ФГАОУ ВПО УрФУ

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

Физико-технологический институт - ФизТех

Кафедра экспериментальной физики

Лабораторная работа

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ

Екатеринбург

2011

Оглавление

I. Физические основы метода электрокардиографии 3

II. Устройство электрокардиографа. Проблемы, возникающие при регистрации ЭКГ. Сопряжение электрокардиографа с ПК. 10

1. Описание электрокардиографа ЭК1Т-03М2 10

Назначение 10

Комплектация 11

Основные технические характеристики электрокардиографа ЭК1Т-03М2 11

2. Основные виды помех возникающих при регистрации ЭКГ 13

3. Передача данных на ПК 14

4. Описание электрокардиографа Schiller AT-101 25

4.1. Основные технические характеристики прибора 25

4.2. Структурная схема и основные элементы 28

III. Электрокардиограф Schiller AT-101. Порядок выполнения работы 32

1. Подготовка электрокардиографа к работе 32

2. Запись электрокардиограммы 32

3. Обработка записей ЭКГ 32

4. Передача ЭКГ-сигнала в ПК 35

IV. Электрокардиограф ЭК1T – 03M2. Порядок выполнения работы 37

1. Подготовка прибора ЭК1T – 03M2 к работе 37

2. Запись электрокардиограммы 37

3. Передача ЭКГ-сигнала в ПК 38

V. Содержание отчета 39

Список используемых сокращений 39

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 40

Цель работы: ознакомиться с методом электрокардиографии.

Используемое оборудование:

1. Электрокардиограф ЭК1Т-03М2:

• кабель отведений;

• набор электродов;

• ПК;

• кабель для Com-порта (DB-9);

• учебный микропроцессорный стенд SDK-1.1/S;

• ПО: программа “drawer_pr.exe”, написанная в cреде разработки Delphi 7.0.

2. Электрокардиограф Schiller AT-101:

• кабель отведений;

• набор электродов;

• электродный контактный гель;

• ПК;

• кабели для Com-порта (DB-9) и принтера (LPT);

• принтер Hewlett-Packard;

• ПО: программы SEMA-200 и SemaComm.

I. Физические основы метода электрокардиографии

При функционировании тканей, органов и отдельных клеток, сопровождающемся электрической активностью, в организме создается электрическое поле. Электрические поля отдельных клеток, суммируясь, создают электрическое поле в ткани или в органе. В результате возникают определенным образом распределенные потенциалы во всем теле, в том числе и на его поверхности. Поэтому 2 электрода, наложенные на разные участки тела, регистрируют разность потенциалов. Зависимость этой разности потенциалов от времени называется электрограммой. Электрокардиограмма представляет собой запись суммарного электрического потенциала, возникающего при возбуждении множества миокардиальных клеток. На рис. 1 представлена ЭКГ, записанная во II стандартном отведении. Показатели нормальной ЭКГ указаны в табл. 1.

Электрокардиограмма – это кривая изменения электрической активности сердца, характеризующая деятельность сердечной мышцы во времени. На графике ЭКГ представлена как функция напряжения (разности биопотенциалов) в милливольтах, изменяющегося в соответствии с колебаниями величины и направления электрического поля сердца, от времени (в секундах).

Биопотенциалы сердца представляют собой периодические колебания переменного знака, сложной, несимметричной формы. Периодичность повторения колебаний соответствует частоте пульса, амплитуда составляет несколько милливольт.

Рис. 1. Нормальная ЭКГ человека (II стандартное отведение).

Табл. 1.

Показатели нормальной ЭКГ человека.

В составе кривой ЭКГ можно выделить шесть видов характерных зубцов. По предложению голландского физиолога Виллема Эйнтховена (в 1924 г. удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине) их обозначают буквами Q, R, S, T, U, P.

Сердечный цикл начинается с зубца P, соответствующего возбуждению и сокращению предсердий. Интервал PQ характеризует период распространения волны возбуждения от предсердий в желудочки. Желудочковый комплекс, включает в себя начальную часть – комплекс QRS, отражающий охват возбуждения и сокращения обоих желудочков, промежуточную – интервал ST, обычно расположенный на нулевой линии или несколько выше ее, и конечную – зубец T, соответствующий реполяризации желудочков, т.е. процессу восстановления их исходного состояния. Интервал QRST (до конца T) называется электрической систолой. Зубец U иногда появляется за зубцом Т, он непостоянен и мал и отражает повышенную возбудимость миокарда после систолы. После зубца T или U до зубца Р идет горизонтальная линия, называемая сегментом ТР и соответствующая диастоле сердца.

Форма регистрируемой ЭКГ зависит от проекции вектора ЭДС возбуждения (диполя) на оси отведений. Этот воображаемый вектор отражает равнодействующую потенциалов, возникающих во множестве элементарных мышечных волокон. Его иногда называют интегральным электрическим вектором сердца (ИЭВС) или интегральным вектором Эйнтховена. Значение и направление электрического вектора меняются в каждый момент времени в соответствии с тем, как суммируются векторы элементарных биопотенциалов. Обычно считают, что электрический вектор направлен от правого плеча к левому бедру. Поэтому ожидается, что при нормальном состоянии в этом направлении будет получена наибольшая амплитуда напряжения, характеризующего проекцию вектора на поверхность кожного покрова. Таким образом, задача оценки электрического вектора сердца осуществляется с помощью различного количества электродов, располагаемых в определенных зонах.

При изменении ИЭВС – изменяются его проекции. Регистрируемые электрокардиографом изменения электрического потенциала соответствуют некоторым изменениям ИЭВС как по модулю, так и по направлению, в ходе сердечного сокращения.

В ситуации «вектор – его проекции» можно говорить о прямой и обратной задачах. Прямую задачу – переход от ИЭВС живого сердца к его меняющимся во времени проекциям в отведениях выполняет электрокардиограф. Обратную задачу – воссоздание вектора ИЭВС по двум его проекциям для определенной стадии сердечного сокращения, необходимо решить графически в ходе выполнения данной работы.

При измерении электрических параметров биообъектов их соединяют с измерительной схемой с помощью биоэлектрических электродов.

Отведением в электрокардиографии называется система из двух электродов, установленных на поверхности тела пациента и подключенных к электрокардиографу. Регистрируемая в любом отведении разность потенциалов является проекцией ИЭВС на линию, соединяющую электроды этого отведения. Измерение разности потенциалов на поверхности тела, возникающее во время работы сердца, записывается с помощью различных систем отведений. Они отличаются местом наложения электродов на пациенте.

Величина регистрируемого потенциала зависит от расстояния до источника сигнала, поэтому минимальный потенциал будет в точке максимально удаленной от сердца. Потенциал электрода, приложенного к этой точке можно считать нулевым.

Все используемые отведения можно разделить на биполярные, или двухполюсные, когда оба электрода являются измерительными и разность потенциалов регистрируется между двумя точками поверхности тела, и униполярные. При униполярных отведениях один электрод является измерительным, а другой представляет собой нулевой, индифферентный. Униполярное отведение позволяет регистрировать биоэлектрическую активность в точке наложения электрода.

Наибольшее распространение при регистрации электрокардиограммы получили 12 способов отведения: 6 от конечностей и 6 грудных, основанных на концепции треугольника Эйнтховена. При этом человеческое тело рассматривается в виде однородного проводника, генератор сердечной ЭДС заменяется точечным диполем и помещается в центре равностороннего треугольника, вершины которого расположены на правой и левой руках (у кистей) и левой ноге (у ступни).

Основными являются три стандартных отведения от конечностей (рис. 2), предложенные Эйнтховеном (правая рука – левая рука, правая рука – левая нога, левая нога – левая рука). Они используются для определения величины и направления эквивалентного электрического диполя сердца, которым описывается его электрическая активность. Эти отведения обозначаются RL, LF, RF, где R – правая рука, L – левая рука, F – левая нога. Стандартные отведения биполярны.

Рис. 2. Схема наложения стандартных электродов при записи стандартных отведений ЭКГ.

Используются также униполярные отведения от конечностей. Для их образования искусственно создается нейтральный электрод. При этом три конечности (вершины треугольника Эйнтховена) подключаются через одинаковые резисторы к общей точке, потенциал которой принимается за нулевой. Измерительный электрод можно помещать в любой точке тела, в частности подводить к любой конечности. Центральный (индифферентный) электрод обозначается буквой V, однополюсные отведения от конечностей – VR, VL, VF.

Усиленные однополюсные отведения от конечностей введены в электрокардиографию Гольдбергом. В этой системе суммирующая цепь для формирования нулевого электрода подключается только к двум точкам отведения. Разность потенциалов измеряется между третьей точкой отведения и нейтральным электродом. Согласно концепции треугольника Эйнтховена, амплитуда регистрируемых электрических сигналов для этого типа отведений возрастает в 1,5 раза. Усиленные отведения обозначаются aVR, aVL, aVF (рис. 3).

Рис. 3. Усиленные униполярные отведения от конечностей по Гольдбергу.

В шести униполярных грудных отведениях по Вильсону также используется искусственный нейтральный электрод, образованный суммированием биопотенциалов конечностей. Измерительный электрод помещают в шести выбранных определенным образом точках в области грудной клетки (рис. 4). В связи с близостью грудных электродов к источнику электрического поля даже небольшие их перемещения приводят к значительным изменениям отводимых потенциалов. Грудные отведения обозначаются V1 – V6 и входят в стандартную программу электрокардиографического исследования.

Рис. 4. Схема расположения электродов при регистрации однополюсных грудных отведений.

Для ряда специальных задач широко используются грудные отведения по Нэбу. Все три электрода в этом случае расположены на грудной клетке так, что образуют малый сердечный треугольник. Разность потенциалов регистрируется между каждой парой электродов (рис. 5).

Рис. 5. Схема расположения электродов при записи отведений по Нэбу.

II. Устройство электрокардиографа. Проблемы, возникающие при регистрации ЭКГ. Сопряжение электрокардиографа с ПК.

1. Описание электрокардиографа ЭК1Т-03М2

Назначение

ЭК1Т-03М – это одноканальный электрокардиограф, 3-го класса точности, с перьевой записью на термочувствительной бумаге (рис. 6).

Электрокардиограф ЭК1Т-03М2 предназначен для определения контактным методом зависимости разности потенциалов электрического поля сердца от времени в лечебно-профилактических медицинских учреждениях.

Рис. 6. Электрокардиограф ЭК1Т-03М2

Комплектация

1. электрокардиограф;

2. электроды для конечностей;

3. электрод грудной;

4. резиновые ленты для крепления электродов к конечностям;

5. кабель отведений;

6. термобумага.

Основные технические характеристики электрокардиографа ЭК1Т-03М2

• Отведения, регистрируемые электрокардиографом: I; II; III; αVR; αVL; αVF; V и D, A, I по Нэбу.

• Диапазон измерения напряжения U: от 0,03 до 4 мВ.

• Диапазон измерения интервалов времени τ: от 0,01 до 2с.

• Погрешность измерения напряжения сигналов со спектром в диапазоне частот от 0,5 до 60 Гц: мВ.

• Чувствительность ξ: 5, 10, 20 мм/мВ.

• Погрешность измерения интервалов времени: c.

• Скорость движения носителя записи V: 25 и 50 мм/с.

• Эффективная ширина записи канала 40 мм.

• Входное сопротивление: не менее 5 Мом.

• Уровень внутренних шумов, приведенных к входу: не более 25 мкВ.