Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Тюменская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

(ГБОУ ВПО ТюмГМА Минздравасоцразвития России)

Кафедра медицинской и биологической физики с курсом медицинской информатики

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО МЕДИЦИНСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ

для студентов первого курса

Тюмень, 2011 г.

« »______________201_г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.4

Тема: Изучение работы электрокардиографа. Освоение метода

регистрации электрической активности сердечной мышцы.

Значение темы в системе знаний врача: Регистрация электрической активности органов и тканей (электрография) является объективным методом исследования деятельности различных органов. Особое значение для диагностики и контроля над ходом лечения различных сердечных патологий имеет электрокардиография. Соответственно, врач должен иметь чёткие представления об электрокардиографии, уметь регистрировать ЭКГ.

Цель работы: Усвоение материала о принципах регистрации электрической активности сердечной мышцы. Знакомство с устройством и работой электрокардиографа.

Приборы и принадлежности: электрокардиограф, электроды.

Студент должен знать:

• Определение понятия электрокардиограммы, её основные зубцы и их происхождение.

• Современные представления о модели генератора электрического поля сердца. Схема электрического поля по Уоллеру.

• Понятие об электрокардиографических отведениях (виды).

• Блок – схема электрокардиографа с микропроцессором (МП) и без МП.

• Виды регистрирующих устройств.

Студент должен уметь:

• Накладывать электроды на поверхность тела человека по различным схемам электрокардиографических отведений

• Снимать электрокардиограмму

• Рассчитывать амплитуду зубцов

• Строить треугольник Эйнтховена

• Рассчитывать частоту сердечных сокращений (ЧСС)

Краткая теория

Э лектрокардиограмма - это периодически повторяющаяся кривая, которая отображает изменение во времени разности электрических потенциалов между двумя точками на поверхности тела человека, возникновение которых обусловлено распространением процесса возбуждения в сердечной мышце (рис.1).

Возникновение зубцов обусловлено возбуждением различных отделов сердца. Зубец Р – возбуждением предсердий, Q – межжелудочковой перегородки, R – верхушки сердца, S – основания желудочков, Т – связан с процессами реполяризации в сердечной мышце. U – непостоянен, связанс остаточной реполяризацией.

Схематическое изображение электрического поля сердца

(схема Уоллера).

С ердце представляет собой генератор электрического поля. Параметры этого поля меняются в зависимости от того, какие отделы сердца охвачены процессом возбуждения. В результате меняется разность потенциалов на поверхности тела человека, поскольку точки, между которыми регистрируется разность потенциалов, будут находиться в электрическом поле сердца. В соответствии с современными представлениями, модель электрического генератора сердца – это совокупность большого количества элементарных токовых диполей, которыми являются волокна сердечной мышцы, т.е. генератор электрического поля сердца, представляет собой мультиполь, суммарный электрический вектор которого меняется в зависимости от распространения процесса возбуждения по сердечной мышце. На рис.2 представлена схема электрического поля сердца по Уоллеру.

Электрокардиографические отведения

Для регистрации электрической активности сердечной мышцы необходимо отвести разность потенциалов с поверхности тела человека. Для этой цели используются электроды – металлические пластинки, накладываемые определённым образом на поверхность тела человека. Способ наложения электродов называется электрокардиографическим отведением (или ЭКГ-отведением).

Существует несколько видов электрокардиографических отведений:

1.Стандартные отведения (предложил голландский физиолог (W.Einthoven). Это биполярные отведения, поскольку оба электрода являются активными. Их электрические потенциалы изменяются относительно потенциала земли во время распространения процесса возбуждения по сердечной мышце. Обозначаются цифрами I, II, III и накладываются следующим образом:

• I стандартное отведение – на правую и левую руку;

• II стандартное отведение – на правую руку и левую ногу;

• III стандартное отведение – на левую руку и левую ногу.

На правую ногу накладывают электрод, который всегда заземляется.

2.Усиленные отведения (E.Goldberger – 1942г.) – это униполярные отведения, поскольку активным является один электрод, потенциал которого меняется относительно потенциала земли. Существует три усиленных отведения:

• О т правой руки (aVR);

• От левой руки (aVL);

• От левой ноги (aVF),

где буква “a” – сокращение от “augmented” – усиленный,

“V” – “Voltage”, “R” – “Right”, “L” – “Left”, “F” – “Foot”.

Один электрод, накладываемый на правую или левую руку или левую ногу, является активным. Его потенциал меняется в процессе возбуждения сердечной мышцы относительно индифферентного электрода. Остальные электроды объединяют в одной точке и заземляют. Они и образуют индифферентный электрод.

3. Грудные отведения (F.Wilson – 1930г.) – униполярные. В основном используют шесть грудных отведений – V1-V6, где активный электрод располагают на поверхности грудной клетки, а электроды, расположенные на конечностях, образуют индифферентный электрод:

V1 – четвёртое межреберье справа от грудины;

V 2 – четвёртое межреберье слева от грудины;

V3 – на половине расстояния между электродами V2,V4;

V4 – в пятом межреберье по среднеключичной линии;

V5 – по той же горизонтали, что и V4, но по передней подмышечной линии;

V6 – по той же горизонтали, что V4, V5, но по задней подмышечной линии. На рис.4 показано расположение электродов при грудных отведениях.

Б лок – схема электрокардиографа с микропроцессором

1 – электроды;

2 – коммутатор электрокардиографических отведений, который позволяет подключать на вход усилителя биопотенциалов электроды, соединённые по схемам различных электрокардиографических отведений;

3 – дифференциальный усилитель биопотенциалов (коэффициент режекции Н  1000);

4 – блок калибровочного сигнала (генерирует прямоугольные импульсы с амплитудой 1мВ);

5 – регистрирующее устройство;

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

МП – микропроцессор;

Д – дисплей.

В современных приборах для обработки биоэлектрической активности сердечной мышцы используются микропроцессоры. По сути дела, это электрокардиограф и микроЭВМ.

Для обработки информации с помощью МП необходимо преобразовать аналоговую информацию, представленную колебаниями электрического тока или напряжения (усиленные потенциалы сердечной мышцы) в цифровой двоичный код. Двоичный код вводится непосредственно в микропроцессор. Обычные МП оснащаются программным обеспечением, позволяющим провести рутинную обработку ЭКГ – расчёт длительности интервалов, амплитуды зубцов, ширину различных комплексов, стандартных показателей по данным ЭКГ. Значительные трудности составляет машинная обработка информации по распознаванию нарушений формы ЭКГ, что требует создания высокотехнологичных программ, использующих основы современной булевой логики и математические модели распознавания образцов.

Блок – схема электрокардиографа без микропроцессора

1 – электроды;

2 – коммутатор электрокардиографических отведений, который позволяет подключать на вход усилителя биопотенциалов электроды, соединённые по схемам различных ЭКГ - отведений;

3 – дифференциальный усилитель биопотенциалов (коэффициент режекции Н  1000);4 – блок калибровочного сигнала (генерирует прямоугольные импульсы с амплитудой 1мВ);5 – регистрирующее устройство;

Регистрирующие устройства

Усиленный сигнал с выхода усилителя поступает на регистрирующее устройство, которое представляет собой электромеханический преобразователь, преобразующий колебания электрического тока в перемещение механического пера. Различают несколько типов регистрирующих устройств:

Магнитоэлектрический вибратор (рис.7) имеет мощный постоянный магнит -1, в поле которого находится механически связанная с пишущим пером (3) катушка - 2. При пропускании через катушку тока с выхода усилителя создаётся переменное магнитное поле, которое, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита, заставляет катушку отклоняться от первоначального положения. Регистраторы, построенные по такому принципу, позволяют регистрировать частоты в полосе до 100 Гц.

Более широкое распространение в клинике получили электромагнитные вибраторы. Подвижная часть таких вибраторов выполняется не в виде катушки, а в виде полоски магнитного материала, которая вращается вокруг своей оси под влиянием суммарного действия двух магнитных полей: постоянного, создаваемого постоянными магнитами, и переменного, создаваемого неподвижными катушками.

Электромагнитные вибраторы отличаются относительно малыми габаритами, потребляют небольшой ток и позволяют регистрировать сигналы с частотой до 150 Гц. Они используются в чернилопишущих перьевых регистраторах и в регистраторах с тепловой записью.

Перьевые регистраторы. Запись осуществляется с помощью чернил. Наивысшая частота регистрируемых колебаний при помощи таких регистраторов составляет 120-150 Гц, но обычно не превышает 100 Гц. Основным недостатком перьевых регистраторов являются радиальные искажения, т.к. перо совершает не возвратно-поступательное, а вращательное движение.

Тепловая запись осуществляется путём снятия слоя вещества с ленты-носителя. В этом случае лента представляет собой чёрную рулонную бумагу, покрытую с одной стороны слоем легкоплавкого вещества белого цвета. Запись осуществляется с помощью электромагнитного вибратора, на оси которого укреплена подогреваемая электрическим током игла. Тот факт, что игла касается ленты в месте её перегиба, позволяет производить запись без радиальных искажений. Качество тепловой записи получается довольно высоким. Одним из недостатков тепловой записи является чувствительность теплочувствительной бумаги к внешним механическим и температурным воздействиям.

Струйная запись позволяет намного расширить возможности видимой записи в части регистрации высокочастотных сигналов. При помощи струйных регистраторов можно записывать сигналы, частотный спектр которых достигает частот до 700 Гц. Это позволяет в клинике производить синхронную запись на одной ленте таких взаимосвязанных сигналов, как электрокардиограмма и фонокардиограмма.

На рис.8 приведено схематическое изображение струйного гальванометра. Это электромагнитный вибратор, через подвижный якорь которого вдоль оси проходит стеклянный капилляр - 2. Капилляр и якорь жёстко связаны между собой. При прохождении тока с выхода усилителя через обмотки электромагнита создаётся магнитное поле, которое поворачивает якорь и вместе с ним капилляр.

К ак видно из рис.8, капилляр на конце изогнут под углом 90. Этот конец капилляра оканчивается соплом - 3 диаметром 0,01 мм. Другой конец капилляра соединён с резервуаром чернил, в котором поддерживается давление около 15 атм. Вылетая из сопла, чернила вычерчивают на движущейся бумажной ленте изменения силы тока, протекающего через обмотки электромагнита. При помощи струйных гальванометров получаются высококачественные электрокардиограммы без радиальных искажений. При помощи струйных регистраторов возможна запись процессов с наложением одной кривой на другую, что даёт дополнительные возможности при анализе и обработке записанных материалов.

Ход работы

Подготовка к работе:

1. Проверить, заземлён ли электрокардиограф.

2 . Наложить на испытуемого электроды, подкладывая под них салфетки, смоченные 3 раствором NaCl. Испытуемый должен находиться на кушетке в горизонтальном положении в расслабленном состоянии. Обратить внимание на его неподвижность.

3. Записать калибровочный сигнал, выбрав усиление электрокардиографа, чтобы высота калибровочного сигнала была равна 10 мм (для удобства последующих расчётов).

4.Записать ЭКГ в трёх стандартных отведениях.

5.Наклеить полученную запись в лабораторную тетрадь, обозначить зубцы электрокардиограммы.

а – зубец Р

b – интервалPQ

c – комплексQRS

d – сегментST

е – зубец Т

f – зубецU (непостоянный)

1 – длительность  0,1 с

2 – длительность  0,12 с

3 – интервал PQ 0,2 с

4 – интервал QT зависит от частоты; при 70/мин 0,32 – 0,39 с.

Упражнение 1. Определение амплитуды зубцов.

Для определения амплитуды зубцов необходимо:

а) Найти высоту в мм калибровочного сигнала, амплитуда которого

равна 1мВ, и рассчитать цену 1мм по высоте в мВ:

, где A - амплитуда калибровочного сигнала;

h - высота зубца в мм.

б) Рассчитать амплитуду зубцов Q, R, S в I, II и III стандартных

отведениях по формуле:

,

где U- амплитуда в мВ.

Это выполнить легко, т.к. регистрация ЭКГ осуществляется на миллиметровой бумаге.

в) Найти алгебраическую сумму зубцов Q, R, S для каждого стандартного отведения: I, II и III

г) Результаты вычислений занести в таблицу №1.

Таблица №1

U,мВ	I	II	III
Q
R
S


Упражнение 2. Построение треугольника Эйнтховена.

а ) Согласно примеру, представленному на рис.10 постройте ниже треугольник Эйнтховена, стороны которого, соответствуют I, II и III стандартным отведениям. (Сторона треугольника равна 6 см)

б) Начертить положение электрической оси сердца.

За начало электрической оси берётся точка нулевого потенциала, которая находится в месте пересечения высот равностороннего треугольника Эйнтховена, т.е. в центре треугольника. Каждая ось отведения делится пополам и выбирается масштаб построения (например, 1см соответствует 1мВ).

На стороны треугольника откладывается алгебраическая сумма зубцов Q, R, S. Если алгебраическая сумма амплитуд зубцов Q, R,S имеет положительное значение, тогда она откладывается на той половине оси отведения, которая соответствует положительному потенциалу. В случае отрицательного значения алгебраической суммы – построения выполняются на той части оси отведения, которая соответствует отрицательному потенциалу. Из конца отрезков, полученных при откладывании алгебраической суммы зубцов Q, R, S на стороны треугольника Эйнтховена восстанавливают перпендикуляры. В месте пересечения этих перпендикуляров находят положение конца вектора электрической оси сердца. Соединив точки начала и конца вектора, получают электрическую ось сердца.

в) Найти угол, который составляет электрическая ось сердца с осью

первого отведения (угол ):

где _II-алгебраическая сумма зубцов Q, R, S во втором отведении,

_III- алгебраическая сумма зубцов Q, R, S в третьем отведении.

г) Сделайте заключение о положении электрической оси сердца:

Упражнение 3. Определение частоты сердечных сокращений.

а) Рассчитать длительность интервала R-R в секундах по формуле:

,

где L - длина интервала в мм;

υ = 25мм/с - скорость движения ленты.

б) Рассчитать частоту сердечных сокращений (ЧСС):

,

где Т - длительность интервала в секундах;

60- число секунд в 1 минуте.

в) Результаты вычислений занести в таблицу №2.

Таблица №2

Отведение	L, мм	T, с	ЧСС, уд/мин
I
II
III

По результатам выполненной работы записать вывод:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Подпись преподавателя:___________________________________________________

« »______________201_г.