| 心电图、心向量图和立体心电图的检测评价 |
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来自:中国医疗设备网 时间:2005-6-7 |
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心电图(ECG)、心向量图(VCG)和立体心电图(3D-ECG)，三者本质相同，都是从体表描记出的心脏生物电活动。只是由于导联体系不同、方法不同，使得对
同一物体从时、空域观察的角度不同，结果亦大不相同。即: 随三者的导联体系、理论基础、技术手段和临床应用的发展阶段不同，使其检测的方法、指标、意义和结果存在着明显的差别。提出这些差别，将有助于对三者的进一步理解、贯通，建立起三维心电的发展观; 有助于筛选出全面、准确、细致、精练、实用和唯一的检测指标。有助于进一步提高心电学诊断。
采用数学中维数论或几何学原理，可将心电图归类到一维空间即线性方式表达，谓之“一维心电图(1D-ECG)”，将心向量图归类到二维空间即平面方式表达，谓之“二维心电图(2D-ECG)”，将立体心电图归类到三维空间即立体空间方式表达，谓之“三维心电图(3D-ECG)”。三者的关系是将客观存在的立体空间向量环投影在额、横、侧三个平面后，形成平面VCG(一次简化)，又在其中的额、横两个平面环体上投影若干条轴线，形成ECG(再次简化)。黄宛曾指出所谓“单极”与“双极”导联没有什么差别，都是综合心电向量在某一个导联轴上的两次投影形成的ECG。换言之，三种描记方法都是对同一物体进行的三种不同方式的表达。
一 ECG
传统心电图发明至今已百年余，可谓“既熟悉又陌生”。前者是指简便、广为普及，是在一维线性表达基础上建立起的一套理论体系，如: Einthoven-Goldberge-Wilson导联体系、容积导体、电偶学说、细胞跨膜电位、合体细胞、单个心肌细胞的跨膜电位变化视同整体心肌的动作电位、心肌电活动紊乱是以心肌细胞性质改变为基础等。当前，临床上又提倡12导联ECG的同步描记，认为导联数目越多、指标越多、准确性就越高。
“陌生”是基于对ECG所形成的机理、作用、意义、利弊以及今后的发展并没有被深刻的认识。没有认识到ECG的优势只在于一维线性描记，即对时间域的表达十分突出，主要用于长时间连续描记多周期的心跳，观察其频率和节律。通过分析各波形先后出现的时间，反推心脏激动过程中传导时序的关系，实质上还是侧重于对传导束的研究。相较之下仍然不及创伤性电生理检查术对传导路途中各“站、点”的描记更为直接。
人们对ECG的观察指标主要体现在三个方面: 时间、振幅和形态。由于各个导联轴线是对平面VCG环体从有限几个角度的再次“切割”，所以也只能反映出在该导联轴线上相对应的正负两点间的时间、振幅(电位差值)和波形变化。由此，从各导联轴上制定出的常见检测指标亦多达上百种，其中绝大多数是多导联重复性的指标，不仅十分繁琐，而且心房、心室肌除/复极时，唯一真正准确的时间和振幅是多少并不知道; 各波形的形态变异也难以解释清楚。
如: P波时间，在12导ECG中人为地将其范围扩大到0~0.11; P波振幅范围在0~0.25mV; P波形态的改变更是千变万化，让人难以掌握其规律，这当中包括了人体差异、人为因素、电极位置、生理性干扰、病理性异常、传导束的起搏传导、心肌的反应扩布(心肌各向异性)、心室肌负极肌性传导束的假说、环体的转向、形态、方位、时间、振幅、角度，神经体液等因素的影响。表现为单/双峰或双向，双向中又分出先正后负及先负后正等。再具体到P、QRS、T、U波形的大小、宽窄、重叠、融合、粗钝和切迹等等，致使其真正的形成机理、唯一而准确的检测指标和各波形内在的特征等，在一维线性的平台中是根本不可能说情楚的。
U波: 至今难以深入研究。
Ta向量: 从ECG中看不出。
ST向量: 机理、方向、夹角、相互关系的探讨难以再深入。
T波: 代表心室肌的复极过程，是主动转运机制，理论上应该更能说明心肌病/生理变化的早期状况，心电学改变早于解剖形态学的改变也早已得到证实，这对于临床早期诊断、预防和治疗原本十分有益，但受到一维表达的局限性致使许多影响因素难以进一步被排除，特殊性体现不出来，结果只能认为特异性不高临床意义不大。
方位: 是通过额面的六轴系统定位上下左右，但因轴间夹角均为30°，使得未被偷摄（切割）到的总面积偏大，盲区增大，仅仅是粗略定位; 通过横面定前后，由于胸前导联(V1~V6)多数放置在胸阔的左心前区，并投射到胸阔的右后区域(负值)，覆盖面积仅达230°、盲区面积为130°。有人认为通过ECG的上下、左右、前后描记就能表达出空间方位，此说法不准确，因为不同时具备长、宽、高的描记就不构成立体，即使轴线再多仍为线性。理念上要么纯属线性，要么就靠在两次投影上，后者应该更科学更系统，因为心脏是立体结构，业内人士也公认ECG由VCG所产生，假如否认了VCG那么ECG又从何谈起呢？何况立体的心电环体实质上是由传导束和心肌电/化学扩布所构成，二者的理化性质截然不相同，绝非传导束与合体细胞的简单关系。临床上曾采用的两条电极导联体系被认为对所谓“右室心梗”的诊断有意义，实际上这只是将探查电极放置在胸廓右前区的“盲区”而已; 采用几十根电极放置方法，从某种意义上讲是缩小了“盲区”范围，但是，二者都受到错误的“心电位”概念的影响，即某个导联电极面向某处心肌并反应出该局部心肌的心电改变。同时，众多的导联轴线并不能反映出心肌电/化学扩布的特点(心肌各向异性)。
平均心电轴: 是用来检测振幅的角度和长度，采用Ⅰ、Ⅲ导联的R波面积或振幅的差值来说明左偏或右偏，也是利用了心电向量原理作出大致上的简单量化，并不精确。
Q-T间期离散度: 作为个体观察在同一导联上做比较，原理上能说通。但作为群体观察，最大/最小比值不仅因人而异变化大，而且两个导联的“视角”本身就不全面不准确，且数值可变性大，标准不严谨，所以根本就不具备可比性。然而，同一导联上的细微变化通过目测观察其准确性又如何呢？在不清楚挫折、切迹、钝挫等现象产生的机理是什么，何为生理性及/或病理性，就笼统地做出高频处理，意义何在呢？
总之，一维空间性质(平台)，决定了ECG在时间域(时序性)表达的优越性，可以观察连续心跳的频率和节律，简单、便于普及。但是，由ECG描记出每个心跳周期的时间、振幅，尤其形态是不可能比平面和立体空间中所能够体现出那么全面、直观、细致和准确。相反，导联越多，时间、振幅和形态的变化越多，指标越繁复，假说越多，反而越不准确。
二 VCG
心向量图的发展已经历半个多世纪。在先后设计出的30余种导联体系中，Frank校正导联体系(1956年)被认为设计合理、使用方便、能说明ECG产生的原理而被国内外广泛认同和采用。其原理是将X轴(横轴)、Y轴(竖轴)和Z轴(前后轴)垂直相交后构成了三维立体空间，称为“立体心向量图”。但是，受限于当时的科技发展水平，认为根本不可能实现由理论设计的、能肉眼直观的立体心向量环体，至今仍采用三个平面环体来量化表述。故应确切地称之为“二维心向量图或平面心向量图”，以区别理论上的“立体心向量图”和实际中的立体心电图概念。
原理上VCG较之ECG表达各种波形更有优势，是二维空间对一维空间的原版展开，使之看问题的角度更多一些、全面些，观察细一些、客观些。然而，受传统理念和技术方法的影响，一则多注重于对VCG平面环体的“方位和转向”描述; 二则临床证实了VCG优于ECG的四种诊断: 预激综合征、束枝传导阻滞、房室肥厚和心肌梗死。这实际上是与二维平面表达方式和心肌电/化学扩布有着直接的关系，只是未意识到而已; 三则在实际工作中，VCG不能连续描记多周期心跳，如心律失常时无法同ECG相比，且操作繁复、普及受限等原因反而被认为意义不大。最终，受关注的程度到达了“低谷”。以后不少相关仪器可以连续描记多周期心跳，谓之“时间心向量图”(Timed VectorCardio-Gram，T-VCG)。但由于缺乏对心肌结构与功能的认识，缺乏对瞬时间域(时标或泪点)的认识，采用的技术和方法不当等等，亦未给临床带来更多的实效。对于T-VCG，因为有了时间概念可以连续描记，故可称之为2D-ECG。
平面VCG对波形的表达要优于简单、线性的ECG。但三个平面环体中各自的定性、定量指标亦不少于几十种，如形态、方位、转向、时间、瞬间、振幅、面积、角度和比值等也较重复，也存在着视角盲区、泪点重叠，如左/右侧面之争、初始/终末泪点密集等问题，仍然不够客观、全面和指标唯一。
三 3D-ECG
立体心电图仪问世已十余年(1989)。立体心电图定义为采用Frank校正导联体系，通过方法学改进，从时、空域全方位全角度同步观察、描记心脏三维心电活动图。即从时间域、空间域、瞬时间域和瞬时空域，同步描记并显示出正交心电图、派生心电图、时间/变向时间/连续/分解心向量图和随意旋转的、可视全方位角度的三维心电环体。
当前基础医学研究进展有不少实质性突破。将以往、现代相关的研究成果和临床实验予以提取、分析、整合后，给人深刻的启发和思考，如: 人的浦氏纤维网只分布在心内膜下浅表层<2mm (图1); 浦氏纤维与心肌纤维数量之比为1∶数千; Katz指出: 心室肌位于心内外膜之间，是由许多肌束片层重叠构成“球螺旋”肌和“窦螺旋”肌; Streeter等通过显微镜照像证实，心室肌内、中、外三层肌纤维排列角度不同; 解剖学证实内层心肌纤维走向呈现向四周放散状，中层呈环形状，外层心肌纤维是心尖→心底轴呈辐辏状平行排列(图2); Sodi-Pallares和Durrer等对心室肌除极扩布次序进行过标测(图2); 心肌各向异性学说和计算机仿真实验证实: 心肌并非一个合体细胞; 动作电位0相大小、曲线形态不因传导距离和方向而改变; 心肌电活动紊乱也并非只以心肌细胞改变为基础等。得出了在临床上，心脏生物电活动的产生主要来自四个方面，即: 细胞膜电位、传导束、心肌各向异性和影响因素(神经体液)的理念。
三维空间(平台)的建立和对原有方法学改进后，使视角更全面、观察更细致、指标更精练，数据更准确。临床上同1D、2D平台检测相较有以下几方面的意义：
(1)空间测量的指标应该是唯一、准确和精练的，如P波(环)的时间、振幅、角度、转向、方位、夹角、比值、体积等只能有一个。
(2)全方位角度旋转的立体环消除了ECG、VCG的盲区和重叠部分;
(3)各波形的变化在1D平台中，被视为难以诊断和鉴别诊断的现象(如: 异位激动点空间定位、传导/扩布径路判断、各种宽/窄QRS波群、室上/室性过速、传导束/副束合并各种病因引发的心肌病变等等)，在2D、3D平台中则视图完整、细致、特点突出，机理清晰，临床诊断及鉴别反而简单、快捷，方便一目了然(图3)。
(4)增加了有用的新指标。同时，以往被认为无法表现出来的、特异性不高、临床意义不大的波形如Ta向量(图4)、ST-T、U波等清晰可见，便于进一步观察研究。
(5)传导束的“起搏传导过程”与心肌的“反应扩布过程”，二者的理化特性及作用方式截然不同。尤其后者，非传统ECG和创伤性电生理所能取代的。同时亦为传统创伤与无创伤性检查提供了一个共同的新领域，新方法、新手段和新课题。
(6)简言之，1D-ECG的优势在于单/多个心跳周期的时序性，2D/3D-ECG的优势在于波形变化的认知上，三者应视为互补。创伤性检查也将随之发挥出更大作用。
(7)丰富心电学理论; 纠正以往错误理念，进一步提高了心电学诊断和鉴别诊断的敏感性、特异性、准确性和实用性。
综上所述: 任何物体皆有时、空性，只强调其中之一则片面、不完整、不系统。以维数论贯通1D、2D和3D-ECG的三者关系后，可以看出: 1D-ECG优势在于心跳的时序性，2D、3D-ECG优势在于波形的认知上，故应视三者为互补。三维方法的时实同步描记对今后心电学的发展颇为有益，如: 由一维线性观察→三维空间心肌电/化学扩布领域; 四位一体观察心脏的细胞、心肌、传导束和影响因素的生物电活动; 精练临床检测指标，进一步提高心电学诊断; 最终实现三维可视化诊断心脏的结构与功能。
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