I. Физические основы метода электрокардиографии

ОГЛАВЛЕНИЕ

I. Физические основы метода электрокардиографии. 4

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

1. Описание электрокардиографа ЭК1Т-03М2. 10

1.1.  Назначение. 10

1.2.  Комплектация. 11

1.3.  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.

 

 

Модернизация электрокардиографа ЭК1Т-03М2 с целью передачи данных на ПК

С целью передачи данных на ПК, для преобразования аналогового сигнала в цифровой, был использован 12-разрядный АЦП, учебного микропроцессорного стенда SDK-1.1/S. Преобразованный цифровой сигнал передается в память ПК через последовательный порт RS-232C (COM-порт) микропроцессорного стенда. Для визуализации полученного преобразованного сигнала с электрокардиографа в виде 12-разрядного цифрового кода на ПК, была написана соответствующая программа.

RS-232C

УБП

МПС

ПК

ЛПМ

АЦП

УМ

ПЭМ

УН

ПО

БП

ИК

 

ПО – переключатель отведений

УН – усилитель напряжения

УМ – усилитель мощности

БП – блок питания

ПЭМ – преобразователь электромеханический

ЛПМ – лентопротяжный механизм

УБП – усилитель биопотенциалов

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

МПС – микропроцессорный стенд

ПК – персональный компьютер

Рис. 9. Структурная схема модернизированного электрокардиографа ЭК1Т-03М2.

 

Для осуществления передачи данных с электрокардиографа в ПК, в первую очередь, необходимо получить усиленный сигнал с электрокардиографа, соответствующий по форме сигналу, поданному на его вход и пригодный для дальнейшего преобразования. Затем необходимо преобразовать полученный аналоговый сигнал в цифровой код и передать его в ПК. Для передачи, приема, сохранения и визуализации переданных в ПК сигналов, необходимо разработать специальное ПО.

Таким образом, передача данных c электрокардиографа в ПК осуществляется в следующем порядке:

1. вывод сигнала с электрокардиографа;

2.  преобразование сигнала в цифровой код;

3. обработка сигнала с помощью специально разработанного
       программного обеспечения.

III. Электрокардиограф Schiller AT-101. Порядок выполнения работы

Подготовка электрокардиографа к работе

1.1. Подключить электрокардиограф к сети питания.

1.2. Наложить электроды на пациента.

1.3. Включить электрокардиограф.

Запись электрокардиограммы

2.1. Создать нового пациента, ввести его данные: ФИО, дату рождения, рост, вес и т.д.

2.2. Войти в Экран получения данных и регистрации ЭКГ

2.3. Выбрать регистрируемые отведения (I, II, III)

2.4. Включить миографический фильтр.

2.5. Выставить скорость лентопротяжного механизма 25 mm/s.

2.6. Записать ЭКГ.

Обработка записей ЭКГ

3.1. Для всех трех отведений произвести измерение высоты h зубцов ЭКГ. По измеренной высоте h, при заданной чувствительности вычислить разность потенциалов:

  U=h/S, мВ, соответствующую каждому зубцу

3.2. Результаты занести в табл. 2.

 

 

Табл. 2. Амплитуда зубцов в отведениях.

Отведения   Зубцы	I			II			III			Норма, мВ
	h, мм	S, мм/мВ	U, мВ	h, мм	S, мм/мВ	U, мВ	h, мм	S, мм/мВ	U, мВ
P										0,05 – 0,25
Q										0 – 0,02
R										0,6 – 1,6
S										0 – 0,03
T										0,25 – 0,6

 

Примечание: коэффициент усиления электрокардиографа должен быть одинаковым в I и III отведениях.

3.3. Произвести измерение длительности временных интервалов ЭКГ для I отведения. Для этого расстояния между соответствующими зубцами (рис.1), измеренные по ЭКГ, разделить на скорость V движения ленты (скорость записи).

3.4. Результаты занести в табл. 2.

 

Табл. 3. Интервалы времени между зубцами в отведении.

Интервал	P - Q	QRS	Q - T	R - R
V, мм/с
l, мм
t, c
Норма, с	0,12 – 0,2	0,06 – 0,1	0,35 – 0,44	0,3 – 2

 

3.5. Определить частоту пульса пациента по длительности интервала R–R.

Примечание: ЧСС в норме составляет 60 – 90 уд./мин.

 , где 60 – число секунд в минуте, R-R' – длительность интервала, выраженная в секундах.

3.6. По данным таблицы 1 вычислить проекции ИЭВС для некоторого среднего положения сердца в ходе сокращения. Значения проекций вычисляются следующим образом:

OX = R – (Q+S),

где Q, R, S – амплитуды зубцов (Q, S – положительные величины).

Вычислить значения проекций ИЭВС для первого и третьего отведений: OX₁ и OX₃. Построение ИЭВС по двум проекциям ведется не в привычной прямоугольной (декартовой) системе координат, а в гексагональной, связанной с треугольником Эйнтховена. Эта особенность не меняет сути самих построений. Построения, которые необходимо выполнить, иллюстрируются схемой, изображенной на рис. 17.

 

ПР – правая рука

ЛР – левая рука

ЛН – левая нога

 

Рис. 17. Построение ИЭВС.

 

Направление построенного ИЭВС в медицинской литературе часто называют средней электрической осью сердца. Средняя электрическая ось близка к анатомической оси сердца. Считается нормой, когда угол α наклона этой оси лежит в пределах 30 -69⁰.

3.7. Определить направление ИЭВС и вычислить значение угла α, полученного при построениях, измерить с помощью транспортира и сравнить с показателем нормы.

Примечание: построение средней электрической оси сердца в треугольнике Эйнтховена следует выполнить на миллиметровой бумаге.

Передача ЭКГ-сигнала в ПК

4.1.  Выключить питание электрокардиографа.

4.2.  Подключить электрокардиограф к ПК кабелем DB-9. При этом ПК также должен быть выключен.

4.3.  Запустить приложение SemaComm (Рабочий стол\Лабораторная ЭКГ\SemaComm) (Окно программы показано на рисунке 18).

Рис. 18. Окно программы SEMACOMM.

4.4.  В Экране памяти электрокардиографавыбрать записанного пациента и передать эту запись в ПК. В папке С\Semacomm\Import должны появиться 2 файла.

4.5.  Запустить приложение SEMA-200 (Рабочий стол\Лабораторная ЭКГ\SEMA-200) и импортировать в эту программу данные из файлов в папке С\Semacomm\Import (Окно импорта показано на рисунке 19)

Рис.19. Окно импорта программы SEMA-200.

Подготовка прибора ЭК1T – 03M2 к работе

1.1. Заправить электрокардиограф бумажной лентой.

1.2. Установить переключатель сети в положение “ОТКЛЮЧЕНО”.

1.3. Наложить электроды на пациента.

1.4. Включить электрокардиограф в сеть.

Запись электрокардиограммы

2.1. Установить переключатель сети в положение “ВКЛЮЧЕНО”.

2.2. Установить перо на середину поля записи регулятором смещения           пера.

2.3. Установить: переключатель отведений в положение 1mV; переключатель чувствительности в положение 10 mm/mV; кнопку успокоения “0” во включенное положение.

2.4. Включить запись, нажав на кнопку включения лентопротяжного механизма 25 mm/s и, нажимая кнопку “1mV”, записать несколько калибровочных импульсов.

2.5. Убедиться, что высота калибровочного импульса на кардиограмме h=10 мм и, следовательно, при расшифровке записей одному миллиметру смещения пера соответствует 0.1 мВ/мм (при S=10 мм/мВ).

2.6. Записать ЭКГ в одном из отведений (I, II, III, αVR, αVL или αVF), изменяя положение переключателя отведений. При переключении отведений в приборе ЭКIT – 03M предусмотрено автоматическое успокоение. Если амплитуда ЭКГ в каком-либо из отведений выходит за пределы поля записи или слишком мала, то следует изменить чувствительность, поставив переключатель чувствительности соответственно в положение 5 или 20 mm/mV.

3. Передача ЭКГ-сигнала в ПК

3.1. Запустить приложение drawer_pr.exe (Рабочий стол\Лабораторная ЭКГ\Drawer).

3.2. В открывшемся окне терминала выполнить следующие действия:

· задать скорость передачи данных 9600 бит/с;

· открыть Com-порт (после открытия Com-порта в окне терминала, начнется визуализация принятых компьютером сигналов в режиме on-line);

· зафиксировать изображение ЭКГ-сигнала (для этого необходимо закрыть Com-порт);

· сохранить зафиксированное изображение ЭКГ-сигнала в файле: Рабочий стол\Лабораторная ЭКГ\Save.

Для сохранения изображения сигнала, необходимо в окне терминала в меню файл выбрать команду сохранить изображение.

Рис. 20. Окно терминала для приема данных с электрокардиографа.

V. Содержание отчета

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Приборы и принадлежности.

4. Схема основных ЭКГ отведений.

5. Основные элементы электрокардиографа и их назначение.

6. Две таблицы с результатами измерений и расчетов, заполненные в ходе выполнения работы (табл. 2, 3).

7. Рисунок треугольника Эйнтховена с построенной в нем электрической осью сердца.

8. Вывод по работе отражающий результаты анализа снятой ЭКГ:

8.1. Соответствуют ли результаты измерений в таблице 2 показателям нормы?

8.2. Соответствуют ли измеренные временные интервалы, представленные в таблице 3, показателям нормы?

8.3. В норме ли угол наклона средней электрической оси сердца?

8.4. Соответствуют ли измеренная ЧСС норме?

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

I. Физические основы метода электрокардиографии. 4

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

1. Описание электрокардиографа ЭК1Т-03М2. 10

1.1.  Назначение. 10

1.2.  Комплектация. 11

1.3.  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.