心电图

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）。記錄並顯示信號的儀器是一台由英國生理學家John Burdon Sanderson製作的的里普曼微電流計。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。他的儀器是一台固定在投影儀上的里普曼微電流計，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床的前景。
1903年，荷蘭醫生、生理學家威廉·埃因托芬發明了弦線式檢流計，從而帶來了心電圖歷史上的第一次突破。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。與今天可以粘在皮膚上的電極不同，埃因托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里，以增強導電性。
埃因托芬把心電圖中的一系列波分別命名為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。為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。
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，並且電腦心電圖分析也參與其中。
2018年9月12日，蘋果公司發布Apple Watch Series 4其具備電極式心率傳感器，可為使用者製作其心電圖，以利醫療人員參考。

心電圖紙

ECG的輸出是一張坐標圖（或者幾張坐標圖，每張代表一個導程的圖像），橫坐標（X軸）表示時間，縱坐標（Y軸）表示電壓。專業的心電圖儀器將記錄的結果列印在一張特殊的坐標紙上，坐標線將紙分為許多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（心電圖紙走紙速度為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列印一個標準信號，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。

心電圖布局

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。在記錄紙上，這12個信號通常被排列為4列3行。第一列記錄肢體導程（I導程，II導程和III導程）。第二列記錄加壓單極肢體導程（aVR,aVL和aVF），最後兩列記錄胸導程（V1～V6）。但是，某些時候並不是採用這樣的排列，所以檢查每個導程的標籤是非常重要的。每一列的3個導程信號通常被同時記錄並列印出來，經過幾個心動周期後，轉到下一列，開始記錄下面的3個導程。在記錄不同列的時候，心律可能會發生改變。每個導程記錄的長度可能很短，通常僅1～3個心動周期（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列印1～2個「節律帶」。節律帶通常選擇2導程（這個導程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。

導程

在人體不同部位放置電極，並通過導程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為心電圖導程。電極位置和連接方法的不同，可組成不同的導程。在長期臨床心電圖實踐中，已經形成了由 Einthoven 創設而目前廣泛採納的國際通用導程體系（Lead System），稱為標準12導程體系。
在心電圖描記術里，導程（lead）這個術語使用上很混亂，因為它可以表示2種不同的東西。按照通常的說法，導程可以指連接電極與心電圖儀器的電纜。但是根據詞義，「左手導程」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導程ECG中，通常有10個這樣的電極。
作為另一種選擇（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），導程也可以表示描繪兩個電極間電位差的變化---這才是實際上心電圖儀輸出的數據形式。每個導程都有自己的名字，如「 I導程」是右臂電極和左臂電極之間的電位差，而「Ⅱ導程」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，因為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為12導程心電圖。
更容易混亂的是，「肢體導程（limb leads）」這個術語表示的是導程ⅠⅡⅢ的信號圖像，而不是連接在肢體上的電極。

附加電極

標準的12導程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。擴展的導程可以觀察到標準12導程ECG不易觀察的到的心臟的部位。擴展的導程包括V3R~V6R導程（電極放置位置與標準12導程中的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導程（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），臨床上診斷後壁心肌梗死常選用V₇~V₉導程。

胸導程

胸導程（V₁, V₂, V₃, V₄, V₅和V₆）的電極直接放置與胸壁上。因為這些電極非常接近心臟，所以他們不需要加壓增強。這些導程以威爾森中央電端作為負極，所以被認為是單極導程（需要注意的是，威爾森中央電端是三個肢體導程電壓的平均值，它的電壓接近於整個身體的平均電壓）。胸導程從水平面觀察心臟的電活動。水平面上的心電軸被稱為Z軸。

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程（指I,II,III, aVR, aVL, aVF和胸導程）可以從不同的方向「觀察」心臟。
這有2個好處。一是，如果在某導程觀察到異常的心電圖圖像（比如ST段抬高等），我們就可以依據導程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程的圖像上推斷出來，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。根據觀察導程的不同，這些向量可以被分解：一個分量與導程方向相同（或相反），這個方向的分量可以被顯示在該導程的QRS波群的活動中。而另一個分量與觀察導程方向呈90°夾角。那麼這個分量就不會顯示。在一個導程的QRS波群中任何方向的偏轉都代表了除極波在該導程的觀察方向上有一個分量存在。

濾波器的選擇

現代的心電圖儀器為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為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為誤差。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，因為相對於診斷模式，其頻帶很窄。

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。

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不整的前兆表現。

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）的方式來防止心律不整的發生。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。

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美元一台。