心電圖 - 健康日報

心電描記術（Electrocardiography、ECG 或者 EKG）是一種經胸腔的以時間爲單位記錄心臟的電生理活動，並通過皮膚上的電極捕捉並記錄下來的診療技術。[1]這是一種無創性的記錄方式。Electrocardiography的詞源來自於三個希臘單詞：“electro”，因爲和電生理活動有關，“cardio”，希臘語“心臟”，還有“graph”，一個希臘語的詞根，意思爲：“描記”。

ECG的工作原理簡單的來說是這樣的：在每次心跳心肌細胞去極化的時候會在皮膚表面引起很小的電學改變，這個小變化被心電圖記錄裝置捕捉並放大即可描繪心電圖。在心肌細胞處於靜息狀態時，心肌細胞膜兩側存在由正負離子濃度差形成的電勢差，去極化即是心肌細胞電勢差迅速向0變化，並引起心肌細胞收縮的過程。在健康心髒的一個心動週期中，由竇房結細胞產生的去極化波有序的依次在心臟中傳播，先傳播到整個心房，經過“內在傳導通路”傳播至心室。如果在心髒的任意兩面放置2個電極，那麼在這個過程中就可以記錄到兩個電極間微小的電壓變化，並可以在心電圖紙或者監視器上顯示出來。心電圖可以反應整個心臟跳動的節律，以及心肌薄弱的部分。

通常在肢體上可以放置2個以上的電極，他們兩兩組成一對進行測量（如左臂電極（LA），右臂電極（RA），左腿電極（LL）可以這樣組合：LA+RA，LA+LL，RA+LL）。每個電極對的輸出信號稱爲一組導聯。導聯簡單的說就是從不同的角度去看心臟電流的變化。心電圖的種類可以以導聯來區分，如3導聯心電圖，5導聯心電圖與12導聯心電圖，等等。12導聯心電圖是臨牀最常見的一種，可以同時記錄體表12組導聯的電位變化，並在心電圖紙上描繪出12組導聯信號，常用於一次性的心電圖診斷。 3導聯及5導聯心電圖多用於需要通過監視器連續檢測心電活動的情況，如手術過程中或在救護車轉運病人時的監護中。根據儀器的不同，這種連續監測的結果有時可能不會被完整地記錄下來。

ECG是測量和診斷異常心臟節律最好的方法,[2]其是診斷心電傳導組織受損時心髒的節律異常以及由於電解質平衡失調引起的心臟節律的改變。[3]在心肌梗塞（MI）的診斷中，ECG可以特異性的分辨出心肌梗塞的區域（但並不是心臟所有區域的心電活動改變都可以被ECG記錄到）。[4] ECG並不能可靠的評估心臟泵血能力，這通常由超聲心動圖或者核醫學手段來完成。某些情況下，正常ECG圖像的病人卻可能會出現心臟停搏（一種叫做心電機械分離的情況下）。

歷史

在1872年，Alexander Muirhead報告其從連接到一個發燒病人手腕上的導線上獲得了他心臟搏動的電信號並記錄了下來。當時他正在St Bartholomew’s醫院攻讀他的科學博士學位（電學專業）。[5]記錄並顯示信號的儀器是一臺由英國生理學家John Burdon Sanderson製作的的裏普曼微電流計。[6]第一個系統性的從電生理學角度研究心臟活動的是在倫敦Paddington聖瑪麗醫院工作的英國科學家Augustus Waller。[7]他的儀器是一臺固定在投影儀上的裏普曼微電流計，心臟產生的電信號經投影儀投射到一個固定於玩具火車上的照相機底片上，從而被實時記錄下來。但是直到1911年，他仍然沒有看到這項技術應用於臨牀的前景。

1903年，荷蘭醫生、生理學家威廉·埃因託芬發明瞭絃線式檢流計，從而帶來了心電圖歷史上的第一次突破。[8][9]他使用的心電圖記錄裝置比Waller使用的微電流計以及法國工程師Clément Ader在1897年發明的檢流計都更加的靈敏。[10]與今天可以粘在皮膚上的電極不同，埃因託芬的裝置必須在記錄心電圖時把受檢者雙臂和一隻腿泡在盛有鹽水的桶裏，以增強導電性。

埃因託芬把心電圖中的一系列波分別命名爲P波，Q波，R波，S波和T波，並且描述了一些心血管系統疾病的心電圖特點。爲了表彰他的此項發現，他於1924年獲得諾貝爾醫學與生理學獎[8]。[11]

雖然我們今天仍然在使用那個時代的理論來分析心電圖，但是近年來心電描記術領域已經出現了微小的進展。比如，心電記錄儀器已經從實驗室中的笨重的設備演變成了今天非常便攜的裝置，並且計算機心電圖分析也參與其中。[12]

心電圖紙

ECG的輸出是一張座標圖（或者幾張座標圖，每張代表一個導聯的圖像），橫座標（X軸）表示時間，縱座標（Y軸）表示電壓。專業的心電圖儀器將記錄的結果打印在一張特殊的座標紙上，座標線將紙分爲許多1mm2的紅色或綠色的小格子，在水平和垂直方向每隔5mm用粗線分隔（即每大格25mm2）。不同心電圖儀器輸出可能不同，但是一般而言，標準是：Y軸上每cm代表1mV，X軸上25mm代表1秒時間（心電圖紙走紙速度爲25mm/s）。在詳細分析心電圖細節的時候，也可以採用更快的走紙速度。在25mm/s的走紙速度下，每個小格表示40ms的時間，2條粗線之間5小格的寬度表示200ms的時間，5大格的寬度表示1秒的時間。記錄心電圖前需要先記錄並打印一個標準信號，一個1mV的標準信號必須使記錄筆的筆尖在垂直方向上移動1cm，即2個大格的高度。

心電圖佈局

標準的心電圖是一個十二導程(leads)的系統，亦即12 leads ECG，是利用十二個位於正面與水平面上的導程，紀錄心臟十二個不同方向的電氣生理活動，能從十二種不同的角度觀察去極化波,再依心電圖的變化判斷心肌受損的位置。[13]在記錄紙上，這12個信號通常被排列爲4列3行。第一列記錄肢體導聯（I導聯，II導聯和III導聯）。第二列記錄加壓單極肢體導聯（aVR,aVL和aVF），最後兩列記錄胸導聯（V1～V6）。但是，某些時候並不是採用這樣的排列，所以檢查每個導聯的標籤是非常重要的。每一列的3個導聯信號通常被同時記錄並打印出來，經過幾個心動週期後，轉到下一列，開始記錄下面的3個導聯。在記錄不同列的時候，心律可能會發生改變。每個導聯記錄的長度可能很短，通常僅1～3個心動週期（取決於心率快慢），所以根據這些圖像分析心律變化可能很困難。於是，在心電圖記錄中還經常打印1～2個“節律帶”。節律帶通常選擇2導聯（這個導聯可以最清晰的顯示心室電信號以及P波），並且在心電圖記錄的全程顯示心臟節律的變化（通常5～6秒）。節律帶還被應用於持續性的心電監測時的屏幕輸出。

導聯

在人體不同部位放置電極，並通過導聯線與心電圖機電流計的正負極相連，這種記錄心電圖的電路連接方法稱爲心電圖導聯。電極位置和連接方法的不同，可組成不同的導聯。在長期臨牀心電圖實踐中，已經形成了由 Einthoven 創設而目前廣泛採納的國際通用導聯體系（Lead System），稱爲標準12導聯體系。[14][15]

在心電圖描記術裏，導聯（lead）這個術語使用上很混亂，因爲它可以表示2種不同的東西。按照通常的說法，導聯可以指連接電極與心電圖儀器的電纜。但是根據詞義，“左手導聯”也可以指應該放置於左手或其附近的電極（包括連接它的電纜）。在標準12導聯ECG中，通常有10個這樣的電極。

作爲另一種選擇（或者說根據一些心電描記術文獻上下文推測出的合適的意思），導聯也可以表示描繪兩個電極間電位差的變化—這纔是實際上心電圖儀輸出的數據形式。每個導聯都有自己的名字，如“ I導聯”是右臂電極和左臂電極之間的電位差，而“Ⅱ導聯”則是右臂電極和腿電極之間的電位差（很快這將會變得更複雜，因爲其中一個電極的信號可能由其他幾個電極的信號混合而成，見下文）。(見後述.) 12個這樣的電極組合稱爲12導聯心電圖。

更容易混亂的是，“肢體導聯（limb leads）”這個術語表示的是導聯ⅠⅡⅢ的信號圖像，而不是連接在肢體上的電極。

電極放置位置

標準12導聯心電圖需要放置10個電極，每個電極通常由導電凝膠，自黏合板（導電凝膠放置於板的中央）以及夾在自黏合板的電纜組成。有時候導電凝膠也起到黏合作用。[16]它們按如下方式標記並放置在受檢者身體上：[15][17][18]

附加電極

標準的12導聯ECG可以通過不同的方式擴展以提高在診斷心肌梗死時的敏感性。擴展的導聯可以觀察到標準12導聯ECG不易觀察的到的心髒的部位。擴展的導聯包括V3R~V6R導聯（電極放置位置與標準12導聯中的V3~V6關於前正中線對稱，在右側胸壁上），有時被用於小兒心電圖或診斷右心病變；以及V7~V9導聯（V7位於左腋後線V4水平處、V8位於左肩胛線V4水平處、V9位於左脊柱旁線V4水平處），臨牀上診斷後壁心肌梗死常選用V7~V9導聯。

肢體導聯

在5導聯和12導聯ECG系統中，導聯I, II和III叫做肢體導聯。這些導聯的電極都放置於四肢上：每個手臂一個，左腿一個。[20][21][22] 電極放置的三個點形成了一個三角形，叫做艾因託文（氏）三角。.[23]

• 導聯Ⅰ是左臂（正極，LA）和右臂（RA）之間的電位差：

I
=
L
A
−
R
A
.


{\displaystyle I=LA-RA.}

• 導聯Ⅱ是左腿（正極，LL）與右臂（RA）之間的電位差：

I
I
=
L
L
−
R
A
.


{\displaystyle II=LL-RA.}

• 導聯三是左腿（正極，LL）與左臂（LA）之間的電位差：

I
I
I
=
L
L
−
L
A
.


{\displaystyle III=LL-LA.}

簡化的ECG裝置通常爲中學教學工作等設計，僅有這三個導聯。 [24]

單極導聯和雙極導聯

導聯分爲2種，單極導聯和雙極導聯。雙極導聯有一個正極和一個負極，[25] 在12導聯ECG中，肢體導聯（ⅠⅡⅢ導聯）均爲雙極導聯。單極導聯也有兩個電極，但是單極導聯的負極是一個混合電極（威爾森中央電端），包含了許多來自其他電極的信號。[26] 在12導聯ECG中，除肢體導聯外的所有導聯均爲單極導聯（aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6）。

威爾森中央電端VW是通過一個電阻網絡將RA，LA，LL電極連接而產生的，代表了身體的平均電壓，並且，這個電壓接近於極大值（即0）:

V

W


=


1
3


(
R
A
+
L
A
+
L
L
)
.


{\displaystyle V_{W}={\frac {1}{3}}(RA+LA+LL).}

加壓肢體導聯

aVR, aVL和aVF導聯是加壓肢體導聯。他們和ⅠⅡⅢ導聯共用同樣的電極，但是通過不同的角度（或者叫向量）來觀察心臟，因爲這些導聯的負極被威爾森中央電端修正過。這樣可以使他們的負極被清零，並且使他們的正極成爲“探查電極”。產生這樣一個結果的原因是，在艾因託文心電圖法則中規定：I + (−II) + III = 0。這個等式也可以寫作：I + III = II。這樣寫的原因是，艾因託文在艾因託文三角中把Ⅱ導聯的兩個電極接反了，可能是因爲他更想看到一個高聳漂亮的QRS波羣。威爾森中央電端的發現爲擴展肢體導聯以及胸導聯（V1, V2, V3, V4, V5 and V6 ）的發展鋪平了道路。

• 右上肢加壓單極肢體導聯（aVR）：正極（白色）位於右臂，負極是左臂電極（黑色）與左腿電極（紅色）的合成，可以增強（即加壓）右臂正極的信號強度：

a
V
R
=
R
A
−


1
2


(
L
A
+
L
L
)
.


{\displaystyle aVR=RA-{\frac {1}{2}}(LA+LL).}

• 左上肢加壓單極肢體導聯（aVL）：正極（黑色）位於左臂，負極是右臂電極（白色）與左腿電極（紅色）的合成，可以增強左臂正極的信號強度：

a
V
L
=
L
A
−


1
2


(
R
A
+
L
L
)
.


{\displaystyle aVL=LA-{\frac {1}{2}}(RA+LL).}

• 左下肢加壓單極肢體導聯（aVF）：正極（紅色）位於左腿，負極是右臂電極（白色）與左臂電極（黑色）的合成，可以增強左腿正極的信號強度：

a
V
F
=
L
L
−


1
2


(
R
A
+
L
A
)
.


{\displaystyle aVF=LL-{\frac {1}{2}}(RA+LA).}

加壓肢體導聯aVR, aVL和aVF通過這種方法被加強，因爲當負極是威爾森中央電端時，單極導聯的信號會非常的微弱（因爲威爾森中央電端電壓很高）。單極加壓肢體導聯aVR, aVL和aVF與I, II和III導聯一起組成了六軸參照系統，用於計算額面心電軸的角度。aVR, aVL和aVF導聯也可以用I, II和III導聯表示：

a
V
R



=
−



I
+
I
I

2






a
V
L



=
I
−



I
I

2






a
V
F



=
I
I
−


I
2








{\displaystyle {\begin{aligned}aVR&=-{\frac {I+II}{2}}\\aVL&=I-{\frac {II}{2}}\\aVF&=II-{\frac {I}{2}}\end{aligned}}}

胸導聯

胸導聯（V1, V2, V3, V4, V5和V6）的電極直接放置與胸壁上。因爲這些電極非常接近心臟，所以他們不需要加壓增強。這些導聯以威爾森中央電端作爲負極，所以被認爲是單極導聯（需要注意的是，威爾森中央電端是三個肢體導聯電壓的平均值，它的電壓接近於整個身體的平均電壓）。胸導聯從水平面觀察心髒的電活動。水平面上的心電軸被稱爲Z軸。

波形和間期

在一個正常心動週期中，一個典型的ECG波形是由一個P波，一個QRS波羣，一個T波，以及在50%～75%的ECG中可能見到的U波。[27]心電圖的基線被稱爲等電勢線。一般情況下，等電勢線在心電圖中是指T波後和P波前的那一段波形。

最早的時候發心電圖上一共有4個明顯的偏轉，但是後來的放大器引入了數學修正以後，一共有5個偏轉被發現。艾因託文用P、Q、R、S、T五個字母來命名這五種波，以取代早期發現的A、B、C、D四種波。[29]

心電向量和視角

心電圖的解讀主要依據的原理是不同的導聯（指I,II,III, aVR, aVL, aVF和胸導聯）可以從不同的方向“觀察”心臟。 這有2個好處。一是，如果在某導聯觀察到異常的心電圖圖像（比如ST段擡高等），我們就可以依據導聯的方向來大致判斷出現異常的心肌的位置。二是，心電除極波的綜合方向也可以從不同導聯的圖像上推斷出來，用以發現其他一些問題。心電除極波的綜合方向又叫做心電軸。心電軸由不同的除極向量綜合而成，這些向量表示了除極波的運動狀況。根據觀察導聯的不同，這些向量可以被分解：一個分量與導聯方向相同（或相反），這個方向的分量可以被顯示在該導聯的QRS波羣的活動中。而另一個分量與觀察導聯方向呈90°夾角。那麼這個分量就不會顯示。在一個導聯的QRS波羣中任何方向的偏轉都代表了除極波在該導聯的觀察方向上有一個分量存在。

心電軸

心電軸表示了心臟除極波的總體方向（或者叫心電綜合向量）在額面上的投影。在心電傳導系統正常的時候，心電軸方向和心臟中心肌細胞數量多的部位有關。正常狀況下，左心室的心肌細胞數量最多，右心室也有一些貢獻，所以心電軸的方向大致從右肩指向左腿。這個方向一般指向心電六軸參考系統的左下四分之一部分。與Ⅰ導聯成-30°到+90°的心電軸也被認爲是正常的。如果左心室活動增加或者心肌組織增多，心電軸會向左偏轉超過-30°，稱之爲“電軸左偏”，相對應的，某些情況下右心室高負荷或者肥大，電軸向右偏轉超過+90°，稱爲“電軸右偏”。即使心肌組織數量不出現變化，心臟傳導系統的紊亂也可以干擾心電軸的偏轉。

若右束支傳導阻滯已被診斷，那麼出現電軸的右偏或者左偏可能說明出現了雙支阻滯。

臨牀導聯組

ECG中一共有12組導聯，每一組導聯都可以從不同角度記錄心髒的電活動，並且可以判斷急性心肌缺血或損傷的位置。2組對應於相鄰解剖區域的導聯被被稱爲相鄰導聯組（見圖表）。其意義在於可以判斷心電圖上的異常是代表真的疾病或者僅僅是僞象。

此外，任何相鄰的2個心前區導聯均被認爲是相鄰導聯組。例如，儘管V4導聯是一個前壁導聯而V5導聯是一個側壁導聯，他們仍然是相鄰導聯組。

aVR導聯並不用來觀察左心室。準確的說，它從右肩方向通過右心房表面觀察心內膜。

濾波器的選擇

現代的心電圖儀器爲信號處理提供了多種濾波器以供選擇。最常見的兩種設置是監護模式以及診斷模式。在監護模式下，低頻濾波器（又叫做高通濾波器因爲在閾值以上的頻率可以通過）被設定在0.5Hz或者1Hz，高頻濾波器（又叫做低通濾波器）被設定在40Hz。這樣設定可以減少例行心電節律檢測時的人爲誤差。高通濾波器的主要作用是減少基線的偏移，而鋁箔紙用來減少電網頻率的干擾（不同國家的電網頻率不一致，在50Hz到60Hz之間）。在診斷模式中，高通濾波器設定在0.05Hz，這可以使ST段被精確的記錄下來。低通濾波器被設定在40Hz, 100Hz或者150Hz。通常情況下，監護模式下的ECG被過濾的更多，因爲相對於診斷模式，其頻帶很窄。[30]

ECG中常見的病理表現

心肌梗塞的判斷

當有心肌梗塞時，最明顯的症狀就是大Q波。正常情況下，導程I,II,V5和V6會有小Q波出現。而導程AVR因為它的位置，本來就會有一個大Q波，所以導程AVR不適合用來判斷心肌梗塞。當併合心肌缺血時，會有T波倒立的情況，且呈對稱型倒立。當併合心肌受傷時，會有ST節段上升的情況。

心肌梗塞的位置

當前壁心肌梗塞時，導程V1,V2,V3及V4會有大Q波。 當側壁心肌梗塞時，導程I及AVL會有大Q波。 當後壁心肌梗塞時，導程V1及V2會有”大R波”、ST節段”下降”，導程V6可能會有大Q波。 當下壁(橫膈膜壁)心肌梗塞時，導程II,III及AVF會有大Q波。

當併合L.B.B.B.(左束枝傳導阻滯)發生時

當有L.B.B.B.時，因為左心室的去極化較右心室慢，故無法在心電圖上看見源自右心室的大Q波，亦即有大Q波出現時也不可靠，必須經由的檢查才能確認心肌梗塞。

心電圖的多相性

心電圖的多相性是指在心電圖中，一個波形和其相鄰的波形出現差異的現象。多相性可以通過計算多個電極所取得的心電圖波形的形態上的差異而得出結論。近年來研究指出，心電圖的多相性可能是危險的心律失常的前兆表現。

未來應用

在未來，可植入式的裝置可能會應用與多相性心電圖的記錄和診斷。這些裝置還有可能通過興奮某些神經（如，迷走神經）的方式來防止心律失常的發生。此外，這些裝置還可能釋放藥物，如β受體阻斷劑，甚至可以直接對心臟進行除顫。[31]

心電圖儀器

心電圖儀器近年來在體積和大小上有所減少。手提式的心電圖儀器售價約800美元一臺。[2]

參見

參考

外部鏈接

• Electrocardiogram, EKG, or ECG – Explanation of what an ECG is, who needs one, what to expect during one, etc. Written by the National Heart Lung and Blood Institute（a division of the NIH）
• University of Maryland School of Medicine Emergency Medicine Interest Group – Introduction to EKGs as written by a medical student and a cardiologist
• ECG in 100 steps: Slideshow
• ECG Lead Placement – A teaching guide “designed for student nurses who know nothing at all about Cardiology”
• ECGpedia: Course for interpretation of ECG
• 12-lead ECG library
• Simulation tool to demonstrate and study the relation between the electric activity of the heart and the ECG
• Minnesota ECG Code
• openECGproject – help develop an open ECG solution
• EKG Review: Arrhythmias – A guide to reading ECGs not written for a university biology (anatomy and physiology) course.

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• 電診斷法
• 心臟電生理學

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