Электрокардиографический аппаратно-компьютерный мониторинг

Муниципальное образовательное  учреждение

Читинская государственная  медицинская академия

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема:

«Электрокардиографический аппаратно-компьютерный мониторинг».

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра медицинской  физики и информатики

Выполнила: Житова О.А.

Проверила: Бирюкова А.Н.

 

 

 

 

2013 год

Оглавление:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Электрокардиография как наука.

Сердце является самым  необычным органом в организме человека. Контроль деятельности сердца осуществляется нервной системой (сосудодвигательный центр, симпатические и блуждающие нервы), а также посредством влияния различных веществ (гормонов, ионов). Но в этом отношении сердце мало отличается от остальных органов.

Самое удивительное то, что  сердце имеет собственную автономную «нервную систему». Еще в XIX веке ученые отметили тот факт, что изолированное (без воздействия извне) сердце способно некоторое время исправно функционировать. Это возможно из-за существования зоны активации в сино-атриальном узле (ее называют «водитель ритма») и особых нервных путей (проводящие пути). Импульс, рождаемый в «водителе ритма», за считанные доли секунды проводится до мышечных клеток сердца по проводящим путям. Как результат, возникает сокращение мышечных стенок, кровь из-за повышения давления в камерах направляется в артерии. Но что представляет собой этот импульс? Это электрический ток, который можно уловить в любой точке организма, так как организм легко проводит электричество.

Электрокардиография представляет собой метод графической регистрации  электрических процессов, возникающих  при деятельности сердца. Кривая, которая  при этом регистрируется, называется электрокардиограммой. Электрокардиография - целая наука, изучающая электрокардиограммы. Слово «электрокардиограмма» с латинского языка переводится дословно следующим образом: «электро» - электрические потенциалы; «кардио» - сердце; «грамма» - запись.

Электрический ток появляется между двумя точками, соединенными проводником, только тогда, когда между ними имеется разность электрических зарядов. С увеличением или уменьшением этой разности соответственно изменяется величина электрического тока в цепи. Величину разности зарядов принято называть разностью потенциалов. Разность потенциалов электрической активности сердца очень мала. Она выражается в милливольтах (мВ). Эта величина векторная, т. е. она имеет численное значение и определенное направление в пространстве.

Уоллер в 1887 г. впервые  зарегистрировал электродвижущую силу сердца у человека. Современная ЭКГ была получена с помощью чувствительного струнного гальванометра в 1903 г. Эйнтховеном. Дальнейшее развитие электрокардиографии связано с физиологическими работами А.Ф. Самойлова, клинико-физиологическими работами В.Ф. Зеленина и работами других авторов.

2. Физические и медицинские основы  электрокардиограммы.

2.1. Физические явления, лежащие в основах метода электрокардиографии.

 

Электрокардиография миокарда сердечной мышцы.

Электрическое поле - это  особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрических зарядов.

Электрический ток - упорядоченное  движение заряженных частиц под действием  электрического поля. Для существования  электрического тока необходимы свободно заряженные частицы (электроны, ионы).

Потенциал - физическая величина, определяемая работой по перемещению единичного положительного заряда при удалении его из данной точки поля на бесконечность. Эта работа численно равна работе, совершаемой внешними силами по перемещению единичного положительного заряда из бесконечности в данную точку поля.

Разность потенциалов.

К этому понятию мы приходим, рассматривая работу сил электрического поля.

Предположим, что электрический  заряд перемещается в каком-нибудь электрическом поле из некоторой точки 1 в другую точку 2. Так как на заряд в электрическом поле действует сила, то при таком перемещении будет произведена определенная работа, которую мы обозначим А12. Ясно, что если тот же заряд переместиться по прежнему пути в обратном направлении, то работу будет той же, но изменится ее знак, т.е. А12 = А21.

Рассмотрим теперь электрическое  поле, созданное неподвижными зарядами (электростатическое поле). В нем  работа при перемещении заряда не зависит от формы пути, по которому движется заряд, и определяется только положением точек 1 и 2 - начала и конца пути заряда.

Предположим теперь, что в электростатическом поле из точки 1 в точку 2 перемещается положительный заряд +q. Так как  заряд выбран определенным, то работа, совершаемая силами поля при перемещении этого заряда, зависит только от существующего электрического поля и поэтому может служить его характеристикой. Она называется разностью потенциалов точек 1 и 2 в данном электрическом поле или электрическим напряжением между точками 1 и 2. Разность потенциалов двух точек 1 и 2 в электростатическом поле определяется работой, совершаемой силами поля при перемещениизаряда +q из точки 1 в точку 2.

При перемещении заряда произвольной величины q в каждой точке сила, действующая  на заряд, увеличивается в q раз. Поэтому работа А12, совершаемая силами поля при перемещении заряда q из точки 1 в точку 2, равна А12 = qU12

Из этого соотношения следует  физический смысл разности потенциалов  электростатического поля: ?1- ?2

Физический смысл имеет только разность потенциалов между двумя точками поля, так работа определена только тогда, когда заданы две точки - начало и конец пути.

Единица разности потенциалов в  системе СИ есть вольт (В). Вольтом  называется потенциал в такой  точке, для перемещения в которую  из бесконечности заряда, равного 1 Кл, надо совершить работу 1 Дж.

Электродвижущая сила.

Электродвижущая сила (далее - ЭДС) - физическая величина, характеризующая действие сторонних (непотенциальных) сил в  источниках постоянного или переменного  тока; в замкнутом проводящем контуре равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура.

Происхождение сторонних сил может  быть различным: в генераторах - это  силы со стороны вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля со временем, или сила Лоренца, действующая со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике; в гальванических элементах и аккумуляторах - это химические силы и т.д. ЭДС источника равна электрическому напряжению на его зажимах при разомкнутой цепи. ЭДС определяет силу тока в цепи при заданном её сопротивлении. Измеряется, как и электрическое напряжение, в вольтах.

ЭДС является интегральной характеристикой  замкнутого контура, и в общем  случае нельзя строго указать место  её "приложения". Однако довольно часто ЭДС можно считать приближённо локализованной в определённых устройствах или элементах цепи. В таких случаях её принято считать характеристикой устройства (гальванической батареи, аккумулятора, динамо-машины и т.п.) и определять через разность потенциалов между его разомкнутыми полюсами. По типу преобразований энергии в этих устройствах различают следующие виды ЭДС: химическая ЭДС в гальванических батареях, ваннах, аккумуляторах, при коррозионных процессах (гальваноэффекты), фотоэлектрическая ЭДС (фотоэдс <#"280" src="doc_zip1.jpg" /> указанных отведений являются стандартными. При необходимости могут регистрироваться и дополнительные отведения.Неслучайно такое большое количество отведений. ЭДС сердца - это вектор ЭДС сердца в трехмерном мире (длина, ширина, высота) с учетом времени. На плоской ЭКГ-пленке мы можем видеть только 2-мерные величины, поэтому кардиограф записывает проекцию ЭДС сердца на одну из плоскостей во времени.

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 (см. рис.) 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.

грудных отведений 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.

При разборе ЭКГ используют проекции вектора ЭДС сердца, поэтому такой  анализ ЭКГ называется векторным.

В процессе электрической активности сердца возникают и в определенном порядке взаимодействуют многочисленные и разнонаправленные силы, отражающие множество появляющихся диполей. Если регистрировать этот процесс при условии непосредственного приближения электродов к поверхности сердца, то формирование ЭКГ будет зависеть от того, как ориентирован результирующий вектор всех одномоментных сил по отношению к дифферентному электроду. Представим, что дифферентный электрод располагается слева внизу от массы возбуждающегося миокарда, а индефферентный - справа наверху (такой принцип размещения электродов является самым обычным в электрокардиографии).

Наиболее высоким автоматизмом обладает синусовый узел, поэтому  в норме именно он является водителем  ритма сердца. Однако, из-за слишком  малой величины возникающей разности потенциалов, электрическая активность синусового узла на ЭКГ не регистрируется. Возбуждение миокарда предсердий начинается в области синусового узла и распространяется по поверхности миокарда во все стороны. Разнонаправленные векторы деполяризации, взаимодействуя друг с другом, частично нейтрализуются. Так как синусовый узел находится в верхней части правого предсердия, то большинство векторов ориентированы вниз и влево. Результирующий вектор возбуждения предсердий направлен, благодаря этому, вниз и влево. Такому направлению волны деполяризации способствует и ускоренное проведение импульса вниз и влево по межузловым и межпредсердным специализированным трактам. Находящийся внизу слева дифферентный электрод обращен к положительному заряду диполя во время деполяризации предсердий, поэтому регистрируется положительное отклонение - зубец Р, продолжительность которого в норме достигает 0,1 с. В течение первых 0,02 - 0,03 с своего формирования зубец Р отражает возбуждение только правого предсердия, после этого - суммарную активность обоих предсердий, а последние 0,02 - 0,03 с зубца Р связаны с деполяризацией только левого предсердия, т.к. правое предсердие к этому времени уже полностью возбуждено.

После окончания деполяризации  предсердий начинается ихреполяризация, которая происходит в той же последовательности, как происходило возбуждение. Ранее всего положительный потенциал покоя восстанавливается в области синусового узла, поэтому результирующий вектор реполяризации предсердий направлен вверх вправо, от дифферентного электрода. То обусловливает формирование отрицательного зубца Та, отражающего конечную фазу реполяризации предсердий. Он очень мал по амплитуде, а по времени совпадает с желудочковым комплексом ЭКГ, поэтому в обычных условиях не может быть выделен и подвергнут анализу.

Через 0,02 - 0,04 с от начала деполяризации предсердий волна возбуждения уже достигает области атриовентрикулярного узла. Здесь скорость распространения возбуждения резко снижается, после чего импульс быстро распространяется по пучку Гиса и внутрижелудочковым проводящим путям, достигая миокарда желудочков. На ЭКГ выделяется сегмент Р - Q(R) - отрезок линии записи от конца зубца Р до начала желудочкого комплекса QRS. Интервал P - Q(R) отражает время предсердно-желудочкого проведения импульса и составляет в норме 0,12 - 0,19 с. Нормальные колебания продолжительности P - Q(R) зависят от изменений продолжительности атриовентрикулярной задержки.

Возбуждение желудочков, в отличие от возбуждения предсердий, распространяется не из одного центра, а из множества очагов, расположенных  преимущественно в субэндокардиальных слоях миокарда. Источниками деполяризации являются волокна Пуркинье - конечный разветвления внутрижелудочковых проводящих путей. распространение возбуждения стенки желудочков направлено от множественных очагов в субэндокардиальных отделах к субэпикардиальным отделам, т.е. перпендикулярно к наружной поверхности сердца. Для детального разбора электрических сил, отражающих деполяризацию желудочков, удобно разделить этот непрерывный процесс на три этапа.

Первый - начальный - связан с появлением очагов деполяризации в левой части межжелудочковой перегородки, куда раньше всего приходит волна возбуждения по разветвлениям левой ножки пучка Гиса. Вектор деполяризации направлен от левой к правой поверхности межжелудочковой перегородки. При расположении активного электрода слева начальный этап деполяризации желудочков отражается небольшим отрицательным отклонением (зубцом Q), продолжительность которого составляет 0,02 с. Вслед за деполяризацией левой поверхности межжелудочковой перегородки начинается деполяризация ее правых отделов, куда возбуждение приходит по правой ножке пучка Гиса. Направление вектора этой деполяризации справа налево нейтрализует первоначально возникшее электрическое поле, и поэтому начальный этап возбуждения желудочков отражается небольшим и непродолжительным зубцом.