一百年前的人用什么奇葩设备测心电( 二 ) _小知识

或许你会觉得沃勒只是拿过来一个现成的发明，这个过程好似没什么技术含量，而事实并非如此。在沃勒之前，已经有不少科学家尝试用这种电流计测量心电，然而他们只是在离体的动物心脏上进行了测量。而沃勒是第一个意识到心脏上的电流可以从身体内部传导至身体表面，并在身体表面被测量的人。但是，水银柱只能反映一个瞬间的电流强度，无法实时记录不断变化的心电信号。

为了解决这个问题，别出心裁的沃勒把成像板装在一辆玩具小火车上。我们可以设想一下，一个人拿着一只粉笔只做上下移动，而另一个人水平抽动黑板，最后呈现在黑板上的就是一条连续的曲线。同理，每一个瞬时的水银柱高度被投影到成像版上，而成像版则被小火车拉着以固定速度移动，就这样，史上的第一个实时测量的连续心电图诞生了。

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坐着小火车的成像版，现存英国科学博物馆。图源：sciencemuseumgroup.org.uk

可惜的是，在完成这项历史性的实验之后，沃勒并明没有深入思考这种心电图在临床上会有什么用途，而是开开心心地带着他的狗狗 “吉米”（Jimmy）四处讲座。吉米每次总是十分配合地把脚泡在盐水里面，随后由主人接上设备，现场演示心电图测量。所幸的是，有一名观众从狗狗的心电图上看到更广阔的未来，他就是荷兰生理学家威廉·爱因托芬（Willem Einthoven）。

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奧古斯都·沃勒（Augustus Desiré Waller ， 1856-1922）和忠实的实验对象吉米（Jimmy）。图片来源：Wikipedia

爱因托芬经过研究发现，坐着小火车的毛细静电计的响应速度还是太慢，无法及时反映电流变化，导致反映出来的心脏活动也十分有限。于是他放弃了毛细静电计，自己发明了专门的弦线电流计，利用放置在磁铁两极中的极细石英丝来检测电流的变化，极大地提升了电信号测量的灵敏度和精度。1902年，爱因托芬发表了由这种新型弦线电流计记录的心电图。虽然爱因托芬的初代弦线电流计重达500斤，需要5个人同时操作，并且试验对象还是需要像吉米那样把手脚泡在盐水中，但是它测得的心电图质量非常高，能与当下的心电图仪媲美。

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威廉·爱因托芬（Willem Einthoven ， 1860-1927）和早期的心电图仪。图源：Wikipedia

03 心电图上奇奇怪怪的字母究竟是什么？

除了硬件设备，爱因托芬还发明了一套心电图符号术语。

可能有很多人拿到自己的心电图之后，会觉得图纸上标注的什么 “导联I、II、III” ， “PQRST波” 像密码一样，很复杂很神秘的样子。其实，所谓的导联就是指测量心电图时，采用多个位置不同的正负电极组，而 “I ， II ， III” 等编号则代表了电极的位置。

目前的标准心电图包括了12组导联，有人或许会问，为什么我们需要那么多电极组呢，只测一个位置的信号不行吗？其实，这跟我们照相的道理一样。打个比方说，我们想在网上了解某一款车，一张照片只能反映一个特定的角度，我们需要看多个角度的照片才能充分了解这辆车全貌。同样地，我们的心脏是一个三维物体，电信号遍布于整个心脏表面，一组正负极电极只能提供一个特定角度的一维快照。通过多个角度的测量，我们才能更全面了解心脏活动。

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导联指的是在不同位置贴电极测量心电图，不同位置的正负极组意味着对心电不同角度的观测。图源：Wikipedia

导联编号包含的是空间信息，而PQRST则心电图在时间上的标记。我们的每一次心跳并不是一蹴而就的，而是心房先收缩，心室再收缩，随后心室电极复位，这个过程反映到心电图上就是几个高低不同的波。爱因托芬在1895年首次对心跳的波形进行了标注：P波代表了心房的收缩， QRS波群代表了心室的收缩，而T波代表了心室的电极恢复到初始状态，而这个标注也一直沿用到了今天。