如何用心电散图分析心律失常

如何使用心电散点图诊断心律失常中国中医科学院望京医院李方洁2010.11.6厦门2/4/20231心电散点图装载于动态心电分析系统非线性混沌理论是其技术方法基础用于心率变异性分析用于长程心电数据的心律失常分析

长程心电数据数的宏观“可视性”

长程心电数据中疑难心电图的鉴别诊断

心电散点图的有关心电散点图的有关概念2/4/20232心电散点图装载于动态心电分析系统2/4/202332/4/202342/4/202352/4/20236基于非线性混沌理论，依靠计算机快速运算技术、对长程心电RR间期数据进行图形表达,用于心率变异性和心律失常诊断的方法心电散点图的理论基础与来源‘蝴蝶效应”“蝴蝶效应””

"ButterflyEffect"

It’samethodusinggraphictoexpresslong-timeelectrocardio-RRintervalsdataforheartratevariabilityandarrhythmiadiagnosis,basingonnonlinearchaostheoryandrelyingoncomputerspeedcomputingtechnology2/4/20237心电散点图伴随混沌理论和计算机、及长程心电记录技术应运而生心电散点图来源于Lorenz图，也称Poincare图，以E.N.Lorenz和J.H.Poincare的姓氏名命，是研究系统非线性规律的方法，因图形由散点组成，亦称散点图

Electrocardio-scatterplotemergedwithchaostheoryandthetechnicaldevelopmentofcomputerandlong-termelectrocardio-recording

Electrocardio-scatterplotcomesfromLorenzplot,alsocalledPoincareplot,namedafterthefamilynameofE.N.LorenzandJ.H.Poincare,andit’samethodofstudyingsystemnonlinearlaw.Becausethegraphismadeupofscatter,soit’salsoknownasScatterplot心电散点图的理论基础与来源2/4/202381903年Poincare在《科学与方法》一书中提出了Poincare猜想，指出“三体”问题中，在一定范围内，其解是随机的，意味着可能存在混沌的特性，从而成为世界上了解混沌存在可能性的第一人。混沌理论的先驱Jules.Henri.Poincare(1854—1912）

Pioneer

ofchaostheoryIn1903,PoincaresuggestedPoincareconjectureinthebookofScienceandMethod,thatabout“three-body”problem,inacertainrange,thesolutionisrandom,meaningtheremaybecharacteristicsofchaos,therebybecamethefirstpeopleofunderstandingthepossibilityofChaosexistenceintheworld.心电散点图的理论基础与来源2/4/202391948年Lorenz在进行一项创新性气象理论实验时，发现了“表面看似随机，而实际上是按照严格而易于表达的规则运动的现象”“混沌理论之父”FatherofChaostheory

E.N.Lorenz(1917-2008)Whenmakinganinnovativeexperimentonmeteorologicaltheoryin1948,Lorenzfoundthat"itisseeminglyrandominsurface,butinfactitisthephenomenonmovedinaccordancewithstrictlyandeasilyexpressedrules"心电散点图的理论基础与来源2/4/202310Lorenz发现混沌现象的打印数据－－两组曲线是怎样分道扬镳的？TheprintdatabywhichLorenzdiscoveredchaosphenomenon.

－－Howdothetwocurvesdiverge？

1961年对混沌现象的解释终于出现了。Finallytheexplanationtochaosphenomenaappearedin1961.心电散点图的理论基础与来源2/4/2023111963年Lorenz在《大气科学》杂志上发表了一篇关于混沌理论的开创性研究论文“确定性非周期流”1975年Li-York在美国《数学月刊》发表“周期3意味着混沌”的文章，并给出混沌的数学定义（Li-Yorke定义）。自此，混沌成为科学的专业术语In1963,Lorenzpublishedaresearchpaperonchaostheory"Deterministicnon-periodicflow"inthe"AtmosphericScience"magazineIn1975,Li-Yorkpublishedthearticleof"period3implieschaos"in"MathematicalMonthly"oftheUnitedStates,andgivesthemathematicaldefinitionofchaos(Li-Yorkedefinition).Sincethen,thechaosbecomesascientificjargon心电散点图的理论基础与来源2/4/202312发现并指出非线性的混沌系统是自然界的普遍规律，而线性行为只是其中的一部分（非线性系统包括线性、非线性行为及过渡于两者之间的混沌行为Discoveredandpointedoutthatthenon-linearchaossystemistheuniversallawofnature,whilethelinearbehaviorisonlyonepartofthenon-linearsystems(non-linearsystemsincludelinear,nonlinearbehaviorandthechaosbehaviortransitionbetweenlinearandnon-linear.)心电散点图的理论基础与来源——理论贡献2/4/202313揭示了非线性的混沌行为的某些特征与规律：

对初始状态的敏感依赖性（蝴蝶效应）在确定的系统中表现为貌似随机的行为（非周期性）

混沌的特性还可以几何形态表示出来（“奇怪吸引子”）

子系统与整个系统相同（自相似性）混沌的程度具有“可变性”（完全混沌、有限混沌、间歇混沌）Revealsthenon-linearcertaincharacteristicsandlawofchaosbehaviorSensitivedependenceoninitialcondition(butterflyeffect)

performancefortheseeminglyrandombehaviorinthedefinitivesystem(aperiodicity)

Chaoscharacteristiccanalsobeexpressedbygeometryform("strangeattractor")

Thesubsystemisthesametothewholesystem(self-similarity)

Thedegreeofchaoshas"variability"(completechaos,limitedchaos,intermittentchaos)心电散点图的理论基础与来源——理论贡献2/4/202314提出了研究非线性混沌规律的方法

图形表达法——Lorenz图（Poincare图）非线性参数的估算——复杂度、分维数、近似熵、李雅普诺夫指数

Proposedthemethodofstudyingnon-linearchaoslawGraphicExpressions——Lorenzplot(Poincareplot)Non-linearparameterestimation——complexity,fractaldimension,approximateentropy,Lyapunovexponent心电散点图的理论基础与来源——理论贡献2/4/2023151981年L.Glass等人在《Science》等杂志上发表研究结果：在具有自律性的胚胎鸡心肌细胞团上，通过插入细胞内的微电极给予电脉冲刺激，心搏模式出现了混沌特征——倍周期分岔。“在刺激和一小块鸡心之间可以建立许多不同的节律，我们使用非线性数学，能极好地了解不同节律和它们的排序”。In1981,L.Glassandotherspublishedtheirresearchresultsin“Science”.Inhavingauto-rhythmicalcardiaccellmassofembryonicchicken,gaveelectricalpulsestimulationthroughinsertedintracellularmicroelectrode,heartbeatemergedchaoscharacteristic——period-doublingbifurcation.“Manydifferentrhythmscouldbefoundbetweenthestimulusandasmallpieceofchickenheart.Weusenon-linearmathematicstobestunderstandthedifferentrhythmsandtheirsort.”心电散点图的理论基础与来源——心电学的应用2/4/2023161988年LeonGlass和MichaelC.Mackey在《FromClockstoChaosTheRhythmsofLifePrinceton》中对人体生理和病理节律的研究，以及若干生物学实例与相关数学模型进行了精辟的论述，受到自然科学界的广泛关注。《Nature》和《Science》给予高度评价，指出正是在生物学中，非线性科学可能最终找到其最重要的应用。

In1988,inthearticleof"FromClockstoChaosTheRhythmsofLifePrinceton",LeonGlassandMichaelC.Mackeymadearemarksinthestudiesoftherhythmofhumanphysiologicalandpathological,andseveralbiologicalexamplesandrelevantmathematicalmodel,whichdrewwidespreadattentioninnaturalscience.Themagazineof"Nature"and"Science"hadgivenhighlyappreciation,thatitisinbiology,non-linearsciencemayultimatelyfinditsmostimportantapplications.心电散点图的理论基础与来源——心电学的应用2/4/202317早期记录RR间期的心电散点图EarlyLorenzplotofrecordingRRintervals1980年马场康维等绘制并报告了一组临床资料的Lorenz图In1980,Baba

andothersdrewandreportedasetofclinicaldataLorenzplot2/4/2023181981年山崎秀树等编制的Lorenz图时间序列解析系统和Lorenz图心电节律解析系统被用于医学研究领域。早期记录RR间期的心电散点图软件系统SoftwaresystemofLorenzplottorecordRRintervalsIn1981,HidekiYamazakiandothersmadethetimeseriesanalysissystemandelectrocardio-rhythmanalysissystemofLorenzplot,whichwereusedinmedicalresearch.2/4/2023191982年、1990年Anan等分别发表了心房颤动伴预激传导及不同室性早搏的Lorenz图，并对室性早搏图形进行解析。散点图对心律失常图形的解读Graphicinterpretationofarrhythmia

In1982and1990,AnanandothersrespectivelypublishedtheLorenzplotsofatrialfibrillationaccompanywithpre-excitationconductionanddifferentventricularprematurecontractions，andanalyzedtheLorenzplotsofventricularprematurecontractions,whichhavebecomefrequentlycitedarticlesbymedicalworkersstudiedRR-Lorenzplot.AfAf伴预激Afwithpre-excitation室性早搏ventricularprematurecontractions2/4/202320发现散点图的独特电生理信息FoundtheuniqueelectrophysiologicalinformationofLorenzplot

1991年Chishaki等用犬心脏制作的AF模型证明，当刺激在右房、希式束或迷走经神时，Lorenz图上所显示的房室结功能不应期曲线分别呈不同形态In1991,ChishakiandothersprovedbyAFmodelmadewithadogheart,whenstimulatedintherightatrium,theGreek-stylebeamorvagus,LorenzplotshowedthatFunctionalRefractoryPeriodoftheAtrioventricularNode(AVNFRP)curvesweredifferentformsexcitementoriginofAtria

ventricularregion

AVNFRP

stimulatevagusnerve2/4/202321发现房颤伴宽QRS波的不同图形FoundthedifferentgraphicsofatrialfibrillationwithwideQRS1993年Chishaki等观察了房颤伴室早与房颤伴差传的图形差异In1993，ChishakiandothersreportedthedifferencebetweenAfwithVPCandAfcomparedwithaberrantconductioninLorenzplots2/4/202322在国内上世纪90年代郭继鸿教授向国内介绍了混沌理论、心脏电活动中的混沌现象(郭继鸿.混沌现象.临床心电学杂志,1998,7(2):87)，郭成军教授等探讨运用散点图跟踪心脏RR间期变化的方法与意义(郭成军,胡大一,郭晋萍等.运用Poincare混沌图跟踪心脏RR间期变化的研究.中国心脏起搏动与心电生理杂志,1996,138-140)

吕可诚等制作并观察了健康与心衰心电数据的散点图特征(吕可诚,王继业，常树人等.人体心脏搏动的相空间吸引子.南开大学学报.自然科学版,1997,30(3):61-64)2/4/202323李方洁等对散点图在长程心电分析中的应用进行了探索。主要对1153例临床常见心律失常的病例与传统的动态心电图诊断进行对比观察，一部分指标进行了电生理对照观察，证明了散点图分析对HRV和心律失常诊断和鉴别诊断的有用性，提出散点图与动态心电图互补应用对于提高心律失常分析确率和分析速度的意义，初步建立了散点图分析心律失常方法。2/4/202324心电散点图作图方法TheMethodofmakingLorenzplot

P1P2P3P4P5P6P7RR1RR5RR6RR7RR8RR2RR3RR4LorenzPlotP1-P7X=RRnY=RRn+1YXLorenzplotof24hRRintervalofhealthadult2/4/202325发现窦性心律图形的多态性Foundthepolymorphismofsinusrhythmplot引自：李方洁，杨新春，白净等.1153例心律失常的Lorenz散点图与动态心电图对比研究.临床心电学杂志.2006,15(5):330-333Quotedfrom:LiFang-Jie,YangXin-Chun,BaiJing,et.al.Thecontrastanalysisondiagnosisof1153arrhythmicpatientsbetweenLorenzplotandambulatoryelectrocardiogram.JournalofClinicalElectrocardiology.2006,15(5):330-3332/4/202326发现心律失常图形的特异性Foundthespecificityofarrhythmiaplots

引自：李方洁，杨新春，白净等.1153例心律失常的Lorenz散点图与动态心电图对比研究.临床心电学杂志.2006,15(5):330-333Quotedfrom:LiFang-Jie,YangXin-Chun,BaiJing,et.al.Thecontrastanalysisondiagnosisof1153arrhythmicpatientsbetweenLorenzplotandambulatoryelectrocardiogram.JournalofClinicalElectrocardiology.2006,15(5):330-3332/4/202327心电散点图的命名Namingofelectrocardio-scatterplotA线B线B线B线B线B线一分布Adistribution

二分布twodistribution

四分布fourdistribution三分布threedistribution

三分布threedistribution

五分布fivedistribution2/4/202328诊断三要素threeimportantdiagnosticelement图形形态graphshape

棒球拍状形格子形扇形B(A)线斜率等于1位于0-1等于0子图数目subgraphnumber一分布二分布三分布四分布sloperateofB(A)line

AdistributiontwodistributionthreedistributionfourdistributionSlope=10＜slope＜1slope=0Baseballracketshapegrid-shapefan-shape心律失常诊断要素Importantdiagnosticelementsofarrhythmia2/4/202329室上性早搏伴差传正常窦性心搏室上性早搏室性早搏阵发室早二联律持续室早二联律心律失常诊断模型Arrhythmiadiagnosticmodel2/4/202330IIº窦房与IIº度II型房室阻滞心房颤动B线斜率>0.11心房扑动房颤合并房扑房颤伴室早室上早合并室早心律失常诊断模型Arrhythmiadiagnosticmodel2/4/202331宽QRS波鉴别诊断房颤伴室早房颤伴差传B线斜率为0.23B-linearslop=0.23B线斜率为0B-linearslop=0B线斜率为-0.23B-linearslop=