李方潔

●心電散點(diǎn)圖專題報(bào)道

大樣本海量心電數(shù)據(jù)分析的新理念和新方法

李方潔

李方潔，中國中醫(yī)科學(xué)院望京醫(yī)院心內(nèi)科主任醫(yī)師，醫(yī)學(xué)博士，博士生導(dǎo)師。擔(dān)任中華中醫(yī)藥學(xué)會(huì)內(nèi)科心病委員會(huì)委員，中國心電學(xué)會(huì)常委和心電散點(diǎn)圖工作委員會(huì)主任委員，中國心電信息學(xué)會(huì)常委。曾在日本九州大學(xué)醫(yī)學(xué)部循環(huán)內(nèi)科從事非線性方法用于心律失常診斷的研究?；貒笙群笾鞒窒嚓P(guān)科研課題8項(xiàng)，其中“心律失常Lorenz圖智能化診斷模型的研究”獲得科技成果和科技進(jìn)步獎(jiǎng)。發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文50余篇，是國家級(jí)繼續(xù)教育“非線性技術(shù)方法在心律失常診斷中的應(yīng)用”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)“大樣本心電數(shù)據(jù)心電散點(diǎn)圖診斷方法的推廣應(yīng)用”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

絕大多數(shù)心律失常都具有發(fā)作性、間歇性和同一類型心律失常反復(fù)發(fā)作的特性。因此盡可能多地記錄和處理患者的心電信息對(duì)提高心律失常診斷水平十分重要。半個(gè)世紀(jì)前誕生的動(dòng)態(tài)心電圖技術(shù)不僅使獲取大樣本海量心電數(shù)據(jù)成為現(xiàn)實(shí)，也對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法提出挑戰(zhàn)。近年來日益受到關(guān)注的心電散點(diǎn)圖為大樣本海量心電數(shù)據(jù)的分析打開了新視野，提供了新理念。

1 心電散點(diǎn)圖與動(dòng)態(tài)心電圖

動(dòng)態(tài)心電圖是一個(gè)龐大的原始心電信息數(shù)據(jù)庫，用不同的方法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可得到對(duì)心律失常、心肌缺血以及心率變異性（HRV）、心率震蕩、心率減速力、QT離散度、T波電交替等的分析結(jié)果。這些處理方法具有共同點(diǎn)：一是必須依賴原始心電波形的每一個(gè)波，包括P-QRS-T波群；二是從“微觀”（局部）到“宏觀”（整體），即采用分析常規(guī)心電圖的方法，只是由計(jì)算機(jī)代替人，識(shí)別每一個(gè)波形并進(jìn)行診斷之后計(jì)算出其總和，給出診斷報(bào)告。這是傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)心電圖的分析模式。

心電散點(diǎn)圖是對(duì)原始心電數(shù)據(jù)中的心搏間隔進(jìn)行處理得到的有用圖形，其處理結(jié)果不受原始心電波形的影響，只取決于對(duì)波形間期的識(shí)別。目前在臨床應(yīng)用的心電散點(diǎn)圖系統(tǒng)是通過識(shí)別心室除極間隔（R-R間期）來獲得圖形。盡管如此，對(duì)傳統(tǒng)心電圖中需依賴P-QRS-T波群進(jìn)行區(qū)分的竇性、房性和室性心律，甚至記錄噪音產(chǎn)生的偽差，在由海量數(shù)據(jù)制作的心電散點(diǎn)圖上都有各自的圖形特征，揭示心臟電系統(tǒng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)間都存在特異性內(nèi)在關(guān)系及其變化規(guī)律。這些規(guī)律“隱身”在海量數(shù)據(jù)中，心電散點(diǎn)圖方法使其“浮出水面”，成為診斷心律失常有用的信息，表明心電散點(diǎn)圖是一種不依賴局部心電波形圖，而依賴海量數(shù)據(jù)的分析方法，具有從整體（宏觀）現(xiàn)象推斷局部（微觀）變化的功能（圖1）。

2 心電散點(diǎn)圖的分類

心電散點(diǎn)圖是對(duì)連續(xù)R-R間期進(jìn)行迭代計(jì)算所描繪出的幾何圖形，也稱Poincare圖或Lorenz圖。法國數(shù)學(xué)家“混沌理論的奠基人”Poincare曾在理論上提出這一方法的可行性，而美國麻省理工學(xué)院Lorenz曾用這一方法發(fā)現(xiàn)了混沌現(xiàn)象，被譽(yù)為“混沌之父”。

迭代計(jì)算作圖是心電散點(diǎn)圖方法的核心，只有通過迭代，才能提取出“隱身”在海量數(shù)據(jù)中的心搏變化的規(guī)律。目前，心電散點(diǎn)圖有狹義與廣義之分。狹義指R-R間期散點(diǎn)圖（也稱Lorenz圖、Poincare圖、Lorenz散點(diǎn)圖），是對(duì)R-R間期進(jìn)行迭代的圖形；廣義可理解為，用迭代方法制作的任何心電節(jié)律間期散點(diǎn)圖，包括R-R間期散點(diǎn)圖和用R-R間期差值進(jìn)行迭代的R-R間期差值散點(diǎn)圖（圖2）。

近年來R-R間期時(shí)間散點(diǎn)圖也習(xí)慣地被涵蓋在心電散點(diǎn)圖的稱謂之中，R-R間期時(shí)間散點(diǎn)圖以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以實(shí)時(shí)R-R間期為縱坐標(biāo)，將圖形“濃縮”后，成為散點(diǎn)狀的R-R間期變化趨勢(shì)圖。雖然R-R間期時(shí)間散點(diǎn)圖并非迭代而成，但不同心律的R-R間期“濃縮”后被“過濾”成易于區(qū)分的條狀圖形，可直觀顯示R-R間期的變化趨勢(shì)和R-R間期的長度分布（圖3）。

目前的心電散點(diǎn)圖分析系統(tǒng)將R-R間期時(shí)間散點(diǎn)圖與R-R間期散點(diǎn)圖“連動(dòng)”，可在R-R間期時(shí)間散點(diǎn)圖的關(guān)注點(diǎn)處，獲得與之對(duì)應(yīng)的R-R間期散點(diǎn)圖，相得益彰，日益成為心電散點(diǎn)圖分析技術(shù)中的重要手段。

圖1 不同心律的心電散點(diǎn)圖。A.正常竇性心律圖形；B.竇性心律伴房性期前收縮圖形；C.竇性心律伴室性期前收縮圖形。

圖2 R-R間期散點(diǎn)圖與R-R間期差值散點(diǎn)圖。同一份竇性心律伴室性期前收縮的心電數(shù)據(jù)制成的圖形，A.R-R間期散點(diǎn)圖，B. R-R間期差值散點(diǎn)圖。

圖3 R-R間期時(shí)間散點(diǎn)圖與R-R間期散點(diǎn)圖。A、B表達(dá)一份心電數(shù)據(jù)，A.R-R間期時(shí)間散點(diǎn)圖，B.R-R間期散點(diǎn)圖。

3 不同心律的心電散點(diǎn)圖

3.1竇性心律圖形正常的竇性心律圖形呈“棒球拍形”（圖1A），“球拍”的長軸沿坐標(biāo)中的45°線（距X軸和Y軸各為45°角的斜線）縱向分布。在靠近坐標(biāo)原點(diǎn)一端（近端），圖形分布較窄，越是遠(yuǎn)離原點(diǎn)的方向（遠(yuǎn)端），圖形分布越寬。圖形揭示竇性心率的變化規(guī)律：R-R間期有心率依賴性，即相鄰R-R間期的變化有一定比例，心率減慢時(shí)，R-R間期變化比例增大，心率加快時(shí)，R-R間期變化比例降低。竇性心律的圖形面積反映自主神經(jīng)總能量，長度代表24h心率的總體變異度，是交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)張力共同作用的結(jié)果，寬度代表相鄰R-R間期的差異，表達(dá)瞬時(shí)心率變化，反映迷走神經(jīng)活性。

竇性心律圖形可呈多態(tài)性，分別可表現(xiàn)為圖形面積改變，圖形長度、寬度改變，圖形形態(tài)改變等。在心電圖正常的成人中，年輕人和健康人的圖形多呈“棒球拍形”，而高齡和患有各種疾病的人群中，多呈現(xiàn)各種各樣非棒球拍形，如“彗星形”、“魚雷形”、“粗、細(xì)棒狀”、“類棒球拍狀”、“擴(kuò)張形”、“梭形”、“雨滴狀”等（圖4）。

3.2 心律失常的心電散點(diǎn)圖心律失常圖形特點(diǎn)是脫離45°線之外的圖形分布。區(qū)分不同心律失常的指標(biāo)主要有“子圖”的數(shù)目、形態(tài)、位置與線形圖形的斜率等，其中最受到關(guān)注的線性圖形仍然是B圖（多分布圖形中最靠近X軸的線狀圖形）的長軸（B線）及其斜率（圖5）。依據(jù)上述指標(biāo)，臨床常見心律失常都能得到區(qū)分（圖6）。

圖4 不同竇性心律的心電散點(diǎn)圖。

圖5 B線斜率。B線是多分布圖形中最靠近X軸的子圖的長軸，斜率是其與X軸之間的夾角。

4 分析軟件的功能

近年來隨著臨床研究的深入和應(yīng)用的快速普及，督促分析軟件功能的更新與突破，實(shí)現(xiàn)R-R間期散點(diǎn)圖與實(shí)時(shí)波形及R-R間期時(shí)間散點(diǎn)圖之間的逆向回放技術(shù)，使典型的心電散點(diǎn)圖形得到診斷確認(rèn)，使存在混淆的心電散點(diǎn)圖得到鑒別診斷，如傳導(dǎo)阻滯與室上性期前收縮未下傳的圖形均呈“遠(yuǎn)端三分布”，如果沒有逆向回放技術(shù)就無法鑒別。

圖6 不同患者24h動(dòng)態(tài)心電數(shù)據(jù)的心電散點(diǎn)圖。A.正常竇性心律；B.竇性合并室上性期前收縮；C.竇性心律合并室性期前收縮；D.竇性心律合

并室上性期前收縮伴心室內(nèi)差異性傳導(dǎo)；E.竇性心律合并室性期前收縮三聯(lián)律；F.無休止室性期前收縮二聯(lián)律；G.持續(xù)性心房顫動(dòng)；H.持續(xù)性心房撲動(dòng)，房室按不同比例傳導(dǎo)；I.心房顫動(dòng)伴短偶聯(lián)間期室性期前收縮；J.四象限圖形，是心房顫動(dòng)伴心室內(nèi)差異性傳導(dǎo)；K.心房顫動(dòng)伴心房撲動(dòng)；L.竇性心律伴二度竇房傳導(dǎo)阻滯。

5 展望

RR序列的心電散點(diǎn)圖為海量心電數(shù)據(jù)提供了新理念、新方法、新手段，由于其數(shù)據(jù)高密度和整體化表達(dá)方式，開闊了分析者的視野，使心律失常的分析由過去只關(guān)注孤立的幾個(gè)心電波形，演進(jìn)成先從整體，再到局部的分析過程。從心電散點(diǎn)圖看宏觀，從動(dòng)態(tài)心電圖看微觀，二者互補(bǔ)的分析模式將大大提高數(shù)據(jù)的分析速度與準(zhǔn)確率。

心電散點(diǎn)圖反映出人體RR序列是一個(gè)非線性的混沌系統(tǒng)，其中包含了傳統(tǒng)方法未能表達(dá)的生理病理信息，如心臟各部位不應(yīng)期及對(duì)心律失常診斷的作用，心率變異性的多態(tài)性模式，這些信息與臨床疾病的關(guān)系等都有待進(jìn)一步挖掘。由于RR序列是非線性的混沌系統(tǒng)，具有分?jǐn)?shù)維，目前的二維圖形，不能描述其動(dòng)力學(xué)變化的全部特征，進(jìn)行軟件更新，提高圖形維度可獲得更多目前未知的系統(tǒng)變化的動(dòng)力學(xué)信息。

2013-12-02）

（本文編輯：楊麗）

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