如何用心電散圖分析心律失常

如何使用心電散點(diǎn)圖診斷心律失常中國中醫(yī)科學(xué)院望京醫(yī)院李方潔2010.11.6廈門2/4/20231心電散點(diǎn)圖裝載于動態(tài)心電分析系統(tǒng)非線性混沌理論是其技術(shù)方法基礎(chǔ)用于心率變異性分析用于長程心電數(shù)據(jù)的心律失常分析

長程心電數(shù)據(jù)數(shù)的宏觀“可視性”

長程心電數(shù)據(jù)中疑難心電圖的鑒別診斷

心電散點(diǎn)圖的有關(guān)心電散點(diǎn)圖的有關(guān)概念2/4/20232心電散點(diǎn)圖裝載于動態(tài)心電分析系統(tǒng)2/4/202332/4/202342/4/202352/4/20236基于非線性混沌理論，依靠計算機(jī)快速運(yùn)算技術(shù)、對長程心電RR間期數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形表達(dá),用于心率變異性和心律失常診斷的方法心電散點(diǎn)圖的理論基礎(chǔ)與來源‘蝴蝶效應(yīng)”“蝴蝶效應(yīng)””

"ButterflyEffect"

It’samethodusinggraphictoexpresslong-timeelectrocardio-RRintervalsdataforheartratevariabilityandarrhythmiadiagnosis,basingonnonlinearchaostheoryandrelyingoncomputerspeedcomputingtechnology2/4/20237心電散點(diǎn)圖伴隨混沌理論和計算機(jī)、及長程心電記錄技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生心電散點(diǎn)圖來源于Lorenz圖，也稱Poincare圖，以E.N.Lorenz和J.H.Poincare的姓氏名命，是研究系統(tǒng)非線性規(guī)律的方法，因圖形由散點(diǎn)組成，亦稱散點(diǎn)圖

Electrocardio-scatterplotemergedwithchaostheoryandthetechnicaldevelopmentofcomputerandlong-termelectrocardio-recording

Electrocardio-scatterplotcomesfromLorenzplot,alsocalledPoincareplot,namedafterthefamilynameofE.N.LorenzandJ.H.Poincare,andit’samethodofstudyingsystemnonlinearlaw.Becausethegraphismadeupofscatter,soit’salsoknownasScatterplot心電散點(diǎn)圖的理論基礎(chǔ)與來源2/4/202381903年P(guān)oincare在《科學(xué)與方法》一書中提出了Poincare猜想，指出“三體”問題中，在一定范圍內(nèi)，其解是隨機(jī)的，意味著可能存在混沌的特性，從而成為世界上了解混沌存在可能性的第一人。混沌理論的先驅(qū)Jules.Henri.Poincare(1854—1912）

Pioneer

ofchaostheoryIn1903,PoincaresuggestedPoincareconjectureinthebookofScienceandMethod,thatabout“three-body”problem,inacertainrange,thesolutionisrandom,meaningtheremaybecharacteristicsofchaos,therebybecamethefirstpeopleofunderstandingthepossibilityofChaosexistenceintheworld.心電散點(diǎn)圖的理論基礎(chǔ)與來源2/4/202391948年Lorenz在進(jìn)行一項(xiàng)創(chuàng)新性氣象理論實(shí)驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)了“表面看似隨機(jī)，而實(shí)際上是按照嚴(yán)格而易于表達(dá)的規(guī)則運(yùn)動的現(xiàn)象”“混沌理論之父”FatherofChaostheory

E.N.Lorenz(1917-2008)Whenmakinganinnovativeexperimentonmeteorologicaltheoryin1948,Lorenzfoundthat"itisseeminglyrandominsurface,butinfactitisthephenomenonmovedinaccordancewithstrictlyandeasilyexpressedrules"心電散點(diǎn)圖的理論基礎(chǔ)與來源2/4/202310Lorenz發(fā)現(xiàn)混沌現(xiàn)象的打印數(shù)據(jù)－－兩組曲線是怎樣分道揚(yáng)鑣的？TheprintdatabywhichLorenzdiscoveredchaosphenomenon.

－－Howdothetwocurvesdiverge？

1961年對混沌現(xiàn)象的解釋終于出現(xiàn)了。Finallytheexplanationtochaosphenomenaappearedin1961.心電散點(diǎn)圖的理論基礎(chǔ)與來源2/4/2023111963年Lorenz在《大氣科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于混沌理論的開創(chuàng)性研究論文“確定性非周期流”1975年Li-York在美國《數(shù)學(xué)月刊》發(fā)表“周期3意味著混沌”的文章，并給出混沌的數(shù)學(xué)定義（Li-Yorke定義）。自此，混沌成為科學(xué)的專業(yè)術(shù)語In1963,Lorenzpublishedaresearchpaperonchaostheory"Deterministicnon-periodicflow"inthe"AtmosphericScience"magazineIn1975,Li-Yorkpublishedthearticleof"period3implieschaos"in"MathematicalMonthly"oftheUnitedStates,andgivesthemathematicaldefinitionofchaos(Li-Yorkedefinition).Sincethen,thechaosbecomesascientificjargon心電散點(diǎn)圖的理論基礎(chǔ)與來源2/4/202312發(fā)現(xiàn)并指出非線性的混沌系統(tǒng)是自然界的普遍規(guī)律，而線性行為只是其中的一部分（非線性系統(tǒng)包括線性、非線性行為及過渡于兩者之間的混沌行為Discoveredandpointedoutthatthenon-linearchaossystemistheuniversallawofnature,whilethelinearbehaviorisonlyonepartofthenon-linearsystems(non-linearsystemsincludelinear,nonlinearbehaviorandthechaosbehaviortransitionbetweenlinearandnon-linear.)心電散點(diǎn)圖的理論基礎(chǔ)與來源——理論貢獻(xiàn)2/4/202313揭示了非線性的混沌行為的某些特征與規(guī)律：

對初始狀態(tài)的敏感依賴性（蝴蝶效應(yīng)）在確定的系統(tǒng)中表現(xiàn)為貌似隨機(jī)的行為（非周期性）

混沌的特性還可以幾何形態(tài)表示出來（“奇怪吸引子”）

子系統(tǒng)與整個系統(tǒng)相同（自相似性）混沌的程度具有“可變性”（完全混沌、有限混沌、間歇混沌）Revealsthenon-linearcertaincharacteristicsandlawofchaosbehaviorSensitivedependenceoninitialcondition(butterflyeffect)

performancefortheseeminglyrandombehaviorinthedefinitivesystem(aperiodicity)

Chaoscharacteristiccanalsobeexpressedbygeometryform("strangeattractor")

Thesubsystemisthesametothewholesystem(self-similarity)

Thedegreeofchaoshas"variability"(completechaos,limitedchaos,intermittentchaos)心電散點(diǎn)圖的理論基礎(chǔ)與來源——理論貢獻(xiàn)2/4/202314提出了研究非線性混沌規(guī)律的方法

圖形表達(dá)法——Lorenz圖（Poincare圖）非線性參數(shù)的估算——復(fù)雜度、分維數(shù)、近似熵、李雅普諾夫指數(shù)

Proposedthemethodofstudyingnon-linearchaoslawGraphicExpressions——Lorenzplot(Poincareplot)Non-linearparameterestimation——complexity,fractaldimension,approximateentropy,Lyapunovexponent心電散點(diǎn)圖的理論基礎(chǔ)與來源——理論貢獻(xiàn)2/4/2023151981年L.Glass等人在《Science》等雜志上發(fā)表研究結(jié)果：在具有自律性的胚胎雞心肌細(xì)胞團(tuán)上，通過插入細(xì)胞內(nèi)的微電極給予電脈沖刺激，心搏模式出現(xiàn)了混沌特征——倍周期分岔?！霸诖碳ず鸵恍K雞心之間可以建立許多不同的節(jié)律，我們使用非線性數(shù)學(xué)，能極好地了解不同節(jié)律和它們的排序”。In1981,L.Glassandotherspublishedtheirresearchresultsin“Science”.Inhavingauto-rhythmicalcardiaccellmassofembryonicchicken,gaveelectricalpulsestimulationthroughinsertedintracellularmicroelectrode,heartbeatemergedchaoscharacteristic——period-doublingbifurcation.“Manydifferentrhythmscouldbefoundbetweenthestimulusandasmallpieceofchickenheart.Weusenon-linearmathematicstobestunderstandthedifferentrhythmsandtheirsort.”心電散點(diǎn)圖的理論基礎(chǔ)與來源——心電學(xué)的應(yīng)用2/4/2023161988年LeonGlass和MichaelC.Mackey在《FromClockstoChaosTheRhythmsofLifePrinceton》中對人體生理和病理節(jié)律的研究，以及若干生物學(xué)實(shí)例與相關(guān)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了精辟的論述，受到自然科學(xué)界的廣泛關(guān)注。《Nature》和《Science》給予高度評價，指出正是在生物學(xué)中，非線性科學(xué)可能最終找到其最重要的應(yīng)用。

In1988,inthearticleof"FromClockstoChaosTheRhythmsofLifePrinceton",LeonGlassandMichaelC.Mackeymadearemarksinthestudiesoftherhythmofhumanphysiologicalandpathological,andseveralbiologicalexamplesandrelevantmathematicalmodel,whichdrewwidespreadattentioninnaturalscience.Themagazineof"Nature"and"Science"hadgivenhighlyappreciation,thatitisinbiology,non-linearsciencemayultimatelyfinditsmostimportantapplications.心電散點(diǎn)圖的理論基礎(chǔ)與來源——心電學(xué)的應(yīng)用2/4/202317早期記錄RR間期的心電散點(diǎn)圖EarlyLorenzplotofrecordingRRintervals1980年馬場康維等繪制并報告了一組臨床資料的Lorenz圖In1980,Baba

andothersdrewandreportedasetofclinicaldataLorenzplot2/4/2023181981年山崎秀樹等編制的Lorenz圖時間序列解析系統(tǒng)和Lorenz圖心電節(jié)律解析系統(tǒng)被用于醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域。早期記錄RR間期的心電散點(diǎn)圖軟件系統(tǒng)SoftwaresystemofLorenzplottorecordRRintervalsIn1981,HidekiYamazakiandothersmadethetimeseriesanalysissystemandelectrocardio-rhythmanalysissystemofLorenzplot,whichwereusedinmedicalresearch.2/4/2023191982年、1990年Anan等分別發(fā)表了心房顫動伴預(yù)激傳導(dǎo)及不同室性早搏的Lorenz圖，并對室性早搏圖形進(jìn)行解析。散點(diǎn)圖對心律失常圖形的解讀Graphicinterpretationofarrhythmia

In1982and1990,AnanandothersrespectivelypublishedtheLorenzplotsofatrialfibrillationaccompanywithpre-excitationconductionanddifferentventricularprematurecontractions，andanalyzedtheLorenzplotsofventricularprematurecontractions,whichhavebecomefrequentlycitedarticlesbymedicalworkersstudiedRR-Lorenzplot.AfAf伴預(yù)激Afwithpre-excitation室性早搏ventricularprematurecontractions2/4/202320發(fā)現(xiàn)散點(diǎn)圖的獨(dú)特電生理信息FoundtheuniqueelectrophysiologicalinformationofLorenzplot

1991年Chishaki等用犬心臟制作的AF模型證明，當(dāng)刺激在右房、希式束或迷走經(jīng)神時，Lorenz圖上所顯示的房室結(jié)功能不應(yīng)期曲線分別呈不同形態(tài)In1991,ChishakiandothersprovedbyAFmodelmadewithadogheart,whenstimulatedintherightatrium,theGreek-stylebeamorvagus,LorenzplotshowedthatFunctionalRefractoryPeriodoftheAtrioventricularNode(AVNFRP)curvesweredifferentformsexcitementoriginofAtria

ventricularregion

AVNFRP

stimulatevagusnerve2/4/202321發(fā)現(xiàn)房顫伴寬QRS波的不同圖形FoundthedifferentgraphicsofatrialfibrillationwithwideQRS1993年Chishaki等觀察了房顫伴室早與房顫伴差傳的圖形差異In1993，ChishakiandothersreportedthedifferencebetweenAfwithVPCandAfcomparedwithaberrantconductioninLorenzplots2/4/202322在國內(nèi)上世紀(jì)90年代郭繼鴻教授向國內(nèi)介紹了混沌理論、心臟電活動中的混沌現(xiàn)象(郭繼鴻.混沌現(xiàn)象.臨床心電學(xué)雜志,1998,7(2):87)，郭成軍教授等探討運(yùn)用散點(diǎn)圖跟蹤心臟RR間期變化的方法與意義(郭成軍,胡大一,郭晉萍等.運(yùn)用Poincare混沌圖跟蹤心臟RR間期變化的研究.中國心臟起搏動與心電生理雜志,1996,138-140)

呂可誠等制作并觀察了健康與心衰心電數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖特征(呂可誠,王繼業(yè)，常樹人等.人體心臟搏動的相空間吸引子.南開大學(xué)學(xué)報.自然科學(xué)版,1997,30(3):61-64)2/4/202323李方潔等對散點(diǎn)圖在長程心電分析中的應(yīng)用進(jìn)行了探索。主要對1153例臨床常見心律失常的病例與傳統(tǒng)的動態(tài)心電圖診斷進(jìn)行對比觀察，一部分指標(biāo)進(jìn)行了電生理對照觀察，證明了散點(diǎn)圖分析對HRV和心律失常診斷和鑒別診斷的有用性，提出散點(diǎn)圖與動態(tài)心電圖互補(bǔ)應(yīng)用對于提高心律失常分析確率和分析速度的意義，初步建立了散點(diǎn)圖分析心律失常方法。2/4/202324心電散點(diǎn)圖作圖方法TheMethodofmakingLorenzplot

P1P2P3P4P5P6P7RR1RR5RR6RR7RR8RR2RR3RR4LorenzPlotP1-P7X=RRnY=RRn+1YXLorenzplotof24hRRintervalofhealthadult2/4/202325發(fā)現(xiàn)竇性心律圖形的多態(tài)性Foundthepolymorphismofsinusrhythmplot引自：李方潔，楊新春，白凈等.1153例心律失常的Lorenz散點(diǎn)圖與動態(tài)心電圖對比研究.臨床心電學(xué)雜志.2006,15(5):330-333Quotedfrom:LiFang-Jie,YangXin-Chun,BaiJing,et.al.Thecontrastanalysisondiagnosisof1153arrhythmicpatientsbetweenLorenzplotandambulatoryelectrocardiogram.JournalofClinicalElectrocardiology.2006,15(5):330-3332/4/202326發(fā)現(xiàn)心律失常圖形的特異性Foundthespecificityofarrhythmiaplots

引自：李方潔，楊新春，白凈等.1153例心律失常的Lorenz散點(diǎn)圖與動態(tài)心電圖對比研究.臨床心電學(xué)雜志.2006,15(5):330-333Quotedfrom:LiFang-Jie,YangXin-Chun,BaiJing,et.al.Thecontrastanalysisondiagnosisof1153arrhythmicpatientsbetweenLorenzplotandambulatoryelectrocardiogram.JournalofClinicalElectrocardiology.2006,15(5):330-3332/4/202327心電散點(diǎn)圖的命名Namingofelectrocardio-scatterplotA線B線B線B線B線B線一分布Adistribution

二分布twodistribution

四分布fourdistribution三分布threedistribution

三分布threedistribution

五分布fivedistribution2/4/202328診斷三要素threeimportantdiagnosticelement圖形形態(tài)graphshape

棒球拍狀形格子形扇形B(A)線斜率等于1位于0-1等于0子圖數(shù)目subgraphnumber一分布二分布三分布四分布sloperateofB(A)line

AdistributiontwodistributionthreedistributionfourdistributionSlope=10＜slope＜1slope=0Baseballracketshapegrid-shapefan-shape心律失常診斷要素Importantdiagnosticelementsofarrhythmia2/4/202329室上性早搏伴差傳正常竇性心搏室上性早搏室性早搏陣發(fā)室早二聯(lián)律持續(xù)室早二聯(lián)律心律失常診斷模型Arrhythmiadiagnosticmodel2/4/202330IIo竇房與IIo度II型房室阻滯心房顫動B線斜率>0.11心房撲動房顫合并房撲房顫伴室早室上早合并室早心律失常診斷模型Arrhythmiadiagnosticmodel2/4/202331寬QRS波鑒別診斷房顫伴室早房顫伴差傳B線斜率為0.23B-linearslop=0.23B線斜率為0B-linearslop=0B線斜率為-0.23B-linearslop=