愛氏三角與中心電站的當今評價

馮小勤,景永明,王紅宇

投影學說是心電圖的理論基礎,心電向量是投影學說的理論基礎。本文從心電向量的本質入手,從理論上闡述投影學說本質,進而對了解愛氏三角和中心電站作出新的評價。

1 心電向量的本質

電偶極子是指兩個相距很近的等量異號點電荷所組成的帶電系統。電偶極子有大小也有方向,是矢量,可以用一個帶有箭頭的短線來表示,其合成與分解符合平行四邊形法則。心肌細胞膜兩邊分布著帶電量相等的正負離子,滿足電偶極子的定義,所以稱心電向量。

一對正負離子組成一個心電向量,細胞膜兩邊聚集著無數的電偶極子,就是無數個心電向量,這無數個心電向量可以綜合為一個“綜合心電向量”,心電向量綜合的實質是電勢疊加原理。

心臟在除復極過程中,每一瞬間都會產生一個大小方向不同的瞬間綜合心電向量,把這些不同時刻的“瞬間綜合心電向量”用帶有箭頭的短線表示,起點會集到心臟的中心點,端點按時間順序聯結起來就形成了一個“空間心電向量環”。這個向量環反映了心電位場的所有物理信息。

2 投影學說的本質

電偶極子的電勢分布公式是按照電勢疊加原理導出的[1],即:

可以看出電偶極子電場中某一點的電勢U與介質的介電常數k成正比,與向量p在矢徑r上的投影成正比,與探查點和電偶極子的距離平方成反比。

對于單極導聯來說,電場中某一點的電勢就是綜合心電向量在其矢徑上的投影與其距離平方倒數的乘積。把距離平方的倒數作為一個整體,定義一個新的概念:投影軸向量 a(投影軸),此向量的大小為距離平方的倒數,方向就是矢徑的方向。在人體介電常數均勻一致的假設下,單極導聯心電圖就是心電向量與投影軸向量的點積。即:

U=a?p=︱a︱?︱p︱cosθ

在人體介電常數一致的條件下,不同兩點A、B間的電勢差可以表示為:

UAB=a'?p-b'?p=(a'-b')?p=c'?p=︱c'︱?︱p︱cosθ

導聯軸與投影軸是完全不同的概念;投影軸的運算符合平行四邊形法則。實際上投影學說只能表述為:心電圖是空間心電向量環與投影軸的點積,而不是在導聯軸上的投影。

定義實際的探查點為實點,而由矢徑平方的倒數矯正后的點為像點,這樣兩實點的連線就是導聯軸,而兩像點的連線就是投影軸。人體表面上所有像點形成了一個與體表形態完全不一樣的像面。這樣,人體的所有像點形成像空間,投影軸的運算要在像空間里進行。

按照平行四邊形法則,可以證明兩個像點的平均像點是其連線的中點,三個像點的平均像點是該三角形的中心點。這個結論在分析加壓單極肢體導聯以及中心電站時很有用。

3 愛氏三角和中心電站的新評價

中心電站(VT)是胸導聯的共同負極,其電勢是右上肢(VR)、左上肢(VL)、左下肢(VF)三點電勢的平均值[2],即

愛氏假設的主要內容:心臟的激動過程比擬為一對電偶,位于體腔的中央。體腔是一個均勻的很大的球形容積導體。R、L、F三點距離相等,形成一個等邊三角形(即正三角形)。心臟居于上述正三角形的中心,并與此正三角形位于同一平面。

實際情況下,導聯軸三角(△RLF)與投影軸三角(△R'L'F')是兩個完全不同斜三角形,導聯軸與投影軸即不平行,也不相等,中心電站的像點T是△R'L'F'的中心點(三條中線的交點),O點與T點不重合,OT投影軸不為零,則中心電站的電勢是OT投影軸與心電向量環的點積。由此可知,中心電站的電勢也隨心電向量環的運行而做周期性地變化。如果把它的圖形輸出也是一個低波幅的心電圖。愛氏假設下的投影軸三角只是一個特例,而實際的愛氏三角是更為一般的情況。

由于在愛氏假設條件下,導聯軸與投影軸平行,心電向量環在兩軸上的投影是相等的,如果忽略投影軸的縮放作用,幾乎無法區分導聯軸與投影軸。這或許就是導聯軸這個錯誤的概念讓人們相信一百年而不動搖的原因。

胸導聯近似單極導聯,是因為中心電站的像點T在O點附近。aVR、aVL、aVF的投影軸分別是△R'L'F'的三條中線:CR'、GL'、EF',它們的負極像點是△R'L'F'的三邊中點,都遠離O點,所以說加壓單極肢體導聯是名副其實的雙極導聯。

其實“單極導聯”“雙極導聯”,并沒有本質上的差別,它們在投影學說里都可以用一條投影軸表示。愛氏三角不是正三角形,中心電站的電勢隨著心電向量環的運行做周期性地變化,這就是“中心電站”這個多點負極的秘密。

4 走出“愛氏三角”,走近頭胸導聯

通過對投影學說本質的闡述,明白了投影軸與心電向量環的點積就是心電圖[3-6]。對于導聯的設置應注意以下幾點:立體向量環是立體的,投影軸系統不必分什么水平面與額面,也應該是立體分布的;心電向量環體的運行角度有多大,測量范圍就應該有多大;要選準尺子的起點,而且不應該隨便變動。

“愛氏三角”提供的六把尺子,雖然從不同的方位測量了同一個心電向量環,但尺子的起點不斷變動,角度伸向了整個平面,全然沒有考慮“心電向量環”的空間分布方位,測出的結果變異大(如正常情況下:Ⅲ、aVL、aVF導聯的 P-QRS波主波可以向上也可以向下或正負波相等;T波可以直立也可以平坦,雙向或倒置,根本沒有正常的標準可定。)水平面的六把尺子雖然圖形比較固定,但一旦把正極移到右胸后壁等部位,便會出現假性Q波的,假性T波倒置,即所謂的右室盲區。

頭胸導聯心電圖有共同的參比電極右前額,探查電極選在胸腰背腹多點探測,組成了一個與蒲公英形心電向量相適應的立體投影軸系統。所有尺子的共同起點(負極)在O點的右上方,正好在蒲公英形心電向量的“花蒂”方位,而止點(正極)投向了“花冠”的各個方向,基本實現了對各個心電向量的全部測量。可以說它開放右室盲區,實現了對心電位場的全方位探查,是最有前途的導聯系統。頭胸導聯心電圖形態固定,沒有寬深的Q波與S波,避免了常規導聯的所有弊端。

[1] 胡新珉.醫用物理學[M].第6版,北京:人民衛生出版社,2004:148-173.

[2] 上海第一人民醫院內科、心電圖室合編.心電圖心電向量圖學[M].上海:上海人民出版社,1976:1-41.

[3] 尹炳生,黃曉恒.中國心電新導聯新假說(第2集)[M].成都:成都科學技術出版社,1991:41-50.

[4] 孟慶義.臨床心電圖學的新概念[M].北京:科學技術文獻出版社,1997:157-168.

[5] 姜樹學.人體斷面解剖學[M].北京:人民衛生出版社,2000:100-148.

[6] 尹炳生.頭胸導聯臨床比較心電圖學[M].北京:科學出版社,2007:1-200.