心電向量臨床應用及研究新進展

蔣智善 綜述　范詠梅　肖春霞 審校

410000 湖南 長沙，南華大學附屬馬王堆醫院功能科(蔣智善)；湖南省人民醫院馬王堆院區功能科(范詠梅，肖春霞)

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心電向量臨床應用及研究新進展

蔣智善 綜述范詠梅肖春霞 審校

410000 湖南 長沙，南華大學附屬馬王堆醫院功能科(蔣智善)；湖南省人民醫院馬王堆院區功能科(范詠梅，肖春霞)

[摘要]自20世紀20年代常規心電圖進入中國并在臨床應用以來，心電圖在中國已發展了近百年。心電向量是心電圖的基礎，直到1970年左右才進入中國并應用于臨床。隨著計算機技術的發展和大規模集成電路的廣泛應用，心電圖和心電向量檢查設備越來越輕型化、小型化，功能也日趨多樣化。1989年，立體心電圖儀推出，其通過一次采集即可獲得12導聯心電圖和心電向量圖，在心律失常、心肌病等疾病的診斷方面得到應用。本文就心電向量近年來在理論研究與臨床應用方面的新進展進行綜述。

[關鍵詞]心電向量；心肌缺血；心室肥厚；空間QRS-T夾角

1920年Mann[1]首次提出“monocardiogram”，這其實就是最早的“心電向量”的概念。1956年Frank[2]提出新的正交導聯體系。隨著理論研究成果的不斷豐富，心電向量開始應用于臨床。計算機技術的發展使心電向量的記錄手段從早期相機拍照、直接熱筆描記，逐步過渡到高性能計算機分析，心電向量的臨床應用范圍也得以大大擴展。作為心電圖的基礎，心電向量能為廣大臨床工作者理解心電圖形成原理、解決常規心電圖難以解決的復雜的診斷問題提供幫助。本文就近年來心電向量的理論研究和臨床應用進展進行綜述。

1心電向量的理論進展

自1920年Mann提出了“monocardiogram”的概念后，Wilson等[3]于1938年提出了“心電向量”這個概念，并指出心電向量是反映心臟產生的具有方向和振幅的電動勢。1956年，Frank提出新的正交導聯體系。此后，新的直描式心電向量圖儀問世，心電向量的理論研究水平飛速發展，提出了容積導體學說、瞬間心電向量環“二次投影”學說(認為心電圖是心電向量環在時間軸上的二次投影[4])等新理論。而這些理論探討在一定程度上又推動了心電向量的臨床應用。2009年，有研究者提出四維心電向量理論[5]，該理論認為：在心臟激動的每一瞬間，都有無數心肌細胞在同時激動，每個心肌細胞激動所產生的電勢都可以用一個向量來表示其特定的電活動信息，所有心肌細胞的綜合電活動狀態等于所有單個細胞的向量之和，其形成一個綜合向量，這就是“瞬間綜合向量”。這種瞬間綜合向量具有時間特異性和空間特異性。景永明等[6]認為：空間心電向量環可以投影到12導聯心電圖代表不同方位的不同導聯軸上，心電圖是心電向量環在投影軸上的投影再乘以投影軸的長度，所以不同導聯軸之間的向量是可以通過數學公式任意轉換得到的，并可以由已知導聯推導出其余導聯。

2心電向量的臨床應用

2.1在心肌缺血檢測中的作用

心肌缺血的無創檢測方法包括常規12導聯心電圖、平板運動試驗、動態心電圖、核素心肌斷層顯像等。在心電圖中，主要是通過觀察J點后相應ST段的壓低或抬高以及T波倒置對心肌缺血進行檢測，但這種ST-T改變易受一過性心肌缺血、藥物、電解質紊亂等多種因素的影響[7]。既往多項研究發現，心電圖對ST段的變化要比心電向量敏感，而心電向量對T波改變的敏感性要高于心電圖[8]。Lingman等[9]對57例初發ST段抬高型急性前壁心肌梗死患者進行研究，探討急性心肌缺血-再灌注對心室除極和復極的影響。從胸痛癥狀出現(<4 h)到入院24 h連續監測三維心電向量，觀察入院時、術中ST向量振幅最大值時、術后ST向量振幅恢復到最小值時及隨后ST段恢復穩定時的心室除極指標(QRS電軸、QRS時限)和復極指標(T環平均電軸、T向量環扭曲度)。研究發現：T環平均電軸在ST向量振幅最大值時較振幅最小值時(118 μVvs. 41 μV，P<0.000 1)增大了近3倍；T向量環扭曲度(Tavplan)在ST向量振幅最大值時較振幅最小值時(0.91 μVvs. 0.48 μV，P<0.000 1)增加了近90%；而QRS電軸及QRS時限各增加了12%和10%。這表明急性心肌缺血-再灌注主要對心室復極產生影響。

Correa等[10]比較并分析了52例健康成人(健康組)與80例血管成形術患者(觀察組)的心電向量：ST向量振幅(ST-vector magnitude，STVM)和QRS環特征參數——QRS環最大向量振幅、容積、面積、周長、面積與周長之比，尋找心肌缺血的高敏感指標。研究結果顯示：兩組QRS環各項特征參數比較，差異均有統計學意義(P<0.01)，其中QRS環容積檢測心肌缺血的敏感性和特異性最高，分別為64.5%和74.6%。QRS環特征參數聯合STVM檢測心肌缺血的敏感性和特異性可上升至88.5%和92.1%。綜上所述，心電向量在心肌缺血診斷中有重要的臨床價值。

Dehnavi等[11]以運動試驗陽性作為心肌缺血的評判標準，選取60例可疑心肌缺血患者和10例健康成人，對既往的22種心肌缺血的心電向量特征參數進行研究，計算并比較心電圖和心電向量對心肌缺血的敏感性(60%vs.70%)、特異性(70%vs. 86%)、陰性預測值(89.7%vs.93.5%)、陽性預測值(28.6%vs.50%)、假陰性率(40%vs.30%)和假陽性率(30%vs.14%)，均提示心電向量在檢測心肌缺血方面比心電圖更優越(P<0.01)。此外，心電向量與平板運動試驗診斷結果有良好的一致性(90%)，提示當心電圖無法確診心肌缺血時，均可通過心電向量加以鑒別診斷。

心電向量還可應用于監測術中心肌缺血。Janousek等[12]通過分析7例兔心臟人工心肌缺血模型后發現，心肌缺血可改變心肌的除極和復極向量。通過觀察心電向量的最大振幅、仰角和方向的改變，可監測到這種由缺血引起的心電向量改變。Correa等[13]監測80例行經皮冠狀動脈腔內血管成形術(percutaneous transluminal coronary angioplasty，PTCA)患者術前、術中及術后心電向量QRS環的動態變化，比較并分析最大除極向量、QRS環容積、單個QRS波的QRS環面積、心電向量環中心到心電向量環的最遠距離、最優平面與XY平面相交的角度、心電向量環周長和面積之比等參數，結果顯示：術中與術前、術中與術后在上述心電參數之間比較，差異均有統計學意義(P<0.05)。

2.2不典型心肌梗死的診斷

2.2.1不典型心肌梗死的診斷不典型心肌梗死主要包括：梗死面積過小(梗死面積<左室心肌面積的3%)、特殊部位心肌梗死[14](例如左回旋支閉塞引起的心梗、單純后壁心梗、右室心梗等)、一過性缺血性改變、“靜寂”區心肌梗死，以及急性心肌梗死合并心室激動順序異常等。周國麗等[15]以64排螺旋CT探測到的心肌瘢痕為標準，對比心電圖與心電向量診斷不典型心肌梗死的準確率，結果發現：心電圖和心電向量的敏感性分別為58.0%和87.5 %、特異性分別為48.5 %和75.8 %、陽性預測值分別為82.3%和93.7%、陰性預測值分別為21.9%和59.5%，心電向量的診斷準確率高于心電圖。

QRS環中部及終末部的蝕缺代表小范圍的心肌梗死或心肌瘢痕，心電圖對小范圍心肌梗死的檢出率較低[16]。由于立體心電向量圖上的蝕缺可通過心電向量環空間曲線的曲率和撓率來量化，因此可用于檢測小范圍的心肌梗死。周玲等[17]利用立體心電向量圖對23例小灶性心肌梗死(small areas myocardial infarction，SAMI)患者(SAMI組)和53例健康人(正常組)進行了研究，發現SAMI組心電向量陽性率可達100%，而正常組僅2%。

2.2.2提高局部心肌瘢痕的檢出率碎裂QRS波(fragmented QRS,fQRS)是2006年Das等[18]提出的無創性心電學指標，近年來備受關注。對于心肌梗死的診斷，fQRS比病理性Q波具有更高的敏感性[19]。fQRS代表了心室激動方向的快速和突然改變，與相應部位的心肌瘢痕有關，其在心電向量圖上表現為QRS環的突然轉向或折疊。從病理生理學角度來看，心肌梗死后瘢痕被認為是室性心律失常的基質。Sedaghat等[20]選取了81例健康成人和8例心肌梗死后并發持續性單形性室性心動過速(sustained monomorphic ventricular tachycardia, SMVT)患者為研究對象，8例患者的SMVT在隨后的射頻消融術中均被證實由心肌瘢痕引起。與健康組相比，這8例患者在竇性心律時的QRS環平面指數顯著降低[(0.88±0.10)vs. (0.63±0.22)，P=0.014]，二面角變異性顯著增加[中值IQR：542(343～773)vs.897(575～1 450)，P=0.029]；相鄰二面角差值的均方根(rMSSD)顯著增大[(35.1±13.1)vs.(47.7±12.7)，P=0.027]。綜上所述，局部心肌瘢痕在心電向量圖上表現為QRS環的突然轉向或折疊，而在8例SMVT患者心電向量圖上這種突然轉向和折疊在十二導聯心電圖上只有31%被探測到，表現為fQRS。由此可見，心電向量往往能揭示一些在12導聯心電圖中被掩蓋的重要信息，從而提高局部心肌瘢痕的檢出率。

2.3不典型預激綜合征的診斷

對于某些不典型預激綜合征的鑒別診斷，心電向量圖往往優于心電圖。例如：在馬海姆氏預激時，因馬海姆氏纖維起于房室結或房室束的不同水平，房室結下傳的激動在房室結嵴部正常傳導，傳導時間也多為正常，起始部可伴或無δ波，從而致使馬海姆氏預激與束支阻滯難以區分。陳有昌[21]認為：心電向量圖上起始部傳導延緩提示預激結合終末部及中部延緩提示束支阻滯，可以很好地區分馬海姆氏預激和束支阻滯。δ波是激動通過旁路傳入心室，提早引起心室肌緩慢除極的表現，是心電圖診斷顯性心室預激的重要指標。然而，當一些不典型的心室預激經旁路下傳時間等于或略慢于正路時，PR間期可正常，無δ波，此時稱之為不完全潛在性預激綜合征。陳陽[22]選取了30例單旁路顯性預激綜合征并接受射頻消融術的患者，分別采集術前、術后立體心電圖及常規心電圖，并計算立體心電圖及常規心電圖術前初始向量與術后終末向量的符合率和一致性。符合的判斷標準：術前初始向量及術后終末向量均存在，一致的判斷標準：術前初始向量及術后終末向量方向一致。結果顯示：與常規心電圖比較，立體心電圖有較高的符合率(74.4%vs. 91.7%，P<0.01)和一致性(0.559vs. 0.846，P<0.01)。綜上所述，終末向量的改變與旁路的位置有關；在預激波不明顯的心室預激中，觀察立體心電圖終末向量的改變能為旁路位置提供線索。

2.4對寬QRS波心動過速的鑒別診斷

心電圖上QRS總時限≥120 ms、心率≥100次/min心動過速被稱為寬QRS波心動過速，對其做出快速準確的鑒別診斷具有重要意義[23]。心電圖診斷方法主要有Brugada四步法、Steruer三步法、Vereckei四步法及aVR單導聯鑒別法[24]。2010年，Pava等[25]提出依據Ⅱ導聯R波峰值時限(RWPT)是否≥50 ms來判定，其ROC曲線下面積為0.97(95%CI0.95～0.99)，特異性和敏感性可達99%和93%；但上述標準易受藥物、電解質紊亂、旁路下傳等因素的影響，仍需進一步驗證。此外，以上方法均不適用于束支折返性心動過速、分支型室性心動過速或房室旁路性心動過速、部分室內差異性傳導等的診斷。

心電向量圖通過觀察QRS環的起始向量運行時限、終末向量改變、T向量與QRS環的關系，以及心肌梗死或束支阻滯典型的心電向量改變，在鑒別室上性心動過速合并差異性傳導或合并束支阻滯方面比心電圖更優越[26]。陳有昌等[27]通過對比寬QRS波心電向量和心電圖特征發現：室上性心動過速合并功能性或固有束支阻滯時，激動在房室結嵴部是沿正常傳導路徑下傳的，起始0.04 s向量與正常心電向量一致；后40 ms部分受束支阻滯的影響，中晚期光點密集、間距小，呈現出單側束支或分支阻滯QRS環向量特征改變。而室性心動過速的激動源于心室異常起源點，起始部分光點較正常QRS環相對緩慢、光點密集[但程度比預激綜合征小，時限短(<30 ms)]，在侵入希氏束-蒲肯野纖維系統(希氏-蒲氏系統)后速度加快，此時QRS環光點稀疏。逆傳型房室折返性心動過速早期的QRS環向量具有δ向量的特征，但時限延長(>30 ms)，在侵入希氏-蒲氏系統后速度加快，后半部分與室速的QRS環回心支淚點相似，甚至與正常人的QRS環歸心支相似。但這些理論仍有待大規模臨床試驗的驗證。

2.5對心肌梗死犯罪血管的定位

冠脈造影因其能客觀、準確地對病變的血管部位、范圍作出明確判斷而被稱為冠心病診斷的“金標準”。然而，冠脈造影屬于有創檢查、設備昂貴，在一般基層醫院難以開展。以心電圖定位梗死犯罪血管，主要通過相應導聯的梗死性Q波和ST段位移，再結合明尼蘇達分區法與國內分區法，對犯罪血管進行反推定位。心電圖定位方法雖然簡便，但囿于導聯數量的限制，且受右側135°探測盲區等因素的影響，其結果的準確性并不高。近年來研究[28]發現fQRS波用于定位梗死犯罪血管，其敏感性比病理性Q波[(61.5%～84.3%)vs. (18.2%～53.1%)]有所提高。心電向量定位分區法與心電圖定位方法一致，但前者能三維立體地細致觀察心電向量環在空間方位的曲折和方向變化，以此定位梗死血管，因此比心電圖定位方法更具優越性。崔超英等[29]將114例心肌梗死患者(以單支冠狀動脈狹窄≥75%或完全閉塞為標準)根據冠脈造影結果分為前壁定位左前降支組、高側壁定位左回旋支組和下壁定位右冠狀動脈組。比較并分析三組的心電圖和立體心電圖，與冠脈造影對比，發現立體心電圖在前壁、高側壁和下壁梗死區域的陽性檢出率(50.0%vs. 25.0%、75.0%vs. 12.5%、31.3%vs. 25.0%)均顯著高于心電圖(P<0.01)；陰性檢出率(2.7%vs. 33.3%、2.1%vs. 50.0%、0%vs. 30.0%)均顯著低于心電圖(P<0.01)，表明立體心電圖定位梗死犯罪血管的臨床價值要優于心電圖。

2.6對慢性阻塞性肺疾病中肺動脈高壓合并右室肥厚的診斷

肺動脈高壓在慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)進展和肺心病右心衰竭中起重要作用[30]。漂浮導管是檢測和評估肺動脈高壓的“金標準”，但有創且操作復雜。心電向量作為一種無創檢查右室肥厚和肺動脈高壓的方法，在COPD引起右室輕度肥厚時即可觀察到心室復極梯度振幅和空間QRS-T夾角的改變。Henkens等[31]證實，在雄性wistar大鼠COPD進展早期(建模后第14天)的右室輕度肥厚及肺血管阻力增大在心臟彩超可無明顯發現，但立體心電向量可檢測到平均QRS向量振幅較正常對照組大鼠顯著減小[(175±198) μVvs.(318±169) μV，P<0.001]，空間QRS-T夾角顯著增大[(49±46)°vs. (32±30)°，P=0.01]，心室復極梯度振幅顯著減小[(9.8±3.6) mV·msvs.(12.2±4.3) mV·ms，P=0.02]。在一項利用立體心電圖參數評價COPD患者肺動脈高壓嚴重程度的研究中，Pan等[32]根據彩色多普勒超聲心動圖將62例COPD患者分為非肺動脈高壓組、肺動脈高壓不合并右室肥厚組和肺動脈高壓合并右室肥厚組，評估三維向量圖中QRS方位角、心室復極梯度及空間QRS-T夾角這三個指標。該研究發現：QRS方位角在上述三組中逐漸降低(-24°—-62°—-140°)，三組之間兩兩比較，差異均有統計學意義(P<0.01)；心室復極梯度與QRS方位角也呈逐漸降低趨勢。上述三組的空間QRS-T夾角分別為69°、115°和94°，其中非肺動脈高壓組和肺動脈高壓不合并右室肥厚組比較，差異有統計學意義(P<0.01)，肺動脈高壓合并右室肥厚組與非肺動脈高壓組比較，差異也有統計學意義(P<0.05)。Pearson相關性分析結果表明：QRS-T夾角(r= 0.89，P<0.05)、心室復極梯度(r=0.86，P<0.05)與肺動脈收縮壓之間分別有良好的相關性。

2.7空間QRS-T夾角對心因性死亡的預測作用及對健康成人的篩查作用

QRS-T夾角是反映心室除極向量與復極向量之間關系的指標，根據測量方法和使用導聯體系的不同，可分為空間QRS-T夾角和平面QRS-T夾角。近年來研究發現，QRS-T夾角與心肌缺血、心功能不全、惡性心律失常、主要不良心臟事件(MACE)、卒中等疾病的預后關系密切[33]。空間QRS-T夾角是反映心臟在三維空間除極和復極電活動的一項指標，根據空間信息量依維度遞減的原則，心電圖所包含的信息量要少于三維心電向量圖。Rubulis等[34]對187例冠心病患者進行了8年隨訪，分析心室復極參數對心因性死亡和心肌梗死的預測價值，指出QRS-T夾角增大和T向量環扭曲度(Tavplan)增加分別是心因性死亡和新發心肌梗死的獨立預測因子。

Zhang等[35]對包含164 171例成人的22項研究(隨訪時間1～30年)進行Meta分析，認為空間QRS-T夾角增大對全因死亡及心因性死亡的預測價值較高，校正后最大風險分別為1.40(95%CI1.32～1.48)和1.71(95%CI1.54～1.90)。平面QRS-T夾角對全因死亡也有一定的預測價值，校正后最大風險為1.71(95%CI1.54～1.90)。Brown等[36]選取了370例經心臟影像證實的冠心病、心室肥厚型心肌病或存在左室收縮功能障礙的患者(觀察組)和210例健康成人(對照組)作為研究對象，探討觀察組空間QRS-T夾角和平面QRS-T夾角的變化。結果顯示：觀察組空間QRS-T夾角及平面QRS-T夾角均顯著增大(P<0.05)，且空間QRS-T夾角ROC曲線下面積顯著大于平面QRS-T夾角ROC曲線下面積[(0.801±0.035)～(0.987±0. 007)vs. (0.680±0.043)～(0.796±0.045)]，P<0.05]，說明空間QRS-T夾角較平面QRS-T夾角對上述疾病有更高的診斷價值。

3總結與展望

20世紀20年代，心電圖在我國開始應用于臨床；1956年，Frank導聯體系被提出；1970年后，心電圖作為常規檢查方法應用于臨床。隨著電子集成電路技術和計算機技術的發展，心電圖各項新技術不斷涌現，1989年立體心電圖問世[37-38]，心電向量診斷跨入計算機時代。立體心電圖技術是在傳統心電向量的基礎上發展起來的，它能清晰地反映心臟三維電活動過程，反映心肌整體與局部電擴布規律。心電向量與心電圖相比，具有全面、直觀、細致和準確的優點，然而作為一項新興技術，立體心電圖的參數標準化和導聯簡化問題仍是其臨床應用的最大障礙，但這一問題必將隨著計算機技術的進步和新技術、新理論的發展迎刃而解。作為心電圖和心電向量未來的發展趨勢，立體心電圖必將在臨床得到廣泛應用。

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New progress in clinical application and research of vectorcardiogram

JiangZhi-shan1FanYong-mei2,XiaoChun-xia2

(Department of Function, 1. Mawangdui Hospital Affiliated to University of South China; 2. Mawangdui District of Hu’nan Provincial People’s Hospital, Changsha Hu’nan 410000, China)

[Abstract]In China, the clinical application of electrocardiogram(ECG) has a history of nearly 100 years since routine ECG was introduced into this country in the 1920s. As a foundation of ECG, vectorcardiogram(VCG) has been introduced into China in 1970 and applied in clinical practice. With the development of computer technology and the popularization of large-scale integrated circuit, equipments of ECG/VCG examination tend to be more lightweight, miniaturized and multifunctional. Three-dimensional ECG came out in 1989. It can obtain 12 lead ECG and VCG by collection for once, and is utilized in diagnosing arrhythmia, cardiomyopathy, etc. This paper reviews the latest progress in clinical application and research of VCG in recent years.

[Key words]vectorcardiogram; ischemia myocardial; ventricular hypertrophy; spatial QRS-T angle

基金項目：湖南省醫藥衛生科研計劃項目(B2014-074)；湖南省科技計劃項目重點研發計劃(2015SK2046)

作者簡介：蔣智善，碩士研究生在讀，主要從事心電學研究。通信作者： 范詠梅，E-mail: fanyongmei@126.com；肖春霞，E-mail: xiaochunxia-2006@163.com

[中圖分類號]R540.42

[文獻標志碼]A

[文章編號]2095-9354(2016)02-0132-06

DOI:10.13308/j.issn.2095-9354.2016.02.015

(收稿日期：2016-04-12)(本文編輯：顧艷)