Электрокардиография

2.Методы получения  электрокардиограммы

На плоской ЭКГ-пленке мы можем видеть только 2-мерные величины, поэтому кардиограф записывает проекцию ЭДС сердца на одну из плоскостей во времени.

 

Рис. 4 - Плоскости тела, используемые в анатомии

 

В каждом отведении записывается своя проекция ЭДС сердца. Первые 6 отведений (3 стандартных и 3 усиленных от конечностей) отражают ЭДС сердца в так называемой фронтальной плоскости (рис.4) и позволяют вычислять электрическую ось сердца с точностью до 30° (180° / 6 отведений = 30°). Недостающие 6 отведений для формирования круга (360°) получают, продолжая имеющиеся оси отведений через центр на вторую половину круга.

При грудных отведениях отражают ЭДС сердца в горизонтальной (поперечной) плоскости. Это позволяет уточнить локализацию патологического очага (например, инфаркта миокарда): межжелудочковая перегородка, верхушка сердца, боковые отделы левого желудочка и т.д.

Электрокардиограф регистрирует напряжение (разность электрических потенциалов) между 2 точками. ЭКГ-аппарат фиксирует на бумаге (экране) величину проекции ЭДС сердца на какое-либо отведение.

Формирование элементов ЭКГ

Стандартная ЭКГ записывается в 12 отведениях:

• Стандартных (I, II, III);
• Усиленных от конечностей (aVR, aVL, aVF);
• Грудных (V1, V2, V3, V4, V5, V6).

Стандартные отведения (предложил Эйнтховен в 1913 году). I - между левой рукой и правой рукой, II - между левой ногой и правой рукой, III-между левой ногой и левой рукой. (Рис 4.)

 

Рис 4 Схема стандартной ЭКГ.

 

Усиленные отведения от конечностей (предложены Гольдбергером в 1942 году). Используются те же самые электроды, что и для записи стандартных отведений, но каждый из электродов по очереди соединяет сразу 2 конечности, и получается объединенный электрод Гольдбергера. На практике запись этих отведений производится простым переключением рукоятки на одноканальном кардиографе (т.е. электроды переставлять не нужно).- усиленное отведение от правой руки (сокращение от augmented voltage right - усиленный потенциал справа). aVL - усиленное отведение от левой руки (left - левый) aVF - усиленное отведение от левой ноги (foot - нога) (Рис 5.)

Рис 5.Схема Экг с усиленными отведениями

Грудные отведения (предложены Вильсоном в 1934 году) записываются между грудным электродом и объединенным электродом от всех 3 конечностей. Точки расположения грудного электрода находятся последовательно по передне-боковой поверхности грудной клетки от средней линии тела к левой руке.- в IV межреберье по правому краю грудины. V2 V3 V4 - на уровне верхушки сердца. V5 V6 - по левой среднеподмышечной линии на уровне верхушки сердца.

 

Рис.6 - Расположение 6 грудных электродов при записи ЭКГ

 

 

3. Области применения в практической медицине

 

Методика диагностики ЭКГ может применена в достаточно большом количестве случаев и во многих областях медицины. В первую очередь при помощи ЭКГ можно обнаружить аритмию, то есть определить частоту и регулярность сердечных сокращений.

• ЭКГ способно зафиксировать хроническое или острое повреждение миокарда, такое как, например, инфаркт миокарда или ишемия.
• Применяют ЭКГ чтобы проследить норму или наличие нарушений в обмене таких микроэлементов в организме, как кальций, магний и калий, а также и некоторых других электролитов.
• ЭКГ позволяет обнаружить некоторые блокады сердца.
• ЭКГ может применяться в качестве скрининга, если пациент страдает ишемической болезнью сердца. Также Этот метод широко применяют и при различных нагрузочных пробах.
• При помощи ЭКГ можно узнать о физическом состоянии сердца.
• В некоторых случаях ЭКГ способно даже дать информацию о ряде заболеваний, не связанных напрямую с сердцем.
• При помощи ЭКГ становится возможным удалённого обнаружить наличие каких-либо острых сердечных патологий.

4. Недостатки кардиографов

 

Несмотря на значительные усовершенствования современных ЭКГ-анализаторов и появление компьютерных методов анализа ЭКГ-сигналов, по-прежнему остаются актуальными два проблемных вопроса анализа ЭКГ покоя: низкая чувствительность и специфичность к ишемической болезни сердца (ИБС) и недостаточная чувствительность для индивидуальных прогнозных оценок риска после инфаркта миокарда (ИМ) или других состояний, угрожающих жизни.

Для того чтобы расширить диагностические возможности ЭКГ прибегают к длительной ее записи, так называемому мониторированию ЭКГ по Холтеру в течение 24-48 часов. Этот метод позволяет оценить деятельность сердца в условиях обычной активности пациента (реакции сердца на физическую и эмоциональную нагрузки, ритм и проводимость сердца в течение суток, состояние сердца во время сна и т. д.), при этом пациент записывает, в какое время что конкретно он делал (спал, гулял, поднимался по лестнице, ел и т. д.). Это метод непрерывной регистрации электрокардиограммы на магнитную ленту или твердотельный диск за определенный период времени: от нескольких часов до двух суток с последующей обработкой информации на компьютерном дешифраторе.

Недостатки фильтрация шумов при снятии ЭКГ

Сопоставление влияния нескольких видов фильтров нижних частот на ЭКГ показывает, что при практически одинаковых характеристиках, но при разной реализации фильтров можно получить принципиально разные эффекты. Фильтр нижних частот, как правило, приводит к снижению амплитуды QRS-комплексов, однако технически возможно сделать фильтр, который будет комплекс QRS, наоборот, растягивать. И то, и другое не способствует качеству диагностики. Длительность же комплекса QRS при любых вариантах фильтра стремится к расширению, однако в одном случае это будет 13%, а в другом – 30%, и это нельзя не учитывать.  Необходимо заметить, что ADS практически не влияет на форму и положение сегмента ST. Работа ADS лишь сопровождается небольшой задержкой между регистрацией ЭКГ и ее выводом. Фильтрация может оказывать влияние на амплитуды, длительности зубцов и смещение интервалов ЭКГ; для сопоставимости результатов записей всегда следует стремиться не использовать фильтры; при интерпретации ЭКГ необходимо учитывать, проводилась ли фильтрация и какова степень ее влияния на диагностические критерии; простейшая эмпирическая оценка фильтров конкретного аппарата возможна путем регистрации нескольких ЭКГ с фильтрами и без них; при сопоставлении нескольких ЭКГ необходимо учитывать возможное влияние фильтров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая  часть

Сравнение Цифровых фильтров

.Аппроксима́ция, или приближе́ние — научный метод, состоящий в замене одних объектов другими, в том или ином смысле близкими к исходным, но более простыми.Аппроксимация позволяет исследовать числовые характеристики и качественные свойства объекта, сводя задачу к изучению более простых или более удобных объектов.

1. Фильтр Баттерво́рта - проектируется так, чтобы его амплитудно-частотная характеристика была максимально гладкой на частотах полосы пропускания.

АЧХ фильтра Баттерворта — монотонно убывающая функция частоты. Фильтр Баттерворта — единственный из фильтров, сохраняющий форму АЧХ для более высоких порядков

Квадрат АЧХ фильтра задается выражением:

(1)

На рисунках 7 и 8 показаны аппроксимирующая функция и квадрат модуля АЧХ при порядке фильтра

Фильтры Баттерворта являются фильтрами с максимально-гладкой АЧХ. Скорость спада квадрата модуля АЧХ составляет .

При аппроксимации по Баттервотру, очень часто задают параметр , и на частоте (-3 дБ). Тогда для расчета нормированного ФНЧ Баттерворта при задается только порядок фильтра. Остальные параметры, такие как неравномерность в полосе пропускания и уровень подавлениия в полосе заграждения не задаются.

 

2. Эллиптический фильтр (Фильтр Кауэра) — электронный фильтр, характерной особенностью которого является пульсации амплитудно-частотной характеристики как в полосе пропускания, так и полосе подавления. Величина пульсаций в каждой из полос независима друг от друга. Другой отличительной особенностью такого фильтра является очень крутой спад амплитудной характеристики, поэтому с помощью этого фильтра можно достигать более эффективного разделения частот, чем с помощью других линейных фильтров.

Аппроксимирующая функция фильтров Кауэра представляет собой эллиптическую дробно-рациональную функцию , зависящую от параметра выражения (3). Квадрат модуля АЧХ фильтра Кауэра представляет собой формулу (4)

                                                                          (3)

(4)

Вид аппроксимирующей функции эллиптического фильтра 4-го порядка и квадрата модуля АЧХ показаны на рисунках 9 и 10. Параметр (неравномерность АЧХ фильтра в полосе пропускания ), а параметр задает уровень подавления в полосе заграждения равный .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученные результаты

Задача: Убрать из сигнала ЭКГ сетевую помеху в 50Гц и изолинию, по средствам ФНЧ и ФВЧ фильтров.

В своей работе  я спроектировала два фильтра: Баттерворта 4 порядка и Кауэра 5 порядка.

1. Исходные сигналы и сигналы после прохождения фильтров

-фильтры Баттерворта

Для достижения поставленной задачи, с помощью фильтрова Баттерворта 4 порядка, сетевую помеху я удалила с помощью фильтра нижних частот с частотой среза 40 Гц и  фильтр верхних частот, чтобы убрать изолинию, с частотой среза 0.05 Гц.

Рис.11 исходный сигнал ЭКГ и сигналы после применения ФНЧ и ФВЧ фильтров соответственно

-Эллиптический фильтр

Для достижения поставленной задачи, я так же использовала эллиптический фильтр с полосой пропускания от 0.05 Гц. До 40 Гц.

 

Рис. 12 Исходный сигнал ЭКГ и сигнал после фильтрации эллиптическим фильтром

2. АЧХ И ФВЧ рассчитанных фильтров

Рис.13 АЧХ и ФЧХ фильтра нижних частот

 

Рис.14 АЧХ и ФЧХ фильтра нижних частот

Рис.15 АЧХ и ФЧХ эллиптического фильтра

Вывод

В ходе проделанной работы были изучены и спроектированы  цифровые фильтры, проведено исследование ЭКГ сигнала.

 

Литература

1. http://www.dsplib.ru/content/filters/ch2/ch2.html «теория и практика обработки цифровых сигналов»
2. http://pc1-05.ucoz.ru/_ld/1/107_XgV.pdf пособие для лабораторных работ. «Моделирование элементов радиоэлектронных схем с помощью математического пакета MATLAB»
3. http://www.happydoctor.ru/info/535 медицинский блог врача скорой помощи
4. Журавлева Н.Б. Основы клинической электрокардиографии. Л.: Экслибрис, 1990.
5. Минкин Р.Б., Павлов Ю.Д. Электрокардиография и фонокардиография. Л.: Медицина, 1988..