功能不应期,距X轴稍远的底边是慢径功能不应期[引自:J Electrocardiol,1998,31 (3):227-35]

2000年至今,国外的研究未见明显进展或突破。

心电散点图

这是一个由中国学者领跑,将RR间期Lorenz plot命名为“心电散点图”,并作为海量心电数据分析的方法,进行系统研究和梦想成真的跨世纪的二十年。

20世纪90年代,一批远赴国外的学者归来,不约而同地分别发表了“RR间距散点图及其应用价值”(苏海,1995)、“RR-Lorenz图用于心律失常分析”(李方洁,1997)、“混沌现象”(郭继鸿,1998)、“运用Poincare混沌图跟踪心脏RR间期变化的研究”(郭成军,1998)等介绍国外研究结果的文章。开始了中国心电学者开拓研究心电散点图的历程,研究侧重于心律失常分析这个应用前景更为广阔的未知领域,进入了对心律失常诊断的系统研究阶段。

2002—2005年间李方洁发表了“用于大样本心电分析的混沌方法——Lorenz图”(2002年《临床心电学杂志》)、“混沌理论与心电学的结合”(2003年《中国心脏起搏与心电生理杂志》)等阐述心电散点图方法学的文章。同时牵头主持的研究“心律失常Lorenz图智能化诊断模型的研究”得到首都医学发展基金自主创新项目的资助,遂使用课题组自制的心电散点图软件,对窦性心律和临床常见心律失常心电散点图与动态心电图诊断及电生理进行了对照观察,首次系统建立了包括窦性心律、室上性早搏、室性早搏、房颤、房扑、窦房或房室传导阻滞、房颤伴不同起源宽QRS波等在内的心律失常心电散点图的诊断模型。随后发表“1153例心律失常的Lorenz散点图与动态心电图对比研究”(2006年《临床心电学杂志》)、“心律失常Lorenz图智能化诊断模型的研究”(2008年《医学研究杂志》),明确提出心电散点图的意义是实现对大样本心电数据的宏观快速诊断和疑难动态心电图的鉴别诊断。

在同期的2003年,由郭继鸿、张萍主编的《动态心电图学》纳入了心电散点图的内容——由李方洁撰写的“混沌理论与Loenz图的临床应用”,首次在国内的医学专著中系统介绍了混沌理论及其在心电学中的应用。至此,国内新出版的著名心电图和动态心电图专著中都有了心电散点图的内容。2011年起,《中国心脏起搏与心电生理杂志》和《临床心电学杂志》都不定期地开设了心电散点图专题栏目,成为集中普及心电散点图方法的园地。向晋涛等在2012—2013年间充分运用时间RR间期散点图与心电散点图相互对照的方法,建立了房性并行心律和室性并行心律的模型,并发现了窦房结功能分离的电生理现象和心电图无法诊断的房颤伴交界性逸搏的心电散点图特征,还与景永明等探讨了心电散点图及RR间期差值散点图的几何数学原理和不同心律失常的数学模型。

目前,心电散点图作为大样本心电数据分析的新方法,正在越来越广泛地被临床心电工作者学习和接受。

心电散点图系统软件的改进

在2011年之前,国内外多数动态心电图系统中已有心电散点图软件,但因无人知晓其对心律失常分析的作用,只是作为心率变异性分析辅助方法,应用价值十分有限,软件并未得到真正的临床使用,软件功能也未得到应有的开发,只是像饰品一样,在动态心电图系统的一隅静默了几近20年。

2011年,中国心电学会心电散点图工作委员会成立,开展了一系列关于心电散点图理论和技术方法的普及和应用推广工作。动态心电仪中的心电散点图软件的功能得到提升,实现了心电散点图与动态心电图系统之间的实时波形回放功能(逆向技术)和编辑功能。向晋涛则对“时间RR间期散点图”的功能进行了出乎设计者意料之外的深入挖掘,使这项源于20世纪50年代的“古老”方法得到“重生”,在心律失常分析中显示出其独特的作用。目前国内多数知名厂家的动态心电图仪都具有了这些功能,使心电散点图软件真正具有了生命力和应用价值,成为动态心电图分析仪中不可缺少的组成部分。

小结

十几年来,由于学术界对心电散点图的关注、了解、认识和认同度的不断增高,以及心电散点图软件功能的提升,临床实用性增强,目前越来越多的临床心电学工作者加入到探索应用中来,积累了更多经验,解读了更多从前未知的图形,并从中受益。现在心电散点图已作为海量心电数据分析的一项实用技术,被北京市科学技术委员会正式列为北京市科技成果推广项目,在临床推广应用。

回顾在没有计算机的手工时代,手绘“心速描记图”的执著探索,令人感动。而在计算机时代的今天,“心速描记图”已“化蛹成蝶”为自动化的“时间RR间期散点图”,并由于与二维心电散点图的联合应用,显示出其功能具有迷人的魅力。

回顾自第一篇心电散点图的文章在国内医学期刊上发表,至今不过十几年时间。对于中国心电学界,这是从对心电散点图完全无人知晓,到越来越多的心电工作者和临床医生希望学习掌握该方法的过程。对于动态心电图生产企业而言,是从只满足于系统中有心电散点图软件,到追求对心律失常分析的实用功能的过程。在寻觅中发现,在前行中探索,在推广中普及,在应用中提高,在学习中升华,在已知中寻求新知,这是心电散点图研究者留下的足印和今后需要继续走下去的道路。

系统医学科普站点:天山医学院, 转载请注明出处:https://www.tsu.tw/edu/11444.html

中华皮肤病30年研究成果

心电图学一学就会

认识人体心脏,从解剖开始!

诱发心血管疾病的综合征

近视屈光激光手术矫正

适用于口腔科

做一个健康强健的男人!

智齿为萌出受阻的牙齿

内分泌与机体代谢医学

  • 混沌的起源
  • 混沌理论的要点
  • 心电学中的混沌现象
  • 心电散点图的研究历
医学医院知识
本文图片集

理论发展

  • [AD]
搜索 回顶部