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Lorenz散点图的分析 作者： 一、前言 ??? HRV信号中蕴含了有关心血管调节的大量信息，对这些信息的提取和分析可以定量评估心脏交感神经和迷走神经活动的紧张性、均衡性及其对心血管系统活动的影响。HRV的检测在国内外已广泛应用于临床，在交感神经活动增强时，HRV减小，副交感活动增强时，HRV增大。如急性心肌梗塞、心衰患者交感神经张力升高，迷走张力下降；甲亢患者交感张力明显增高。由于交感张力的升高与迷走张力的降低，使室颤阈降低，心电不稳定性增高，易引发室速（VT）、室颤（VF）和猝死，因此临床上认为HRV指标可以作为预测心脏猝死可能性的一个独立因素。 ??? 目前评价HRV的分析方法主要采用时域分析和频域分析。时域分析是对采集到的RR间期的时间序列信号，按时间顺序或心搏顺序排列的RR间期数值，直接进行统计学或几何学分析。时域分析的结果可对植物神经系统对心率的调控作用做出总的概括性评价。频域分析是将RR间期的时间序列信号采用数学变换的方法将其变换到频率域上，形成频谱曲线，并对频谱曲线的形状进行分析。我们可以从频谱曲线上比较细微地分别观察交感神经与迷走神经对心率的调控作用。 ??? 以上两种分析方法可以反映总体心率变异度，但它掩盖了瞬时心搏的变化。另外，这两种方法都是把植物神经对心率的调控系统看成是一个线性系统来进行分析，属于线性的分析方法。而实际上，心率调控的过程是很复杂的，是一个非线性系统，非线性分析可以反映心率每搏的瞬间变化。 ??? 屈建石认为，由于心率的变化是受多种因素影响的非常复杂的过程，而HRV线性分析方法并没有揭示出心率变化中所包含的所有的有意义的信息。线性分析方法过于粗糙，其数学模型也不符合心率调控系统本身是非线性系统这一基本事实。这不仅使得很多线性分析方法的分析结果不能得到很好的临床解释，也降低了其预测的准确性。 ??? 有的学者在探索和应用HRV时域指标在室速、室颤发作前几小时进行预报的可行性研究上，不同的作者得出的结果并不一致，有的肯定，有的否定了实验前的预期。产生这样的问题，可能是检测分析方法差异（比如算法类型、数据组尺寸等）造成的，但更主要的是由线性系统理论产生出的方法的局限性。因为心律失常事件具有突发性，这是一种典型的非线性行为，这种行为不能用线性系统理论来描述。 二、心率变异性的非线性分析 ??? HRV非线性分析的理论基础，主要是HRV的信号具有类分形的结构和混沌的特征。 （一） 类分形的结构??? 类分形的结构在健康心脏的力学和电学动力学中起重要作用，是HRV非线性特性的解剖学结构基础，主要有：??? 1、 冠状动脉和静脉是类分形的结构；??? 2、 心脏中有一个类分形的连接纤维网格类分形的腱索，它将二尖瓣、三尖瓣与肌肉连接；??? 3、 某些心脏肌肉的分支模式是明显的类分形的结构；??? 4、 His-PurKinje传导系统具有二分叉的类分形的结构，可将心电信号从心房传导到心室肌。 （二） 混沌??? 在健康状态下心脏搏动既不同于周期性，又有别于随机性，而是不规律性。在确定系统中出现的不规则性，就是典型的混沌。 ??? 不少研究者通过分析证明HRV信号是混沌信号，或者至少可以说它包含了具有混沌性质的成分。事实上HRV信号的功率谱中的极低频成分，即1/f涨落就具有混沌或分形信号的特征。 ??? 心脏节律是否具有确定性混沌特征，不仅涉及对心率调节中非线性动力学机制的深刻认识，对提高心脏病情的危险性预报，甚至是否可实现对心脏的混沌控制也至关重要。 ??? 混沌现象是普遍存在的。在一些疾病状态，如充血性心衰，心率波动的混沌程度降低，而非混沌心率波动增加，室颤又可能是通过周期加倍途径的一种混沌状态。总之，目前认为正常人心血管系统是处于混沌的边缘，而当心血管失调时，在一些疾病（充血性心衰）中表现为混沌行为减少，而在另一些疾病（房颤）中则会表现出更大程度的非线性动力学特征。 ??? 非线性分析方法有很多，包括有HRV信号的散点图分析法，分形维数分析法，复杂度分析法和近似熵分析法等。本文重点介绍HRV的Lorenz散电图分析法。三、Lorenz散点图??? RR间期散点图又称洛伦兹散点图（Lorenz plot），或称庞加来散点图（Poincare Plot），它是反映相邻RR间期的变化，是在直角坐标上标记全部相邻RR间期数据位置的点图。Lorenz图既能显示HRV的整体特征，有能直观地显示逐搏之间的瞬间变化，揭示心率变异性的非线性特征。 （一） Lorenz散点图的绘图及分析方法1、 Lorenz散点图的绘图原理??? 利用计算机自动测定相当数量的连续心搏的RR间期，先以第一个RR间期为横坐标（X轴），第二个RR间期为纵坐标（Y轴），在坐标上定出第一个心搏