Ю.Н. Орлов - Методы и технологические средства для электрокардиографии

Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана Ю.Н.ОРЛОВ МЕТОДЫ И ТЕ~КйХКЖ СРЕДСТВА ДКЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОГР!йИИ Рекомендовано редсоветом МТТУ им. Н.Э.Беумана в качестве учебного пособия Издательство МГТУ им. Н.Э,Баумана Р99 ББК 51.1(2)2 О-66 1, КРАТКИЕ ТЕОЖТИЧЮКИЕ СВЕЛЕНИЯ 1.1. Элект экологические основы элеат ока о и и Рецензенты: С.М.Волков, Г.В.Тимошков основные па амет ы биоэлект ического сигнала 0-66 Орлов Б.Н.

Методы и технические средства для электрокардиогрефиз: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н,Э.Баумана, 1997, — 16 с., ил. В учебном пособии рассмотрены генез и основные электрические параметры электрокардиосигнэла. Описаны и проанализированы распространенные в практике электрокардиографии системы отведений. Представлены конструкции и характеристики электродов для электрокардиографив, обоснован их выбор для конкретных методик исследования, Юля студентов 3-го курса, обучающихся по специальности "Биотехнические и медицинские аппараты и системы". Ил.

6. Биб,".иогр. 6 назв. ББК 51.1(2)2 (С) МГГУ им. Н.З.Баумана, 1997 Практически все живые ткани, органы и их системы являются источниками биоэлектричества. Электрогенеэ биосбъектов опреде- ляется совокупностью ряда злектрофиэиологическвх процессов, среди которых основными следует считать потенциал покоя, потен- циал действия и сопутствующую ему волну возбуждения, потенциал повреждения, диффузионный потенциал [ 1 ) .

В отличие от многих других биоэлектрических сигыэлов, электрокардиограмма обладает достаточной упорядоченностью, по- этому подробно изучена и широко используется в диагностической практике. Интерес к развитию электрокардиогрзфии вызывается прогрессирующим ростом сердечно-с:ссудистых заболеваний. Кроме того, электрокардиография обеспечивает получение необходимой информации при специальных физиологических обследовениях в спортивной, авиационной, космической медицине и т.п.

Указан- ные обстоятельства обусловили появление большого числа методов исследования и методик отведения, основные из которых будут рассмотрены ниже, Биоэлектрические процессы н сердце приводят к появлению ЗЛО, которая посредством биологических проводящих структур про- ектируется на кожный покров.

Таким образом, электрофиэиологи- ческие проявления миокарда, проводящих путей и водителей ритма сердца могут восприниматься кожными, поверхностными электрода- ми, а при необходимости и внутрипслостными электродами, распо- ложенными в пищеводе или соответствующих отделах сердца. Под термином "электрокардвограмма" следует понимать запись (или визуализацию) проекции интегрального электрического вектора на ось отведения при любой биполярной методике отведе- ния, либо абсолютных (с некоторым приближением) значений биопо- тенциалов отдельных точек отведения — при любой униполярной ме- тодике отведения. При биполярных методиках электрокардиографии исследуют во времени разность потенциалов между двумя фиксиро- ванными точками отведения, формируюцими ось отведения, при уни- полярных — изь~е~ение абсолютного значения биопотенциэлов точек 3 отведения по отношению к суммирующей цепи, реализующей точку искусственного нулевого электрического потенциела.

Единичное отведение, формирующее естественный нулевой потенциал цри электрокардиогрэфических исследованиях, в практике получить не удалось. В норме, эа ограниченное время, электрокардиограмму можно считать периодическим процессом, в котором имеется ряд четко выраженных зубцов: Р, Я, К , Я и 7' (рис. 1). Амплитуды зубцов определяются от уровня нулевой линии, называемой изоэлектрической, и выражаются в милливольтах или миллиметрах, если 1 мВ калибровочного сигнала вызывает отклонение изоэлектрической линии в 10 мм, Изоэлектрическзя линия записывается в интервале Р— (:( или Т- Р .

Амплитудные значения указанных зубцов лежат в пределах 0,05...3 мВ и зависят от состояния сердца, фазы сокращения и системы выбранных отведений. УмВ з 2 1 О -г Рис. 1, Электрокардиограмма. Временные и амплитудные харэктерйстики у Оут,Ь63ЮН(лр Иоходя из существа электрофизиологических процессов ( 2 ), электрокардиограмма представляет собой результат последовательной деполяризации (возбуждения)миокарда, продолжающейся в среднем 0,05...0,08 с, и реполяризации (восстановления) с длительностью в среднем 0,27... 0,36 с.

Тэк, зубец )э отражает деполяриэацию волокон предсердий, причиной которой является 4 ритмическое самопроизвольное (автоматичеокое) возбуждение клеток оинуоового узла. Реполяризация предсердий совпадает по времени с децоляризэцией желудочков, что отракается сложным днухфазным комплексом Й)РЯ, Реполяризации желудочков соответствует зубец 7'.

Скорость изменения биоэлектрического сигнала за время кардиоцикла существенно различается и имеет максимальное значение в комплексе ЙР5, а юпимальное — в интервале Я- Т и зубце Т, В связи с существенныы различием скоростей изменения сигналов на указанных участках необходимая полоса процускания технического устройства для достоверной передачи информации должна составлять не менее 0,05...120 Гц. 1.2. Системы отве ений в элект ка о и Стандартные отведения по Эйнтховену Методология этой системы отведений базируется на следующих концепциях В.Зйнтховена. 1. Генератор сердечной ЭДС представляет собой точечный диполь. 2. Точечный диполь генератора ЗЛС расположен в центре равностороннего треугольника с вершинами левая рука - правая рука— левая нога.

3. Человеческое тело по отношению к атому источнику ЭЛС— однородная проводящая среда. Принимая указанные допущения, расположим сердце и три указанные вершины равностороннего треугольника во фронтальной плоскости, а работу электрического генератора сердечной мышин отобразим в виде интегрального вектора Е, изменяющего во время кардиоцикла величину и направление.

Точку прилоиения этого вектора условно будем считать эа4шксированной в области меипредсердной перегородки (рис. 2). Спроектирован на стороны треугольника мгновенное значение интегрального вектора о учетом выбранного направления обхода, получим уравнение Е Й + Е -О. э Лля изучения указанных проекций ( Е, Л', Е ) достаточно 1~ з~ э использовать предложенные Эйнтховеном отведения: левая рука— правая рука; левая рука - левая нога; правая рука - левая нога. Лля удобства обозначений электродов в методиках отведений принята соответствующая аббревиатура и цветовая маркировка (ГОСТ 25995-83).

Грудные отведения по Вильсону Рис. 2. "Треугольник" Эйнтховена ( Е - проекция интегрального электрйческсгс вектора на фронтальную плоскость; стрелкой показано направление обхода) язв э ~й,. гб) ~г , аП, / ~~ — 1 — —.- р~ ИЯ Рис. 3. Распространенные методики отведений в ЭКГ: 1, П, Ш стэйдартные отведения; У(., Мб- грудные отведения; АУЛ, аНР а ЧР— усиленные отведения В соответствии с принятыьш обозначениями предложенные Эйнтховеном отведения 1Р РРР Р'(.

получили название 1, П и Ш стандартных (рис. 3). Стандартные отведения реализуют биполярную методику. Ф.Вильсон предложил использовать для ЖГ униполярвую си- стему грудных отведений. Предложения Вильсона строились на приведенном выше уравнении Е «Е ~ Е = О, из которого вытекало, г з что электрическое соединение всех точек отведения обеспечивает усреднение потенциалов и получение искусственной "нулевой" точки. Непосредственное соединение электродов конечностей при- вело бы к шунтированию генератора сердечной Э)(С, поэтому в практике измерений электроды соединяют через резисторы. К сопротивлениям этих резисторов предъявляются противоречивые требования: с одной стороны, они должны быть минимальными, так как обеспечивают гальваническое соединение точек, имеющих различные потенциалы, с другой стороны — исключение шунтирова- ния и выравнивание сопротивлений биотканей и перехода электрод - кожа требуют значительного сопротивления.

Яитишаь- же Значение этих сопротивлений лежит в пределах 3...100кбм. Схема расположенвя грудных электродов приведена на рис. 3. Наиболее часто используют шесть грудных электродов ( У1„, Уб ), Однако их число может увеличиваться при необходимости получения допмнительной информации до девяти ( Уу... УВ ), Сравнивая методики стандартных отведений (в биполярной системе) и грудных отведений (в униполярной системе), следует отметить, что первые обеспечивают возможность получения интег- ральной картины деятельности сердца, в то время как униполяр- ная методика обеспечивает дифференциальную диагностику состоя- ния различных зон сердца.

Вильсоном была предложена также уни- полярная система отведений с конечностей У)Р,У~. , Уд' . Однако зти отведения распространения не получили, поскольку в резуль- тате шунтирования резистором, входящим в суммирующую цепь, амплитуда получаемых сигналов оказывалась мала.