EKG - WordPress.com

Dwiczenie laboratoryjne nr 9:
ELEKTROKARDIOGRAFIA (EKG)
Cel dwiczenia: Celem dwiczenia jest zapoznanie się z budową i obsługą
urządzeo do rejestracji
i monitorowania sygnałów EKG oraz wykonanie pomiarów sygnału EKG.
A. ZAGADNIENIA DO PRZYGOTOWANIA
1. Pojęcie dipola elektrycznego i momentu dipolowego, wyznaczanie natężenia pola i potencjału
elektrycznego wokół dipola, linie sił pola i linie ekwipotencjalne, prawa Kirchhoffa.
2. Układ bodźco – przewodzący serca, potencjały czynnościowe serca.
3. Elktrokardiograf.
4. Zjawiska bioelektryczne serca (linia izoelektryczna, załamki P,Q,R,S,T ).
5. Definicja odprowadzenia elektrokardiograficznego. Rodzaje odprowadzeo
w elektrokardiografii.
6. Sposoby wyznaczania osi elektrycznej serca, trójkąt Einthovena.
7. Wyznaczanie częstotliwości pracy serca na podstawie elektrokardiogramu.
B. LITERATURA
1. Augustyniak P (2001) Przetwarzanie sygnałów elektrodiagnostycznych. AGH Uczelniane
Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków
2. Bogdanowicz S. Najłatwiejsza elektrokardiografia, Wprowadzenie do elektrokardiografii
klinicznej
3. Kępski R.: Uwarunkowania techniczne pomiarów sygnałów bioelektrycznych. Problemy
Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej (red.: Nałęcz M.). Tom 2. Biopomiary WKiŁ,
Warszawa, 1990.
4. Instrukcja obsługi do aparatu Fluke MPS450.
C. WPROWADZENIE TEORETYCZNE
1. Podstawy elektrofizjologiczne elektrokardiografii
1.1 Układ krwionośny i budowa serca
Układ krwionośny składa się z dużego i małego krwioobiegu. W dużym krwioobiegu, krew
wypływająca z lewej komory serca do aorty rozgałęzia się a następnie przechodzi przez sied naczyo
włosowatych we wszystkich narządach ciała gdzie dostarcza tlen a następnie powraca żyłami do
prawego przedsionka serca. W małym krwioobiegu, odtlenowana krew z prawej komory serca
wpływa do płuc, gdzie następuje wymiana gazowa. Utlenowana krew wpływa do lewego przedsionka
serca, a dalej do lewej komory serca.
Rys.1 Budowa serca
1.2
Cykl pracy serca
Cykl pracy serca trwa około 0.8 s, w tym czasie następują kolejno:
 Okres pauzy, który trwa około połowy cyklu. W tej fazie mięśnie komór i przedsionków są
rozkurczone. Krew napływa do serca z żył głównych i żył płucnych.
 Wypełnienie komór poprzez skurcz przedsionków (0.1 sekundy).
 Skurcz komór (0.1 s).
 Wyrzut krwi do aorty i tętnicy płucnej przez otwarte zastawki półksiężycowate (0.3 s).
1.3 Elektrofizjologia serca
Serce wytwarza prądy elektryczne, które rozchodzą się po całym organizmie, aż do
powierzchni skóry. W sercu wyróżniamy dwa rodzaje komórek: komórki mięśniowe oraz komórki
układu bodźcoprzewodzącego. Komórki mięśniowe tworzą włókna mięśniowe, które cyklicznie
znajdują się w jednym z trzech stanów: w stanie polaryzacji (spoczynkowym), w stanie depolaryzacji
(pobudzenia) i w stanie repolaryzacji (powrotu do stanu spoczynku). Sumowanie się potencjałów
czynnościowych pojedynczych włókien tworzących mięsieo sercowy wytwarza wokół serca pole
elektryczne, które zmienia się w trakcie poszczególnych faz cyklu pracy serca. Rytmicznośd pracy
serca możliwa jest dzięki autonomicznemu układowi bodźcoprzewodzącemu. Wytwarza on cyklicznie
pobudzenie elektryczne, które przenosi się na włókna mięśniowe. Układ bodźcotwórczy zbudowany
jest z ośrodków automatyzmu t.j. węzeła zatokowo-przedsionkowyego, węzeła przedsionkowokomorowego, włókien Purkiniego oraz pęczeka Hisa.
Jeżeli połączenia pomiędzy poszczególnymi ośrodkami są prawidłowe to rytm pracy serca narzuca
węzeł zatokowo-przedsionkowy, który kurczy się z najwyższą częstotliwością. W przypadku komórek
rozrusznikowych nie można praktycznie mówid o potencjale spoczynkowym, ponieważ po fazie
repolaryzacji zachodzi natychmiast spontaniczna depolaryzacja. Im szybszy jest proces spontanicznej
depolaryzacji, tym większa jest częstotliwośd wytwarzanych pobudzeo. W komórkach
rozrusznikowych węzła zatokowo– przedsionkowego średnia częstotliwośd pobudzeo wynosi około
1,2 Hz (70/min.).
Napięcia wytwarzane przez mięsieo sercowy mogą byd odbierane z powierzchni lub wnętrza
organizmu za pomocą elektrod powierzchniowych lub odpowiednio endoelektrod. Amplituda
generowanego sygnału jest rzędu 1 do 2 mV (na powierzchni skóry) i około 5 mV bezpośrednio na
sercu.
1.4 Wektorowy model serca
Rozsunięte na pewną odległośd różnoimienne ładunki elektryczne tworzą dipol elektryczny.
Ładunki elektryczne rozmieszczone po wewnętrznej i zewnętrznej stronie błony komórkowej
możemy traktowad jako zbiór małych dipoli, które są źródłem pola elektrycznego. Wartośd wektora
równa jest odległości między ładunkami. Ponieważ punkty na ciele, pomiędzy którymi mierzymy
spadek potencjału są w dużo większej odległości niż poszczególne dipole, momenty dipolowe
wszystkich małych dipoli na błonach komórkowych mięśnia sercowego sumują się. Dlatego serce
możemy traktowad jako jeden duży dipol o wypadkowym momencie dipolowym. W trakcie
przechodzenia fali depolaryzacji wypadkowy moment dipolowy ulega zmianie, co jest źródłem
spadku napięcia mierzonego na skórze w różnych punktach ciała. Wypadkowy moment dipolowy
serca zmierzony w danej chwili jest nazywany chwilowym wektorem elektrycznym serca. Wektor ten
ma punkt zaczepienia w środku serca, a jego kierunek i zwrot zmienia się zgodnie z przebiegiem fali
depolaryzacyjnej. Jeżeli uśrednimy chwilowe wektory elektryczne serca z czasu depolaryzacji komór
(załamek QRS) i zrzutujemy taki wektor na płaszczyznę to otrzymamy oś elektryczną serca.
Rys. 2 Serce jako zmienny dipol elektryczny: Linie (a) i (b) reprezentują linie izopotencjalne,
pokazujące linie dipola o biegunach w punktach A i B. Linie (c) reprezentują teoretyczne linie prądu.
Makroskopowy dipol serca jest wynikiem nałożenia się na siebie wielu dipoli mikroskopowych, które
wytwarzają włókna mięśniowe podczas cyklicznego pobudzenia.
Tabela 1 Przewodzenie pobudzenia wzdłuż włókna mięśniowego
Faza I: pobudzenie znajduje się przed
elektrodami pomiarowymi,
Faza II : pobudzenie znalazło się pod
elektrodą 1. Przyjmuje ona potencjał
elektroujemny w stosunku do
elektrody 2.
Faza III : pobudzenie znalazło się
między elektrodami. Wynikiem tego
jest brak różnicy potencjałów. Wykres
wraca do zera.
Faza IV : pobudzenie znalazło się pod
elektrodą 2. Przyjmuje ona potencjał
elektroujemny w stosunku do
elektrody 1. Następuje wychylenie
ujemne wykresu.
Faza V : pobudzenie minęło elektrody.
Wynikiem tego jest brak różnicy
potencjałów, wykres znów wraca do
zera.
2. EKG 12-odprowadzeniowe
Podstawy elektrokardiografii opisał Willem Einthoven, który w celu łatwiejszej interpretacji
elektrokardiogramów przyjął szereg uproszczeo i założył, że:
 Przewodnictwo tkankowe jest jednorodne,
 Serce położone jest centralnie w klatce piersiowej,
 Rozmiary przewodnika objętościowego (ciała ludzkiego) są nieograniczone,
 Zjawiska elektryczne serca wyrażają się jednym wypadkowym dipolem.
2.1
Krzywa elektrokardiograficzna
Zmiany napięcia będące wynikiem zmiany chwilowego wektora elektrycznego serca można
mierzyd w różnych punktach ciała za pomocą elektrod. Elektrokardiogram składa się z szeregu
wychyleo powyżej lub poniżej linii izoelektrycznej. Wychylenia elektrokardiogramu od linii
izoelektrycznej nazywane są załamkami. Fragmenty linii izoelektrycznej pomiędzy załamkami
nazywane są odcinkami. Częśd krzywej obejmującą załamek i sąsiadujący z nim odcinek nazywa się
odstępem.
Załamki umownie oznacza się dużymi literami P, Q, R, S, T (Rys.3).
załamek P – depolaryzacja
przedsionków,
zespół załamków QRS –
depolaryzacja komór,
załamek T – repolaryzacja
komór,
linia izoelektryczna –
rejestrowana jest w czasie,
gdy w sercu nie ma
pobudzenia.
Rys.3 Prawidłowa krzywa EKG (uwaga: wygląd prawidłowych załamków zależny jest od
odprowadzenia, w którym jest on oglądany).
2.2 Odprowadzenia w elektrokardiografii
Standardowe 12-odprowadzeniowe EKG jest najczęściej wykonywanym
elektrodiagnostycznym. Na 12 odprowadzeo składają się (patrz rysunek 4):



badaniem
3 odprowadzenia dwubiegunowe, kooczynowe Einthovena (I , II , III),
3 odprowadzenia jednobiegunowe kooczynowe wzmocnione Goldbergera (aVR, aVL, aVF),
6 odprowadzenia jednobiegunowych, przedsercowych Wilsona (V1, V2, V3, V4, V5, V6).
Odprowadzenia Einthovena (I , II , III)
Elektrody umieszcza się na kooczynach pacjenta – prawej i lewej ręce oraz lewej nodze. Elektroda
uziemiająca umieszczona jest na prawej nodze. Odprowadzenie I – napięcie mierzone jest pomiędzy
lewą (biegun dodatni), a prawą ręką (biegun ujemny). Odprowadzenie II – prawa ręka (biegun
ujemny), lewa stopa (biegun dodatni). Odprowadzenie III – lewa ręka (biegun ujemny), lewa stopa
(biegun dodatni).
Odprowadzenia Goldbergera
Elektrody umieszcza się na kooczynach pacjenta podobnie jak w odprowadzeniach dwubiegunowych,
tzn. prawej i lewej ręce oraz lewej nodze. Różnica potencjałów mierzona jest pomiędzy daną
elektrodą pomiarową a elektrodą odniesienia, powstałą poprzez połączenie ujemnych biegunów
dwóch przewodów we wspólną koocówkę.
Odprowadzenia Willsona
Elektrody umieszcza się na klatce piersiowej, stanowią one biegun dodatni. Biegun ujemny stanowi
tzw. koocówka centralna, skonstruowana przez połączenie ujemnych biegunów trzech przewodów z
odprowadzeo jednobiegunowych kooczynowych.
(a)
(b)
(c)
Rys 4. Odprowadzenia: (a) odprowadzenia dwubiegunowe, kooczynowe Einthovena (I , II , III), (b)
odprowadzenia jednobiegunowe kooczynowe wzmocnione Goldbergera (aVR, aVL, aVF), (c)
odprowadzenia jednobiegunowych, przedsercowych Wilsona (V1, V2, V3, V4, V5, V6).
Rys.5 Rozmieszczenie elektrod w trakcie badania EKG 12 odprowadzeniowego.
Uwaga: w zależności od budowy elektrod – elektrody kooczynowe mogą byd
umieszczane na klatce piersiowej (jak na rysunku) lub na nadgarstkach i kostkach nóg.
2.3 Wyznaczenie osi elektrycznej serca
Wykres z odprowadzeo I, II, III można zastosowad do wykreślenia osi elektrycznej serca. W tym celu
wykreślamy na papierze milimetrowym trójkąt równoboczny w odpowiednio dobranej skali
w stosunku do wykresu EKG. Boki trójkąta obrazują odpowiednie odprowadzenia. Wyznaczamy rzuty
chwilowego wektora elektrycznego, uśrednionego w czasie depolaryzacji komór na osie
odpowiednich odprowadzeo. Długości wektorów wyznacza się, w przybliżony sposób, sumując dla
odpowiednich odprowadzeo załamek QRS z uwzględnieniem znaków. Naniesione wektory powinny
byd zaczepione w środku boków trójkąta.
Rys. 6 Sposób wyznaczenia sumy amplitudy załamków zespołu QRS z odprowadzenia I.
Po naniesieniu rzutów dla wszystkich trzech odprowadzeo na boki trójkąta równobocznego
prowadzimy proste prostopadłe do boków trójkąta (osie odprowadzeo) od wierzchołków
poszczególnych wektorów do środka trójkąta. Punkt przecięcia prostych stanowi wierzchołek
wektora będącego osią elektryczną serca. U zdrowego człowieka wartośd nachylenia osi elektrycznej
serca powinna byd w granicach od -20 do +105°.
.
Rys. 7 Sposób wyznaczania przybliżonego kąta nachylenia osi elektrycznej serca w
płaszczyźnie czołowej przy użyciu trójkąta Einthovena.
D. INSTRUKCJA DO DWICZENIA LABORATORYJNEGO
1. Elementy stanowiska pomiarowego









bezprzewodowy rejestrator sygnałów EKG z oprogramowaniem CardioTEKA (Rys. 8 a)
12-odprowadzeniowy rejestrator EKG Ascard 3 (Rys. 8 b)
„Sztuczny pacjent” – generator sygnału EKG FLUKE MPS450 (Rys. 10)
zestaw elektrod powierzchniowych (Rys. 9)
żel przewodzący, ręczniki
leżanka medyczna
2 x komputer stacjonarny
Zestaw baterii
Instrukcja generatora sygnału EKG FLUKE MPS450
(a)
(b)
Rys. 8 (a) Bezprzewodowy rejestrator sygnałów EKG, (b) 12-odprowadzeniowy rejestrator
EKG Ascard 3.
Rys. 9 Elektrody kooczynowe używane w dwiczeniu.
Rys.10 „Sztuczny pacjent” – generator sygnału EKG FLUKE MPS450.
2. Przebieg eksperymentu pomiarowego
Zadanie 1





Włącz komputer i z listy dostępnych systemów operacyjnych wybierz Windows XP 32-bitowy.
Wybierz konto administrator i poproś prowadzącego o wpisanie hasła,
Włóż 2 baterie AA do bezprzewodowego rejestratora sygnałów EKG,
Z Pulpitu włącz program CardioTEKA,
Kliknij ikonkę Pacjent – pojawi się nowe okno. Kliknij Nowy pacjent i wprowadź swoje dane.
Zatwierdź – OK.
 Kliknij ikonę EKG równocześnie naciskając czerwony przycisk znajdujący się na obudowie
rejestratora sygnałów EKG – nastąpi połączenie się rejestratora z komputerem przez
Bluetooth,
 W razie nie połączenia się aparatu, powtarzaj czynności z ostatniego podpunktu do skutku.
Gdy nastąpi połączenie się rejestratora z oprogramowaniem na ekranie powinien byd widoczny zapis
szumu rejestrowany przez podpięte elektrody. Możesz przystąpid do uruchomienia „sztucznego
pacjenta”. Włącz symulator FLUKE MPS450 do prądu, a następnie uruchom go naciskając
ekranie symulatora pojawi się standardowe ustawienie:
. Na
NORMAL SINUS RHYTHM
80 BPM 1.0 mV ADULT
BPM/ampl
DOWN
UP SEL >
Symulator rozpocznie generację sygnału EKG osoby dorosłej o częstotliwości pracy serca
80 uderzeo/min i amplitudzie 1mV. Zaobserwuj wygląd sygnału w poszczególnych kanałach.
Wykonaj następujące eksperymenty pomiarowe:
 Zmieo częstotliwośd pracy serca na 2 różne, wybrane przez siebie wartości – naciśnij przycisk
MODE, wybierz odpowiedni kod numeryczny z tabeli, potwierdź komendą RUN.
BPM Numeric
Setting
Code
30
165
40
166
45
250
60
167
80
168
90
251
100
169
120
170
140
171
160
172
180
173
200
174
220
175
240
176
260
177
280
178
300
179
 Symulację artefaktów – naciśnij przycisk MODE, wybierz odpowiedni kod numeryczny z tabeli,
potwierdź komendą RUN. Zaobserwuj jak wpływa na krzywą EKG każdy z artefaktów.
ECG- Artifact Settings
Numeric
Code
EKG ARTEFAKTY WYŁĄCZONE
104
60 Hz
105
50 Hz
106
MIĘŚNIE
107
ZABURZENIA LINII
108
ODDECH
109
 Symulację arytmii – z dołączonej instrukcji symulatora FLUKE MPS450, wybierz dwa przypadki
arytmii i je zasymuluj. Oglądnij dokładnie przebieg sygnału i zastanów się skąd (w sensie
medycznym) wynikają nieprawidłowości w przebiegu EKG.
Po zakooczonych symulacjach wyłącz program CardioTEKA. Wyłącz urządzenie „Sztuczny pacjent”
(ten sam przycisk, którym włączało się urządzenie). Przycisk należy trzymad ok. 2 sekundy.
Zadanie 2
 Włącz do prądu elektrokardiograf Ascard 3,
 Włącz dedykowany dla niego komputer, otwórz z pulpitu menadżer plików Total Commander
i z listy uruchom program B100.exe, naciskając Enter,
 Ochotnika połóż na leżance lekarskiej,
 Używając niewielkiej ilości żelu, załóż poprawnie elektrody kooczynowe (patrz rys. 5 lub
plakat znajdujący się przy stanowisku),
 Włącz elektrokardiograf włącznikiem (z boku urządzenia),
 W programie lub na klawiaturze urządzenia wpisz Imię i Nazwisko badanego, następnie
włącz rysowanie sygnału EKG na monitorze komputera, w tym celu wybierz Kardiograf->
EKG,
 Zaobserwuj przebieg sygnału. Z których odprowadzeo sygnał jest wyświetlany na monitorze?
Jaka jest częstotliwośd pracy serca badanego? Czy badany umie kontrolowad puls np.
zwiększyd jego wartośd (denerwując się), a następnie zmniejszyd (uspokajając się na
zawołanie)?
 Z Menu programu (Kardiograf -> Konsola ->F1) lub samego rejestratora (przycisk AUTO)
wybierz badanie automatyczne AUTO . Nastąpi badanie automatyczne oraz analiza
zapisanego sygnału. Uwaga 1: Pacjent w tym czasie musi leżed nieruchomo. Wynik wydrukuje
się z aparatu EKG. Uwaga 2: ponieważ elektrody przedsercowe są nie podłączone aparat
zapyta czy mimo to kontynuowad badanie – potwierdź.
 Wyjdź z programu, wyłącz elektrokardiograf, odepnij i wyczyśd elektrody.
E. WZORZEC SPRAWOZDANIA
Dwiczenie laboratoryjne nr 9:
ELEKTROKARDIOGRAFIA
Skład osobowy grupy (Imię i Nazwisko):
Data wykonania
ćwiczenia:
……………………………………………
Grupa (1-7):
Grupa (A-D):
……………… ………………
……………………………………………
……………………………………………
……………………………………………
………………………
Data oddania
sprawozdania:
………………………
1. Narysuj przebieg sygnału wraz z artefaktami pochodzącymi od:
 Sieci elektrycznej
 Mięśni
 Oddechu
2. Narysuj przebieg sygnału dla obu zasymulowanych arytmii:
Arytmia 1:……………………………………………………………………………………………..
Opis arytmii 1:……………………………………………..
………………………………..………………………………..………………………………..………………………………..……………………
…………..………………………………..………………………………..………………………………..………………………………..…………
……………………..………………………………..………………………………..………………………………..………………………………..
………………………………..………………………………..………………………………..………………………………..……………………
…………..………………………………..………………………………..………………………………..………………………………..…………
……………………..………………………………..………………………………..……………………………………………………………….
Arytmia 2:……………………………………………………………………………………………..
Opis arytmii 2:…………………………………………………………………………………………………….
………………………………..………………………………..………………………………..………………………………..……………………
…………..………………………………..………………………………..………………………………..………………………………..…………
……………………..………………………………..………………………………..………………………………..………………………………..
………………………………..………………………………..………………………………..………………………………..……………………
…………..………………………………..………………………………..………………………………..………………………………..…………
……………………..……………………………………………………………….
3. Oblicz oś elektryczną serca korzystając z metody trójkąta Einthovena oraz otrzymanego
w Zadaniu 2 wydruku z elektrokardiografu:
Oś serca (QRS), obliczona przez algorytm elektrokardiografu wyniosła (odczytaj z
wydruku):……..……………………………
Oś serca obliczona samodzielnie z trójkąta Einthovena wynosi (narysuj
poniżej):……………………………………