Электрокардиограф. Электрофизиологическая инструментальная диагностика
Министерство
образования Российской Федерации
Казанский
национально-исследовательский технолагический университет
Институт
технологии легкой промышленности, моды и дизайна
Кафедра
Технологического оборудования медицинской и легкой промышленности
Реферат
по
дисциплине: «Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы»
на тему:
Электрокардиограф. Электрофизиологическая инструментальная диагностика
Выполнила: Гиззатуллина Э.Т.
Проверил: Шарифуллин Ф.С.
КАЗАНЬ 2013
Содержание
Введение
Применение
Прибор
Отведения
Электрическая
ось сердца (ЭОС)
Электрокардиограф
Порядок
выполнения работ
Список
литературы
Введение
Электрокардиография - методика регистрации и исследования электрических
полей, образующихся при работе сердца. Электрокардиография представляет собой
относительно недорогой, но ценный метод электрофизиологической инструментальной
диагностики в кардиологии. Прямым результатом электрокардиографии является
получение электрокардиограммы (ЭКГ) - графического представления разности потенциалов
возникающих в результате работы сердца и проводящихся на поверхность тела. На
ЭКГ отражается усреднение всех векторов потенциалов действия, возникающих в
определённый момент работы сердца.
Применение
Прибор
Стационарные электрокардиографы обеспечивают одновременную запись на
широкой бумаге электрических потенциалов во многих отведениях. В данной работе
Вы знакомитесь с портативным одноканальным прибором, применяемым при выездах
врача к пациенту. Прибор ЭК1Т - 03 может работать как от сети, так и от
аккумулятора. Будучи одноканальным, он обеспечивает последовательную
регистрацию потенциалов в отведениях. Схема стандартных отведений была
предложена основателем данного метода - В. Эйнтховеном. Согласно этой схеме, на
теле пациента устанавливаются три электрода: на предплечьях и на левой голени.
Они образуют три отведения. Геометрическая схема, называемая «треугольник
Эйнтховена», такова. Если пациент лежит, раскинув руки и ноги, то закрепленные
на них электроды образуют равносторонний треугольник, в центре которого -
сердце, равноудаленное от сторон и от вершин этого треугольника. Графические
построения ИЭВС Вам предстоят в привязке к треугольнику Эйнтховена. При снятии
ЭКГ пациент может иметь и другую позу. При этом если сгибаются руки или ноги,
то изгибаются и силовые линии электрического поля в проводящих тканях пациента.
Так что изменения его позы практически не изменяют характера записей в
отведениях. Интерпретировать их все равно можно в привязке к треугольнику
Эйнтховена.
Но путаница в размещении и подключении электродов недопустима, поскольку
приводит к ошибкам в диагностических заключениях. И вообще, снятие ЭКГ - жестко
регламентированная процедура, в которой нет мелочей.
Принятая нумерация отведений:- (правая рука - левая рука)- (правая рука -
левая нога)- (левая рука - левая нога)
Система обозначений для пиков электрической активности на кардиограммах
также предложена Эйнтховеном, и с тех пор сохраняется (см рисунок).
В ходе становления и развития метода ЭКГ были установлены связи между
состоянием различных участков сердца и записями его электрической активности на
кардиограмме. Подробное обсуждение этих связей не входит в задачи кафедры
физики. Ограничимся констатацией связей общего характера:
Зубец Р - возбуждение обоих предсердий
Зубец Q- возбуждение левой половины межжелудочковой перегородки
Зубец R - возбуждение желудочков
Зубец S - возбуждение основания левого желудочка
Зубец Т - соответствует процессам реполяризации
Зубец U регистрируется не всегда, и его происхождение не изучено.
Отведения
Каждая из измеряемых разниц потенциалов называется отведением. Отведения
I, II и III накладываются на конечности: I - правая рука - левая рука, II -
правая рука - левая нога, III - левая рука - левая нога. С электрода на правой
ноге показания не регистрируются, он используется только для заземления
пациента.
Регистрируют также усиленные отведения от конечностей: aVR, aVL, aVF -
однополюсные отведения, они измеряются относительно усреднённого потенциала
всех трёх электродов. Заметим, что среди шести сигналов I, II, III, aVR, aVL,
aVF только два являются линейно независимыми, то есть сигнал в каждом из этих
отведений можно найти, зная сигналы только в каких-либо двух отведениях.
При однополюсном отведении регистрирующий электрод определяет разность
потенциалов между конкретной точкой электрического поля (к которой он подведён)
и гипотетическим электрическим нулём. Однополюсные грудные отведения
обозначаются буквой V.
Схема установки электродов V1-V6 Отведения Расположение регистрирующего
электродаВ 4-м межреберье у правого края грудиныВ 4-м межреберье у левого края
грудиныНа середине расстояния между V2 и V4В 5-м межреберье по
срединно-ключичной линииНа пересечении горизонтального уровня 4-го отведения и
передней подмышечной линииНа пересечении горизонтального уровня 4-го отведения
и средней подмышечной линииНа пересечении горизонтального уровня 4-го отведения
и задней подмышечной линииНа пересечении горизонтального уровня 4-го отведения
и срединно-лопаточной линииНа пересечении горизонтального уровня 4-го отведения
и паравертебральной линии
В основном регистрируют 6 грудных отведений: с V1 по V6. Отведения
V7-V8-V9 незаслуженно редко используются в клинической практике, так как они
дают более полную информацию о патологических процессах в миокарде задней
(задне-базальной) стенки левого желудочка.
Дополнительные задние отведения Вилсона, расположение электродов и
соответственно нумерация, по аналогии с грудными отведениями Вилсона,
продолжается в левую подмышечную область и заднюю поверхность левой половины
грудной клетки. Специфичны для задней стенки левого желудочка.
Дополнительные высокие грудные отведения Вилсона, расположение отведений
согласно нумерации, по аналогии с грудными отведениями Вилсона, на 1-2
межреберья выше стандартной позиции. Специфичны для базальных отделов передней
стенки левого желудочка.
Брюшные отведения предложены в 1954 г. J.Lamber. Специфичны для
переднеперегородочного отдела левого желудочка, нижней и нижнебоковой стенок
левого желудочка. В настоящее время практически не используются.
Отведения по Небу - Гуревичу. Предложены в 1938 г. немецким учёным W.
Nebh. Три электрода образуют приблизительно равносторонний треугольник, стороны
которого соответствуют трём областям - задней стенке сердца, передней и
прилегающей к перегородке. При регистрации электрокардиограммы в системе
отведений по Небу при переключении регистратора в позицию aVL можно получить
дополнительное отведение aVL-Neb, высокоспецифичное в отношении заднего инфаркт
миокарда.
Правильное понимание нормальных и патологических векторов деполяризации и
реполяризации клеток миокарда позволяют получить большое количество важной клинической
информации. Правый желудочек обладает малой массой, оставляя лишь
незначительные изменения на ЭКГ, что приводит к затруднениям в диагностике его
патологии, по сравнению с левым желудочком.
Электрическая ось сердца (ЭОС)
Электрическая ось сердца - проекция результирующего вектора возбуждения
желудочков во фронтальной плоскости (проекция на ось I стандартного
электрокардиографического отведения). Обычно она направлена вниз и вправо
(нормальные значения: 30°…70°), но может и выходить за эти пределы у высоких
людей, лиц с повышенной массой тела, детей (вертикальная ЭОС с углом 70°…90°,
или горизонтальная - с углом 0°…30°). Отклонение от нормы может означать как
наличие каких либо патологий (аритмии, блокады, тромбоэмболия), так и
нетипичное расположение сердца (встречается крайне редко). Нормальная
электрическая ось называется нормограммой. Отклонения её от нормы влево или
вправо - соответственно левограммой или правограммой.
Электрокардиографы применяют для регистрации периодически повторяющейся
кривой, образованной наложением элементарных синусоидальных колебаний разных
частот, амплитуд и фаз, которые отображают электробиологические процессы в
активной сердечной мышце.В медицинской практике преимущественно применяются
электрокардиографы с непосредственной записью, у которых функции
регистрирующего устройства выполняет писчик, записывающий колебания
гальванометра. Недостатком такого электрокардиографа является иннерционность
регистрирующего устройства, которая приводит к заметным искажениям высокочастотного
спектра кардиограммы и тем самым ограничивает диагностические возможности
аппарата. Этот недостаток полностью отсутствует у электрокардиографов, в
которых в качестве регистрирующего устройства используется осциллограф на
электронно-лучевой трубке. При снятии кардиограммы регистрируемый сигнал,
усиливаемый высококачественным электронным усилителем, поступает на
вертикальные пластины электронно-лучевой трубки, а на горизонтальные пластины
подается линейно изменяющееся напряжение с требуемой скоростью изменения и
амплитудой, обеспечивающей развертку электронного луча трубки на полный экран.
Это - так называемая развертка осциллографа.
Такой прибор можно использовать для снятия вектор-кардиограммы,
представляющей собой векторную сумму двух разностей потенциалов, одна из
которых поступает на вертикальные пластины, а другая - на горизонтальные
пластины. При этом развертка отключается, а горизонтальные пластины
подключаются к выводу второго усилителя, на вход которого подают вторую
составляющую результирующего вектора.
Усилители необходимо строить с дифференциальным каскадом на входе, чтобы
можно было:
■ использовать инвертирующий и неинвертирующий входы;
■ подавлять синфазные помехи, обусловленные не только наводками в
виде фона (с частотой 50 Гц или кратной), а также помехи, вызываемые
электрической активностью скелетных мышц пациента, и т.д.;
■ реализовать стандартные отведения , обеспечивающие измерение
разности потенциалов между двумя участками тела, подключением электродов
кардиографа к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального
каскада.
Как известно , основными стандартными отведениями являются:отведение -
электроды на левой и правой руке подключаются соответственно к инвертирующему и
неинвертирующему входам;и III отведения - электрод на левой ноге подключают к
инвертирующему входу, а к неинвертирующему входу - электрод на правой руке (II
отведение) или на левой руке (III отведение). При указанных правилах
подключения электродов на экране электронно-лучевой трубки электрокардиограмма
появляется направленная кверху, если поданный на инвертирующий вход сигнал
превышает по амплитуде сигнал на неинвертирующем входе.
Усилитель, предназначенный для горизонтальных пластин при снятии
векторкардиограммы, желательно также реализовать а дифференциальном каскаде.
Промежуточные и выходные каскады усилителей целесообразно реализовать на
дифференциальных парах, не прибегая к преобразованию двухфазного выходного
напряжения в однофазный, так как усилители электронно-лучевых трубок, как
правило, строят с двухфазным выходом.
Точность воспроизведения электрокардиограммы определяется линейными и
нелинейными искажениями усиливаемых сигналов.
Линейные искажения определяются АЧХ усилителя. В области низких частот
они могут быть полностью исключены, если отказаться от использования
разделительных RС-цепей между каскадами и блокирующих конденсаторов в цепях
задания и стабилизации режимных токов транзисторов. Однако при этом необходимо
предусмотреть меры для установки нулевого уровня, от которого отсчитывается
амплитуда зубцов и определяется степень смещения сегментов электрокардиограммы.
Для установки нулевого уровня, смещение которого в основном определяется
отклонением выходного напряжения входного дифференциального каскада, применяют
балансировку каскада путем изменения режимных токов входных транзисторов. В
электрокардиографах эту операцию производят при помощи корректора.
Из-за температурного дрейфа выходного напряжения дифференциального
каскада происходит смещение нулевого уровня, нестабильность которого мешает
определению уровня S-Т и создает условия для ошибочного толкования
электрокардиограммы . Влияние температурного дрейфа практически можно исключить
использованием высокостабильных источников тока, задающих режимные токи
коллекторов, а также охватом отрицательной обратной связью соответствующих
звеньев усилителя.
Указанные проблемы, вызывающие смещение нулевого уровня, можно исключить
применением разделительной RС-цепи, которую подключают к выходу усилителя.
Постоянную времени цепи тр = СрR необходимо рассчитать так, чтобы усилитель
передавал без заметного искажения сигналы очень низкой частоты - около 0,25 Гц
.
В области низких частот существенно сказывается действие шумовых
сигналов, обусловленных дисперсией процесса рекомбинации-генерации. Это
низкочастотные шумы типа 1/f, амплитуда которых заметно возрастает по мере
уменьшения частоты.
В электрокардиографах и целом ряде других медицинских аппаратов
(например, энцефалографах) приходится усиливать сравнительно низкочастотные
сигналы (с частотой, иногда составляющей десятые доли герца), поэтому наряду с
полезными сигналами усиливаются низкочастотные шумовые сигналы типа 1/f,
амплитуда которых может оказаться сравнимой с амплитудой полезных сигналов. При
этом точнсть воспроизведения сигналов прибором характеризуется шумовым
показателем
µш = Uвых.m / кр\Uвых,ш\ ,
определяемым отношением амплитуды полезного сигнала Uвых.m к амплитудному
значению шумового сигнала кр\Uвых,ш\ (|С/вых,ш\ - среднеквадратичное значение
шума, кр - коэффициент, определяющий амплитудное значение шума). Следовательно,
при разработке или выборе низкочастотного усилителя для указанных медицинских
приборов необходимо ориентироваться и на коэффициент шума, стремясь к тому,
чтобы µш >(10-50).
В усилителях постоянных сигналов прямого усиления проблему уменьшения
низкочастотных шумов возможно решить только одним способом - выбором
малошумящих транзисторов во входном каскаде, избегая полевых транзисторов,
характерной особенностью которых является высокий уровень шумов 1/f.
Использование разделительных RС-цепей позволяет еще больше увеличить µш.
Практически полностью можно исключить шумы 1/f применением усилителей
постоянных сигналов с преобразованием, т.е. МДМ-усилителей, в которых следует
использовать модулятор на элементе с низким уровнем шумов 1/f.
Искажения в области высших частот обусловлены инерционностью элементов
кардиографа. Считается , что пригодный для клинических целей электрокардиограф
должен точно передавать сигналы с высокочастотным спектром более 200 Гц. Если
регистрирующая система обладает верхней граничной частотой fв, не превышающей
120 Гц, то амплитуда зубцов уменьшается на 30%. Поэтому электрокардиографы с
непосредственной записью, где в качестве регистрирующей системы используется
инерционный писчик с очень низкой частотой свободных колебаний, практически
непригодны для достоверной диагностики на основании формы воспроизводимых
зубцов. В электрокардиографах с регистрирующей системой в виде осциллографа без
особого труда можно обеспечить воспроизведение сигналов с высокочастотным
спектром, составляющим десятки и более килогерц. При этом полностью исключается
искажение формы зубцов.
Точность электрокардиограмм зависит и от уровня нелинейных искажений,
вносимых аппаратом. Для установления этих искажений электрокардиографы
снабжаются потенциометром, при помощи которого контролируется, во-первых,
чувствительность усилителя с помощью контрольного милливольта и, во-вторых,
уровень нелинейных искажений подачей разнополярных контрольных милливольт. В
первом случае подачей контрольного милливольта устанавливается определенный масштаб
амплитуды усиливаемого сигнала. По международному стандарту 1 мВ должен
обеспечить отклонение 10 мм (в некоторых случаях отступают от этого стандарта).
Во втором случае для установления уровня нелинейных искажений изменяют
амплитуду контрольного сигнала и проверяют, соответствует ли отклонение на
выходе кардиографа установленному значению контрольного сигнала. Такую проверку
проводят для отклонения как вверх, так и вниз.
Для уменьшения нелинейных искажений охватывают усилитель отрицательной
обратной связью требуемой глубины. При малых нелинейных искажениях их уровень
уменьшается пропорционально глубине обратной связи.
Современные электрокардиографы позволяют осуществлять как одноканальную,
так и многоканальную запись кардиограммы . Использование цифрового осциллографа
позволяет компьютеризировать данный процесс. Для компьютерной обработки
электрокардиограмм преобразуют аналоговый сигнал в цифровой, снабдив усилитель
аналого-цифровым преобразователем. Дополнив компьютер базой данных по
кардиограммам, составленным медицинскими экспертами, можно установить диагноз
исследуемого пациента.
Электрокардиограф
В состав электрокардиографа входят следующие блоки:
. Входное устройство. Это система электродов, кабелей их подключения к
прибору, приспособлений для фиксации электродов.
. Усилитель биопотенциалов. Коэффициент усиления - порядка 5000.
. Регистрирующее устройство. В нем отклонения пера, пропорциональные
биопотенциалам, записываются на специальной ленте. В данном случае, кончик пера
- горячий, а лента - термочувствительная. Применяются значения скорости
протяжки ленты 25 мм/с и 50 мм/с
. Блок питания
. Блок калибровки. При его кратковременных включениях, на вход усилителя
вместо пациента подключается калибровочное напряжение 1 мВ. Если усилитель в
порядке, то на ленте прописывается прямоугольный импульс высотой 10 мм. Вся
статистика по норме и патологии высоты зубцов на ЭКГ - это данные в
милливольтах. Поэтому запись калибровочного сигнала перед обследованием и после
обследования обязательна.
Современные дизайнерские решения приборов таковы, что отпадает
необходимость в подробных указаниях, где размещены кнопки и клавиши
переключений. Вникнув в простую символику обозначений, убедитесь в возможностях
следующих переключений:
. Переключения отведений в прямой и обратной последовательности; световая
индикация этих переключений.
. Включение успокоителя пера («0»), со световой индикацией включения;
. Переключение скорости протяжки ленты на 25 мм/с («25») или 50 мм/с
(«50»).
сердце
сокращение электрокардиограф лаборант
Порядок выполнения работ
. Под контролем лаборанта установить электроды на предплечьях и на левой
голени. 2. Подключить электроды к кардиографу. Включить электрокардиограф.
Установить скорость протяжки ленты 25 мм/с. Это означает, что при расшифровке
записей одному миллиметру вдоль ленты соответствует время D t = 1/25 = 0.04 с/мм.
. Записать калибровочный импульс 1 мВ.
. Выполнить запись ЭКГ последовательно в трех отведениях. Снова записать
калибровочный импульс 1 мВ.
Список литературы
1.
Т.М.Агаханян, В.Г.Никитаев. Электронные устройства в медицинских приборах.
БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005.
. Джонс М.Х.
Электроника: практический курс / Пер. с англ. М.: Постмаркет, 1999.
. Мурашко
В.В., Струтынский А.В. Электрокардиография. М.:МЕДпресс, 1998.