EKG elektrokardiografia

Elektrodiagnostyczne
techniki multimodalne
Elektroniczna aparatura medyczna 1
Wykład - 7
1
Polikardiografia
Polisomnografia (PSG)
Kardiotokografia (KTG)
2
Cecha charakterystyczna technik –
jednoczesne użycie kilku modalności
pomiarowych opartych na
rozmaitych zasadach fizycznych i
analiza powiązań między sygnałami
3
Polikardiografia
Historia
• Technika diagnostyczna układu sercowo naczyniowego oparta na
równoczesnej rejestracji zjawisk elektrycznych, akustycznych oraz
krzywej ciśnienia krwi.
• Zastosowania diagnostyczne:
niedomykalność zastawek,
utrata sprężystości łuku aorty lub innych tętnic w przebiegu
chronicznego nadciśnienia tętniczego,
przewężenia tętnicze na tle miażdżycowym,
itp….
4
Polikardiografia
Historia
1. Fonokardiografia (ang. Phonocardiography) FKG – rejestracja
zjawisk akustycznych
2. Sfigmografia (ang. Sphemography) SFG– rejestracja tętna
tętniczego
3. Apekskardiografia (ang. Apekskardiography) – uderzenie
koniuszkowe serca
5
Polikardiografia
- rejestracja
Historia
Wymagania:
 rejestracja współbieżna z EKG
 rejestrator wielokanałowy
 kardiomikrafon lub/i piezosfigmometr
 różna częstotliwość próbkowania np.: EKG 250Hz, oddech 10Hz
6
Przepływ krwi przez 4 zastawki
(Wiley, Encyclopedia 2004)
Aorta
Żyła główna
Tętnica płucna
Zastawka płucna
Zastawka aortalna
Zastawka mitralna
Zastawka
trójdzielna
Obszary klatki piersiowej wykorzystywane w
badaniach osłuchowych serca
Obszary osłuchiwania
(Wiley, Encyclopedia 2004)
A
P
T
M
A – aorta
P – płuca
T – zastawka trójdzielna
M – zastawka mitralna
Tony, szmery serca, pasmo słyszalne ucha
(Wiley, Encyclopedia 2004)
Ciśnienie (natężenie
dźwięku)
Niesłyszalne
Słyszalne
Mowa
Dźwięki
serca
f [Hz]
Mapa spektrum sygnału PCG i zakłóceń
(Dawid GRADOLEWSKI i wsp., Przegląd elektroniczny, nr 11/2014 )
Fonokardiografia (FKG)
Wady osłuchiwania stetoskopem
• zależność wyników od doświadczenia
i stanu słuchu lekarza,
• trudności interpretacji ilościowej i jakościowej,
• wpływ zakłóceń z otoczenia,
• ograniczony sposób eliminacji zakłóceń,
• brak protokołu badania.
Fonokardiografia (FKG)
10-150
Hz
Charakterystyka
Tony serca
I
Skurczowy – 20-50 ms
po rozpoczęciu QRS
25-55
50
120-160
Prawidłowa
praca serca
II
Rozkurczowy –
pokrywa się z końcem T
34-41
4-5
60-90
III
Występuje po rozkurczu
25-35
2-3
20-30
IV
Ton przedsionkowy – drgania przedskurczowe komór – blisko
tonu I
Szmery
serca
Pasmo
Liczba
[Hz] wychyleń
Czas trwania
[ms]
Wadliwa praca serca:
50-200
– skurczowe – turbulentny przepływ krwi (np. zwężenie aorty)
Hz
– rozkurczowe (np. niedomykalność zastawek)
Dźwięki towarzyszące pracy serca
EKG
Ciśnienia
Objętość lewej
komory
Dźwięki serca
Ciśnienie
w aorcie
Ciśnienie
w lewej
komorze
Ciśnienie
w lewym
przedsionku
Otwarcie
zastawki
aortalnej
Umiejscowienie
dźwięków serca
P [mm Hg]
Załamek
dikrotyczny
fali tętna
Ciśnienie
w lewej
komorze
(Wiley, Encyclopedia 2004)
Zamknięcie
zastawki
mitralnej
Otwarcie
zastawki
mitralnej
Ciśnienie
w lewym
przedsionku
EKG
Dźwięki
4
3
1
2
t [s]
Zapis fonokardiograficzny
Ton skurczowy
(T1)
Szmery
Ton rozkurczowy
(T2)
Tony serca
Fonokardiogramy
Michalski 2003
Augustyniak 2003
Dźwięki patologiczne
(Wiley, Encyclopedia 2004)
norma
zwężenie zastawki przedsionkowo - komorowej lewej
niedomykalność zastawki przedsionkowo - komorowej lewej
zwężenie ujścia tętnicy i aorty płucnej
niedomykalność zastawek półksiężycowatych aorty
przetrwały przewód Botalla
zwężenie ujścia aorty
MIKROFON
PRZEDWZMACNIACZ
WZMACNIACZ
FILTR
WZMACNIACZ
FILTR
WZMACNIACZ
FILTR
REJESTRATOR
WIELOKANAŁOWY
Fonokardiograf
Mikrofon
Przetwornik elektroakustyczny zamieniający
energię fali dźwiękowej na energię elektryczną
Rodzaje mikrofonów
 węglowy
 piezoelektryczny
 dynamiczny – cewkowy / wstęgowy
 pojemnościowy – elektretowy / wielkomembranowe /
małomembranowe / powierzchniowy (PZM)
 eksperymentalne – optyczne / cyfrowe
Mikrofon komorowy
Mikrofon
Komora
Powierzchnia klatki piersiowej
Mikrofon mechanoelektryczny
Mikrofon akcelerometryczny
Mikrofon akcelerometryczny - piezoelektryczny
pojemnościowe
Mikrofon Mikrofony
pojemnościowy
Mikrofony pojemnościowe
Mikrofony elektretowy
Stetoskop elektroniczny
Bhaskar A., A simple electronic stethoscope for recording and playback of heart sounds, Adv Physiol Educ 36: 360–362, 2012.
Charakterystyki popularnych mikrofonów
10-200 Hz
Ceramiczny
Elektretowy
Magnetyczny
f [kHz]
Charakterystyki mikrofonów
Mikrofon krystaliczny
Mikrofon
dynamiczny
Mikrofony – przetworniki dźwięku
Sensor
Akcelerometr
Akcelerometr
Mikrofon z komorą
powietrzną
Mikrofon elektretowy
– pojemnościowy
Mikrofon elektretowy
– pojemnościowy
Kraman S.S. et. All, Comparison of lung sound transducers using a bioacoustic transducer testing system, J Appl Physiol 101: 469–476, 2006.
Filtr fonokardiograficzny - charakterystyka
100 %
Przepuszczalność
h
– stromość nachylenia
fN – nominalna
h
fO – odniesienia
10 %
fN
2 fN
Częstotliwość
fO
Parametry filtrów Maasa-Webera
Rodzaj filtru
Oznaczenie
częstotliwości
f [Hz]
fO
fN
Stromość charakterystyki
[dB/okt]*
Nośnej
Średniej 1
Akustycznej
Średniej 2
t
35/9
m1 70/18
mg 140/18
m2 140/24
500
500
500
500
35
70
140
140
9
18
18
24
Wysokiej 1
Wysokiej 2
h1
h2
750
750
250
400
24
24
250/24
400/24
*[dB/okt] – zmiana wzmocnienia przy dwukrotnej zmianie
częstotliwości
Adaptacyjny algorytm filtracji sygnału FKG
Gradolewski D. i wsp., Adaptacyjny algorytm filtracji sygnału fonokardiograficznego wykorzystujący sztuczną sieć neuronową, Przegląd elektroniczny, nr 11/2014
Wynik filtracji
Gradolewski D. i wsp., Adaptacyjny algorytm filtracji sygnału fonokardiograficznego wykorzystujący sztuczną sieć neuronową, Przegląd elektroniczny, nr 11/2014
Wynik filtracji
Gradolewski D. i wsp., Adaptacyjny algorytm filtracji sygnału fonokardiograficznego wykorzystujący sztuczną sieć neuronową, Przegląd elektroniczny, nr 11/2014
Mikrofon kardiologiczny, MLT201
 konwertuje dźwięki serca (drgania mechaniczne) na
sygnały elektryczne (kondensator)
 zakresie częstotliwości od 10 do 600 Hz
 nagrywanie dźwięków serca
 fonokardiografia i balistokardiografia.
Stetoskop elektroniczny 3MTM Littmann 4000
• 18-krotne wzmocnienie (25 dB) dźwięku (w porównaniu
z tradycyjnym stetoskopem) Littmann pozwala
na odsłuchanie dźwięków trudnych do wychwycenia,
• dla optymalnego osłuchiwania dostępne są 3 tryby
częstotliwości:
-
tryb lejka
tryb membrany
rozszerzony zasięg
(20 - 200 Hz)
(100 - 500 Hz)
(20 - 1000 Hz)
• cyfrowe nagrywanie i przechowywanie dźwięku,
• odsłuchiwanie nagranego dźwięku przy szybkości
normalnej i o połowę wolniej.
Przykłady systemów
pomiarowych
System mobilny
System ekspertowy
Sfigmografia – SFG
Rejestracja drgań powierzchni z ciała w pobliżu
badanej tętnicy (szyjnej, udowej)
Służy do oceny elastyczności tętnicy, także wspomaganie FKG
Sfigmografia - Czujnik piezoelektryczny
Głowica korkowa
Płytka
piezoelektryczna
Membrana
sprężynująca
Sfigmografia - fala tętna
Zapis dla tętnicy szyjnej
Kinetokardiografia – KKG
Rejestracja drżeń oraz ruchów w okolicy
przedsercowej
Służy do oceny nadciśnienia płucnego
Flebografia (wenografia)
Rejestracja objętościowego tętna żyły szyjnej
Odzwierciedla zmiany ciśnień w prawym przedsionku
Apekskardiografia – AKG
Kontrola uderzenia koniuszkowego
Odzwierciedla ciśnienie w lewej komorze
Skurcz
 ruch odrzutowy ciała w kierunku głowy
Rozkurcz  ruch w kierunku kończyn dolnych
3 grupy załamków:
3 załamki przedodrzutowe, 3 załamki odrzutowe, 3 załamki rozkurczowe
Balistokardiografia – BKG
Rejestracja ruchów ciała powstałych w czasie skurczów serca,
wyrzucania krwi i jej przepływu przez duże naczynia
Służy do oceny wieku fizjologicznego
Skurcz
 ruch odrzutowy ciała w kierunku głowy
Rozkurcz  ruch w kierunku kończyn dolnych
3 grupy załamków:
3 załamki przedodrzutowe, 3 załamki odrzutowe, 3 załamki rozkurczowe
Inne potencjały czynnościowe (sygnały)
nie związane z sercem!
Nerwy obwodowe
Elektroneurografia
(włókna ruchowe i czuciowe)
ENG
Różnica potencjałów między rogówką
Elektronystagmografia
i siatkówką
EHG Elektrohisteriografia
Aktywność mechaniczna macicy
EGG Elektrogastrografia
Czynność żołądka
Perystaltyka odcinków układu
EIG Elektrointestinografia
pokarmowego
ERG Elektroretinografia
Potencjały czynnościowe siatkówki
EOG Elektrookulografia
Ruchy gałki ocznej
Dziękuję
za uwagę