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(dòng)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(zhǎng)程心電數(shù)據(jù)的心律失常分析

長(zhǎng)程心電數(shù)據(jù)數(shù)的宏觀“可視性”

長(zhǎng)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(dòng)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(jì)算機(jī)快速運(yùn)算技術(shù)、對(duì)長(zhǎng)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(jì)算機(jī)、及長(zhǎng)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?；煦缋碚摰南闰?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(shí)，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(dòng)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(duì)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(duì)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(gè)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。“在刺激和一小塊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(duì)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?！禢ature》和《Science》給予高度評(píng)價(jià)，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(chǎng)康維等繪制并報(bào)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(shí)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(dòng)伴預(yù)激傳導(dǎo)及不同室性早搏的Lorenz圖，并對(duì)室性早搏圖形進(jìn)行解析。散點(diǎn)圖對(duì)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(shí)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)的相空間吸引子.南開大學(xué)學(xué)報(bào).自然科學(xué)版,1997,30(3):61-64)2/4/202323李方潔等對(duì)散點(diǎn)圖在長(zhǎng)程心電分析中的應(yīng)用進(jìn)行了探索。主要對(duì)1153例臨床常見心律失常的病例與傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)心電圖診斷進(jìn)行對(duì)比觀察，一部分指標(biāo)進(jìn)行了電生理對(duì)照觀察，證明了散點(diǎn)圖分析對(duì)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(dòng)態(tài)心電圖互補(bǔ)應(yīng)用對(duì)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(dòng)態(tài)心電圖對(duì)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(dòng)態(tài)心電圖對(duì)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(dòng)B線斜率>0.11心房撲動(dòng)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=