李方潔

●心電散點圖專題報道

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)科學院望京醫(yī)院心內(nèi)科主任醫(yī)師，醫(yī)學博士，博士生導師。擔任中華中醫(yī)藥學會內(nèi)科心病委員會委員，中國心電學會常委和心電散點圖工作委員會主任委員，中國心電信息學會常委。曾在日本九州大學醫(yī)學部循環(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科研課題8項，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步獎。發(fā)表相關學術論文50余篇，是國家級繼續(xù)教育“非線性技術方法在心律失常診斷中的應用”項目負責人和北京市科學技術委員會“大樣本心電數(shù)據(jù)心電散點圖診斷方法的推廣應用”項目負責人。

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提高心律失常診斷水平十分重要。半個世紀前誕生的動態(tài)心電圖技術不僅使獲取大樣本海量心電數(shù)據(jù)成為現(xiàn)實，也對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法提出挑戰(zhàn)。近年來日益受到關注的心電散點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 心電散點圖與動態(tài)心電圖

動態(tài)心電圖是一個龐大的原始心電信息數(shù)據(jù)庫，用不同的方法對這些數(shù)據(jù)進行處理，可得到對心律失常、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果。這些處理方法具有共同點：一是必須依賴原始心電波形的每一個波，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，只是由計算機代替人，識別每一個波形并進行診斷之后計算出其總和，給出診斷報告。這是傳統(tǒng)動態(tài)心電圖的分析模式。

心電散點圖是對原始心電數(shù)據(jù)中的心搏間隔進行處理得到的有用圖形，其處理結果不受原始心電波形的影響，只取決于對波形間期的識別。目前在臨床應用的心電散點圖系統(tǒng)是通過識別心室除極間隔（R-R間期）來獲得圖形。盡管如此，對傳統(tǒng)心電圖中需依賴P-QRS-T波群進行區(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)制作的心電散點圖上都有各自的圖形特征，揭示心臟電系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)間都存在特異性內(nèi)在關系及其變化規(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 心電散點圖的分類

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

迭代計算作圖是心電散點圖方法的核心，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，心電散點圖有狹義與廣義之分。狹義指R-R間期散點圖（也稱Lorenz圖、Poincare圖、Lorenz散點圖），是對R-R間期進行迭代的圖形；廣義可理解為，用迭代方法制作的任何心電節(jié)律間期散點圖，包括R-R間期散點圖和用R-R間期差值進行迭代的R-R間期差值散點圖（圖2）。

近年來R-R間期時間散點圖也習慣地被涵蓋在心電散點圖的稱謂之中，R-R間期時間散點圖以時間為橫坐標，以實時R-R間期為縱坐標，將圖形“濃縮”后，成為散點狀的R-R間期變化趨勢圖。雖然R-R間期時間散點圖并非迭代而成，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間期的變化趨勢和R-R間期的長度分布（圖3）。

目前的心電散點圖分析系統(tǒng)將R-R間期時間散點圖與R-R間期散點圖“連動”，可在R-R間期時間散點圖的關注點處，獲得與之對應的R-R間期散點圖，相得益彰，日益成為心電散點圖分析技術中的重要手段。

圖1 不同心律的心電散點圖。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間期散點圖與R-R間期差值散點圖。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間期散點圖，B. R-R間期差值散點圖。

圖3 R-R間期時間散點圖與R-R間期散點圖。A、B表達一份心電數(shù)據(jù)，A.R-R間期時間散點圖，B.R-R間期散點圖。

3 不同心律的心電散點圖

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。在靠近坐標原點一端（近端），圖形分布較窄，越是遠離原點的方向（遠端），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，R-R間期變化比例增大，心率加快時，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)張力共同作用的結果，寬度代表相鄰R-R間期的差異，表達瞬時心率變化，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、細棒狀”、“類棒球拍狀”、“擴張形”、“梭形”、“雨滴狀”等（圖4）。

3.2 心律失常的心電散點圖心律失常圖形特點是脫離45°線之外的圖形分布。區(qū)分不同心律失常的指標主要有“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，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用的快速普及，督促分析軟件功能的更新與突破，實現(xiàn)R-R間期散點圖與實時波形及R-R間期時間散點圖之間的逆向回放技術，使典型的心電散點圖形得到診斷確認，使存在混淆的心電散點圖得到鑒別診斷，如傳導阻滯與室上性期前收縮未下傳的圖形均呈“遠端三分布”，如果沒有逆向回放技術就無法鑒別。

圖6 不同患者24h動態(tài)心電數(shù)據(jù)的心電散點圖。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；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；H.持續(xù)性心房撲動，房室按不同比例傳導；I.心房顫動伴短偶聯(lián)間期室性期前收縮；J.四象限圖形，是心房顫動伴心室內(nèi)差異性傳導；K.心房顫動伴心房撲動；L.竇性心律伴二度竇房傳導阻滯。

5 展望

RR序列的心電散點圖為海量心電數(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方式，開闊了分析者的視野，使心律失常的分析由過去只關注孤立的幾個心電波形，演進成先從整體，再到局部的分析過程。從心電散點圖看宏觀，從動態(tài)心電圖看微觀，二者互補的分析模式將大大提高數(shù)據(jù)的分析速度與準確率。

心電散點圖反映出人體RR序列是一個非線性的混沌系統(tǒng)，其中包含了傳統(tǒng)方法未能表達的生理病理信息，如心臟各部位不應期及對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系等都有待進一步挖掘。由于RR序列是非線性的混沌系統(tǒng)，具有分數(shù)維，目前的二維圖形，不能描述其動力學變化的全部特征，進行軟件更新，提高圖形維度可獲得更多目前未知的系統(tǒng)變化的動力學信息。

2013-12-02）

（本文編輯：楊麗）

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