3. Исследование метода векторкардиографии

Цель работы: ознакомление с методикой векторкардиографии и ее программной реализацией.

Основные положения

Векторкардиография – метод исследования сердца, основанный, как и электрокардиография, на регистрации изменений за сердечный цикл суммарного вектора электродвижущих сил сердца (ЭДС), но в проекции не на линию (ось отведения), а на плоскость. Регистрируют векторкардиограмму (ВКГ) с помощью специального прибора – векторкардиографа.

В

Рис. 3.1. Модельный сигнал ЭКГ в трех ортогональных отведениях X, Y, Z

КГ обычно регистрируется в нескольких плоскостях (проекции пространственной ВКГ на плоскости), так как должна показать направление суммарного вектора в пространстве. При патологических изменениях сердца результирующий вектор ЭДС отклоняется в различных направлениях пространства. Анализ ВКГ проводится вначале отдельно для каждой плоскости, а затем данные ориентации ВКГ в отдельных плоскостях суммируются для получения пространственного представления о расположении ЭДС.

Рис. 3.2. ВКГ, соответствующие модельному сигналу во фронтальной (F), горизонтальной (H) и сагиттальной (S) плоскостях

ВКГ состоит из трех петель (рис. 3.2) Петля P (наименьшая) отражает динамику ЭДС при распространении возбуждения по предсердиям. Петля QRS (наибольшая) отражает распространение возбуждения в желудочках. Петля T (средняя) – реполяризацию желудочков.

Анализируют ВКГ по максимальной длине (максимальному вектору) и ширине петель, их форме, углам отклонения максимальных векторов от координатных осей плоскости регистрации и другим параметрам. Они существенно и определенным образом изменяются при некоторых патологиях сердца. Для регистрации ВКГ используют систему ортогональных отведений по Франку, при этом электроды накладываются на шею, левую ногу и в области груди.

Задание

• Построить график трех ортогональных отведений электрокардиограммы.

• Построить графики трех двухмерных ВКГ (фронтальная, горизонтальная сагиттальная, плоскости) и одной трехмерной. Убедиться, что петли в норме сильно отличаются от петель при патологии.

• Извлечь фрагменты ЭКГ при патологии и норме, построить для них графики ВКГ, проанализировать фрагменты: найти длину максимального вектора петель, углы его отклонения от осей.

Порядок выполнения работы

1. Создайте папку и перепишите в нее файл «Заготовка.vi», библиотеку VI «ЛР3.llb» и файл сигнала ЭКГ для вашего варианта, которые будут анализироваться (см. табл. П.3).

2. Запустите среду LabVIEW. Создайте новый ВП и сохраните его под каким-нибудь именем.

3. Установите на лицевой панели элемент «Tab Control», добавьте третью вкладку. Переименуйте вкладки следующим образом: 1 – «Общие данные», 2 – «Выявление патологий», 3 – «Измерение параметров для участка».

Вкладка 1

Чтение файла и отображение его на графике

4. Для того чтобы установить на первой вкладке заготовленный элемент для отображения графика отведений ЭКГ откройте файл «Заготовка.vi», выделите на лицевой панели элемент под названием «Waveform Graph». Для копирования его в буфер нажмите сочетание клавиш «Ctrl + C». Вернитесь к первой вкладке вашего ВП и с помощью сочетания клавиш «Ctrl + V» вставьте элемент на вкладку. Переименуйте его как «3 отведения ЭКГ».

5. З агрузите файл с ЭКГ. Извлеките с помощью функции «Index Array» из загруженных данных по отдельности первые три столбца значений, соответствующих отведениям ЭКГ.

6. Для отображения на одном графическом элементе трех отведений на некотором расстоянии друг от друга установите в окне редактирования диаграмм ВП «Объединение 3-х отведений.vi» из библиотеки «ЛР3.llb». Соедините выход элемента «Объединение 3-х отведений.vi» с ранее установленным элементом «Waveform Graph», создайте для соответствующего входного терминала элемент управления частотой дискретизации и задайте для него значение 360.

Построение трехмерной ВКГ

7. Для отображения ВКГ на трехмерном графике поместите на первой вкладке элемент «3D Curve» (Controls >> Modern >> Graph >> 3D Curve Graph). Переименуйте элемент как «3D-векторкардиограмма».

Соедините выходы элемента «Загрузка отведений ЭКГ.vi» «отведение 1», «отведение 2», «отведение 3» соответственно с входами «xvector», «yvector», «zvector».

8. Запустите программу. Убедитесь, что на графиках отображаются три ортогональных отведения электрокардиограммы и трехмерное отображение ВКГ. Обратите внимание, что на трехмерной ВКГ хорошо видно, насколько петли при патологии отличаются от петель в норме.

Вкладка 2

Построение двухмерной ВКГ на трех плоскостях (сагиттальной –1и 2 отв., фронтальной –2 и 3 отв., горизонтальной– 1и 3 отв.)

9. Перейдите на панели ВП ко второй вкладе. Скопируйте и поместите на ней три экземпляра заготовленного элемента «XY Graph». Переименуйте их соответственно «сагиттальная», «фронтальная» и «горизонтальная» плоскости.

10. Для создания кластера с набором координат x и y, который будет отображен на графике, поместите в окне редактирования диаграмм три ВП «Bundle» (Functions >> Programming >> Cluster, Class, &Variant)

На входы «element» установленных ВП подайте пары значений отведений с выхода элемента «Загрузка отведений ЭКГ.vi», соответственно 1-2, 2-3, 1-3.

11. Д ля удобства наблюдения ВКГ добавьте на график оси. Для этого в окне редактирования диаграмм поместите ВП «Оси.vi» из библиотеки «ЛР3.llb», который формирует массив из двух кластеров с набором координат x и y, соответствующим линиям осей.

12. Для объединения одной линии графика ВКГ и двух линий осей в один массив поместите на диаграмме элемент «Build Array» (Functions >> Programming >> Array). Растяните его так, чтобы у него было два входных терминала. Вызовите на нем контекстное меню и выберите пункт «Concatenate Inputs». На первый вход подайте массив кластеров осей, на второй вход подайте кластер графика ВКГ.

13. Добавьте аналогичным образом линии осей к остальным двум кластерам графиков ВКГ. Полученные массивы подсоедините к созданным ранее элементам «XY Graph»

14. Запустите программу и убедитесь, что отображаются все графики ВКГ.

Вкладка 1

Извлечение фрагмента ЭКГ

15. Откройте первую вкладку.

16. В окне редактирования диаграмм создайте цикл «While Loop», который останавливался бы при нажатии на кнопку «Стоп». Дальнейшее построение диаграммы осуществляйте внутри данного цикла.

17. У элемента «Waveform Graph», который был назван как «3 отведения ЭКГ» есть два курсора, которым соответствуют индексы 0 и 1. Для извлечения информации о свойствах конкретного курсора установите ВП «Координаты курсора.vi» из библиотеки «ЛР3.llb». Данный ВП по ссылке на график извлечет координаты определённого курсора, задаваемого индексом.

18. Вызовите на элементе «3 отведения ЭКГ» контекстное меню и создайте ссылку на график (Create >> Reference). Подсоедините её к входу «ссылка на график» элемента «Координаты курсора.vi».

19. Д ля извлечения координат первого курсора (индекс 0) с помощью контекстного меню создайте и подсоедините константу к входному терминалу «активный курсор» у ВП «Координаты курсора.vi». Придайте константе значение 0.

20. Для извлечения координат второго курсора (индекс 1) установите еще один элемент ВП «Координаты курсора.vi» и подсоедините к нему необходимые данные.

21. Для извлечения фрагментов отведений, расположенных между двумя курсорами, установите в окне редактирования диаграмм ВП «Извлечение фрагмента ЭКГ.vi» из библиотеки «ЛР3.llb». Соедините выходы элементов «Загрузка отведений ЭКГ.vi» и координаты X курсоров с входами элемента «Извлечение фрагмента.vi». В результате появится возможность извлечения различных участков ВКГ при движении курсоров «Waveform Graph».

Вкладка 3

Построение двухмерных и трехмерной ВКГ для фрагмента

22. Перейдите на вкладку 3.

23. Поместите на ней элемент «Waveform Graph» Переименуйте оси также как у элемента «3 отведения ЭКГ». Отобразите полученные фрагменты отведений ВКГ на одном графике на некотором расстоянии друг от друга аналогично тому, как было сделано ранее.

24. Постройте для вырезанного фрагмента трехмерный график ВКГ и двухмерные графики ВКГ вместе с осями. Создайте на третьей вкладке новый элемент «Tab Control». Сделайте так, чтобы у него было три вкладки, и расположите на них двухмерные ВКГ. Переименуйте вкладки и графики в соответствии с названиями плоскостей, которые на них отображаются.

25. Запустите программу. Убедитесь, что строятся графики фрагментов ВКГ ограниченные курсорами элемента «3 отведения ЭКГ».

Нахождение параметров векторкардиограммы

Необходимо найти максимальный вектор петель, а также углы отклонения векторов от осей.

Длина отрезка при известных координатах его концов равна:

Угол между осью и получившимся вектором можно найти из прямоугольного треугольника, в котором катет будет находиться на оси, а наш вектор будет гипотенузой. Тогда из тригонометрических формул и формулы длины отрезка угол отклонения от оси X будет равен:

,

а от оси Y – .

26. Для реализации формулы измерения длины вектора поместите элемент «Нахождение параметров ВКГ.vi» из библиотеки «ЛР3.llb». Создайте для его выходных терминалов элементы индикации.

27. Для извлечения координат курсора текущего графика фрагмента ВКГ «XY Graph» создайте ВП «Координаты курсора.vi», соедините его выходы с входами «Нахождение параметров ВКГ.vi» и задайте ему индекс 0.

28. Создайте ссылку для каждого из графиков фрагментов двухмерных ВКГ.

29. Для того чтобы иметь доступ к ссылке того графика, который расположен на открытой вкладке этого создайте элемент «Case Structure».

30. На блок-диаграмме подсоедините к нему элемент «Tab Control», который вы разместили на третьей вкладке. Вызовите контекстное меню на элементе «Case Structure» и создайте диаграмму для нового случая (Add Case After). Эта конструкция позволит выполнять для каждой активной вкладки «Tab Control» свой фрагмент кода.

31. Разместите на каждой диаграмме «Case Structure» соответствующую ссылку на график и выведите её на выход, который соедините с установленным ранее ВП «Координаты курсора.vi».

Анализ ВКГ

32. Запустите программу и загрузите файл ВКГ, соответствующий вашему варианту. Сохраните в отчет график отведений ВКГ, трехмерный график ВКГ и двухмерные графики ВКГ.

33. Выделите какой-либо участок ВКГ, соответствующий нормальному PQRST-комплексу.

34. Сохраните в отчет график отведений, трехмерный график и двухмерные графики фрагмента ВКГ.

35. Для каждой плоскости ВКГ, перемещая курсор по соответствующему графику, рассчитайте и сохраните в отчет длину вектора петли QRS и углы отклонения его от осей.

36. Визуально определите наличие патологии с помощью двухмерных и трехмерной векторкардиограмм. Сохраните в отчет время начала патологии.

37. Выделите участок ВКГ, соответствующий PQRST-комплексу с патологией. Повторите для него пункты 34-35.

38. Сравните значения параметров ВКГ для нормального комплекса и комплекса с патологией. Сохраните в отчет вывод о том, как различаются эти значения и формы петель.