Лабораторные по физике

Использование метода электрокардиографии в медицинской практике

Несмотря на ряд ограничений электрокардиографии, регистрация ЭКГ является чрезвычайно важным методом диагностики сердца в практической кардиологии. Необходимо отметить, амплитудные значения зубцов несут гораздо меньшую диагностическую информацию, нежели временные характеристики сигнала. Так, например, длительность между началом зубца Р и началом зубца Q (PQ интервал) соответствует времени, за которое волна возбуждения проходит предсердия, атриовентрикулярный узел и магистральные пути проведения импульса в желудочках. Длительность QRS комплекса отражает время охвата электрическим возбуждением желудочков и соответствует, так называемой, электрической систоле желудочков. Временные соотношения зубцов в ЭКГ зависят от частоты сердцебиений, однако, относительные изменения фаз сигнала имеют важное диагностическое значение.

По кривым ЭКГ врач может также судить о следующих проявлениях деятельности сердца и его патологических состояниях:

•ЭКГ дает возможность оценивать частоту сокращений сердца: нормальная частота 60-90 уд в мин., тахикардия - более 90 уд в мин., брадикардия - менее 60 уд в мин.

•Позволяет выявить локализацию очага возбуждения.

•При нарушениях ритма сердца, возможно, распознать различные виды аритмий.

•Возможно определить степень и локализацию блокады или задержки проведения.

•Направление электрической оси сердца отражает его анатомическое расположение.

•ЭКГ отражает влияние различных факторов на сердечную деятельность: вегетативных нервов, гормональных и обменных нарушений, лекарственных препаратов и так далее.

•ЭКГ в некоторых случаях дает информацию о нарушениях в механической функции миокарда.

143

ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ

Введение

В 1929 г. австрийский психиатр X. Бергер с помощью игольчатых электродов, подведенных под кожу черепа, записал суммарную фоновую электрическую активность мозга и обнаружил в ней наличие регулярных, непрерывных ритмических электрических колебаний. Он установил, что электрические характеристики этих сигналов зависят от состояния испытуемого. Открытие Бергера привело к созданию электроэнцефалографического метода изучения мозга.

Электроэнцефалография (ЭЭГ) - метод исследования деятельности головного мозга человека, основанный на суммарной регистрации биоэлектрической активности отдельных зон, областей, долей мозга через неповрежденные покровы головы. ЭЭГ позволяет судить о его физиологической зрелости человека, его функциональном состоянии, наличии очаговых поражений, общемозговых расстройств и их характере. ЭЭГ применяется в современной нейрофизиологии, а также в неврологии и психиатрии.

Электроэнцефалография относится к электрофизиологическим методам исследования человека. Электрофизиология - область науки, изучающая электрические явления в живом организме, тканях, клетках для выявления их природы и возможного физиологического значения. Известен целый ряд методов и средств диагностики, основанных на регистрации биоэлектрических сигналов, генерируемых различными органами и структурами человеческого организма. Электрические явления в живых клетках имеют электрохимическую природу и непосредственно связаны с диффузией различных ионов через клеточную мембрану. Движение ионов определяется величиной электростатического и концентрационного градиентов по обе стороны мембраны, значение которых регулируется деятельностью специализированных ионных каналов и насосов мембраны.

Помимо ЭЭГ, к числу электрофизиологических методов относятся и многие другие, в частности:

•электрокардиография - исследование электрической активности сердца;

•электромиография - исследование электрической активности мышц;

•электроокулография - исследование изменения потенциалов, обусловленных движением глазного яблока;

149

• электрогастрография - анализ электрических сигналов, вызванных деятельностью желудка и кишечника.

Регистрация биопотенциалов, возникающих на поверхности тела, может производиться длительно и многократно без каких-либо болезненных ощущений или вредного действия на организм. Для этого используются специальные датчики (электроды). Разность потенциалов, возникающая межу электродами на теле, варьирует от единиц микровольт (мкВ) до нескольких милливольт (мВ) в зависимости от типа электрода, особенностей их крепления и электрофизиологического метода. Например, разность потенциалов при электрокардиографическом методе изменяется в диапазоне 0.1 - 5 мВ. Величина электрического напряжения, фиксируемая на электродах при энцефалографии, в 100 раз меньше, чем при ЭКГ, и находится в пределах от 0.001 до 0.05 мВ.

Для измерения столь слабых электрических сигналов и их последующей визуализации необходимы специализированные усилители потенциалов. В настоящей работе мы рассмотрим ключевые принципы электротехники для усиления биопотенциалов.

Электротехнические основы усиления биопотенциалов

Рассмотрим некоторые важные характеристики усилителей.

(синусоидальных) сигналов коэффициент усиления определяют как отношение амплитуд колебаний на выходе и входе усилителя. Выбор требуемого коэффициента усиления определяется, во-первых, величиной входных напряжений (например, единицы или десятки мкВ для сигналов ЭЭГ и до единиц мВ для сигналов ЭКГ), вовторых, требуемыми уровнями сигналов, подаваемых с выхода усилителя на устройства регистрации, обработки и визуализации (обычно единицы вольт).

Входное сопротивление усилителя Rex. Определяется как отношение напряжения на входе усилителя к входному току (т.е. току, втекающему в усилитель). Чтобы усилитель биопотенциалов не изменял регистрируемые сигналы, необходимо выполнение условия RBX» R q, где Rq - сопротивление участка цепи, к которому подключается усилитель (для сигналов ЭЭГ, ЭКГ и т.п. - сопротивление участка тела

150