遠(yuǎn)程三維心電散點(diǎn)圖的臨床應(yīng)用探討

劉力 曾建平 顧菊康 金登男

遠(yuǎn)程三維心電散點(diǎn)圖的臨床應(yīng)用探討

劉力 曾建平 顧菊康 金登男

目的探討遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)技術(shù)與三維心電散點(diǎn)圖技術(shù)相結(jié)合對(duì)心律失常的診斷價(jià)值。方法 借助遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳送32例心律失?；颊叩?4 h動(dòng)態(tài)心電圖(海量心電數(shù)據(jù))資料；采用非線性理論的Lorenz散點(diǎn)圖分析法，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，將直觀的幾何模型與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合，并將分析軟件轉(zhuǎn)換為三維模式，從長(zhǎng)程心電數(shù)據(jù)中分析心律失常發(fā)生的時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間和頻率。結(jié)果 三維彩色心電散點(diǎn)圖色彩鮮艷、立體感強(qiáng)，不僅直觀展示了心律失常的類型與嚴(yán)重程度，而且顯示了心律失常發(fā)生的時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間和頻率。結(jié)論 三維心電散點(diǎn)圖是快速準(zhǔn)確分析動(dòng)態(tài)心電圖的新方法，兼有時(shí)間散點(diǎn)圖與Lorenz散點(diǎn)圖各自的優(yōu)勢(shì)，適用于心律失常的臨床診斷。

三維心電散點(diǎn)圖；遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)；心律失常；診斷

二維心電散點(diǎn)圖對(duì)心律失常有獨(dú)特的診斷價(jià)值，尤其擅于分析長(zhǎng)時(shí)間、大樣本的心電數(shù)據(jù)(24 h動(dòng)態(tài)心電圖)；處理連續(xù)RR間期信息后所獲得的圖形，其形態(tài)特征明顯，可輔助臨床簡(jiǎn)便、快速、直觀、準(zhǔn)確地診斷心律失常。但二維心電散點(diǎn)圖診斷心律失常也存在一些缺陷[1]：① 無(wú)法觀察到心律失常發(fā)生的時(shí)刻及持續(xù)時(shí)間；② 不能定量表達(dá)重疊散點(diǎn)的數(shù)量(散點(diǎn)集的密集程度定性反映心律失常的嚴(yán)重程度)，即顯示不出患者發(fā)生心律失常的次數(shù)。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，立體影像技術(shù)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(qiáng)的心電散點(diǎn)圖分析軟件包含了RR間期散點(diǎn)圖、RR間期差值散點(diǎn)圖和時(shí)間RR間期散點(diǎn)圖，其中，前兩者還具有制圖功能、實(shí)時(shí)心電波回放功能(即逆向技術(shù))、散點(diǎn)圖坐標(biāo)值自動(dòng)計(jì)數(shù)功能、不同心律的色彩顯示及批處理功能。而動(dòng)態(tài)三維心電散點(diǎn)圖顯像，在原有的二維心電散點(diǎn)圖分析軟件的基礎(chǔ)上，增加了色彩和頻率，且可從多角度觀察心律失常的動(dòng)態(tài)變化。

三維心電散點(diǎn)圖是運(yùn)用非線性圖形方法描述的連續(xù)心電RR間期圖，其在二維散點(diǎn)圖x軸(即RR1)、y軸(即RR2)的基礎(chǔ)上，增加了一維時(shí)間軸z軸，以在三維空間中表示不同時(shí)間片的散點(diǎn)(如每3 h組成的一片散點(diǎn)，選用一種顏色來(lái)表示某種心律失常)；還可以根據(jù)危險(xiǎn)分層，選定不同顏色來(lái)區(qū)分各種心律失常，以刻畫不同時(shí)間片內(nèi)心律失常的分布情況，用于篩查心電散點(diǎn)圖中心律失常發(fā)生的頻率和時(shí)間。對(duì)于房顫、房撲、室性早搏、室上性早搏等心律失常的發(fā)生時(shí)刻和頻率，三維心電散點(diǎn)圖可分別構(gòu)成三維時(shí)間散點(diǎn)圖和三維頻率散點(diǎn)圖。由于增加了時(shí)間和頻度信息，它使醫(yī)生得以更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)患者發(fā)生心律失常的情況并指導(dǎo)用藥，現(xiàn)已成為臨床快速診斷心律失常的新技術(shù)之一。

1 三維心電散點(diǎn)圖的技術(shù)原理

Lorenz-RR心電散點(diǎn)圖(簡(jiǎn)稱Lorenz圖)是在二維心電散點(diǎn)圖的基礎(chǔ)上，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)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(shí)間順序連續(xù)追蹤動(dòng)態(tài)心電圖記錄的RR間期信號(hào)所繪制出的圖形[2]。三維心電散點(diǎn)圖分析技術(shù)以原有的二維心電散點(diǎn)圖分析技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)增加了z軸，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)將較長(zhǎng)時(shí)間記錄的心電圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一種高密度數(shù)據(jù)，并制成直觀立體圖形及柱狀趨勢(shì)圖。

在三維Lorenz圖上，每小時(shí)的散點(diǎn)用一種顏色表示(自定)，根據(jù)不同的編色，可區(qū)分不同的時(shí)間片段，觀察到該小時(shí)內(nèi)心律失常的分布規(guī)律(圖1)。危險(xiǎn)分層則能夠清楚地表達(dá)心律失常究竟是發(fā)生在白天多還是夜間多。24 h動(dòng)態(tài)心電圖中發(fā)生心律失常的次數(shù)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(shì)越明顯；而在二維Lorenz圖中卻無(wú)法分辨心律失常發(fā)生的頻率。24 h內(nèi)的不同時(shí)間段都可以進(jìn)行視圖分辨，以便分析心律失常的分布規(guī)律并觀察心律失常發(fā)生的次數(shù)。

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(xué)湘潭臨床醫(yī)學(xué)院住院或門診的各類疾病所致心律失?；颊吖?2例，其中，男女各16例，年齡32～77(59.78±13.7)歲。

2.2 研究方法

動(dòng)態(tài)心電圖記錄器采樣頻率設(shè)定為128 Hz，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將入選的32例患者的24 h動(dòng)態(tài)心電圖數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至華東理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系人工智能教研組數(shù)據(jù)處理中心。遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)保證資料完整，沒(méi)有丟失和失真，且全部符合常規(guī)報(bào)道的二維Lorenz圖規(guī)律。處理中心利用模式識(shí)別和數(shù)字濾波聯(lián)用技術(shù)，將收到的心電數(shù)據(jù)生成三維Lorenz圖并進(jìn)行心律失常分析；再經(jīng)過(guò)儲(chǔ)貯分析將結(jié)果返回到湘潭市中心醫(yī)院心電網(wǎng)絡(luò)診斷中心出具診斷報(bào)告。

3 結(jié)果

心電數(shù)據(jù)生成的三維Lorenz圖色彩鮮艷、立體感強(qiáng)，可清晰分辨相應(yīng)的數(shù)據(jù)。通過(guò)彩色三維時(shí)間散點(diǎn)圖(簡(jiǎn)稱t-RR散點(diǎn)圖)，不僅能觀察到32例患者心律失常的分布規(guī)律，還能同步比較各個(gè)小時(shí)的Lorenz圖。在三維彩色頻率散點(diǎn)圖中，紅色直方圖的高度表示各時(shí)刻的散點(diǎn)頻率，反映心律失常發(fā)生時(shí)刻與頻率的關(guān)系，紅線越高代表心律失常發(fā)生的次數(shù)越多(可通過(guò)標(biāo)尺測(cè)算)。下面對(duì)兩個(gè)典型圖例進(jìn)行心律失常分析，以說(shuō)明三維Lorenz圖在心律失常診斷中的應(yīng)用價(jià)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(fā)室性早搏-成對(duì)出現(xiàn)、頻發(fā)房性早搏-房早未下傳、短陣室性心動(dòng)過(guò)速)；② 高血壓病3級(jí)(屬極高危)、高原性心臟病、左房擴(kuò)大；③ 心源性暈厥？出院診斷：除上述①～③外，還有④ 腦白質(zhì)變性；⑤ 糖耐量異常。住院期間24 h動(dòng)態(tài)心電圖(圖2B)示：頻發(fā)室性早搏-成對(duì)出現(xiàn)、頻發(fā)房性早搏-房早未下傳、短陣室性心動(dòng)過(guò)速。

對(duì)應(yīng)的三維t-RR散點(diǎn)圖(圖2A)顯示出室性早搏的散點(diǎn)圖特點(diǎn)[3]：① 多呈四分布或五分布，若全程持續(xù)二聯(lián)律，則呈二分布圖形；② 二聯(lián)律室早散點(diǎn)集與室早前點(diǎn)(亦為前一室早的后點(diǎn))對(duì)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(diǎn)集在45°線下并前后錯(cuò)開(kāi)，其中，室早前點(diǎn)集靠近x軸，室早后點(diǎn)集靠近主點(diǎn)集下方。

圖2 室性早搏的三維t-RR散點(diǎn)圖(A)和24 h動(dòng)態(tài)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(shí)刻的散點(diǎn)頻率，反映心律失常發(fā)生時(shí)刻與頻率的關(guān)系，紅線越高代表心律失常發(fā)生的次數(shù)越多。

圖2顯示患者在08：09：03—08：13：52時(shí)段頻發(fā)室性早搏，有時(shí)呈二聯(lián)律；圖3和圖4則直觀揭示了全程主導(dǎo)心律和輔加心律的定量比與定性比。如果同步對(duì)比12導(dǎo)聯(lián)心電圖和三維頻率散點(diǎn)圖，我們就能清楚直觀地看到后者的立體彩柱越高，發(fā)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(zhì)及其嚴(yán)重程度，為快速把握動(dòng)態(tài)心電圖的總體特征提供了客觀依據(jù)。

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(diào)節(jié)異常；② 胃多發(fā)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(jié)石等。住院期間24 h動(dòng)態(tài)心電圖(圖5B)示：竇性心動(dòng)過(guò)速、陣發(fā)心房顫動(dòng)、室性早搏、房性早搏。

圖3 室性早搏的三維頻率散點(diǎn)圖右上方位(A)和左下方位(B)旋轉(zhuǎn)效果圖

圖4 三維頻率散點(diǎn)圖左下方位旋轉(zhuǎn)角度大，紅色柱增高明顯(與圖3B比較)

圖5示心房顫動(dòng)的Lorenz圖特征之一：?jiǎn)渭冃苑款潏D形為一分布，以45°線為中心，對(duì)稱地向兩邊展開(kāi)，呈扇形；扇形的下邊界線是動(dòng)態(tài)房室結(jié)功能不應(yīng)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(biāo)系中形成一個(gè)彩色的扇形，看似隨機(jī)分布的散點(diǎn)圖都被限制在該彩色扇形區(qū)域之內(nèi)，色彩豐富、分界清晰，使心房顫動(dòng)的Lorenz圖特征呈現(xiàn)得更為鮮明。

圖6顯示，患者陣發(fā)心房顫動(dòng)、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(fù)發(fā)生陣發(fā)心房顫動(dòng)；心房顫動(dòng)時(shí)，心房波頻率為350～600次/min，但由于房室結(jié)的阻攔作用，能下傳至心室的激動(dòng)減少，心室率一般在80～160次/min；對(duì)>100次/min的心率需進(jìn)行干預(yù)[4]。房室結(jié)受自主神經(jīng)的調(diào)節(jié)，并受神經(jīng)體液和藥物的影響；當(dāng)人體處于不同狀態(tài)時(shí)，房室結(jié)表現(xiàn)的功能作用是不一樣的。Lorenz圖是對(duì)海量心電數(shù)據(jù)中的連續(xù)RR間期信息進(jìn)行處理所獲得的圖形。24 h動(dòng)態(tài)心電圖信息量大，可提供約10萬(wàn)次的連續(xù)RR間隔，制作出的二維Lorenz圖呈扇形，沿45°線對(duì)稱分布；而三維Lorenz圖則以藍(lán)色表示心房波，其柱形圖分布具有多層次、多顏色的特點(diǎn)，容易識(shí)別。

4 討論

臨床研究資料表明：在大樣本心電數(shù)據(jù)分析方面，三維彩色t-RR散點(diǎn)圖是二維t-RR散點(diǎn)圖與二維Lorenz圖的合并。通過(guò)對(duì)三維彩色t-RR散點(diǎn)圖的分析，不僅能看到心律失常的性質(zhì)及嚴(yán)重程度，而且直觀地表達(dá)了心律失常發(fā)生的時(shí)刻及持續(xù)時(shí)間，很好地兼顧到了其他兩種散點(diǎn)圖各自的優(yōu)勢(shì)。然而，對(duì)三維彩色t-RR散點(diǎn)圖的快速解讀，還需建立在對(duì)二維Lorenz圖的熟練掌握與正確解讀的基礎(chǔ)之上。如果不能正確解讀二維Lorenz圖，那么對(duì)三維Lorenz圖的快速識(shí)別是不可能的?？傊S彩色t-RR散點(diǎn)圖的問(wèn)世，為我們提供了一種新的表達(dá)心臟節(jié)律的工具和語(yǔ)言，其潛在價(jià)值需要廣大同行反復(fù)實(shí)踐與深入探索。

圖5 心房顫動(dòng)的三維t-RR散點(diǎn)圖(A)和24 h動(dòng)態(tài)心電圖(B)

圖6 心房顫動(dòng)的三維t-RR散點(diǎn)圖右上方位(A)和右下方位(B)旋轉(zhuǎn)效果圖

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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(wèi)生廳資助項(xiàng)目(B2013-136)

411100 湖南 湘潭，中南大學(xué)湘潭臨床學(xué)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(yī)院遠(yuǎn)程診療中心(顧菊康)；200237 上海，華東理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系人工智能教研組(金登男)

劉力，主任醫(yī)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)