心电散点图的原理与基本方法李方洁中国中医科学院望一.概述 心电散点图是近年来日益受到关注，并已在动态心电图分析中得到推广应用的心电大数据处理方法。心电散点图亦Lorenz 图（Lorenz plot）或Pincare图（Pincare plot），分别以“混沌学之父”——美国动力气象学家E.N.Lorenz与“混沌理论的奠基人”——法国数学家J.H. Pincare的姓氏命名，表明心电散点图与传统的波形分析方法不同，而属于非线性混沌方法。 心电散点图以传统心电学中前所未有的整体观视角，对RR间期序列进行诠释,提高了诊断过程的自动化程度和实现原始信息透明化，以及数据分析编辑过程中的批处理，简化了动态心电图的分析过程，强化了动态心电图的诊断与鉴别诊断功能。由于散点图的应用，显著提高了处理大批量心电数据的速度及准确率，减轻了动态心电工作者的工作压力。 二．心电散点图的分类与作图原理 “心电散点图”的称谓有广义与狭义之分，广义上包括目前临床上所能见到的RR间期散点图、RR间期差值散点图，时间RR间期散点图；狭义上的心电散点图是指RR间期散点图，这一方法最为经典，其系统软件最早被装载于动态心电分析系统中，临床上对其图形解读最多，也是目前最常用于动态心电图分析的方法。多数情况下心电散点图的称谓都指这一图形而言。本文所涉及的各种图形为此图。 RR间期散点图和RR间期差值散点图均有“迭代计算”（后述）的性质，属于Lorenz Polt或Poincare Plot范畴。时间RR间期散点图则不具有“迭代”的性质。明显补充了RR间期散点图对心电数据分时段表达的需求。不仅如此，时间RR间期散点图自身也能提供其他方法所不可替代的关于心率变化的信息。 （一）RR间期散点图 RR间期散点图是对RR间期序列进行顺向简单迭代的二维图形。这一图形主要反映原始RR间期之间的依赖、变化关系，是目前最常用的一种图形。 制作心电散点图的数据来源于动态心电记录的连续RR间隔信息，信息传输到心电散点图系统制作散点图。系统在预设的二维直角坐标系中，以任意RR间期（RRn）为横坐标X的值，紧挨其后RR间期（RRn 1）为纵坐标Y的值，连续追踪作图。图中每个点的位置都取决于两个相邻的RR间期，形成前一次散点中的Y值，是形成下一次散点中的X值。根据数据分析的不同需求，二维散点图可制作成单象限图和四象限图。图中的的N表示窦律R波；S表示室上性心律R波；V表示宽QRS波。 1．单象限散点图3 所有RR间期的散点都依时间序列绘制在同一象限中，相当于坐标系的第I象限。坐标系X轴代表第n个RR间期（RRn），Y轴代表紧随其后的RR间期（RRn 1），见图1，2。单象限散点图是目前临床使用最多的方法.全部RR间期，包括所有心律失常的联律间期与代偿间期都依次作图，全部表达在一个坐标象限中。N-N：窦性RR间期；N- V(S)：早搏联律间期；V(S)-N：早搏代偿间期；V(S)- V(S):连续异位心搏间期（N表示窦律R波；S表示室上性心律R波；V表示宽QRS波）365医学网 转载请 图1. 心电散点图作图原理365医学网 转载请注明 365医学网 转载请注明 2．四象限散点图 四象限散点图的迭代方法与单象限图形相同，对于心律失常的数据，四象限图形可将不同的心律分别表达在坐标系的四个象限中。第I象限：RRn和RRn 1为两个室上性（包括窦、房、交界区）RR间期的散点；第IV象限：RRn为室上性RR间期，RRn 1为紧挨其后的宽QRS波联律间期的散点；第II象限：RRn为宽QRS波的联律间期，RRn 1为紧挨其后的代偿间期的散点；第III象限：RRn和RRn 1为两个宽QRS波的RR间期的散点。四象限散点图可将重叠在室上性心搏散点图中的宽QRS波散点图“提取”出来，以便于观察。一般用于房颤伴宽QRS波和宽QRS波伴有频发多种心律失常的数据（图3）。 图3. 四象限心电散点图示意图 （二）RR间期差值散点图 差值散点图是将两相邻RR间期差值作为坐标的X值和Y，进行顺向迭代，在二维坐标系中作图。RR间期差值散点图是从另一个维度提供RR间期变化信息。同一份心电数据可分别制作成心电散点图与差值散点图，对比阅读，可获得更多的心电信息，如同一份窦性心律伴室性早搏的数据，RR间期散点图可以提供室性早搏的图形，而RR间期差值散点图还能提供室早二联律和室早三联律的图形（图3-13），对发作性心房颤动也有较高的敏感 图4.心电散点图与差值散点图 左图是24h窦性心律伴室性早搏的心电散点图（RR间期散点图），右图是用同一份数据制作的RR差值散点图 （三）时间RR间期散点图 时间RR间期散点图不是迭代制作的图形，而是以记录时间为横坐标，以实时RR间期为纵坐标作图，是RR间期随时间变化的散点趋势图。目前通过计算机技术的处理，与RR间期散点图系统之间实现了互相回放对照功能，时间RR间期散点图被设计成能够自如“伸缩”，可以“浓缩”以便宏观掌握总体RR间期变化模式及其时间规律，也可以“稀释”，以便于观察操作者关注的某个具体心搏模式。时间RR间期散点图在挖掘心律失常时间特征或关注某时段心律状况时具有独特优势。 图5. 时间RR间期散点图 图中上一条图是24h的RR间期变化趋势；下一条图是将其中1h的图形延展开的RR间期的趋势图，见到有两种RR间期，纵坐标值较大（RR间期1250ms左右）的一条反映正常窦性心律，纵坐标值较小（RR间期在750ms左右）的一条反映早搏联律间期 三．心电散点图的基本方法 由于心电散点图记录和评价心电数据的视角完全不同传统的波形分析，因此需要突破贯性，转换思维，了解相关新概念，才能掌握和灵活应用心电散点图的技术方法， （一）吸引子 临床病例中，由于心律和心律失常的类型不同，使心电散点图的图形呈多样性，组成心电散点图的基本单位是“吸引子”图形，也称“子图”（子图多数是独立的吸引子）。根据吸引子在图中分布的位置，分为“稳态吸引子”和“非稳态吸引子”。单一起源的心律，如最常见的正常窦性心律的图形由单独的子图（一个吸引子图形）形成，分在坐标系中45°线上，属“稳态吸引子”，而心律失常的图形常由多个子图形组成，心律失常越复杂，子图越多，常包含“稳态吸引子”和“非稳态吸引子”图形。因此掌握吸引子的特性对分析心律失常十分重要。 1．稳态吸引子 稳态吸引子是同一起源心律的RR间期迭代图形，最常见是连续窦性心律，其次是各种连续异位心律，如心房、心室等的心动过速或逸搏心律。当这些RR序列总是在自身频率范围内随时间过程产生微小的变化，其吸引子图形分布于坐标的45°线上。稳定态吸引子的频率范围和性态是区分不同系统的标志。 2．非稳态吸引子 非稳态吸引子是心搏从一个起源点变化为另一个源点时产生的过渡吸引子，由不同心律的RR间期偶合而成。窦性心律伴各种异位心律或阻滞等都可产生非稳态吸引子。已有的研究结果表明，不同系统有各自的频率范围，如：正常窦律系统频率60-100次/分，心室逸搏心律系统是20-40次/分，当这两种心律发生交替时，就产生与两者频率相关的偶合吸引子；不同心律随时间变化发展趋势不同，所以非稳态吸引子不仅脱离45°线，形态和分布位置也不同，如由窦律间期与房早联律间期形成的吸引子其发展趋势多形成一个与坐标轴成角（一般﹥0,﹤1）的图形，而由窦律间期与室性早搏联律间期形成的吸引子其发展趋势多形成与坐标X轴平行的图形。因此，关注非稳态吸引子的各种特征，对心律失常的诊断和鉴别诊断具有重要意义，尤其对鉴别异位心律的起源有独特的作用。 图6.稳态吸引子与非稳态吸引子 在一份心电数据中，如果有两个或两个以上吸引子分布在心电散点图中，则反映心律的起源点是一个以上。非稳态吸引子是心律交替过程的产物，只要心律起源点发生变化，就有非稳态吸引子的散点出现。非稳态吸引子中散点的数目不代表某种心律出现的次数，而反映心律起源点交替的次数，非稳态吸引子的数目则与心律起源点的数目有关。心律在不同起源点之间交替越频繁，非稳态吸引子中的散点就越多，图形越饱满。正常情况下心律起源于窦房结，心电散点图中只有一个稳态吸引子图形。当出现多分布的非稳态吸引子图形时，必有异位心律出现，根据非稳态吸引子图形的数目可推断有几个异位起源点。又由于不同起源心搏的吸引子有不同图形特征，可确认异位心律的起源点。 3.吸引子与散点集落 在心电散点图中，吸引子是组成一幅完整心电散点图的子图，散点集落（散点群落）也符合这一定义。但二者有本质的不同，对于心律失常诊断也有不同意义。每个吸引子都是同一个动力系统（早搏前点、早搏点、早搏后点均属不同动力系统）的图形表现，因此吸引子中的散点分布有其内在规律。而散点集落可由无序散点或序散点组成，故散点集落既可由一个独立的吸引子组成引，也可由多个吸引子重叠或贴附在一起组成。如传导阻滞与房早未下传的吸引子均分布于慢减速区与慢加速区，常常部分重叠，形成同一个散点图集落，因此一个散点集落中有几个吸引子就揭示有几种心律模式或类型。 散点集落为可为无序分布，故形态具有随机性，吸引子是同一个动力系统的图形，具有系统行为的模式特征：吸引子具有“凝聚性”，其图形核心散点密实，边缘光滑虚疏。根据吸引子图形的特征可了解各散点集落有组成成份。 图7. 吸引子与散点集落 左图是吸引子，右图是由三个吸引子部分重叠在一起形成的散点集落 （二）标识标线与图形名称 1.标识标线 心电散点图背景中有等速线、近端、远端、加速区与减速区。等速线也称45°线，是在坐标系中与X轴和Y轴各为45°角的直线，只有两个等长的RR间期（RRn=RRn 1）形成的散点才能位于45°线上，故称等速线。等速线是稳态吸引子分布的区域。近端是靠近坐标原点的方向、远端是远离坐标原点的方向，加速区是等速线与X轴之间的三角区域，减速区是等速线与Y轴之间的三角区域。在加速区中，靠近近端方向为快加速区，靠近远端方向是慢加速区。在减速区中，靠近近端方向为快减速区，靠近远端方向是慢减速区。 在等速线上，越是靠近近端的散点RR间期越短，心率越快；越是靠近远端的散点RR间期越长，心率越慢。在加速区的散点，X值（RRn）大于Y值（RR 1），表示有心率加速现象。由于加速的程度不同、X值与Y值的比例关系不同，图形在加速区中所处的位置不同。在减速区的散点，X值（RRn）小于Y值（RR 1），表示有心率减速现象。由于减速的程度不同、X值与Y值的比例关系不同，图形在减速区中所处的位置不同。快速性心律失常时，RR间期表现先加速（早搏联律间期）后减速（早搏的代偿间期），所以散点先后表达在快加速与快减速区。缓慢性心律失常的RR间期表现先减速后加速，所以散点先后表达在远端的慢减速与慢加速区。 图8. 心电散点图背景的标识标线 2.图形名称 散点图中子图的数目、形态、图形位置、长轴斜率对图形进行描述可对不同心律失常予以区分。 心电数据性质不同，散点图形不同，正常窦性心电数据的散点图中是单一图形分布，即只有一个“子图”，而心律失常的散点图中往往分布有多个“子图”，这些子图组成一幅完整的心电散点图。最初对子图的命名是以英文字母，按吸引子图形在一次早搏性心律失常中出现的先后为序，分别是A图、B图、C图、D图......。 “A图”分布于45°线上，是窦性心律的图形，在任何长程心电数据中，只要有两次连续窦性心律存在，即可见到A图。“B图”是在一组图形中最靠近X轴的图形，窦律与早搏联律间期形成的吸引子图形（亦称“早搏前点”图形）。“C图”是一组图形中最靠近Y轴的图形，是由早搏的联律间期与代偿间期形成的吸引子图形（亦称“早搏点”图形）。“D图”是位于A图与B图之间的图形，由早搏代偿间期与其后正常窦律形成的吸引子图形（亦称“早搏后点”图形）。在上述图形中，A图是稳态吸引子图形，B、C、D图均是非稳态吸引子图形。 对于阻滞类的缓慢性心律失常而言，非稳态吸引子图形先后表达于慢减速区与慢加速 区，分别是“阻滞前点吸引子”与“阻滞后点吸引子”图形。 在由多个子图组成的一幅完整的心电散点图中，名子图的形态可不同，子图的形态可提示心律的性质。窦性心律的吸引子图形多为“棒球拍形”，当窦性心律的变异性发生变化时，心电散点图可呈多态性。如类球拍形、收缩形、扩张形、粗棒状、细棒状、梭形、雨滴形……。心律失常的图形也具有不同形态，如有扇形、格子形等。 “扇形”是心房颤动的特有图形，“格子形”是心房扑动房室传导比例变化的特有图形。 在心电散点图中，A图的长轴是与45o线等速线）完全重叠的“A线”；B图的长轴为“B线”，C图的长轴为“C线”，D图的长轴为“D线”。目前认为，“B线”的斜率犹如代偿间期是否完全一样，是区分大多数室性与室上性早搏的重要指标。 图9.心电散点图的图形名称 （三）海量数据 散点图是用于大样本心电数据分析的方法，其特点是在相互关联的海量心电数据中发现隐含于其中的规律。因此不能用于普通心电图，而只能用于动态心电图这样具有海量数据长时间心电图分析。 海量数据是指能够提取到有用信息所需的数据量，散点图根据图的形态对图形进行定性，所以需要足够数量的散点参与作图，才能稳定地表现图形特征。这个图形特征就是要提取的规律与信息。由于数据条件不同，所需要的数据量的绝对值不同。明 365医学网 转载请注明 本图提示60分钟的图形数据达到“海量”，30、50分钟的数据接近“海量” （四）应用范围 心电图是RR序列迭代作图的全RR间期真图，对窦性心律失变异性（HRV）有很好的判断区分度，并可避免由于记录不良的伪RR间期对HRV指标计算带来的影响。对于心律失常，由于不同起源的心律或在子图数目、或在图形形态、或在图分布位置、或在B线斜率、或在各指标的组合关系上有所差异，因此常见心律失常多有特异性图形，再结合心电散点图件与动态心电图系统中实时心电波形的逆向回放，适用于心律失常诊断和复杂心律失常的鉴别诊断。 （五） 心律失常分析的基本方法 心电散点图用于心律失常分析的基本方法可归纳为：诊断模型、吸引子分析、逻辑推理和逆向回放。 1.诊断模型法 诊断模形是根据长期摸出来的四诊断四要素及反复临床观察对照制作而成，包括子图数目、图形位置、图的形（性）态、线状图形长轴的斜率这四项诊断指标。 子图数目：由于作图的心电数据不同，一幅心电散点图可以只有一个子图组成，称单分布心电散点图；也可以有多个子图组成，称多分布心电散点图。目前的观察发现，一个子图代表一个吸引子，反映心律是同一个起源点。如果一个子图是同一个吸引子（临床上多数情况是如此）图形，则单分布的心电散点图提示该份心电数据在宏观水平是同一起源的心律；如果是多分布图形，则提示该份心电数据的心律起源是两个或两个以上。通常情况下，每增加一个心律起源点或出现一种新的传导模式，就会增加两个子图。如果新增起源点或新增传导模式呈连续性，则还会再增加一个子图。心电散点图中子图的数目没有“上限”，这取决于心律失常的复杂程度，根据子图的数目，可以了解心律起源点或传导模式的数目。 图形位置：在一幅心电散点图中，每个子图都有其特定的位置，其位置取决于RR序列的模式。分布在45°线上的子图是大致匀齐RR序列的吸引子，多数情况下是同一起源的心律。分布在45°线中段的图形是正常心率RR序列的吸引子；分布在45°线近端的图形是快速心率RR序列的吸引子；分布在45°线远端的图形是缓慢RR序列的吸引子。分布在加速区的子图反映在RR序列中有“加速现象”（在形成散点的一对RR间期中，前RR>后RR）；分布在减速区的子图反映在RR序列中有“减速现象”（在形成散点的一对RR间期中，前RR<后RR）分布在快加速区的子图反映在RR序列中有“快加速现象”（由正常RR间期变为短于正常的RR间期）；分布在快减速区的子图反映在RR序列中有“快减速现象”（从短于正常的RR间期回到正常或更长的RR间期）。分布在慢加速区的子图反映在RR序列中有“慢加速现象”（从缓慢的RR间期回到正常RR间期）；分布在慢减速区的子图反映在RR序列中有“慢减速现象”（由正常的RR间期变为长RR间期）。根据图形分布分位可判断RR序列变化的模式。通常，有“快加速”就有“快减速”，这是发生一次早搏性心律失常心动周期变化所形成的图形；有“慢加速”就有“慢减速”，这是发生一次阻滞性心律失常心动周期变化所形成的图形。因此，根据子图分布的位置可以从宏观层面了解是否有同一起源的连续心律，这些心律属于正常、快速还是缓慢，了解是否有早搏或阻滞性心律失常。 图形形（性）态：心电散点图是心电吸引子在相空中“立体”几何构形的二维剖面图。对于立体的心电吸引子而言，不仅有外观形状，也有反映其内涵特征的内部“性态”，如行为轨迹的混沌度、行为轨迹的疏密程度等。但在目前的二维心电散点图很难反映心电吸引子这些全部特性，只能反映吸引子的形态（轮廓形状），而不能反映吸引子的性态。在心电散点图中，子图的形态变化多端，这是心律和心律失常千变万化的表征。对此可归为以下类型： ① 棒球拍形，健康人正常窦性心律的吸引子图形是分布在45°线中段的棒球拍形稳定态吸引子图形，棒球的头部在远端，棒球的尾部在近端。这一图形特点反映心率在正常范围，随心率减慢RR间期变化增大，随心率加快RR间期变化减小。棒球拍的面积可以发生改变，面积增大称“扩张形”，面积缩小称“收缩形”，这是反映总体HRV的指标。棒球拍形的图形还可出现在加速区、减速区反映不同的心律失常。 ②棒形，棒形是由棒球拍形变而来，是最接近棒球拍形的图形，棒形图形的近端与远端等粗，表明失去了棒球拍形所反映的生理特征。 根据其长、短、粗、细，分别称谓。棒形图形可分布在45°线、加速区、减速区的各个位置。分布在45°线上的棒形反映HRV的改变类型。 ③线（带）状，线（带）状图形是较棒形更细更长的图形，其中宽者谓“带”，细者谓“线”。一般指分布于加速区或减速区，与心律失常相关的图形。在众多的这类图形，目前关注最多是由“早搏前点”（X=正常RR间期，Y=早搏联律间期）形成的线（带）状图形（B图）。我们对心律失常进行特征提取时发现，这个图形的长轴斜率值得关注。 ④扇形，长期的临床观察发现，扇形是心房颤动特有的图形。它是房颤时心脏电生理特性的外在反映。房颤扇形提供了关于房室结功能不应期（Atrioventricular Node Functional Refractory Period ；AVNFRP）的信息，为房颤伴宽QRS波的鉴别诊断提供了有重要意义的基线。扇形属于单分布图形，在一幅心电散点图中只有一幅扇形。但如果当房颤沿房室结双径路传导时可以呈两个相关的扇形，称二分布图形。 ⑤格子形，已有的研究发现，格子形是持续性房室传导比例不断变化的心房扑动的特有图形。格子形是由多个独立的接近圆形的小子图有序排列而成，小子图的数目取决于传导比例变化的模式，传导比例变化模式越多，小子图越多，传导比例每变化一次就有四个有序分布的散点出现，如果反复重复这一模式，就形成四个散点集落（小子图）。如果传导比例不变，则格子不复存在。 ⑥近圆形，近圆形可以分布在45°线或加速区、减速区的任何位置。因窦性心律变异性的存在，通常心电吸引子都是有明确矢量方向的图形（有长短轴），而不是矢量方向不明确的近圆形。所以近圆形可以反映HRV的改变，或反映形成近圆形的心律不是窦性心律（没有窦性HRV的特点）。 ⑦不规则形，心电散点图中的每个子图都是一个心电吸引子，应具有边缘光滑虚疏的特点。不规则形的散点集落边缘失去光滑虚疏的特点，所以不规则形的散点集落可能不是同一个吸引子，而是由不同的吸引子重又叠而成，反映心律起源点是一个以上。 ⑧疏散形或弥散形，在严重心脏疾病患者的心电散点图或记录不良的心电散点图上，经常见到疏散成聚的散点集落，或弥散的散点分布。反映心脏有多个异位起搏点控制心室，或由记录噪音干扰形成。 图形斜率：图形斜率是指心电散点图中分布在45°线、加速区、减速区的线状（带状）图形的长轴斜率（Y/X）。长期的观察发现，不同起源的心律其图形长轴的斜率具有不同的集中趋势。在心律失常的线状(带状)图形中，由早搏前点形成的B图长轴——B线的斜率，在大多数室上性早搏与室性早搏之间有不同趋势，室内差异性传导（差传）与室性早搏之间也有不同趋势；房颤扇形边缘形成的线状图形在单纯房颤与房颤伴预激传导的病例之间也有不同表现。室上性早搏B线斜率靠近0.5，代表房室结功能不应期的房颤边缘靠近0.26，室性早搏B线斜率趋向零。 2．临床常见心律失常的诊断模型（图11）
图11.常见心律失常诊断模型 2.逻辑推理法 根据不同心律失常RR间期变化规律和心电散点图作图原理，可直接解读一部分心电散点图信息。对于分布在45°线上的稳态吸引子图形，可以确认心律为同一起源，根据其分布位置（远端或近端）及形态，可以初步推测其RR间期所提示的心律起源，如正常窦性心律的心率变化范围多在60-100次/分，室性及室上性心动过速的心率多在120次/分以上，而逸搏心律的心率多在50次/分以下；正常窦性心律的图形呈棒球拍形，而异位心律的图形多为紧致的非棒球拍形。再结合动态心电图对照，最后确定心律起源点。 对脱离45°线的非稳态吸引子图形，根据其位置（加速区或减速区）初步了解是阻滞还是早搏。位于快加速与快减速区的图形反映存在早搏性心律失常，位于慢加速与慢减速区的图形反映存在缓慢性心律失常，如传导阻滞。再与实时心电图对照确认诊断。3 对包含丰富电生理信息的房颤图形，采用逻辑推理，可根据其独有的扇形图形快速确诊，并与其他快速性室上性心律失常的紊乱性心律相鉴别。根据逻辑推理，对房颤伴宽QRS波的起源进行诊断（见第十四章）。3 3.吸引子分析法3 我们的临床观察提示，同一个吸引子的心搏是同一起源，不同吸引子的心搏起源点不同。在分析复杂或难以鉴别的心律失常时常用到吸引子判断法。根据吸引子内部致密，边缘光滑虚疏的几何图形特征，判断同一个散点集落中的散点是否来源于同一个吸引子。如果是同一个吸引子，则这个散点集落的外缘光滑虚疏，说明为同一起源；如果不是同一个吸引子，则这个散点集落的外缘失去光滑虚疏的特征，说明是不同吸引子重叠在一起的散点集落，由不同起源的心律形成。 4.逆向回放法 运用系统中的逆向回放技术，经诊断模型、逻辑推理、吸引子判断方法大致诊断后，回放动态心电图中的实时心电图进行对照和确认，做出最终的诊断报告。 （五）其他 由于心电散点图是全心搏RR间期的真实写照，表现出明显的个体差，尤如指纹和面容都具有唯一性，在不同个体之间不能完全重复。因此指标的量化无法千篇一律，而是要以“同身测量”为原则进行判断。 心电散点图的诊断模型是对临床常见心律失常的几何图形表述，对于初学者不失为简单快速入门的方法。但由于心律失常千变万化，尤其是复合型、复杂性心律失常时，常表现不同心律失常模型的复合图形，当不同心律失常相互影响引起RR序列发生变化时，心电散点图也会随之变化，因此，临床实际应用中，需综合运用诊断模型、逻辑推理、吸引子分析和对照实时心电图波形进行诊断。3
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