刘力 曾建平 顾菊康 金登男

远程三维心电散点图的临床应用探讨

刘力 曾建平 顾菊康 金登男

目的探讨远程监护技术与三维心电散点图技术相结合对心律失常的诊断价值。方法 借助远程网络技术传送32例心律失常患者的24 h动态心电图(海量心电数据)资料；采用非线性理论的Lorenz散点图分析法，经计算机处理，将直观的几何模型与数学模型相结合，并将分析软件转换为三维模式，从长程心电数据中分析心律失常发生的时刻、持续时间和频率。结果 三维彩色心电散点图色彩鲜艳、立体感强，不仅直观展示了心律失常的类型与严重程度，而且显示了心律失常发生的时刻、持续时间和频率。结论 三维心电散点图是快速准确分析动态心电图的新方法，兼有时间散点图与Lorenz散点图各自的优势，适用于心律失常的临床诊断。

三维心电散点图；远程监护；心律失常；诊断

二维心电散点图对心律失常有独特的诊断价值，尤其擅于分析长时间、大样本的心电数据(24 h动态心电图)；处理连续RR间期信息后所获得的图形，其形态特征明显，可辅助临床简便、快速、直观、准确地诊断心律失常。但二维心电散点图诊断心律失常也存在一些缺陷[1]：① 无法观察到心律失常发生的时刻及持续时间；② 不能定量表达重叠散点的数量(散点集的密集程度定性反映心律失常的严重程度)，即显示不出患者发生心律失常的次数。

近年来，随着计算机技术的迅猛发展，立体影像技术也日益成熟，其有助于空间定位、提高空间分辨率，并可使定量分析更加精确。目前，功能最强的心电散点图分析软件包含了RR间期散点图、RR间期差值散点图和时间RR间期散点图，其中，前两者还具有制图功能、实时心电波回放功能(即逆向技术)、散点图坐标值自动计数功能、不同心律的色彩显示及批处理功能。而动态三维心电散点图显像，在原有的二维心电散点图分析软件的基础上，增加了色彩和频率，且可从多角度观察心律失常的动态变化。

三维心电散点图是运用非线性图形方法描述的连续心电RR间期图，其在二维散点图x轴(即RR1)、y轴(即RR2)的基础上，增加了一维时间轴z轴，以在三维空间中表示不同时间片的散点(如每3 h组成的一片散点，选用一种颜色来表示某种心律失常)；还可以根据危险分层，选定不同颜色来区分各种心律失常，以刻画不同时间片内心律失常的分布情况，用于筛查心电散点图中心律失常发生的频率和时间。对于房颤、房扑、室性早搏、室上性早搏等心律失常的发生时刻和频率，三维心电散点图可分别构成三维时间散点图和三维频率散点图。由于增加了时间和频度信息，它使医生得以更准确地评价患者发生心律失常的情况并指导用药，现已成为临床快速诊断心律失常的新技术之一。

1 三维心电散点图的技术原理

Lorenz-RR心电散点图(简称Lorenz图)是在二维心电散点图的基础上，应用计算机技术和混沌方法，以前RR间期(RRn)为x值、后RR间期(RRn+1)为y值，按时间顺序连续追踪动态心电图记录的RR间期信号所绘制出的图形[2]。三维心电散点图分析技术以原有的二维心电散点图分析技术为基础，通过软件设计增加了z轴，运用计算机技术将较长时间记录的心电图数据转换成一种高密度数据，并制成直观立体图形及柱状趋势图。

在三维Lorenz图上，每小时的散点用一种颜色表示(自定)，根据不同的编色，可区分不同的时间片段，观察到该小时内心律失常的分布规律(图1)。危险分层则能够清楚地表达心律失常究竟是发生在白天多还是夜间多。24 h动态心电图中发生心律失常的次数越多，其三维Lorenz图的彩色直方图的高度就越高、宽度就越大，趋势越明显；而在二维Lorenz图中却无法分辨心律失常发生的频率。24 h内的不同时间段都可以进行视图分辨，以便分析心律失常的分布规律并观察心律失常发生的次数。

图1 三维Lorenz图的正位图

2 资料与方法

2.1 一般资料

选取2012年3至7月在中南大学湘潭临床医学院住院或门诊的各类疾病所致心律失常患者共32例，其中，男女各16例，年龄32～77(59.78±13.7)岁。

2.2 研究方法

动态心电图记录器采样频率设定为128 Hz，通过网络技术将入选的32例患者的24 h动态心电图数据远程传输至华东理工大学计算机科学与工程系人工智能教研组数据处理中心。远程传输数据保证资料完整，没有丢失和失真，且全部符合常规报道的二维Lorenz图规律。处理中心利用模式识别和数字滤波联用技术，将收到的心电数据生成三维Lorenz图并进行心律失常分析；再经过储贮分析将结果返回到湘潭市中心医院心电网络诊断中心出具诊断报告。

3 结果

心电数据生成的三维Lorenz图色彩鲜艳、立体感强，可清晰分辨相应的数据。通过彩色三维时间散点图(简称t-RR散点图)，不仅能观察到32例患者心律失常的分布规律，还能同步比较各个小时的Lorenz图。在三维彩色频率散点图中，红色直方图的高度表示各时刻的散点频率，反映心律失常发生时刻与频率的关系，红线越高代表心律失常发生的次数越多(可通过标尺测算)。下面对两个典型图例进行心律失常分析，以说明三维Lorenz图在心律失常诊断中的应用价值。

3.1 病例1三维Lorenz图心律失常分析

患者女，64岁。入院诊断：① 心律失常(频发室性早搏-成对出现、频发房性早搏-房早未下传、短阵室性心动过速)；② 高血压病3级(属极高危)、高原性心脏病、左房扩大；③ 心源性晕厥？出院诊断：除上述①～③外，还有④ 脑白质变性；⑤ 糖耐量异常。住院期间24 h动态心电图(图2B)示：频发室性早搏-成对出现、频发房性早搏-房早未下传、短阵室性心动过速。

对应的三维t-RR散点图(图2A)显示出室性早搏的散点图特点[3]：① 多呈四分布或五分布，若全程持续二联律，则呈二分布图形；② 二联律室早散点集与室早前点(亦为前一室早的后点)对称分布于45°线两边，几乎分别垂直于x和y轴，B线斜率在0～0.088。图2A中方框示彩色室性早搏所在位置；室早前、后点集在45°线下并前后错开，其中，室早前点集靠近x轴，室早后点集靠近主点集下方。

图2 室性早搏的三维t-RR散点图(A)和24 h动态心电图(B)

图3和图4是从不同角度观察得到的三维Lorenz图。其中，高度表示各时刻的散点频率，反映心律失常发生时刻与频率的关系，红线越高代表心律失常发生的次数越多。

图2显示患者在08：09：03—08：13：52时段频发室性早搏，有时呈二联律；图3和图4则直观揭示了全程主导心律和辅加心律的定量比与定性比。如果同步对比12导联心电图和三维频率散点图，我们就能清楚直观地看到后者的立体彩柱越高，发生心律失常的频率也越高。这两类三维Lorenz图全方位、多角度地反映出心律失常的性质及其严重程度，为快速把握动态心电图的总体特征提供了客观依据。

3.2 病例2三维Lorenz图心律失常分析

患者男，76岁。入院诊断：① 糖调节异常；② 胃多发溃疡(AI期)，Ca(胃癌)待诊，消化道出血。出院诊断：除上述①、②外，还有③ 心律失常；④ 泌尿道结石等。住院期间24 h动态心电图(图5B)示：窦性心动过速、阵发心房颤动、室性早搏、房性早搏。

图3 室性早搏的三维频率散点图右上方位(A)和左下方位(B)旋转效果图

图4 三维频率散点图左下方位旋转角度大，红色柱增高明显(与图3B比较)

图5示心房颤动的Lorenz图特征之一：单纯性房颤图形为一分布，以45°线为中心，对称地向两边展开，呈扇形；扇形的下边界线是动态房室结功能不应期，其B线斜率>0.110，将房颤心搏“限制”在扇形之中[2]。三维Lorenz图在平行坐标系中形成一个彩色的扇形，看似随机分布的散点图都被限制在该彩色扇形区域之内，色彩丰富、分界清晰，使心房颤动的Lorenz图特征呈现得更为鲜明。

图6显示，患者阵发心房颤动、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反复发生阵发心房颤动；心房颤动时，心房波频率为350～600次/min，但由于房室结的阻拦作用，能下传至心室的激动减少，心室率一般在80～160次/min；对>100次/min的心率需进行干预[4]。房室结受自主神经的调节，并受神经体液和药物的影响；当人体处于不同状态时，房室结表现的功能作用是不一样的。Lorenz图是对海量心电数据中的连续RR间期信息进行处理所获得的图形。24 h动态心电图信息量大，可提供约10万次的连续RR间隔，制作出的二维Lorenz图呈扇形，沿45°线对称分布；而三维Lorenz图则以蓝色表示心房波，其柱形图分布具有多层次、多颜色的特点，容易识别。

4 讨论

临床研究资料表明：在大样本心电数据分析方面，三维彩色t-RR散点图是二维t-RR散点图与二维Lorenz图的合并。通过对三维彩色t-RR散点图的分析，不仅能看到心律失常的性质及严重程度，而且直观地表达了心律失常发生的时刻及持续时间，很好地兼顾到了其他两种散点图各自的优势。然而，对三维彩色t-RR散点图的快速解读，还需建立在对二维Lorenz图的熟练掌握与正确解读的基础之上。如果不能正确解读二维Lorenz图，那么对三维Lorenz图的快速识别是不可能的。总之，三维彩色t-RR散点图的问世，为我们提供了一种新的表达心脏节律的工具和语言，其潜在价值需要广大同行反复实践与深入探索。

图5 心房颤动的三维t-RR散点图(A)和24 h动态心电图(B)

图6 心房颤动的三维t-RR散点图右上方位(A)和右下方位(B)旋转效果图

[1] 李方洁, 向晋涛. 心电散点图[M]. 北京：人民卫生出版社, 2014.

[2] 孙丽琴. 心电散点图在心律失常诊断中的应用[J]. 山东医药, 2013, 53(22)：94-97.

[3] 李方洁. 急性冠状动脉综合征心律失常的心电散点图[J]. 心电与循环, 2012, 31(6)：410-413.

[4] 刘晓玲, 张夏琳, 赵航. 应用心电散点图鉴别心房颤动伴宽QRS波群的性质[J]. 江苏实用心电学杂志, 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

湖南省卫生厅资助项目(B2013-136)

411100 湖南 湘潭，中南大学湘潭临床学院心电生理室(刘力)，心血管中心(曾建平)；200235 上海，上海市第八人民医院远程诊疗中心(顾菊康)；200237 上海，华东理工大学计算机科学与工程系人工智能教研组(金登男)

刘力，主任医师，主要从事心电图研究，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) (本文编辑：顾艳)