心电散点图的临床应用

2019-07-01向晋涛

中国心脏起搏与心电生理杂志 2019年3期

向晋涛

按照一定的数字规则(如相邻的RR间期迭代作图)将动态心电图中的RR间期表述为二维坐标系中的“点”，所有“散点”的集合就会构成一定的图形，这样的图形即为心电散点图。通过观察心电散点图的图形，便可了解心脏的正常或异常节律运行的规律。“点”在数学几何上的含义接近于零，但又不是“零”，所占的时空最小，故能用点表示大数据或海量数据。长程心电图中每一R(QRS)波代表心脏一次电活动，根据电-收缩耦联，即R波代表一次心脏跳动，24 h心跳10多万次(按每75次/分计算，24 h 心跳10万8千次)，这样，10万多次心搏就可在一个二维坐标系中以点构成图形的形式呈现出来，通过对图形的整体观察分析即能达到分析心脏节律以及诊断心电的目的。其首先站在整体的角度上看待心脏节律，故称之为心脏节律的整体观[1]。由于计算机软件技术的研发，以及国内心电专家近10年的研究与应用，心电散点图已形成一门学问，其标志为3本关于心电散点图专著的出版[2-4]。

1 心电散点图的类型以及意义

目前，长程动态心电图分析软件对海量大数据R波处理成“散点”，按3种方式进行处理或描述，因而形成3种类型的散点图，即时间RR间期(t-RR)散点图；Lorenz-RR散点图；RR间期差值散点图(又称修正散点图，目前临床应用较少)。

t-RR散点图是以心脏节律发生的时间为横坐标(单位：小时)，以相应的RR间期为纵坐标(单位：ms)，即所有点(tn+1，RnRn+1)(n≥1)构成的点集，计算机能将长时间24 h 或多小时或1 h 长度的时间压缩在一个可视的二维坐标系中，这样横轴较长，纵轴较短，形成的为长条状二维坐标系，因此其散点大多数呈条幅状分布，反映的是心脏节律随时间变化的规律。点体现的是“1 点2搏1周期”，所有的点是不会重叠的。

Lorenz-RR散点图是以两相邻RR间期分别为横、纵坐标(单位：ms)迭代作图，即点(RnRn+1，Rn+1Rn+2) (n≥1)构成的点集，计算机能将所有的点汇聚在一个可视的二维坐标系中，其横、纵坐标的比例与单位相同，故二维坐标系为一个正方形体系，反映的是一个(或种)节律对另一个(或种)的关联或影响。点体现的是“1 点3搏2周期”，点可以重叠的。

RR间期差值散点图是以两相邻的RR间期变化值分别为横、纵坐标(单位：ms)迭代作图，即所有点[(Rn+1Rn+2-RnRn+1)，(Rn+2Rn+3-Rn+1Rn+2)(n≥1)]构成的点集，计算机能将所有的点汇聚在一个可视的二维坐标系中，其横、纵坐标的比例与单位相同，故二维坐标系亦为一个正方形体系，反映的是节律变化之间的规律或关联。点体现的是“1点4搏3周期”，点会发生重叠。

2 心电散点图的临床应用

2.1窦性心率的变时性和变时不良正常情况下，窦性心率在活动或白天时心率较快，而在安静或睡眠时心率较慢，在心率由快至慢或由慢至快时，心率会呈现平滑的过渡状态，不会突然变快或变慢，这种窦性心率的平滑过渡状态，称之为窦房结或窦性心率的变时功能正常。即使人体在比较平稳的状态下，窦性心率也不是“死水一潭”，而是有“潮涨潮落”即“涨落现象”，也就是在一定小幅范围内波动，t-RR散点图用毫秒级单位度量窦性心率的涨落现象，使得条带状的t-RR散点图图形能直接地体现窦性心率的毫秒级变化。因此，t-RR散点图能揭示窦性心率的变时性变化。向晋涛[5-8]通过对窦性心率的t-RR散点图和相应的Lorenz-RR散点图的对比观察，并用散点图逆向技术逆向出相应的片段心电图，发现了一些窦房结(窦性心率)的变时性和变时不良现象。正常情况下，窦性心率的t-RR散点图呈现一定宽度(粗度)的条索状图形，表现为活动或白天幅度(在坐标系中的位置)较低，而休息和睡眠时幅度较高；而Lorenz-RR散点图则呈现棒球拍形，沿45度线分布，头小尾大(接近坐标系原点图形小，远端图形膨大)，这符合正常生理状态下神经和呼吸对心率的调节作用。在异常情况下，窦房结功能可以出现横向和纵向分离[6]。纵向分离在t-RR散点图上常表现为条幅或条索的断裂，而且振幅会发生上下变化，即互相错位现象，是窦性心率谱的连续性中断，如一段时间内窦性心率谱为50～60次/分(1 200～1 000 ms)，而另一时段则为80～100次/分(750～600 ms)，61～79次/分频率段则缺如；此现象在Lorenz-RR散点图上则表现为沿45度线分布的2个棒球拍图形。横向分离在t-RR散点图则表现为条索变成条带，即散点图变宽，是瞬时心率变化较大的缘故，实质上也是心率的连续中断，是两个不同节律点(频谱不一致)相互竞争节律的结果；此现象在Lorenz-RR散点图上则表现为散点图图形的横轴(垂直于45度线)变长。此外，向晋涛[7-8]还观察到了窦性心率的跳跃式减速现象，以及窦性逸搏和窦性早搏现象。杨亚莉等[9-10]亦通过散点图观察，报告了窦房结功能不良以及窦性二联律现象各1例。向晋涛等[7]根据这些现象，提出了窦性心率加速或减速的工作原理示意图(图1)，利用该示意图能很好地解释窦房结的变时性以及变时功能不良现象。

窦房结结构分为α、β、γ三部分，3部分中分别再分为A、B、C；D、E、F和H、I、J 3个亚层，亚层再分为若干再细的亚层，每一部分由上至下，心率由快至慢；而由下至上，则心率由慢至快的有顺序发生，保证心率以毫秒级水平减速或增速，设心率的范围在120～40次/分(500～1 500 ms)之间，则3部分的控制心率的范围分别为500～750 ms，750～1 000 ms，1 000～1 500 ms。当α区控制一段时间的心率后(500～750 ms)，直接过渡(跳跃)至γ区控制一段时间的心率(1 000～1 500 ms)，则会出现窦房结功能的纵向分离；当不同位置的起搏点(频率不连续的起搏点)，如A、C亚层位置起搏点交替控制心率时，则表现心率变异性大，出现窦房结功能的横向分离；当A1A2A3中出现B3节律时，即A1A2B3A3(A1、A2、A3属于同一细亚层，心率在3者之间变化是一连续谱)，则B3的节律为窦性逸搏；而当B1B2B3中出现A1的节律时，即B1B2A1B3,则出现窦性早搏A1。当心率从B区跳至E区时，其RR间期会突然延长超过300 ms以上，则表现为RR间期的跳跃式延长，会引起肉眼观察上的心电散点图形的明显变化，使心率的减速性质发生改变

图1窦房结心率加速或减速工作原理示意图

2.2房性和室性早搏性质的判定

心律失常发生的性质有二：起源异常和传导异常。快速心律失常如室性早搏(简称室早)和房性早搏(简称房早)则具体表现为自律性增高和折返或两者兼有[11]。折返机制在心电图上的表现为每一个早搏与之前正常心搏之间的联律间期一致或相等；而自律性增高则表现为每一个早搏与之前正常心搏之间的联律间期不一致或不相等，但是连续两个早搏之间的间期一致(实际上这种早搏就是我们常说的并行心律)[11]。折返和自律性增高性早搏的心电图规律显示了早搏与主导节律(通常为窦性心律)，早搏之间有特定的数字特征，因此在二维坐标系中通过RR间期规则描绘的散点集构成的图形会占据一定的位置或区域，这一点，景永明等[12-15]用几何画板构建早搏的模型，模拟早搏的散点图形成规律，从理论上证实了散点图能判定早搏的性质，且临床实践观察到的与之相符。

折返性早搏在t-RR散点图上出现明晰的分层现象，从下至上，第一层为一条平直的线条，线条的粗细反映了早搏的联律间期(NV间期)的变化程度，第二、三层分别为窦性心率间期(NN间期)和代偿间期(VN间期)形成的曲线，两曲线互相平行波动，如系室早则中间层距第一、三层线条的距离相等(表代偿间期完全)，如系房早则中间层距第一层的距离大于距第二层的距离(表代偿间期不完全)。室早Lorenz-RR散点图表现为室早点集(NV，VN)构成的散点图的长轴平行于Y轴，而室早后点集散点图长轴的斜率为1/2[16]。房早的Lorenz-RR散点图则表现为房早点集(NS，SN)构成的散点图长轴与Y轴有一定的角度，房早后点集(SN，NN)构成的图形偏向于45度线或者与窦性心律的散点图形重叠(房早后等周期代偿)。

自律性增高性早搏(并行心律)在t-RR散点图上表现为宽幅条带状，但散点图的密度分布不均，有或没有模糊的分层现象。如有分层，则底层较宽，底层有清晰的下界。室早的t-RR散点图如能看出分层，则中间层距上层和底层的边界相等，而房早则不相等(中层距上层边界的距离短于距底层的距离)[17]。房早的Lorenz-RR的散点图则表现为三轮风车形[18]或锐角三角形[15]；而室早的Lorenz-RR散点图则表现为倒丫字形[13]或者直角或钝角三角形[14]。

折返性早搏与自律性增高性早搏的鉴别使用常规心电图或片段心电图识别，极不易诊断，因为早搏数太少，不能体现出早搏与主导节律或早搏与早搏之前的数字关系。心电散点图是关于所有心脏节律的数字关系在二维坐标系中的表现，是对所用节律的归类或总结。因此，心电散点图能轻易诊断和鉴别诊断折返性和自律性增高性早搏。但关于折返和自律性增高性早搏兼有的心电散点图特征还有待进一步观察与研究。

2.3快速识别心房扑动-颤动

心房扑动(简称房扑)和心房颤动(简称房颤)是一连续的心律失常谱，谱的两端分别是房扑与房颤，谱中间存在房扑向房颤或房颤向房扑的转化。在诊断房扑时，我们更依赖于房波的大小和形态；而诊断房颤时，则更依赖于心室率是否规整。然而，当房波不太清楚或不易辨认而心室率处于变化状态时，会造成房扑还是房颤的诊断困难。房扑和房颤时，由于心房频率的快慢不同，规整程度不同，故房波对房室结造成的隐匿性传导不同，而使房室结传导的不应期也发生变化，造成的传导规律不一样，产生的心室率规整程度不一，当房率快的时候，心室率反而下降[19]。因此，房扑时心室率相对规则，房颤时心室率不规则；房扑和房颤同时发生时，则心室率时而规整，时而不规整。当房扑发生时，在t-RR散点图上则表现为清晰的分层现象，即散点清晰地分布在几条互相平行的“直线”上；Lorenz-RR散点图则表现为网格状点的分布，分布区域呈现为扇形。当房颤发生时，t-RR散点图则表现为条带状，其下缘边界整齐，上缘呈毛刺状；Lorenz-RR散点图则表现为扇形，其扇缘呈散发状，扇边边界整齐。当房扑和房颤同时发生时，t-RR散点图表现为既有房扑散点图特征，又有房颤的散点图特征，即条带状散点图中，可见明显的互相平行的密度较大呈直线分布的散点；Lorenz-RR散点图也表现为既有扇形的散点分布，又有密度较稠网格状点的散点图形分布，也就是我们常说的混沌中有序，有序中有混沌[20]。因此，不管是房扑还是房颤，或者两者兼有，只要通过动态心电图散点图分析界面呈现的散点图特征，一眼就能辨识。

2.4房颤启动的初始节律观察

动态心电图的心电散点图分析技术提供的散点图形为快速识别房扑和房颤提供了直观化的图像“语言”。在t-RR散点图中，横坐标为时间，时间之“箭”有序发生，不回头；纵坐标为RR间期，因此t-RR散点图中的散点随时间有序发生，永不重叠。采用t-RR散点图逆向技术[17]，只要移动计算机鼠标，就能快速找到房颤发生的启始散点图处，相应地显示出房颤发生的初始节律的心电图[21]，通过其房颤始发前的心电图分析其启动节律特征。研究发现，有3种类型的房早可诱发其房颤的发生，其机制各不相同。第一，折返性房早，在房颤发生之前，可见房早引起的房性心动过速，再在房性心动过速的基础上，转化为房颤，但此种房早、房性心动过速引发的房颤不常见，更常见的是房早引发的房性心动过速。第二，P on T房早，房早位于前一窦性心律的QRS波群的T波升支之上，即房早的P波提前程度早，其前面常有长PP间期现象，或者房早二联律现象，类似于发生在心房肌中的“R on T”现象(将P类比为R)，R on T常发生尖端扭转型室性心动过速[22]。因此，P on T常发生短阵快速房颤，可能系发生在心房内的二相折返引起的房颤。第三，自律性增高性房早(并行心律性房早)，此种房早诱发的房颤之前，如有大量房早，此房早具有并行心律性房早的散点图特征(三轮风车形、锐角三角形、倒丫字形)，其诱发房颤之前的节律特征为P→P’ →P→AF(P为窦P，P’为房早)，可能是功能性折返引起的房颤。

同样是房颤，其房早诱发的节律机制不同，针对不同上游节律的治疗，可能预防房颤的发生，散点图逆向技术能帮助医师快速准确寻找到房颤发生之前的片段心电图，分析启动的节律方式。

2.5心电现象的观察

2.5.1散点图的边界观察发现各种心脏节律发生时，其计算机描绘的散点图图形都有一定的分布范围，即散点图有明确的边界，有的边界是由心脏的电生理机制决定的，例如房颤扇形的扇边整齐，这是由房室结的功能不应期决定的，这一特性有助于对房颤时发生的宽QRS波进行鉴别，扇形边界以内的点由房室结下传的R波形成，或者有由室性的QRS波形成，而边界以外的点只能是来自室性的宽QRS波(R波)形成[23]。同理，房性并行心律形成的锐角三角形的靠近Y轴边的边界亦反映了在当时窦性心律状态下的房室结功能有效不应期界线，这亦是因为与窦性P波竞争的房性P波只有落在房室结脱离了不应期的时间点，才能经房室结下传心室。室性并行心律形成的直角或钝角三角形靠近Y轴边的边界(整齐)反映了在当时窦性状态下心室肌的不应期，这也是因为与窦性下传引起的心室激动竞争的心室异位兴奋，只有当心室肌从上一次不应期中恢复过来之后，该异位兴奋才能激动心室[14]。

2.5.2散点图图形的分离正常情况下，窦性心率平滑加速或减速，以RR间期为基础作图形成的散点图，其散点图是紧密的一维分布(常称1分布)，当窦性心律合并异位节律时则产生图形的分离，如房早、室早，Lorenz-RR散点图中分离的图形中包含着窦性的节律，因此Lorenz-RR散点图反映了两个(种)节律的互相作用。同一节律由于频谱的中断，亦会产生分离，如窦房结功能的纵、横向分离[6]。

当出现房室结传导阻滞时，由于P波的不下传，造成长RR间期，常使原图形分裂为多分布图形，这一点大家都知道。但当插入性室早隐性向房室结逆传时，造成室早后的下一个窦性RR变短(系室早后PR延长所致)，则使原有的窦性心率的散点图分离或分岔，使插入性室早的特征散点图多出一个分布[24]。

2.5.3室早后点的翘尾征与钩拢现象[25]绝大多数的室早在房室结逆传方向上发生隐匿性传导，使随后的窦性P波下传到房室结时发生阻滞，结果引起完全性代偿间期。但少部分室早对其后的窦性P波产生正性变时作用，使其稍提前出现，而发生钩拢现象。发生钩拢现象时，由于PP间期变短，而其后的PP间期基本不变，故室早后的代偿间期变短，形成类似于不完全性的代偿间期，这种表现发生在心率比较慢时明显，故室早的Lorenz-RR散点图早搏后点集的图形会形成翘尾征。

2.5.4室早后点的翘尾征与室房传导随着对翘尾征的观察与研究，杨亚莉等[26]发现了另一类机制引起的室早后点的翘尾征，这类翘尾征也发生在基础窦性心律较慢时，室性早搏引起的激动从心室逆向传导心房，形成体表心电图上的逆性P-波，P-波位于室性早搏的T波上，P-为心房提前的搏动，使得PP-间期PP间期，但PP-+P-P<2PP,形成所谓的不完全代偿间期，即形成翘尾征。这种翘尾征是室房传导的逆向P-波，抑制了窦房结1次冲动引发心房激动，使其后的窦性P波重整，提前发放冲动所致。这种翘尾征与钩拢现象引起的翘尾征的区别可通过室早T波上P波的形成或与其前后PP间期的长短的测量值予以鉴别。

2.5.5魏登斯基现象的散点图特征[27]研究表明，当患者发生高度房室传导时，由于魏登斯基易化作用，使得在交界性自主心律之后(370～700 ms)处发生窦性或房性搏动下传心室[28]，片段心电图易诊断为房早。向晋涛[27]通过对魏登斯基现象发生时的散点图观察，发现2个特征：第一，魏登斯基易化作用发生时，1 h t-RR散点图呈明显的3层水平的散点分布(不是由易化作用引起的窦性夺获或早搏只有2层分布)，且上、中层距离很近，中层与下层距离较远；发生魏登斯基效应时，表现为4层水平的散点分布； 1 h Lorenz-RR散点主导的交界性自主心律在45度线上的分布发生向左上方的偏离或分离形成另一分布的散点图团块。第二，魏登斯基易化时，诊断心电图上表现为下传窦性P波之后的RR间期稍短于逸搏或自主交界性心搏的RR间期，此可能为易化传导后，使紧随的交界性逸搏稍加速之故。此两种特征有利于识别是魏登斯基现象，而不是“早搏”或不是由易化作用引起的窦性下传夺获心室。