Робота з електрокардіографом ЕКСПЧТ-4

Мета роботи: вивчити фізичні основи електрокардіографії, придбати навик роботи з електрокардіографом.

Питання для підготовки до лабораторної роботи

1. Поняття про електрограм (ЭГ). Види ЭГ.

2. Серце як електричний диполь. Інтегральний електричний вектор серця (ИЭВ). Електричне поле диполя. Теорія Ейнтховена. Стандартна система відведень.

3. Поняття про вектор-электрокардиографии.

4. Серце як струмовий диполь. Потенціал струмового диполя.

5. Спрощена блок-схема електрокардіографа. Поняття про диференціальний підсилювач. Принцип придушення перешкод. Електроди для зняття ЭГ.

Література для підготовки до лабораторної роботи

1. Ливенцев Н.М., Курс физики, 1974, параграфы 62, 99.

2. Ливенцев Н.М., Курс физики, 1978, ч.2, параграфы 140, 142.

3. Ремизов А.М., Курс физики, электроники, кибернетики для

медицинских институтов, 1982, гл. 15, параграфы 3, 4.

5. Ремизов А.М., Медицинская и биологическая физика, 1987,

гл. 14, параграфы 4, 5.

6. Владимиров Ю.А. и др., Биофизика, гл. 9, параграфы 1-7.

 

Додаткові теоретичні відомості

Функціонування органів, тканин, окремих клітин і їх частин супроводжується зміною їх електричній активності. У навколишньому середовищі створюється змінне електричне поле, характеристики якого (різницю потенціалів, величину електричного струму і т.д.) можна зареєструвати. Отріману інформацію використовують для вирішення діагностичних завдань і вивчення природи електричних явищ в біологічних тканинах.

Запіс різниці потенціалів між точками середовища, що оточує електрично активні тканини, називається электрограмой (ЭГ). Зокрема, електрокардіограма є записом різниці потенціалів, що знімаються з певних крапок тіла, виникнення яких пов'язане з електричною активністю серця. Біофізичний напрям в електрокардіографії пов'язаний з вивченням природи сигналів, що знімаються в різних відведеннях з поверхні тіла і визначенням кількісних співвідношень між реєстрованими сигналами і серцем як деяким еквівалентним електричним генератором. Розглянемо деякі концепції представлення серця еквівалентним електричним генератором.

I концепція - серце як електричний диполь (теорія Ейнтховена).

Основні положення теорії Ейнтховена.

1. Серце представляється як диполь. Між областями збудженого і незбудженого міокарду є різниця потенціалів, полярність якої вказана на малюнку (рис.1). З певним ступенем наближення можна вважати, що таке розподіл потенціалів може бути створений системою зарядів, відповідних електричному диполю Р, заряди якого розташовані в центрах збудженої (мінус) і незбудженої (плюс) ділянок. Цей диполь Р представляється як інтегральний електричний вектор серця, рівний Р = ql.

2. Передбачається, що диполь розташований в однорідному діелектрику, тобто струми в цьому середовищі відсутні, і електричне поле розглядається як статичне. Величину потенціалу будь-якої точки середовища в цьому випадку можна визначити по формулі:

j_а = (1/40e)×(Pcos/r2).

 

 

Рис.1. Серце як електричний диполь

 

3. Вибір стандартної системи відведень.

Ейнтховен запропонував знімати різниці потенціалів між вершинами рівностороннього трикутника, в центрі якого знаходиться диполь Р (рис. 2). Можна показати, що для цього випадку різниці потенціалів між вершинами трикутника пропорційні відповідним проекціям вектора Р:

Dj_I : _DjII: _DjIII = Pаb: Pbс: Pас

де Раb = Рcosa; Рbс = Рcosb; Рас = Рcosg.

Рис. 2

Кожна з цих проекцій відповідає одному із стандартних відведень, прийнятих в електрокардіографії (в даному випадку це - I, II і III стандартні відведення, для яких положення точки "а" відповідає розташуванню електроду на лівій руці, "b" - на правій руці, "с" - на лівій нозі). Використання інших електродів (нейтрального - на правій нозі і грудного, такого, що накладається в певні області грудної клітки) дозволяє ввести і інші типи стандартних відведень. Їх відомо в кардіології більше двох десятків.

II концепція - серце як сукупність струмових електричних генераторів, що знаходяться в провідному середовищі.

1. Еквівалентна схема струмового генератора (струмового диполя) представлена на рис.3. Тут Rг і Rc - відповідно внутрішній опір генератора і опір зовнішнього середовища. Для струмового генератора Rг >> Rc, отже I» Е/Rг, тобто величина струму не залежить від опору середовища.

2. Струмовий дипольний момент D = IL, де I - струм, L - вектор, що сполучає полюси диполя. (Позитивний полюс - витік, негативний, - стік).

Рис. 3. Схема струмового Рис. 4. Електричне Рис. 5. Струмовий

генератора поле уніполя (витоку) дипольний момент

Струмовий диполь називається уніполем, якщо він складається тільки з одного полюса.

3. Потенціал електричного поля струмового уніполя в однорідному середовищі (рис.4). Використовуючи основні формули з теорії електрики:

Е = - grad j; j = Е/, j = I/(4r2); grad j = d/dr, знаходимо потенціал електричного поля униполя dj = - jdr, інтегруючи яке отримаємо потенціал униполя

.

4. Потенціал електричного поля струмового диполя. Використовуючи принцип суперпозиції, знайдемо потенціал крапки як суму потенціалів два униполей (стоку і витоку, мал. 5):

(1)

Якщо L<<r, і r» r1 той вираз (1), що визначає величину дипольного потенціалу, зручно виразити через величину дипольного моменту (виведення див. в книзі “Біофізика" Владімірова Ю.А. з. 172-178):

5. Збуджений міокард розглядається як сукупність струмових диполів Di, кожен з яких приводить до виникнення дипольного потенціалу в деякій точці j_i.

6. Потенціал крапки в електричному полі серця складається з дипольних потенціалів елементарних диполів. Приймаючи ряд обмежень (однорідне провідне середовище, відстань r значно більше L, розміри вогнища збудження значно менше розмірів тіла) цей потенціал можна приблизно визначити як:

де n - кінцеве число диполів, на які розбивається збуджений міокард, r - відстань від центру струмового диполя до точки відведення, r - питомий опір середовища.

Вираз Dc = åDicosi є еквівалентним струмовим диполем серця, що інтегральний відображає розповсюдження струмів збудження в міокарді.

Порядок виконання роботи

Завдання 1. Вивчите технічний опис і коротке керівництво по експлуатації електрокардіографа.