心电图

历史

在1872年，Alexander Muirhead报告其从连接到一个发烧病人手腕上的导线上获得了他心脏搏动的电信号并记录了下来。当时他正在St Bartholomew's医院攻读他的科学博士学位（电学专业）。记录并显示信号的仪器是一台由英国生理学家John Burdon Sanderson制作的的里普曼微电流计。第一个系统性的从电生理学角度研究心脏活动的是在伦敦Paddington圣玛丽医院工作的英国科学家Augustus Waller。他的仪器是一台固定在投影仪上的里普曼微电流计，心脏产生的电信号经投影仪投射到一个固定于玩具火车上的照相机底片上，从而被实时记录下来。但是直到1911年，他仍然没有看到这项技术应用于临床的前景。
1903年，荷兰医生、生理学家威廉·埃因托芬发明了弦线式检流计，从而带来了心电图历史上的第一次突破。他使用的心电图记录装置比Waller使用的微电流计以及法国工程师Clément Ader在1897年发明的检流计都更加的灵敏。与今天可以粘在皮肤上的电极不同，埃因托芬的装置必须在记录心电图时把受检者双臂和一只腿泡在盛有盐水的桶里，以增强导电性。
埃因托芬把心电图中的一系列波分别命名为P波，Q波，R波，S波和T波，并且描述了一些心血管系统疾病的心电图特点。为了表彰他的此项发现，他于1924年获得诺贝尔医学与生理学奖。
虽然我们今天仍然在使用那个时代的理论来分析心电图，但是近年来心电描记术领域已经出现了微小的进展。比如，心电记录仪器已经从实验室中的笨重的设备演变成了今天非常便携的装置，并且计算机心电图分析也参与其中。
2018年9月12日，苹果公司发布Apple Watch Series 4其具备电极式心率传感器，可为使用者制作其心电图，以利医疗人员参考。

心电图纸

ECG的输出是一张坐标图（或者几张坐标图，每张代表一个导联的图像），横坐标（X轴）表示时间，纵坐标（Y轴）表示电压。专业的心电图仪器将记录的结果打印在一张特殊的坐标纸上，坐标线将纸分为许多1mm²的红色或绿色的小格子，在水平和垂直方向每隔5mm用粗线分隔（即每大格25mm²）。不同心电图仪器输出可能不同，但是一般而言，标准是：Y轴上每cm代表1mV，X轴上25mm代表1秒时间（心电图纸走纸速度为25mm/s）。在详细分析心电图细节的时候，也可以采用更快的走纸速度。在25mm/s的走纸速度下，每个小格表示40ms的时间，2条粗线之间5小格的宽度表示200ms的时间，5大格的宽度表示1秒的时间。记录心电图前需要先记录并打印一个标准信号，一个1mV的标准信号必须使记录笔的笔尖在垂直方向上移动1cm，即2个大格的高度。

心电图布局

标准的心电图是一个十二导联(leads)的系统，亦即12 leads ECG，是利用十二个位于正面与水平面上的导联，纪录心脏十二个不同方向的电气生理活动，能从十二种不同的角度观察去极化波,再依心电图的变化判断心肌受损的位置。在记录纸上，这12个信号通常被排列为4列3行。第一列记录肢体导联（I导联，II导联和III导联）。第二列记录加压单极肢体导联（aVR,aVL和aVF），最后两列记录胸导联（V1～V6）。但是，某些时候并不是采用这样的排列，所以检查每个导联的标签是非常重要的。每一列的3个导联信号通常被同时记录并打印出来，经过几个心动周期后，转到下一列，开始记录下面的3个导联。在记录不同列的时候，心律可能会发生改变。每个导联记录的长度可能很短，通常仅1～3个心动周期（取决于心率快慢），所以根据这些图像分析心律变化可能很困难。于是，在心电图记录中还经常打印1～2个“节律带”。节律带通常选择2导联（这个导联可以最清晰的显示心室电信号以及P波），并且在心电图记录的全程显示心脏节律的变化（通常5～6秒）。节律带还被应用于持续性的心电监测时的屏幕输出。

导联

在人体不同部位放置电极，并通过导联线与心电图机电流计的正负极相连，这种记录心电图的电路连接方法称为心电图导联。电极位置和连接方法的不同，可组成不同的导联。在长期临床心电图实践中，已经形成了由Einthoven 创设而目前广泛采纳的国际通用导联体系（Lead System），称为标准12导联体系。
在心电图描记术里，导联（lead）这个术语使用上很混乱，因为它可以表示2种不同的东西。按照通常的说法，导联可以指连接电极与心电图仪器的电缆。但是根据词义，“左手导联”也可以指应该放置于左手或其附近的电极（包括连接它的电缆）。在标准12导联ECG中，通常有10个这样的电极。
作为另一种选择（或者说根据一些心电描记术文献上下文推测出的合适的意思），导联也可以表示描绘两个电极间电位差的变化---这才是实际上心电图仪输出的数据形式。每个导联都有自己的名字，如“ I导联”是右臂电极和左臂电极之间的电位差，而“Ⅱ导联”则是右臂电极和腿电极之间的电位差（很快这将会变得更复杂，因为其中一个电极的信号可能由其他几个电极的信号混合而成，见下文）。(见后述.) 12个这样的电极组合称为12导联心电图。
更容易混乱的是，“肢体导联（limb leads）”这个术语表示的是导联ⅠⅡⅢ的信号图像，而不是连接在肢体上的电极。

附加电极

标准的12导联ECG可以通过不同的方式扩展以提高在诊断心肌梗死时的敏感性。扩展的导联可以观察到标准12导联ECG不易观察的到的心脏的部位。扩展的导联包括V3R~V6R导联（电极放置位置与标准12导联中的V₃~V₆关于前正中线对称，在右侧胸壁上），有时被用于小儿心电图或诊断右心病变；以及V₇~V₉导联（V₇位于左腋后线V₄水平处、V₈位于左肩胛线V₄水平处、V₉位于左脊柱旁线V₄水平处），临床上诊断后壁心肌梗死常选用V₇~V₉导联。

胸导联

胸导联（V₁, V₂, V₃, V₄, V₅和V₆）的电极直接放置与胸壁上。因为这些电极非常接近心脏，所以他们不需要加压增强。这些导联以威尔森中央电端作为负极，所以被认为是单极导联（需要注意的是，威尔森中央电端是三个肢体导联电压的平均值，它的电压接近于整个身体的平均电压）。胸导联从水平面观察心脏的电活动。水平面上的心电轴被称为Z轴。

心电向量和视角

心电图的解读主要依据的原理是不同的导联（指I,II,III, aVR, aVL, aVF和胸导联）可以从不同的方向“观察”心脏。
这有2个好处。一是，如果在某导联观察到异常的心电图图像（比如ST段抬高等），我们就可以依据导联的方向来大致判断出现异常的心肌的位置。二是，心电除极波的综合方向也可以从不同导联的图像上推断出来，用以发现其他一些问题。心电除极波的综合方向又叫做心电轴。心电轴由不同的除极向量综合而成，这些向量表示了除极波的运动状况。根据观察导联的不同，这些向量可以被分解：一个分量与导联方向相同（或相反），这个方向的分量可以被显示在该导联的QRS波群的活动中。而另一个分量与观察导联方向呈90°夹角。那么这个分量就不会显示。在一个导联的QRS波群中任何方向的偏转都代表了除极波在该导联的观察方向上有一个分量存在。

滤波器的选择

现代的心电图仪器为信号处理提供了多种滤波器以供选择。最常见的两种设置是监护模式以及诊断模式。在监护模式下，低频滤波器（又叫做高通滤波器因为在阈值以上的频率可以通过）被设定在0.5Hz或者1Hz，高频滤波器（又叫做低通滤波器）被设定在40Hz。这样设定可以减少例行心电节律检测时的人为误差。高通滤波器的主要作用是减少基线的偏移，而铝箔纸用来减少电网频率的干扰（不同国家的电网频率不一致，在50Hz到60Hz之间）。在诊断模式中，高通滤波器设定在0.05Hz，这可以使ST段被精确的记录下来。低通滤波器被设定在40Hz, 100Hz或者150Hz。通常情况下，监护模式下的ECG被过滤的更多，因为相对于诊断模式，其频带很窄。

心肌梗塞的判断

当有心肌梗塞时，最明显的症状就是大Q波。正常情况下，导联I,II,V5和V6会有小Q波出现。而导联AVR因为它的位置，本来就会有一个大Q波，所以导联AVR不适合用来判断心肌梗塞。当并合心肌缺血时，会有T波倒立的情况，且呈对称型倒立。当并合心肌受伤时，会有ST节段上升的情况。

当并合L.B.B.B.(左束枝传导阻滞)发生时

当有L.B.B.B.时，因为左心室的去极化较右心室慢，故无法在心电图上看见源自右心室的大Q波，亦即有大Q波出现时也不可靠，必须经由的检查才能确认心肌梗塞。

心电图的多相性

心电图的多相性是指在心电图中，一个波形和其相邻的波形出现差异的现象。多相性可以通过计算多个电极所取得的心电图波形的形态上的差异而得出结论。近年来研究指出，心电图的多相性可能是危险的心律失常的前兆表现。

未来应用

在未来，可植入式的装置可能会应用与多相性心电图的记录和诊断。这些装置还有可能通过兴奋某些神经（如，迷走神经）的方式来防止心律失常的发生。此外，这些装置还可能释放药物，如β受体阻断剂，甚至可以直接对心脏进行除颤。

心电图仪器

心电图仪器近年来在体积和大小上有所减少。手提式的心电图仪器售价约800美元一台。