EASI导联衍生12导联的原理_郭继鸿

一个多世纪前，Ｗａｌｌｅｒ就明确的认识到心脏产生的电位在人体上呈动态性空间分布，并于１８８７年应用Ｌｉｐｐｍａｎ毛细管静电计在人体表面记录到人类史上第一份心电图，但他仅记录到了室波的图形。

Ｅｉｎｔｈｏｖｅｎ受到Ａｄｅｒ弦线式电流计的启发并对其进行改进，于１９０２年在人体表面描记到清晰的心电图，他将记录到的波形按先后顺序标记为Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ（１年后他又记录到并命名了Ｕ波）。

１９０３年，Ｅｉｎｔｈｏｖｅｎ发表了《一种新的电流计》一文并获得广泛承认，这标志着心电图临床应用时代的开始。

一．心电图的形成原理众所周知，心肌细胞的动作电位是心电图形成的根本原因。

心脏大约由１０１０个心肌细胞构成，按时间先后记录下所有细胞除极、复极过程中在体表产生的综合电位代数和的变化即体表心电图。

心房除极形成Ｐ波；心室除极形成ＱＲＳ波群，心室复极则形成ＳＴ段和Ｔ波。

体表心电图的波形取决于激动起源点的部位、激动扩布以及容积导体的特点等。

１．激动扩布的电偶学说心房、心室肌细胞的动作电位过程大致如下：当处于极化状态（内负外正）的心肌细胞膜的某一部分受到机械、电流或化学性刺激时，该处相应的离子通道开放，膜外的Ｎａ＋迅速内流，使膜内外电位差由负电位立即反跃为正电位的过程被称为除极过程。

随后细胞内的Ｋ＋外流，而Ｎａ＋内流速度锐减至消失，细胞内由正电位立即下降而开始复极过程（其中还有Ｃａ２＋内流的参与）。

当阳离子出细胞的数量超过入量时，细胞膜又逐渐恢复原有的极化状态。

当极化膜的一端受到激动后，瞬时膜外的Ｎａ＋大量进入细胞而开始除极。

此处的电位随之骤降（细胞膜外分布着负电荷，称为电穴），但邻近尚未除极的部分，膜外仍保持原有的阳离子（细胞膜外分布着正电荷，称为电源）。

物理学上称这种间距极小带有等量相反电荷的两个表面或两极为“电偶”（ｄｉｐｏｌｅ，又称双极子）。

一条心肌纤维的两端出现了电位差，电流由电源流向电穴，这一局部电流可使未除极部分（电源）处细胞膜两侧电位差减少而达到引起兴奋的阈电位水平，结果在该处产生“动作电位”，使带正电荷的“电源”部分细胞除极而电位下降，而成为新的“电穴”。

如此扩展，直到整个心肌细胞乃至周围其它心肌细胞不断地产生“电穴”与“电源”，除极结束为止。

可见除极过程的扩布，正如一个电偶，沿着细胞膜在向前推进，电源在前，电穴在后。

对于单个心肌细胞来说，胞膜最早开始除极的部分首先开始复极，复极部分的膜外重新出现正电荷，该部位的电位必然高于邻近尚未复极部分的电位，两者之间存在电位差，也就有电流活动。

电流由已复极部分（电源）流向尚未复极部分（电穴）。

随后，电穴部分也开始复极而成为其前面尚未复极部分的电源，而更前的部分先为临时电穴，随后转为电源，就象一个电偶沿着细胞膜在向前推进，其电穴在前，电源在后，恰与除极过程相反。

激动的扩布不单纯局限在细胞内，由于心肌细胞间存在着相互连接，电偶的推进可以跨越细胞界限。

由于心肌细胞的形状不规则，相互之间连接的分布也不规则，因而在电传导能力方面具有各向异性。

对于整个心脏来说，在每一瞬间都是许多个电偶同时沿着不同方向前进的。

每一个由电源和电穴组成的电偶向心脏的其他部位扩散的过程都有一定的方向和电势大小，是一种电向量。

在一个瞬间内，无数个心肌的电向量可以被综合成一个有方向，有强度大小的综合向量（瞬间向量）。

可以将激动扩布过程想象为大小及方向都在不断变化的瞬间向量的顺序变化，也可以想象为固定在容积导体中的一个电偶的指向和电势大小在不断变化。

２．容积导体的概念人体细胞浸于体液之中，而体液中含有多种电解质，具有导电性，可以把体内任何部位产生的电流传导到其他部位。

人体作为一种导电介质是连续延伸的具有一定体积的三维空间区域，整个躯体可以看成一个类似柱状的容积导体（ｖｏｌｕｍｅｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）。

ＥＡＳＩ导联衍生１２导联的原理郭继鸿下面我们举例说明容积导体的导电特性。

一桶氯化钠溶液就属于均质容积导体，在其中心，放置一个电池的两极，由于氯化钠溶液具有均匀一致的导电性，所以电流布满整个容积的溶液中，沿无数线路自正极流向负极，而溶液中各个部位的电流强度不同，所测得的电位也不同。

在这桶氯化钠溶液内与两个电极等距离的平面上其电位为零，在此平面的两侧有无数的等电位线，在同一条等电位线上，任何两点的电位均是相等的。

电池的正、负极可以看成一个电偶，越靠近正极电位越高，越靠近负极电位越低。

实验证明，容积导体中某一点的电位强度与它到电偶中心的距离的平方成反比，其次该点与电偶轴线的成角关系也影响着电位的大小，可以用公式表示：Ｖ＝Ｅ・ｃｏｓθ／ｒ２（Ｖ为容积导体中某一点的电位，Ｅ代表电偶的电势差，ｒ为该点至电偶中心的距离，θ为该点和电偶中心连线与电偶轴线所形成的夹角）。

均质性容积导体只是为了理解心电图形成原理而对躯体建立的一种简化模型。

实际上，人体是由不同组织器官构成，各部分的阻抗不同即是非均质的，当然其形态也并非简单的圆柱形。

二．导联的概念、构成和发展心电信号通过电极传入到心电图机，再经滤波和放大后记录为心电图波形。

记录心电图的电极联接方式称为导联。

按其导线连接方式的不同可分为双极导联和单极导联。

①双极导联：将一对电极（正极和负极）直接放置于体表相隔一定距离的任意两点而构成，两点间的连线代表导联轴，具有方向性（由负极指向正极）。

它测量的是两个电极所在部位之间的电位差。

当正极所在部位的电位高于负极所在部位的电位时，记录的波为正向；当正极所在部位的电位低于负极部位的电位时，记录的波为负向。

②单极导联：就是将双极导联中的负极与“０”电位相连接，测定的是正极（又称探查电极）所在部位与“０”电位之间的电位差。

若正极所在部位的电位高于“０”时，记录的波为正向；若正极所在部位的电位低于“０”时，记录的波为负向。

如前文所述，体表心电图记录的是全部心肌细胞动作电位的综合电位的变化，记录的图形可以受到细胞跨膜电位差以及记录电极在电偶所产生的电场中的位置的影响。

按照心电向量的理论，某个导联上记录的心电图图形取决于该导联的方向（即该导联的电轴），随时间变化的心电向量在导联轴上的投影被描记成量化的心电图，而在特定平面上的投影可描记成心电向量环。

（一）常规１２导联系统１．双极肢体导联（标准导联）１９０６年，Ｅｉｎｔｈｏｖｅｎ提出了双极导联的概念和等边三角形学说（被称为“Ｅｉｎｔｈｏｖｅｎ三角”），并定义了Ｉ、ＩＩ和ＩＩＩ导联（图１）。

Ｉ导联：左上肢连接心电图机的正极，右上肢连接负极；ＩＩ导联：左下肢连正极，右上肢连负极；ＩＩＩ导联：左下肢连正极，左上肢连负极。

２．单极胸前导联１９３２～１９３４年，Ｗｉｌｓｏｎ在其导师Ｌｅｗｉｓ的工作基础上，创建了至今仍在沿用的单极胸前导联（Ｖ１～Ｖ６）。

Ｗｉｌｓｏｎ根据Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ电流定律，将标准导联的左上肢、右上肢及左下肢３个电极各串联５０００Ω的电阻后连接在一起，因其综合电位几乎等于“０”而构成一个中心电势—“中心电端”。

将心电图机的负极端连接于中心电端，正极端与放置在胸壁特定部位的电极连接，便构成了胸前导联。

３．单极加压肢体导联虽然Ｗｉｌｓｏｎ曾提出３个单极肢体导联，但记录的波形幅度小不便于观察。

１９４２年Ｇｏｌｄｂｅｒｇｅｒ提出，记录某一肢体的单极导联心电图时，将该肢体电极与中心电端的连接切断，即将另外两个肢体电极连接起来与心电图机的负极相连，结果形成了加压单极肢体导联ａＶＲ（右上肢）、ａＶＬ（左上肢）和ａＶＦ（左下肢）。

图１Ｅｉｎｔｈｏｖｅｎ三角图２心电向量环在Ｆｒａｎｋ导联系统三个正交面上的投影Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ａＶＲ、ａＶＬ、ａＶＦ以及Ｖ１～Ｖ６导联这１２个导联在临床中被常规应用，习惯上称为Ｗｉｌｓｏｎ１２导联系统。

（二）Ｆｒａｎｋ正交导联系统１９５６年，Ｆｒａｎｋ提出了一套校正的正交导联系统。

该导联系统共有７个电极。

胸部放置５个电极，位于胸骨下部平第５肋间水平，分别为：前正中线为Ｅ；背部正中线为Ｍ；右腋中线为Ｉ；左腋中线为Ａ；左前胸部Ｅ和Ａ的中点为Ｃ。

另外两个电极分别放在左足为Ｆ和颈部背面正中偏右１ｃｍ处为Ｈ。

每个电极连有不同的电阻，在一定程度上校正了心脏在胸腔中偏左前和人体导电的不均匀性，由于其物理基础健全、设计合理而广泛用于心电向量图技术中。

该系统只采用互相垂直的Ｘ、Ｙ、Ｚ三个导联。

电极Ａ和Ｃ联合，与电极Ｉ配以电阻构成Ｘ导联，Ｘ轴的方向从右向左。

电极Ｃ、Ｅ和Ｉ联合，电极Ａ与Ｍ联合配以电阻，二者共同构成Ｚ导联，Ｚ轴从前向后。

电极Ｍ与Ｆ联合，和Ｈ配以电阻构成Ｙ导联，Ｙ轴从上向下。

为了标记空间心电向量而设想三个轴互相垂直相交于心脏中心，再由三个轴分别组成Ｆｒａｎｋ导联系统的水平面、矢状面和额面（图２）。

（三）ＥＡＳＩ导联系统１９８８年Ｄｏｗｅｒ正式发表文章，将其最初用于运动试验的ＥＡＳＩ导联系统公之于众。

这套导联系统实际是对Ｆｒａｎｋ导联系统的简化改良，保留了原有的Ａ、Ｅ和Ｉ三个电极，在胸骨上端（即胸骨柄处）增加了Ｓ电极。

利用ＥＡＳＩ导联系统可直接记录Ｅ－Ｓ、Ａ－Ｓ和Ａ－Ｉ三个双极导联的心电图，特别是通过运算处理后可以从中衍生出常规１２导联和其它需要的导联心电图，有利于长程记录和监测。

Ｆｒａｎｋ导联系统中的Ｍ点位于背部，在不能坐起的患者中记录不方便；Ｈ点位于颈部，容易产生噪声干扰；Ｆ点位于下肢，无法在动态心电图和运动心电图中采用。

ＥＡＳＩ导联系统摒弃这些位点，从而避免了相应缺陷。

三．导联转换与衍生心电图前面我们已经说明心脏瞬间所产生的电势可以用位于心脏中心的单个等量电偶来表示，瞬时心电向量的方向是从负极指向正极（也是激动扩布的方向），振幅与电势的大小成正比。

某导联心电图的电压与综合心电向量在该导联电轴上的投影有关，当心电向量与导联电轴平行时，波幅最大；若与导联电轴垂直时，波幅最小。

对于同一个体而言，虽然各个导联的连接方式和方向不同，但都是对位于同一个有限容积导体中的同一个生物电源产生的电势变化进行记录的，所以在任一时刻各导联记录的电压之间有固定的数学关系。

我们先以标准导联为例进行说明。

Ｉ导联电压（ＶＩ）＝左臂电位（ФＬ）－右臂电位（ФＲ）；ＩＩ导联电压（ＶＩＩ）＝左腿电位（ФＦ）－右臂电位（ФＲ）；ＩＩＩ导联电压（ＶＩＩ）＝左腿电位（ФＦ）－左臂电位（ФＬ），所以ＶＩ＝ＶＩＩ－ＶＩＩＩ（图１）。

根据Ｅｉｎｔｈｏｖｅｎ三角学说，三个标准导联在同一平面（额面）且被假设为成等边三角形关系，所以这个等式只是在二维范围内进行的最简化的推算，但从中我们可以窥悉由记录导联（“源导联”）的已知电压能够推算出其它导联的未知电压。

１．导联转换的概念和方法从“源导联”记录的心电信息，通过计算可以转换处理为其它“目标导联”的心电信息，这就是导联转换。

利用导联转换就可以根据少数有限导联记录的心电图推导出更多导联的心电图形。