遠程三維心電散點圖的臨床應用探討

劉力 曾建平 顧菊康 金登男

遠程三維心電散點圖的臨床應用探討

劉力 曾建平 顧菊康 金登男

目的探討遠程監護技術與三維心電散點圖技術相結合對心律失常的診斷價值。方法 借助遠程網絡技術傳送32例心律失常患者的24 h動態心電圖(海量心電數據)資料；采用非線性理論的Lorenz散點圖分析法，經計算機處理，將直觀的幾何模型與數學模型相結合，并將分析軟件轉換為三維模式，從長程心電數據中分析心律失常發生的時刻、持續時間和頻率。結果 三維彩色心電散點圖色彩鮮艷、立體感強，不僅直觀展示了心律失常的類型與嚴重程度，而且顯示了心律失常發生的時刻、持續時間和頻率。結論 三維心電散點圖是快速準確分析動態心電圖的新方法，兼有時間散點圖與Lorenz散點圖各自的優勢，適用于心律失常的臨床診斷。

三維心電散點圖；遠程監護；心律失常；診斷

二維心電散點圖對心律失常有獨特的診斷價值，尤其擅于分析長時間、大樣本的心電數據(24 h動態心電圖)；處理連續RR間期信息后所獲得的圖形，其形態特征明顯，可輔助臨床簡便、快速、直觀、準確地診斷心律失常。但二維心電散點圖診斷心律失常也存在一些缺陷[1]：① 無法觀察到心律失常發生的時刻及持續時間；② 不能定量表達重疊散點的數量(散點集的密集程度定性反映心律失常的嚴重程度)，即顯示不出患者發生心律失常的次數。

近年來，隨著計算機技術的迅猛發展，立體影像技術也日益成熟，其有助于空間定位、提高空間分辨率，并可使定量分析更加精確。目前，功能最強的心電散點圖分析軟件包含了RR間期散點圖、RR間期差值散點圖和時間RR間期散點圖，其中，前兩者還具有制圖功能、實時心電波回放功能(即逆向技術)、散點圖坐標值自動計數功能、不同心律的色彩顯示及批處理功能。而動態三維心電散點圖顯像，在原有的二維心電散點圖分析軟件的基礎上，增加了色彩和頻率，且可從多角度觀察心律失常的動態變化。

三維心電散點圖是運用非線性圖形方法描述的連續心電RR間期圖，其在二維散點圖x軸(即RR1)、y軸(即RR2)的基礎上，增加了一維時間軸z軸，以在三維空間中表示不同時間片的散點(如每3 h組成的一片散點，選用一種顏色來表示某種心律失常)；還可以根據危險分層，選定不同顏色來區分各種心律失常，以刻畫不同時間片內心律失常的分布情況，用于篩查心電散點圖中心律失常發生的頻率和時間。對于房顫、房撲、室性早搏、室上性早搏等心律失常的發生時刻和頻率，三維心電散點圖可分別構成三維時間散點圖和三維頻率散點圖。由于增加了時間和頻度信息，它使醫生得以更準確地評價患者發生心律失常的情況并指導用藥，現已成為臨床快速診斷心律失常的新技術之一。

1 三維心電散點圖的技術原理

Lorenz-RR心電散點圖(簡稱Lorenz圖)是在二維心電散點圖的基礎上，應用計算機技術和混沌方法，以前RR間期(RRn)為x值、后RR間期(RRn+1)為y值，按時間順序連續追蹤動態心電圖記錄的RR間期信號所繪制出的圖形[2]。三維心電散點圖分析技術以原有的二維心電散點圖分析技術為基礎，通過軟件設計增加了z軸，運用計算機技術將較長時間記錄的心電圖數據轉換成一種高密度數據，并制成直觀立體圖形及柱狀趨勢圖。

在三維Lorenz圖上，每小時的散點用一種顏色表示(自定)，根據不同的編色，可區分不同的時間片段，觀察到該小時內心律失常的分布規律(圖1)。危險分層則能夠清楚地表達心律失常究竟是發生在白天多還是夜間多。24 h動態心電圖中發生心律失常的次數越多，其三維Lorenz圖的彩色直方圖的高度就越高、寬度就越大，趨勢越明顯；而在二維Lorenz圖中卻無法分辨心律失常發生的頻率。24 h內的不同時間段都可以進行視圖分辨，以便分析心律失常的分布規律并觀察心律失常發生的次數。

圖1 三維Lorenz圖的正位圖

2 資料與方法

2.1 一般資料

選取2012年3至7月在中南大學湘潭臨床醫學院住院或門診的各類疾病所致心律失常患者共32例，其中，男女各16例，年齡32～77(59.78±13.7)歲。

2.2 研究方法

動態心電圖記錄器采樣頻率設定為128 Hz，通過網絡技術將入選的32例患者的24 h動態心電圖數據遠程傳輸至華東理工大學計算機科學與工程系人工智能教研組數據處理中心。遠程傳輸數據保證資料完整，沒有丟失和失真，且全部符合常規報道的二維Lorenz圖規律。處理中心利用模式識別和數字濾波聯用技術，將收到的心電數據生成三維Lorenz圖并進行心律失常分析；再經過儲貯分析將結果返回到湘潭市中心醫院心電網絡診斷中心出具診斷報告。

3 結果

心電數據生成的三維Lorenz圖色彩鮮艷、立體感強，可清晰分辨相應的數據。通過彩色三維時間散點圖(簡稱t-RR散點圖)，不僅能觀察到32例患者心律失常的分布規律，還能同步比較各個小時的Lorenz圖。在三維彩色頻率散點圖中，紅色直方圖的高度表示各時刻的散點頻率，反映心律失常發生時刻與頻率的關系，紅線越高代表心律失常發生的次數越多(可通過標尺測算)。下面對兩個典型圖例進行心律失常分析，以說明三維Lorenz圖在心律失常診斷中的應用價值。

3.1 病例1三維Lorenz圖心律失常分析

患者女，64歲。入院診斷：① 心律失常(頻發室性早搏-成對出現、頻發房性早搏-房早未下傳、短陣室性心動過速)；② 高血壓病3級(屬極高危)、高原性心臟病、左房擴大；③ 心源性暈厥？出院診斷：除上述①～③外，還有④ 腦白質變性；⑤ 糖耐量異常。住院期間24 h動態心電圖(圖2B)示：頻發室性早搏-成對出現、頻發房性早搏-房早未下傳、短陣室性心動過速。

對應的三維t-RR散點圖(圖2A)顯示出室性早搏的散點圖特點[3]：① 多呈四分布或五分布，若全程持續二聯律，則呈二分布圖形；② 二聯律室早散點集與室早前點(亦為前一室早的后點)對稱分布于45°線兩邊，幾乎分別垂直于x和y軸，B線斜率在0～0.088。圖2A中方框示彩色室性早搏所在位置；室早前、后點集在45°線下并前后錯開，其中，室早前點集靠近x軸，室早后點集靠近主點集下方。

圖2 室性早搏的三維t-RR散點圖(A)和24 h動態心電圖(B)

圖3和圖4是從不同角度觀察得到的三維Lorenz圖。其中，高度表示各時刻的散點頻率，反映心律失常發生時刻與頻率的關系，紅線越高代表心律失常發生的次數越多。

圖2顯示患者在08：09：03—08：13：52時段頻發室性早搏，有時呈二聯律；圖3和圖4則直觀揭示了全程主導心律和輔加心律的定量比與定性比。如果同步對比12導聯心電圖和三維頻率散點圖，我們就能清楚直觀地看到后者的立體彩柱越高，發生心律失常的頻率也越高。這兩類三維Lorenz圖全方位、多角度地反映出心律失常的性質及其嚴重程度，為快速把握動態心電圖的總體特征提供了客觀依據。

3.2 病例2三維Lorenz圖心律失常分析

患者男，76歲。入院診斷：① 糖調節異常；② 胃多發潰瘍(AI期)，Ca(胃癌)待診，消化道出血。出院診斷：除上述①、②外，還有③ 心律失常；④ 泌尿道結石等。住院期間24 h動態心電圖(圖5B)示：竇性心動過速、陣發心房顫動、室性早搏、房性早搏。

圖3 室性早搏的三維頻率散點圖右上方位(A)和左下方位(B)旋轉效果圖

圖4 三維頻率散點圖左下方位旋轉角度大，紅色柱增高明顯(與圖3B比較)

圖5示心房顫動的Lorenz圖特征之一：單純性房顫圖形為一分布，以45°線為中心，對稱地向兩邊展開，呈扇形；扇形的下邊界線是動態房室結功能不應期，其B線斜率>0.110，將房顫心搏“限制”在扇形之中[2]。三維Lorenz圖在平行坐標系中形成一個彩色的扇形，看似隨機分布的散點圖都被限制在該彩色扇形區域之內，色彩豐富、分界清晰，使心房顫動的Lorenz圖特征呈現得更為鮮明。

圖6顯示，患者陣發心房顫動、室性早搏、房性早搏，次日08：01：24—08：04：36、08：06：25—08：14：50、08：21：27—08：35：40反復發生陣發心房顫動；心房顫動時，心房波頻率為350～600次/min，但由于房室結的阻攔作用，能下傳至心室的激動減少，心室率一般在80～160次/min；對>100次/min的心率需進行干預[4]。房室結受自主神經的調節，并受神經體液和藥物的影響；當人體處于不同狀態時，房室結表現的功能作用是不一樣的。Lorenz圖是對海量心電數據中的連續RR間期信息進行處理所獲得的圖形。24 h動態心電圖信息量大，可提供約10萬次的連續RR間隔，制作出的二維Lorenz圖呈扇形，沿45°線對稱分布；而三維Lorenz圖則以藍色表示心房波，其柱形圖分布具有多層次、多顏色的特點，容易識別。

4 討論

臨床研究資料表明：在大樣本心電數據分析方面，三維彩色t-RR散點圖是二維t-RR散點圖與二維Lorenz圖的合并。通過對三維彩色t-RR散點圖的分析，不僅能看到心律失常的性質及嚴重程度，而且直觀地表達了心律失常發生的時刻及持續時間，很好地兼顧到了其他兩種散點圖各自的優勢。然而，對三維彩色t-RR散點圖的快速解讀，還需建立在對二維Lorenz圖的熟練掌握與正確解讀的基礎之上。如果不能正確解讀二維Lorenz圖，那么對三維Lorenz圖的快速識別是不可能的。總之，三維彩色t-RR散點圖的問世，為我們提供了一種新的表達心臟節律的工具和語言，其潛在價值需要廣大同行反復實踐與深入探索。

圖5 心房顫動的三維t-RR散點圖(A)和24 h動態心電圖(B)

圖6 心房顫動的三維t-RR散點圖右上方位(A)和右下方位(B)旋轉效果圖

[1] 李方潔, 向晉濤. 心電散點圖[M]. 北京：人民衛生出版社, 2014.

[2] 孫麗琴. 心電散點圖在心律失常診斷中的應用[J]. 山東醫藥, 2013, 53(22)：94-97.

[3] 李方潔. 急性冠狀動脈綜合征心律失常的心電散點圖[J]. 心電與循環, 2012, 31(6)：410-413.

[4] 劉曉玲, 張夏琳, 趙航. 應用心電散點圖鑒別心房顫動伴寬QRS波群的性質[J]. 江蘇實用心電學雜志, 2013, 22(6)：904-905, 912.

Clinical application of remote three dimensional ECG scatterplot

LiuLi1,ZengJian-ping2,GuJu-kang3,JinDeng-nan4(1. Department of Cardiac Electrophysiology, 2. Cardiovascular Center, Xiangtan Clinical School of Central South University, Xiangtan Hunan 411100; 3. Center of Telemedicine,the Eighth People’s Hospital of Shanghai,Shanghai 200235; 4. Artificial Intelligence Research Group, School of Computer Science and Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)

Objective To discuss the diagnostic value of remote monitoring technology combined with three dimensional ECG scatterplot technology for arrhythmia patients. Methods The 24-hour ambulatory electrocardiography(AECG) data(mass ECG data) of 32 arrhythmia patients were transmitted by remote network. With the Lorenz scatterplot analysis method of nonlinear theory, the intuitive geometric model was combined with mathematical model by the processing of computer, and the analysis software was translated into three dimensional model, before the occurrence time, duration, and frequency of arrhythmia could be extracted from long-term ECG data. Results Three dimensional colored ECG scatterplot was brightly colored, and possessed strong stereoscopic feel, which not only displayed the types and severity of arrhythmia intuitively, but also revealed its occurrence time, duration, and frequency. Conclusion Three dimensional ECG scatterplot is a new method of analyzing AECG quickly and accurately, which possesses both of the advantages of t-RR scatterplot and Lorenz scatterplot. Therefore, it is applicable to the clinical diagnosis of arrhythmia.

three dimensional ECG scatterplot; remote monitoring; arrhythmia; diagnosis

湖南省衛生廳資助項目(B2013-136)

411100 湖南 湘潭，中南大學湘潭臨床學院心電生理室(劉力)，心血管中心(曾建平)；200235 上海，上海市第八人民醫院遠程診療中心(顧菊康)；200237 上海，華東理工大學計算機科學與工程系人工智能教研組(金登男)

劉力，主任醫師，主要從事心電圖研究，E-mail：2667915172@qq.com

R540.4

A

2095-9354(2015)06-0408-05

10.13308/j.issn.2095-9354.2015.06.005

2015-07-28) (本文編輯：顧艷)