[摘要]目的设计并测试心电三维RR间期散点图软件构建的图形及识别。方法在Matlab开发平台设计三维心电散点图可视化程序，并实现自动识别吸引子功能。实验数据源于24h动态心电图系统导出的3例RR间期序列，其中1例正常人和2例复杂心律失常患者。结果程序在Windows7操作系统的个人电脑上运行稳健顺畅，对3例RR间期序列均自动辨认出数目不同的吸引子，通过选择不同观察角度，可清晰显示出轮廓光滑完整、各自独立的吸引子。结论心电三维RR间期散点图有利于计算机和视觉辨认吸引子，或许为复杂心律失常的智能辅助诊断提供了新的解决途径。
[关键词]心电图学；心电散点图；吸引子；三维；心律失常；计算机辅助诊断
心电散点图已成为运用非线性混沌理论研究生命科学的代表性方法，吸引子用于表征系统特征的相空间结构，对区分心搏起源有重要意义[1].复杂心律失常时多个心律起源交替活动，心电散点图的子图呈多分布图形，往往存在部分重叠甚至难以辨别，影响心律失常的分析。三维散点图可提供更多的信息，但现有的商业动态心电图系统并不提供此应用，更没有吸引子自动识别功能，笔者试图解决此问题。
1资料与方法
1.1开发及运行平台软件设计使用Matlab R2013a,开发及运行平台均为Windows7操作系统个人计算机。
1.2数据来源从DMS动态心电图（Holter）分析系统导出的3例接受检查者24h RR间期数据，RR间期数约10万次。DMS系统的采样频率为128Hz.
1.3程序实现方法在二维散点图的基础上，增加第三个RR间期代表的Z轴形成三维坐标系，即以第n、n+1和n+2个RR间期分别作为三维坐标系中的X轴、Y轴和Z轴坐标描记散点，并使用迭代算法对所有RR间期序列进行描记形成三维散点图。利用最近邻接点迭代搜索算法，找出各自独立的吸引子，并以不同的色彩进行标记。最近邻接点定义为3维空间中的2点间的距离小于50ms.如果搜索结果子图区域过多，则隐藏X轴、Y轴和Z轴均小于40ms的零碎区域。
2结果
2.1 图1 1例健康人的三维散点图。女，49岁，Holter检查发现窦性心律，1次室性早搏（简称室早），2次房性早搏（简称房早），心搏数97456次。旋转坐标系从不同角度观察三维散点图确实如“棒球 拍 状”,仅1个 吸 引 子。XOY平 面 或YOZ平面平行投影即为常见的二维心电散点图。假设三维坐标系中某点的坐标为[X,Y,Z],从坐标点[2000,2000,2000]向[0,0,0]观察（观察角度XOY平面方位角+135°，在XOY平面上俯角+35.3°），且Z轴向上，其平行投影转置成屏幕坐标是：X′=Y-X2;Y′=2×Z-X-Y6;因此与差值散点图X′=Y-X,Y′=Z-Y有较大的相似性，如图1B.
2.2 图2 1例26岁女性患者三维散点图。Holter为窦性心律，单发室早11922次，部分呈二联律26阵及三联律128阵，部分呈插入性室早，心搏数101101次。XOY平面平行投影成常规二维心电散点图表现出多分布子图，多个子图形态不规则且相互重叠，不符合吸引子特征。旋转三维散点图显示出以不同色彩标记的各个散点密集区域间相互独立，能清晰分辨出二维散点图上重叠区域是由2~3个子 区 域 构成，边 界 光 滑，符 合 吸 引 子 特 征。从 坐 标 点[2000,2000,2000]向[0,0,0]观察，且Z轴向上，在屏幕上的平行投影类似二维差值散点图，如图2B.
2.3 图3 1例61岁男性患者三维散点图。Holter为窦性心律，单发房早31232次、成对房早1410次及短阵房性心动过速，部分房早呈二联律1404阵 和 三 联 律186阵，部 分房早未下传，5次单发室早，另约600次房早未下传，心搏数105111次。二维RR间期散点图及差值散点图均呈多分布图形（图4A、B），多个子图互相融合不能辨别。对重复频次≤2次的散点滤除后，仍有部分区域相互重叠难以 辨 别（图4C、D）。建立三维散点图，共搜索到8239个子区域，隐藏零碎区域后显示出23个子区域，其XY平面平行投影基本与过滤后的二维散点图一致。从坐标点[2000,2000,2000]向[0,0,0]观察，且Z轴向上，在屏幕上的平行投影类似二维差值散点图，如图3B.
3讨论
心电散点图的本质是用RR间期虚拟的相空间，虽然现在临床常用的是二维散点图，但也可虚拟成三维乃至高维。维度越高，心电散点图所提供的信息就越多，对非线性系统本质的揭示就越接近真实。当同一起源的心搏达到一定的量后，描记的散点图图像清晰而稳定，图形特征不再因数据量的增加而改变[1].成人24h动态心电图记录的心搏数约10万次，各类心律失常往往重复出现，数据量能满足分析要求。
散点图的图形特征就是所要提取的心脏电活动的非线性规律，用吸引子来表征，是系统演化过程的终极状态，具有终极、稳定和吸引的特性，具有不可分割性，不同系统的吸引子不能相互融合成一个吸引子。如果心脏活动只有1个节律点，其RR间期序列描记出的心电散点图呈单一分布图形（如窦性心律不齐24h动态心电图记录的RR间期序列的散点图呈“棒球拍形”）；如果有多个心律起源交替活动时，其散点图中有多个子图分布呈多分布图形，这些图形可以相互远离或部分重叠。临床已证实不同心律失常形成的吸引子数目、分布位置及形态均有所不同，以此作为判断心搏起源的·654·心电三维RR间期散点图的构建及识别重要指标，也为从宏观角度快速分析心律失常提供重要的解决途径，并揭示出一些未被其它方法发现的心脏电生理活动规律[1-2].
复杂心律失常时，多个心律起源点相互干扰、并受冲动传导途径的电生理特性影响，散点图中多分布子图往往存在部分重叠甚至难以辨别，而且心电图QRS波群形态多变，影响心律失常的分析。此时往往需要三维甚至更高维度的散点图提供更多的信息。本研究使用3个相邻RR间期对应于三维坐标系X轴、Y轴和Z轴在三维空间中描记散点，利用计算机软件自动搜索出各自独立的吸引子，并以不同的色彩进行标记实现了区分不同吸引子的目的。作者通过反复试验，摸索出最近邻接点以空间距离小于50 ms为宜，隐藏X轴、Y轴和Z轴均小于40 ms的零碎区域，类似于二维散点图对重复频次≤2次的散点滤除后的效果，这些散点往往是动态心电图记录过程中的伪差产生，滤除后并不影响心律失常的分析。同时，因为二维差值散点图中的每一个散点利用了相邻3个RR间期的差值，图形类似于三维散点图从坐标点[2000,2000,2000]向[0,0,0]观察且Z轴向上在屏幕上的平行投影效果，所以差值散点图往往更有利于分析复杂心律失常[2-3].
三维散点图能区分不同吸引子的数学基础是很明显的，以本报道的第1例24h动 态 心 电 图 为 例，其RR间 期 数 为97456次，RR间 期 重 复 频 次 最 高 的 是2519次（2.58%）。以此推算，2个RR间 期 完 全 相 同 的 概 率<0.07% （约65次），3个RR间期完全相同的概率<0.002%,即24h连续3个RR间期完全相同的可能性小于2次，因此3维散点图足以区分不同的吸引子。其生理基础是不同起源点心律有不同的频率范围，与电传导通路一起受植物神经系统等因素调节，表现出不同的联律间期、代偿间歇和传导阻滞特征[4],三维散点图利用了更多的RR间期差异特征，使得不同起搏点的总体特征得以体现并能够进行区分。以单发性早搏为例，24h房性早搏和室性早搏联律间期往往有部分重叠，早搏前的2个正常心搏的RR间期往往受迷走神经的兴奋性影响大小各异，即使该RR间期也相同，早搏后的代偿间歇势必有所区别。因此三维散点图能较二维散点图更好的辨别吸引子，并在本实验中得到了证实。同时，也证实了吸引子各自独立、不互相融合的特征。
本研究的意义在于使用三维心电散点图清晰辨别出了复杂心律失常时在二维心电散点图中相互重叠的吸引子，并使用计算机进行自动识别，更重要的是可能为智能辅助诊断复杂心律失常提供了新的解决途径。
参考文献
1李方洁。心电散点图的重要概念、名词术语及其内涵[J].实用心电学杂志，2015,（03）：153
2陆宏伟，吕秀云，王春芳，等。基于rdr新型散点图心率变异性研究[J].生物医学工程学杂志，2014,（04）：747
3景永明，向晋涛。差值散点图形成的解析几何数字原理及应用[J].中国心脏起搏与心电生理杂志，2013,27（2）：95
4向晋涛，李方洁，郭成军。心律的整体观：认识和解读RR间期散点图[J].中国心脏起搏与心电生理杂志，2011,25（1）
