胡敏

快速性室性心律失常(ventricular tachyarrhythmia,VTA)一般包括心室颤动(简称室颤)、心室扑动和心室率极快的室性心动过速(简称室速),往往导致心脏性猝死.提前预测VTA对挽救患者生命有重要意义.心电RR间期散点图(Lorenz plot,LP)是一种从宏观层面解读心律失常和心率变异性的有效方法[1－2].VTA发作前与静息时的LP存在微小差异(见图1),对二者LP相应位置散点重复频数相减,绝大多数区域结果接近于0,但存在部分区域远离0值(较大的正值或负值).提示LP中某些区域的散点可能与VTA发作有相关性,而另一些区域的散点则有保护意义.既往的研究已证实,LP中散点的聚集与早搏及其前后相邻RR间期的变化相关[1－2].不同的心律失常,LP具有独特的散点分布特征,形成特征性吸引子,而且可以使用心搏标识或散点图的空间指标析取吸引子[3－4].本研究对心电三维RR间期散点图(3DLP)吸引子进行量化,探索VTA发作前LP量化特征.

1 资料与方法

1．1 数据来源

实验数据从自发性快速性室性心律失常数据库(SponG taneous Ventricular Tachyarrhythmia Database,Medtronic Version 1．0)[5]下载.该数据库由埋藏式心脏转复除颤器(ICD)腔内电极记录,仅提供RR间期数据.有135次VTA发作,其中室速106次,室颤或心室扑动29次.数据包含VTA发作前1 024个RR间期数据,另有135条对应患者近期自身心律约1 000(986~1 022)个RR间期数据,距VTA发作(3．7±97．3)天.记录数据距ICD安装时间(4．4±3．6)个月.

1．2 实验方法

1．2．1 开发及运行平台 软件设计使用 Matlab R2013a软件(美国MathWorks公司出品的商业数学软件2013版本),开发及运行平台均为Windows 7操作系统个人计算机.

1．2．2 标识RR间期 逐条读取记录数据,参考 WatanG abe[6]报道的方法设计程序,检测并标注早搏和心动过速:正常RR间期(标识为N)的判别一般要求相邻RR间期差值的绝对值小于50 ms;如某RR间期小于其前最近的5个连续正常RR间期的最小值,且比其前最近一次正常RR间期提早15%以上被判定为早搏的联律间期;紧随早搏后的RR间期,如果与联律间期差异≤15%被判定为连发早搏,如果＞15%且≤N判定为插入性早搏后的正常心搏(标识为I),如果＞N判定为代偿间期(标识为P).根据代偿间期是否完整,早搏分为房性早搏(A)和室性早搏(V),对连发早搏均标识为A.VTA记录终末部分的心动过速判别为VTA且不纳入分析.程序识别后再经人工确认或修正.

1．2．3 绘制3DLP 在 Matlab中逐条读取RR间期数据和标识数据,迭代绘制3DLP[3－4],相应的RR间期标识顺序组合形成散点标识,也是吸引子标识.

1．2．4 吸引子的量化指标 记录散点的笛卡尔坐标值X、Y、Z,转换成球面坐标系后的r3d、θ、φ,SGP平面投影后极坐标的r2d、τ[4](见图2).以散点标识分类数据,计算各坐标分量的最大值(max)、最小值(min)和中位数(p50),作为吸引子的量化指标.舍弃散点数＜5的吸引子.

1．3 统计分析

使用Matlab R2013a统计分析模块.使用配对t检验分析VTA发作前与静息时相应患者相同标识吸引子的相同量化指标,忽略对子数＜5的吸引子.以P＜0．05差异有显著性.

图2 3DLP量化指标示意图

2 结果

2．1 一般资料 共78例患者,男性63例,女性15例,年龄(61±12)岁.左室射血分数0．30±0．14.纽约心功能(NYG HA)Ⅰ级25例,Ⅱ级40例,Ⅲ级11例,Ⅳ级2例.心律失常发作史:21例(26．9%)有猝死病史,62例(79．5%)有VTA史,其中,非持续性室速13例次(16．7%),持续单形性室速52例次(66．7%),多形性室速4例次(5．1%),室颤20例次(25．6%),心室扑动1例次(1．3%).心血管病史:冠心病无心肌梗死13例(16．7%),有心肌梗死48例(61．5%),心力衰竭31例(39．7%),扩张型心肌病26例(33．3%),瓣膜病9例(11．5%),其它11例(14．2%).心血管手术史:冠状动脉支架植入术8例(10．3%),冠状动脉搭桥术30例(38．5%),其它7例(9%).53例(67．9%)服用胺碘酮等药物治疗.

2．2 吸引子情况 两组共发现散点数＞5的吸引子28个.两组共有的吸引子20个,对子数≥5的有NNN、NNV、NVP、VPN、PNN 和 NNA,＜5 的有 VPV、PVP、NAA、AAA、AAP、AAI、APN、AIN、INN、PNV、NAP、NAI、APA、PAP.仅存在于VTA发作前的有INA、VPA、APV、VVV;仅存在于静息时的有NVI、VVP、VIN、PAA.

2．3 量化指标的比较 指标有统计学差异的吸引子包括NNN、NNV、NVP、VPN、PNN,见表1.r2d分量仅 NNN的最小值差异有统计学意义(P＜0．01);φ分量仅NVP的最大值(VTA前50°±3°,静息时51°±4°)差异有统计学意义(P＜0．05).所有参与比较的吸引子的τ和θ分量均P＞0．05,NNA所有指标均P＞0．05.上述指标未列入表中.

3 讨论

虽然现代化的重症监护病房能有效监测心律失常,实时检测VTA并发出警报,然而准确预测VTA的发作时间仍是一个世界性难题.常规心电图和动态心电图难以捕捉到猝死前心电图,缺乏数据是研究的困难之一,Physionet网站有多个相关数据库对可用于研究[5].为了探索使用心电散点图技术预测VTA的可能性,本研究选择其中较简单的数据库开始.

有多种心电技术可以评估VTA的风险性,比如反映窦性心率变化的心率变异性、窦性心率振荡、心率减速率和连续心率减速率等,反映心电信号微小变化的心室晚电位、T波电交替、T波峰－末间期、QT间期及其离散度等,但预测VTA的准确率均不理想,有必要探索其它方法.

心电散点图反映相邻RR间期的自相关性,形成特征性吸引子.对吸引子的量化研究,不仅可以分析窦性心律时RR间期的变化,还能分析异位心搏与窦性心律的相互影响.三维散点图兼有RR间期散点图和RR间期差值散点图各自的优势[7],且各坐标分量还可进行多种转换,反映各分量间的相互关系[4].例如,NVP的X、Y、Z值分别反映室性早搏前正常RR间期、室性早搏的联律间期及其代偿间期.r3 d值一定程度上代表3个连续RR间期平均值的倍数,差异与瞬时心室率相关.θ值是X、Y分量的平面角(即斜率),φ值反映三个分量的空间夹角,τ值和r2d值反映三维空间向量在SGP平面投影的极角和极径.再如,NNN反映的是4个连续正常心搏的3个RR间期构成X、Y、Z坐标分量,由于迭代制图的关系,三者值基本相同.各分量的最小值反映了最快瞬时心率,最大值反映最慢瞬时心率,中位数反映心率的集中趋势.结果发现,VTA发作前最快、最慢和中位心率均较静息时快,中位RR间期减少的95%置信区间为65~115 ms.然而,反映3个坐标分量相互关系的指标中,仅NNN的r2d分量最小值和NVP的φ分量最大值差异有统计学意义.究其原因:第一,记录的RR间期数较少,吸引子未达到稳定状态;第二,同一病例可配对的吸引子数较少,除了NNN吸引子,其它均少于样本数的1/3;第三,静息时的心电记录采集时间并非都在VTA发作之前,且时间差异较大;第四,吸引子形态并不规则,使用坐标分量的极值和中位数不能完全准确反映吸引子的边界及形态特征;其它还可能与RR间期标识错误、药物作用、心率及心律失常的昼夜节律变化等有关.

表1 静息时与VTA发作前部分吸引子量化指标统计结果比较/ms

总之,本文仅对心电散点图的量化分析进行了初步探索,还需深入研究准确反映吸引子边界及形态特征的量化指标.