SYSTÉM CARDIAG 112.2 A JEHO POUŽITÍ V KARDIOLOGII
MARCELA FEJTOVÁ VLADIMÍR ECK
1
Abstrakt Tato výzkumná zpráva se zabývá elektrokardiologickým diagnostickým systémem CARDIAG 112.2, který je určen pro základní i komplexní elektrokardiologické vyšetřování srdečních poruch na základě vyhodnocení velkého souboru signálů EKG, snímaných z povrchu hrudníku a končetin vyšetřovaného pacienta. Systém CARDIAG 112.2 vytváří záložní soubor „jméno.map“, do kterého ukládá data, ze kterých je schopen opět vypočítat a zobrazit všechny požadované diagnostické parametry. Ve zprávě je popsán vznik, popis, snímání a analýza EKG záznamu různými metodami.
2
OBSAH 1
ÚVOD..............................................................................................................4
2
SRDCE............................................................................................................5 2.1 FUNKČNÍ ANATOMIE SRDCE ......................................................................5 2.2 ELEKTRICKÁ AKTIVITA SRDCE ..................................................................6 2.2.1 Klidový membránový potenciál .......................................................6 2.2.2 Akční potenciál ................................................................................7 2.2.3 Šíření vzruchu ..................................................................................9 2.3 BIOSIGNÁLY SRDCE...................................................................................9 2.3.1 Původ elektrokardiografické křivky.................................................9 2.3.2 Geneze elektrického pole srdečního ..............................................10 2.3.3 Planární elektrokardiogram ..........................................................15 2.3.4 Popis EKG .....................................................................................18 2.3.5 Einthovenův trojúhelník a elektrická osa srdeční..........................20 2.3.6 Artefakty při snímání EKG ............................................................21 2.3.7 Analýza EKG v časové oblasti .......................................................23 2.3.8 Analýza EKG v kmitočtové oblasti.................................................24 2.4 VEKTORKARDIOGRAFIE ..........................................................................25 2.5 IZOPOTENCIÁLOVÉ MAPY ........................................................................27 2.6 MAGNETOKARDIOGRAM .........................................................................29 2.7 FONOKARDIOGRAM.................................................................................31
3 ANALYZÁTOR ELEKTRICKÉHO SRDEČNÍHO POLE CARDIAG 112.2 ......................................................................................................................34 3.1 3.2 3.3 3.4 4
ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKA ................................................................35 SOUPRAVA SNÍMACÍCH ELEKTROD SNEL ...............................................35 ZOBRAZOVÁNÍ VÝSLEDKŮ ......................................................................36 CHARAKTERISTIKA PROGRAMOVÉHO VYBAVENÍ ....................................37
AUTOMATICKÝ SBĚR DAT A JEJICH REPREZENTACE ..............38 4.1 4.2
STRUKTURA SOUBORU „JMÉNO.MAP“ .....................................................39 EXTRAKCE A ZOBRAZENÍ DAT .................................................................40
5
ZÁVĚR .........................................................................................................46
6
LITERATURA.............................................................................................47
7
PŘÍLOHA...............................CHYBA! ZÁLOŽKA NENÍ DEFINOVÁNA. 7.1
PŘÍLOHA 1 – VÝPIS PROGRAMU PRO EXTRAKCI DAT .... CHYBA! ZÁLOŽKA NENÍ DEFINOVÁNA.
3
Kapitola 1 1
Úvod
Analýza elektrického srdečního pole patří mezi nejspolehlivější elektrokardiologické neinvazivní diagnostické metody. Protože vyhodnocování jednotlivých diagnostických parametrů ruční metodou je málo přesné a velmi zdlouhavé, byl ve spolupráci Kardiologické laboratoře II. interní kliniky fakulty všeobecného lékařství UK v Praze 2 se Závody průmyslové automatizace Čakovice, zkonstruován analyzátor elektrického srdečního pole CARDIAG 112.2, který ze synchronního záznamu mnohočetných hrudních svodů, ze standardních elektrokardiografických svodů a z ortogonálních svodů Frankova systému automaticky proměřuje, vyhodnocuje a zobrazuje všechny požadované parametry. Jde o automaticky naměřené hodnoty časových intervalů i amplitud elektrického napětí a vypočítané další parametry potřebné pro rozbor pole. Tato výzkumná zpráva je rozdělena do dvou částí. První část je zaměřena na genezi, měření a popis EKG záznamu a ve druhé části je popsána problematika automatického získávání a vyhodnocování informace o pacientovi z velkého množství naměřených a zpracovaných hodnot systémem CARDIAG 112.2.
4
Kapitola 2 2
Srdce 2.1 Funkční anatomie srdce
Krev může plnit své četné funkce, jen tehdy, jestliže nepřetržitě cirkuluje organismem. To zabezpečují dvě, anatomicky a funkčně spojená čerpadla – pravá a levá polovina srdce. Spojení obou čerpadel do jediného orgánu – srdce – je výhodné z hlediska dokonalé synchronizace jejich činnosti. Každé z obou čerpadel je dutým orgánem, jehož stěna je tvořena svalovinou a skládá se z předsíně a komory. Pravá komora, která má tenčí stěnu a tedy i menší hmotnost, pohání nízkotlaký plicní oběh, do kterého přivádí odkysličenou krev z celého těla, zatímco levá komora s výrazně vyvinutou cirkulární svalovinou přečerpává okysličenou krev z plic do vysokotlakého systémového oběhu (obr. 1).
Obrázek č. 1 : Schéma propojení srdce s plicním a systémovým oběhem Čerpací činnost srdce je založena na rytmickém střídání relaxace (diastola) a kontrakce (systola) svaloviny komor. Během diastoly se komory plní krví a během systoly ji vypuzují do velkých tepen (plicnice a aorty). Do komor přitéká krev ze srdečních předsíní, kam se dostává z velkých žil (dutých žil a plicních žil). Systola předsíní předchází systolu komor a tak předsíně fungují jako pomocná čerpadla, která napomáhají plnění komor. Mezi předsíněmi a komorami a mezi komorami a velkými a
5
velkými tepnami jsou chlopně, které propouští krev pouze jedním směrem, tedy z předsíní do komor a z komor do velkých tepen. Protože celkový odpor, který krevnímu toku klade plicní řečiště, je zhruba osmkrát menší než v systémové řečišti, je také pracovní zátěž pravé komory výrazně menší než komory levé, jejíž svalovina se vyvíjí rychleji a dosahuje nakonec přibližně trojnásobné mohutnosti oproti svalovině pravé komory. Jelikož požadavky kladené na dodávku krve k orgánům se mohou značně měnit, má normálně vyvinuté a zdravé srdce ohromnou funkční rezervu. Například objem krve přečerpaný jednou komorou za minutu (minutový srdeční výdej) se může při maximálním fyzickém vypětí zvýšit u netrénovaného jedince z 5 l až na téměř 30 l. Optimální uzpůsobení výkonu srdce kladeným požadavkům je však možné jen tehdy, když se všechny děje spojené s normální funkcí srdce (vznik a šíření vzruchu, kontrakce myokardu, činnost chlopní, koronární oběh atd.) mění současně a účelně. Srdce zaujímá v hrudníku (u mužů věku 18 – 25 let) průměrně 730cm3, přičemž u fyzicky trénovaných vzrůstá objem až o 50%. Průměrná hmotnost srdce je u dospělého muže 320g, u dospělé ženy 275g (z těchto údajů vyplývá, že relativní hmotnost srdce je přibližně 0,5% tělesné hmotnosti). U sportovců může hmotnost srdce dosáhnout i 500g, zatímco u novorozence je hmotnost srdce pouze 20g. V období systoly se stahem vypudí ze srdce do tepen 70 až 80 ml krve (při namáhavé fyzické práci až 200 ml). Toto množství krve se nazývá tepový objem srdeční1. Za jediný den přečerpá srdce asi 10000 litrů krve (každé tři minuty je to asi 13 litrů, tudíž výkon tohoto vytrvalého čerpadla (za lidský život vykoná průměrně 2,5 miliard tepů – a nesmí vynechat nikdy několik tepů za sebou) je 420 litrů/den. Za rok srdce přečerpá okolo 2 milionů 760 tisíc litrů krve.
2.2 Elektrická aktivita srdce Funkční jednotky srdeční svaloviny – srdeční svalová vlákna – jsou typickými vzrušivými elementy. To znamená, že odpovídají na elektrický podnět vzruchem, vedou jej a po případě i samovolně tvoří. Tato schopnost samovolně tvořit vzruchy je typická pro část srdečních vláken, která téměř postrádají stažlivost a nazývají se srdeční převodní soustavou. Naproti tomu vlákna pracovního myokardu nejsou za normálních okolností schopna spontánní tvorby vzruchů a jejich hlavní funkcí je mechanická čerpací práce srdce. 2.2.1
Klidový membránový potenciál Základním společným rysem elektrické aktivity všech srdečních vláken je polarizace a depolarizace jejich buněčných membrán. 1
V období diastoly se ochablé srdce plní krví z oblasti žil.
6
Zavedeme-li do nitra srdeční buňky elektrodu, zjistíme, že vnitřek buňky je proti povrchu buňky negativní, řádově o desítky mV (–50 až –90 mV podle druhu buňky). Tato tzv. polarizace buňky je dána různou propustností membrány pro ionty, především ionty kalia a natria. Hlavním intracelulárním iontem je kalium, jehož koncentrace v buňce je 30krát větší než vně buňky. Buněčná membrána je pro kaliový iont poměrně snadno propustná a tak je koncentrační rozdíl draslíku hnací silou pro difúzní proud tohoto iontu z buňky. Naproti tomu natriový iont je hlavním extracelulárním iontem a propustnost membrány pro tento iont je velmi malá (jen asi 1 – 3% propustnost pro kalium). Výsledkem je tedy nadbytek kladných nábojů na zevním povrchu membrány, který je příčinnou klidového membránového potenciálu srdečního vlákna (obr. 2).
Obrázek č. 2 : Klidové rozložení nábojů na buněčné membráně 2.2.2
Akční potenciál Stejně jako u neuronu nebo u kosterního svalu akční potenciál srdečního svalového vlákna rychlou změnou membránového potenciálu (vnitřek buňky se z hodnoty cca. –90 mV dostává během 1-3 ms až na hodnotu +20 až +30 mV). Tato fáze zvaná depolarizace je následována fází typickou pro srdeční buňky, kdy se membrána nevrací na původní napětí, ale zůstává depolarizována až na několik set milisekund a vytváří tzv. plató akčního potenciálu. Teprve pak se membránový potenciál vrací na klidovou hodnotu a protože se jedná o obnovení polarizace buňky, nazývá se tato fáze repolarizací. Celý akční potenciál buňky myokardu trvá 200 – 400 ms (obr. 3).
7
Depolarizace Dráždivý podnět změní nejprve klidový membránový potenciál buňky. Při dosažení hodnoty, kterou označujeme jako prahový potenciál (přibližně –55 mV), se pronikavě změní propustnost buněčné membrány pro natrium a natriové ionty začnou proudit z extracelulárního prostředí do buňky. Tak zanikne elektrická polarizace membrány a hovoříme proto o její depolarizaci. Proud natria je tak mohutný a rychlý, že se vnitřek buňky stane oproti povrchu buňky pozitivním. Jakmile však napětí na membráně překmitne do pozitivních hodnot, začne se vracet. Je to způsobeno samovolnou inaktivací netriového proudu. Překmit do pozitivních hodnot se nazývá transpolarizace.
Obrázek č. 3 : Akční potenciál buňky myokardu Fáze plató Návrat membránového potenciálu ke klidovým hodnotám se ale vzápětí zpomaluje, což je způsobeno jednak zvýšením propustnosti membrány pro kalciové ionty a jednak snížením propustnosti pro ionty kalia. To má ale za následek, že do buňky pronikají kalciové ionty spolu s dalšími natriovými ionty (ty ovšem mnohem pomaleji než ve fázi depolarizace) a současně se omezuje průnik kaliových iontů z buňky. Tyto mechanismy udržují membránu několik set milisekund ve stavu depolarizace.
8
Repolarizace Repolarizace buňky myokardu je důsledkem zvýšení propustnosti membrány pro kalium (s následným zesílením proudu kaliových iontů z buňky) a současně snížení propustnosti pro kalcium a natrium a tím i omezení jejich průniku do buňky. Jakmile se obnoví klidová propustnost membrány pro zúčastněné ionty, obnoví se i klidový membránový potenciál buňky. 2.2.3
Šíření vzruchu Podráždění se přenáší z buňky na buňku lokálními elektrickými proudy, které vznikají mezi polarizovanými a depolarizovanými oblastmi. Jakmile kdekoliv v předsíních nebo komorách vznikne dostatečné podráždění, vyvolá vzruchovou aktivitu, která se šíří dále po myokardiálních vláknech, dokud neproběhne po celém srdci. Znamená to, že srdce, je-li stimulováno, odpoví podrážděním všech svých buněk, nebo nedá žádnou odpověď, pokud byl podnět podprahový.
2.3 Biosignály srdce 2.3.1
Původ elektrokardiografické křivky Principy vzniku elektrokardiografické křivky můžeme shrnout do 4 základních bodů: • elektrické pole srdeční je vytvořeno sumací mnoha elementárních elektrických polí vzniklých v myokardiálních vláknech v průběhu akčního potenciálu; • každé myokardiální vlákno působí při svém podráždění jako dipól a určuje orientaci a velikost elementárního elektrického pole; • velké množství takovýchto elementárních elektrických polí se sčítá v každém okamžiku do výsledného elektrického pole, které pak můžeme charakterizovat okamžitým vektorem elektrického pole srdečního; • amplituda výchylky, která je naměřena v určitém elektrokardiografickém svodu, závisí pak jednak na velikosti okamžitého vektoru a jednak na jeho orientaci ve vztahu k tomuto svodu.
9
2.3.2
Geneze elektrického pole srdečního
Obrázek č. 4 : Převodní systém srdeční (SA-sinoatriální uzel, AV-atrioventrikulární uzel, H-Hisův svazek, PR, LR-pravé a levé raménko Tawarovo, P-Purkyňova vlákna) V normálních (nepatologických) podmínkách je místem spontánní tvorby vzruchů sinusový uzel (obr. 4), který je umístěn v pravé předsíni v oblasti horní duté žíly. V tomto místě vzniká pozitivní akční potenciál. Poněvadž sousední buňky jsou ještě v klidovém stavu (mají negativní nitrobuněčný potenciál), jsou splněny podmínky k pohybu iontů kalia buněčnou membránou. V první fázi akčního potenciálu proudí rychlými kanály do buněk natriové ionty a vystupují jimi ionty kalia. Tato tzv. natriokaliová pumpa je předpokladem pro depolarizaci síní nad prahovou hodnotu. Po přesunu Na+ do buněk a K+ z buněk tzv. rychlými kanály, proudí do buněk z extracelulárních prostorů Ca++ a sice tzv. pomalými či kalciovými kanály. Přestup Ca++ do buněk pomalými kanály se omezuje blokátory kalcia. Ze sinusového uzlu se podráždění rozšiřuje do předsíní rovnoměrně všemi směry (obr. 5). Rychlost vedení podráždění postupně vzrůstá. Vlivem Purkyněho vláken na dráze mezi sinusovým uzlem a atrioventrikulárním uzlem (AV-uzel2) zde dosahuje rychlost 0,8 – 1,8 m/s. V AV-uzlu se rychlost vedení podráždění značně sníží (řádově na hodnotu 0,05 m/s). Proto časové zpoždění aktivace Hisova svazku3 vůči podráždění AV uzlu je přibližně 40 ms. Buňky Hisova svazku vykazují vysoké hodnoty membránového potenciálu a v porovnání s buňkami AV uzlu velkou (až stonásobně vyšší) rychlost.
2
AV uzel je dlouhý kolem 5 mm, má tloušťku 2 – 3 mm a je uložen na dně pravé předsíně. Je to část vodivé soustavy srdce začínající v AV uzlu, procházející mezikomorovými přepážkami a dělící se na pravé a levé Tawarovo raménko. Konečnými rozvětveními Hisova svazku jsou Purkyněho vlákna. 3
10
Obrázek č. 5 : Průběh EKG – počátek impulsu a síňová depolarizace Po krátkém zpoždění v AV uzlu prochází podráždění společným Hisovým svazkem a pak na jeho rozvětvení (pravé a levá Tawarovo raménko – obr. 6). Tyto výsledky podráždění jsou ve svodu I. reprezentovány vlnou Q a ve svodu aVR vlnou R (pozitivní výchylka).
Obrázek č. 6 : Průběh EKG – septální (přepážková) depolarizace
11
Podráždění se šíří v obou komorách současně. Protože se protichůdné depolarizace svaloviny komor vzájemně neutralizují, je na EKG vidět ta část depolarizace, která vznikla tím, že pravá komora je slabší než levá. A poněvadž je normálně levá komora uložena více vzadu vlevo dole, směřuje směr podráždění v tomto období ve směru levé
Obrázek č. 7 : Průběh EKG – vrcholová a časná komorová depolarizace komory – tedy doleva, dozadu a dolů (obr. 7). Výsledkem je pozitivní napěťová vlna jak ve svodu I, tak ve svodu aVF (tvoří náběh vlny R). Je to období vrcholové a včasné komorové depolarizace. Jak depolarizační proces postupuje přes komory, mění se orientace elektrického vektoru (obr. 8 odpovídá pozdní komorové depolarizaci). V tomto období dochází ve svodu I. k prodlužování vlny R a ve svodu aVF se vytváří negativní potenciál (vlna S). Je nutné si ale uvědomit, že struktura vodivého systému srdce je značně individuálně variabilní (v důsledku existence různých vazeb mezi hlavními větvemi Hisova svazku) a proto i průběhy EKG různých osob jsou v tomto časovém období dosti odlišné.
12
Obrázek č. 8 : Průběh EKG – pozdní komorová depolarizace Když je myokard plně depolarizován – pak po krátké, ale diagnosticky velmi významné období (STsegment) není myokard elektricky aktivní. Akční potenciály všech buněk mají totiž po skončení depolarizace komor stejnou hodnotu, tj. v elektrickém poli srdce se nedají zjistit rozdíly potenciálů. Pokud by další fáze akčních potenciálů probíhaly u všech buněk myokardu synchronně a měly by identický průběh, pak by se v období repolarizace, pak by se v období repolarizace vůbec neobjevila vlna T. Poněvadž však repolarizace (čili ústup podráždění) nenastupuje v buňkách synchronně – dříve se totiž objevuje v oblastech, které byly depolarizované nejdříve – v buňkách myokardu se vytváří potenciálové změny. Vyvolaný proud je v elektrokardiogramu reprezentován vlnou T (obr. 9) v obou svodech I. a aVF. Pak následuje opět období bez elektrické aktivity – až do následujícího impulsu v SA uzlu.
13
Obrázek č. 9 : Průběh EKG - repolarizace Časový sled vektorů elektrické aktivity srdce je pro výše uvedených pět fází nakreslen na obr. 10.
Obrázek č. 10 : Celková elektrická aktivita myokardu
14
Akční potenciály různých skupin svalových buněk jsou nakresleny (s respektováním časových posuvů) na obr. 11.
Obrázek č. 11 : Akční potenciály různých skupin svalových buněk (s respektováním časových posuvů) 1- SA (sinoatriální uzel); 2- svalovina pravé předsíně; 3- AV (atrioventrikulární) uzel; 4- Hisův svazek; 5- Tawarova raménka; 6- Purkyněho vlákna; 7- pracovní myokard komor (v normě plnou čarou, čárkovaně je vyznačen průběh akčního potenciálu myokardu při ischemické chorobě srdeční (ICHS)) 2.3.3
Planární elektrokardiogram Elektrokardiografické svody V klinické a zejména v první lékařské linii je nejpoužívanější neinvazivní snímání EKG. Elektrody musí přitom splňovat řadu podmínek. Mají být vyrobeny z materiálu, který účinkem tkáňových tekutin nebo kožních výměšků nekoroduje a naopak nepůsobí dráždivě na pokožku. Ke snímání EKG se používají elektrody, které tvoří směs Ag a Cl ve tvaru terčíku. Důležité je použít vhodnou kontaktní pastu. Tím se až o dva řády sníží odpor elektroda – kůže a rozšíří se kmitočtová oblast, v níž je tato impedance v podstatě kmitočtově nezávislá.
15
Elektrokardiografické svody pro neinvazivní snímání lze rozdělit do těchto skupin: • Končetinové – bipolární podle Einthovena (obr. 12)
Obrázek č. 12 : Bipolární svody podle Einthovena Svod I: z pravé paže a levé paže; Svod II: z pravé paže a levé nohy; Svod III: z levé paže a levé nohy. (F- levá noha, L- pravá ruka, R- pravá ruka) •
Končetinové – unipolární podle Wilsona (obr. 13). Indiferentní elektroda je připojena do Wilsonova uzlu, který vznikl připojením 5 kΩ do výše uvedených končetinových svodů. Nevýhodou tohoto způsobu je malá úroveň EKG.
Obrázek č. 13 : Unipolární končetinové svody podle Wilsona (VR, VL, VF) •
Končetinové – unipolární zvětšené (aVR, aVL, aVF) podle Goldbergera (obr. 14) se spolu se standardními I, II, a III a šesti hrudními svody V1 až V6 dodnes používají jako základní.
16
Obrázek č. 14 : Unipolární zvětšené končetinové svody podle Goldbergera •
Hrudní – unipolární hrudní svody (obr. 15) používají indiferentní Wilsonovu elektrodu. Diferentní elektrody jsou rozmístěny na hrudní stěně tak, že zachycují skutečné potenciální změny v místě přiložení.
Obrázek č. 15 : Unipolární hrudní svody
17
•
Jícnové – na konci gumové sondy je keramická trubička o průměru asi 3 mm, délky 20 mm, která má postříbřené konce elektrody (např. intrakardiální svody – umožňují přesné posouzení síňové i komorové aktivity).
2.3.4
Popis EKG Základní vlny v elektrokardiogramu se značí písmeny P, Q, R, S, T, U – viz. obr. 16. Z nich se odvozuje označení (a trvání) intervalů a segmentů. Časové údaje jsou obvykle v ms, napěťové v mV.
Obrázek č. 16 : Průběh elektrokardiogramu Vlna P vzniká při depolarizaci síní (v I. a II. svodu je pozitivní, ve III. svodu může být bipolární nebo negativní). Interval P – Q se měří od začátku vlny Q. (Není-li vlna Q, pak od začátku vlny R a pak se tento interval označuje P – R). Uvedený interval reprezentuje čas potřebný pro depolarizaci síní (vlna P) a dobu šíření vzruchu atrioventrikulárním vedením, Hisovým svazkem a jeho větvemi. Trvání intervalu závisí na tepové srdeční frekvenci. Vlna Q vyjadřuje depolarizaci mezikomorové přepážky (u některých osob není vlna Q vyjádřena). V normě vlna Q může být hluboká,
18
dokonce ve svodu aVR převládající. Pozitivní vlna Q se obvykle značně zmenšuje nebo vymizí při intenzivním vdechu (je závislá na poloze srdce). Vlnou R nazýváme libovolnou pozitivní vlnu komplexu QRS – vyjadřuje depolarizaci přední, zadní a bočních stěn srdečních komor, čili representuje začátek systol komor. Při rozštěpení QRS komplexu může mít dvě nebo dokonce tři vlny R (což je obvykle patologickým příznakem). Snížená amplituda kmitu R se vyskytuje jak při onemocněních mimosrdečních (např. při rozedmě plic), tak i při rozsáhlých procesech v myokardu (např. u infarktu myokardu).
Obrázek č. 17 : Popis jednotlivých vln v QRS komplexu Podle polarity jednotlivých vln v QRS komplexu (event. která z nich je na jeho začátku) se v klinické praxi používá symbolické označování. Několik příkladů je na obr. 17. Malé r znamená, že r vlna je menší než převažující hluboká S vlna. Čárkou označené symboly odpovídají druhému kmitu příslušné vlny (např. rSR’). Při vymizení vlny R a splynutí zbývajících vln stejné polarity se označuje QS. Je-li 1. vlna malé úrovně, pak označení qS popisuje vztah jejich amplitud. Interval P – R představuje dobu vedení Hisovým svazkem. Úsek (segment) ST je časové období od konce komplexu QRS do začátku vlny T4. Odpovídá období ukončování depolarizace komor a začátku jejich pomalé repolarizace. Normálně je úsek ST vždy izoelektrický. V období ST úseku se pohybují ionty proti jejich koncentračnímu úseku spádu. Proto je tento úsek velmi citlivý na řadu faktorů, zasahujících do buněčného metabolismu (např. vliv kardiofarmak) a je vlastně nejlabilnější částí EKG. Vlna T reprezentuje rychlou repolarizaci komor. U vlny T je nutno hodnotit orientaci a její amplitudu. Obvykle je vlna T orientována na stranu hlavní vlny QRS komplexu. V normě je vlna T pozitivní ve všech svodech (kromě aVR, kde je vždy záporná). Ve svodech III. a V1 bývá též v některých případech záporná. Amplituda vlny T je v určitém vztahu s amplitudou vlny R – v normě je to asi 1/8 až 2/3 amplitudy vlny R. Trvání vlny T obvykle nepřevyšuje 250 ms (tato hodnota však nemá podstatnější diagnostický význam).
4
Není-li vlna S, pak se označuje segment RT.
19
Interval Q – T se měří od začátku vlny Q (R) do konce vlny T. Tento interval odpovídá elektrické systole komor. Trvání tohoto intervalu závisí na srdeční frekvenci a dalších faktorech. Podle mínění většiny autorů maximální normální trvání Q – T intervalu je 420 ms. Srdeční cyklus sestává ze systoly (její trvání je průměrně 38% srdečního cyklu) a diastoly (62% srdečního cyklu). Na začátku systoly je tlak v komorách nižší než v aortě a z komor se zatím nevypuzuje žádná krev. Tato počáteční fáze trvá 9% srdečního cyklu. Druhá fáze systoly (perioda vypuzování, tzv. ejekční fáze) trvá cca 29% srdečního cyklu. Ejekční fáze se tak podílí rozhodující měrou na trvání systoly. V období diastoly se ochablé srdce plní krví z oblasti žil. Diastolu tvoří fáze naplňování (42,2% srdečního cyklu), předsystola (10,5% srdečního cyklu) a intersystolický interval (10% srdečního cyklu). Fáze naplňování sestává z předdiastoly (kdy myokard relaxuje, trvá jen 3,7% srdečního cyklu), fáze rychlého naplňování (v tomto období krev začíná rychle proudit do komory – trvání 10% srdečního cyklu), fáze pomalého naplňování (síňový a komorový tlak se vyrovnávají – další přítok krve do komory je malý – trvání 28,5% srdečního cyklu). 2.3.5
Einthovenův trojúhelník a elektrická osa srdeční Končetiny při bipolárních Einthovenových svodech určují frontální rovinu. Počátky těchto končetin v podstatě určují vrcholy téměř rovnostranného trojúhelníka, jehož strany reprezentují končetinové svody I, II, III (obr. 18). Na tomtéž obrázku je též graficky stanoven úhel α, který definuje orientaci elektrické osy srdeční (správněji orientaci maximálního okamžitého vektoru ve frontální rovině). Elektrická osa srdeční se přibližně shoduje s anatomickou osou jen v tom případě, když není narušeno vedení vzruchu v myokardu. V opačném případě směry těchto os mohou být podstatně odlišné, což lze využít při diagnostice některých chorob srdce.
Obrázek č. 18 : Projekce srdečního vektoru
20
Elektrická osa srdeční se mění s věkem. U mladistvých je typ střední, svislý nebo pravostranný; se vzrůstajícím věkem je častěji typ levostranný. Značný sklon elektrické osy srdeční doleva u mladistvých osob a výrazný pravostranný typ u osob straších 40 let je patologicky podezřelý.
Obrázek č. 19 : Normální rozsah sklonu elektrické osy srdeční Při vysoké poloze bránice (výdech, obezita, těhotenství) dochází k rotaci srdce kolem jeho podélné osy – a to tak, že jeho přední plocha se přesouvá směrem doleva a dlouhá osa mění svůj úhel, který svírá s horizontální rovinnou. Hluboké dýchání mění nejen orientaci polohy srdce, ale i jeho tvar. Navíc v důsledku kontaktu srdce s bránicí se mění i plnění komor krví. Pnění komor při vdechu se zmenšuje a při výdechu se zvětšuje. Tím se ovlivňuje i elektrické pole srdce. Orientace srdeční osy má logicky významný vliv na EKG (nejen na časový průběh QRS komplexu) v jednotlivých Einthovenových svodech, ale především ve svodech hrudních. 2.3.6
Artefakty při snímání EKG Pod označením artefakt se v biomedicíně rozumí proces nebo jevy, které nemají fyziologický původ ve vyšetřovaném orgánu (nejsou cílem vyšetřování). Obvykle se dělí do dvou skupin: I.) technické (fyzikální) artefakty; II.) artefakty biologického původu. Do I. skupiny náleží: • elektrostatické potenciály – vznikají v důsledku nízké jakosti elektrod nebo špatného kontaktu elektrod s kůží (např. není-li použita elektrovodivá pasta nebo není pro daný případ vhodná). Závislost
21
odporu kontaktu elektroda – kůže je pro průměrný objekt znázorněna na obr. 20.
Obrázek č. 20 : Závislost odporu kontaktu elektroda – kůže (pro průměrný objekt) •
•
• •
síťový brum – napětí síťového kmitočtu a jeho harmonické (např. třetí harmonické v blízkosti zářivek) jsou významnou příčinou snížené dynamiky zejména tehdy, nejsou-li dodrženy zásady správného nulování a zemnění, eventuálně je-li měřicí systém umístěn v blízkosti výkonového spotřebiče (rentgen, lednička, strojovna výtahu, apod.). impulsní rušení – příčinnou artefaktů tohoto typu je obvykle blízkost kolektoru motorku (holící strojek a jiné), zapínání přístrojů napájených ze stejné energetické sítě a přepínání svodů. nedostatečné stínění magnetických polí šum elektronických obvodů zařízení – biozesilovače, tranzistory, diody, …
Ze skupiny II. (biologické artefakty) jsou to jednak pohybové artefakty, vzájemný vliv různých orgánů a biologické rytmy. Biologické rytmy zaujímají velmi široký obor – od milisekund do několika let. Kromě toho je nutno vzít v úvahu, že rytmy s různými periodami mohou být různým způsobem vzájemně svázané.
22
2.3.7
Analýza EKG v časové oblasti Charakteristické body a plochy definované v EKG Analýza EKG se v lékařské praxi téměř výhradně provádí v časové oblasti. Předpokladem jsou po technické stránce dokonalé signály EKG (tj. jejich dostatečná dynamika a minimum artefaktů). Obvykle se rozlišují tři na sebe navazující úlohy. • Rozpoznávání některých primárních charakteristických složek EKG. Ve vybraném segmentu EKG se jeho elementy rozdělují na ty, které náleží isolinii a na elementy, reprezentující vlny, komplexy a jiné grafoelementy, u nichž známe nebo předpokládáme určitý diagnostický význam. • Kvantifikace grafoelementů. Vypočítají se (nebo vizuelně vyhodnotí) křivosti oblouků, trvání vln a komplexů, změří se jejich amplituda apod. Důležité je měření jednotlivých kardiointervalů. V nejjednodušším případě se na jedné periodě EKG určuje jistý počet charakteristických bodů (obr. 21). Charakteristické body jsou voleny tak, aby určovaly ty souřadnice, které umožňují vypočítat velikosti všech důležitých grafoelementů příslušného segmentu EKG.
Obrázek č. 21 : Analýza EKG v časové oblasti (24 charakteristických bodů) Pro separaci signifikantních diagnostických příznaků EKG je nutno dostatečně oddělit nežádoucí vlivy, např. dýchací vlny (mají periodu T rovnou 3 – 5s) a též pomalé vlny. Při automatické analýze je nutno stanovit amplitudy
23
jednotlivých grafoelementů s chybou max. ± 5%, pro časové intervaly se obvykle připouští chyba 10%. Pro analýzu QRS komplexu a vln P a T se na některých pracovištích též počítá příslušná plocha nad a pod izolinií (obr. 22) a určuje se rychlost změn napětí v oblasti QRS komplexu.
Obrázek č. 22 : Analýza EKG v časové oblasti z příslušných ploch nad a pod izolinií •
Třídění do určitých diagnostických tříd se provede na základě vhodně stanovených příznaků. Používané algoritmy při klasifikaci se postupně větví a tím modelují postupné uvažování lékaře.
2.3.8
Analýza EKG v kmitočtové oblasti V posledních letech je věnována stále větší pozornost spektrálnímu obsahu EKG a jeho složek (především z hlediska stanovení optimálního vzorkovacího kmitočtu a požadavků na přenosová a záznamová zařízení). Jsou známy výsledky pro amplitudové, fázové i výkonové Fourierovo spektrum a to nejen pro jednu periodu EKG, ale též pro jednotlivé vlny (P, R, T), náběžné hrany těchto vln, eventuelně byla zjišťována i výkonová spektra pohybových a svalových artefaktů. Konkrétní výsledky spektra závisí nejen na zdravotním stavu a věku měřené osoby, ale též na svodu.
24
Objektivní posouzení vlivu různé fyzikální zátěže (eventuelně působení různých farmak) na elektrickou srdeční aktivitu je výhodné provádět na základě hodnocení časové posloupnosti spekter EKG.
2.4 Vektorkardiografie Bipolární končetinové svody (Einthovenovy), stejně jako unipolární Goldbergerovy, obsahují o elektrickém poli srdečním informaci pouze z frontální roviny těla. Hrudní svody Wilsonovy obsahují určitou informaci o tomto elektrickém poli i v předozadním směru (ve směru osy z), ale v důsledku blízkosti srdce k hrudním svodům je tento systém velmi citlivý na rozmístění elektrod. Proto se v posledních letech věnuje úsilí k nalezení systému svodů, který by poskytl vyváženou informaci ve všech třech rovinách (obr. 23).
Obrázek č. 23 : Způsob označování os, rovin a úhlů Frankův systém používá sedm elektrod (obr. 24). Signály z těchto sedmi elektrod se maticují v odporové síti. Signály Ux, Uy, Uz se považují za složky vektorkardiografického prostorového vektoru ve vhodném ortogonálním svodovém systému. Vektorkardiogram určitým způsobem aproximuje srdeční vektor (tj. vektorový součet jednotlivých dipólů, které v daném okamžiku tvoří elektrickou dvouvrstvu aktivační fronty). Tento vektor v průběhu jednoho srdečního cyklu vytváří tři prostorové smyčky (mění tudíž svoji velikost a orientaci). V období aktivace síní se vytváří smyčka P vektorkardiogramu (VKG), na ni navazuje smyčka QRS (aktivace komor) a repolarizaci komor reprezentuje smyčka T (obr. 25).
25
Obrázek č. 24 : Frankův systém (hodnota obecně naznačeného odporu R se volí kolem 100kΩ - s ohledem na vstupní impedanci, která nesmí být nižší než 25kΩ)
Obrázek č. 25 : Vektorové smyčky jednoho srdečního cyklu (pro názornost parametrických křivek není zachována jejich proporcionální velikost) Typické tvary QRS smyčky v průmětu do horizontální (H), levé sagitální (SL) a frontální roviny (F) jsou nakresleny na obr. 26: v levé části pro muže, v pravé části pro ženy (obojí ve věku 35-44 roků). Parametrem u koncového bodu vektoru VKG je čas v ms.
26
Obrázek č. 26 : Typické tvary QRS smyčky v průmětu (M - muž, Ž – žena) Výhodou ortogonálního vektorkardiogramu je, že ve svých třech svodech neobsahuje menší diagnostickou informaci než dvanácti svodové EKG, přičemž je navíc maximálně minimalizovaná redundance v těchto signálech.
2.5 Izopotenciálové mapy Elektrokardiogramy snímané v několika málo místech na povrchu těla neposkytují vyčerpávající informaci o elektrickém poli srdce. Diagnostické možnosti elektrokardiografie se podstatně zvýší mapováním srdečních potenciálů na hrudníku. Od padesátých let se především v základním kardiologickém výzkumu používá desítek až 400 elektrod umístěných na hrudníku, pro snímání elektrických potenciálů v příslušných bodech na povrchu hrudníku. Izopotenciály spojují v daném okamžiku místa se stejnou úrovní (krok se v izopotenciálních mapách obvykle volí 50 µV). Údaje je nutné snímat paralelně a vzorkovat se vzorkovací periodou 1 až 2 ms. Proto je s ohledem na redukci dat důležité minimalizovat počet snímacích míst. Výběr snímacích míst musí vycházet z podmínky obdržet minimální odchylku izopotenciálové mapy (získanou s menším počtem elektrod) (získanou s menším počtem elektrod) oproti originální izopotenciálové mapě. Typický průběh % chyby v závislosti na počtu optimálně umístěných elektrod je znázorněn na obr. 27.
27
Obrázek č. 27 : Průběh chyby v závislosti na počtu optimálně umístěných elektrod a příslušná efektivní napěťová chyba Optimální umístění 30 elektrod na hrudníku pacienta při měření izopotenciálových map je nakresleno na obr. 28.
Obrázek č. 28 : Optimální umístění 30 elektrod na hrudníku pacienta při měření izopotenciálových map Metoda izopotenciálového mapování poskytuje velmi názorný časový obraz o složitém generátoru – myokardu. Zatím je to pouze pomůcka, pro účely diagnostiky je nutno znát posloupnost těchto izopotenciálních map. Období repolarizace komorového myokardu (S-T, T) s krokem 40 ms je znázorněno některými mapami na obr. 29. Izopotenciály pro záporné hodnoty napětí jsou kresleny čárkovaně, nulová izopotenciála je vyznačena silně. Časy uvedené vpravo určují okamžik snímání od začátku aktivace komor.
28
Obrázek č. 29 : Příklad izopotenciálových map (čárkovaně – izopotenciály pro záporné hodnoty napětí, silná čára – nulová izopotenciála; časy vpravo určují okamžik snímání od začátku aktivace komor)
2.6 Magnetokardiogram Použití magnetometru na principu SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) umožňuje získat MKG se stejnou technickou kvalitou, jakou poskytuje EKG. Na obr. 30 jsou uvedeny příklady MKG při dvou různých úrovních šumu. V obou případech byl magnetometr 2 cm nad hrudníkem v poloze C 5 (obr. 31). Z průběhu MKG je vidět, že MKG obsahuje drobné grafoelementy jako EKG (proto se opět vlny označují shodnými písmeny P, Q, R, S, T). Amplituda vlny R je značně závislá na rozměrech srdce, jeho elektrickém výkonu, rozměrech hrudního koše, aj. To vše je individuální u každého pacienta. Obvykle u MKG je maximální magnetická indukce kolem 50pT. V důsledku uvedených vlivů se tvar signálu značně mění při přemisťování detekční sondy v rovině nad hrudníkem (dokonce při posuvu o méně než 1 cm), proto tvar MKG bývá u jednotlivých pacientů často dosti rozdílný i při snímání v přibližně stejných oblastech.
29
Obrázek č. 30 : Příklady MKG při dvou různých úrovních šumu použitého gradiometru V magnetokardiografii se data získaná ve standardní ortogonální síti zobrazují v různých formách. Nejjednodušší je (zprůměrovanou) množinu MKG o délce jednoho srdečního cyklu zobrazit shodně s polohou detekční sondy v ortogonální síti. Obvykle se ze standardní mřížky (obr. 31) vynechává 1. sloupec a řada G, takže se nechá srdeční činnost charakterizovat 36 průběhy MKG. Někdy se objem dat redukuje tím, že se uvedená měření provádí pouze v šesti polohách: B3, B6, C4, C5, D5 a E6. Při výzkumu biomagnetického pole srdce se též měření provádí nad zády (poloha magnetického snímače je označována J, K, L a obvykle se užívají tři sloupce, které jsou umístěny přibližně proti sloupcům 5, 6 a 7).
Obrázek č. 31 : Poloha magnetometru nad hrudníkem Pro diagnostiku srdečních onemocnění má důležitý význam rozdělení magnetického pole v čase. Nehodnotí se každý MKG sejmutý v jednotlivých místech nad hrudníkem, ale rozdělení magnetického pole nad celým povrchem hrudníku v určitém časovém okamžiku. Jednou
30
z možností názorné reprezentace je dostatečně hustá soustava izolinií s konstantními hodnotami magnetické indukce. Důležité je mít dostatečně hustou mřížku, ve které se provádí měření magnetické indukce. Srdce zdravého člověka je možno s vyhovující přesností popsat jedním magnetickým dipólem, pak pro pacienta s patologií jeho MKG je nezbytné považovat za výsledek superpozice polí několika magnetických dipólů, které mají v prostoru různou orientaci. Názornou představu umožní v budoucnu zřejmě zavedení barevných kardiomap, kdy jednotlivým kvantovaným úrovním magnetické indukce budou přiřazeny smluvní barvy. Pak bude možné jednotlivé patologie srdeční činnosti třídit na základě rozdělení barev. Magnetokardiografie umožňuje v porovnání s EKG získat lepší dynamiku signálu plodu v děloze matky, neboť EKG plodu je maskován značně silnějším EKG matky. To je především způsobeno elektrickou vodivostí plodové vody, která na magnetický signál plodu nemá v podstatě vliv. Proto je možné fetální MKG sejmout, aniž by jeho kvalitu ovlivňovala srdeční činnost matky.
2.7 Fonokardiogram Při činnosti srdce a pohybu krve ve velkých cévách se akcelerují nebo zpomalují (decelerují) nejen tyto anatomické struktury, ale i okolní tkáně. Vzniklé vibrace v subakustickém pásmu (do 20 Hz) jsou snímány mechanokardiografickými metodami. Fonokardiografie zachycuje srdeční zvuky a šelesty převážně v pásmu 20 Hz – 2 kHz mikrofonem s malým průměrem a relativně velkou hmotností. Často se u něho vyžaduje citlivost již od 1 Hz. Fonokardiografické vyšetření se provádí v horizontální poloze pacienta a to obvykle v těchto místech: • nad srdeční bází – snímání II. ozvy; • nad srdečním hrotem – snímání I. a II. ozvy (eventuelně i III. a IV. ozvy); • v oblasti středního prekordia – snímání I. a II. ozvy; • nad oblastí aorty – k registraci aortálních šelestů. Každá krátce trvající vibrace srdečních struktur a hrudní stěny má za následek mikrofonní napětí, jehož spektrum závisí na poměru vibrujících hmot a jejich elasticitě. Při jedné srdeční revoluci (trvající normálně 0,8s) vznikají čtyři srdeční ozvy, z nichž jsou vždy slyšitelné první dvě (viz. obr. 32). Srdeční ozvou rozumíme krátce trvající vibraci hrudní stěny. Při činnosti srdce vznikají ozvy v souvislosti s různými jejími fázemi. První ozva vzniká při systole komor (tj. v období QRS komplexu) a proto se také nazývá systolická ozva. V tomto období (trvá 50 až 100 ms) dochází ke stažení svaloviny srdeční a vytlačuje se krev do malého
31
nebo velkého oběhu. První ozva, která má kmitočtové spektrum níže než druhá ozva, má čtyři složky. Údaje v závorkách uvádí průměrné zpoždění příslušné složky ozvy vůči začátku vlny Q: a) Rozkmitání cípatých chlopní při jejich uzavření na začátku systoly. Kmitočtové spektrum kolem 25 Hz, trvání 47 ms. b) Rozkmitání stěn srdečních komor (74 ms), kmitočtové pásmo 50 – 200 Hz. Je to hlavní složka I. ozvy. c) Otevření poloměsíčitých chlopní (103 ms), amplituda menší než u složky b, stejné kmitočtové pásmo. d) Víření krve na začátku tepen při jejím vypuzování z komor. Malá amplituda, nízká spektrální oblast. Druhá ozva (na konci vlny T) je způsobena uzavřením poloměsíčitých chlopní na začátku diastoly. Proto se také nazývá diastolická ozva. Má dvě komponenty: aortální a pulmonární. Obě složky jsou dobře slyšet nad sternem v úrovni 2. – 4. žebra. Trvá 25 až 50 ms. Zpětným nárazem krve po jejím vypuzení se rozkmitají uzavřené semilunární (poloměsíčité5) chlopně na začátku tepen. Třetí ozva (v období vlny U) – přichází 0,15s za uzávěrem aortální chlopně (trvá 40 až 80 ms). Vzniká otevřením cípatých chlopní a prouděním krve do komor. Úroveň je nízká, kmitočtová oblast 20 až 70 Hz, tvoří pouze jednu nebo dvě periody vibrací. Normálně je slyšitelná u dětí a u mladistvých osob, ale jen vleže na levém boku (zvláště po tělesné námaze). Čtvrtá ozva je způsobena systolou síní (je častým nálezem u nemocných s ICHS a hypertenzní chorobou). Není slyšitelná, poněvadž je příliš slabá a splývá s první ozvou. Můžeme ji zachytit pouze fonokardiografem. Ke vzniku výrazné čtvrté ozvy dochází, jestliže pravá nebo levá síň kontrahuje proti komoře s porušenou poddajností. Systolické cvaknutí či klapnutí – tímto označením rozumíme přídavný systolický zvuk (otevírací zvuk semilunární chlopně). Registruje se v oblasti nad srdeční bází, někdy též vlevo u sterna a i v hrotové oblasti. Projevuje se např. u hypertenze v malém či velkém oběhu. Šelesty – syčivé zvuky s převahou vysokých kmitočtů akustického pásma. Protože je v této oblasti lidské ucho maximálně citlivé, jsou šelesty dobře slyšitelné, i když mají malou amplitudu. Vznikají v oběhové soustavě, když se mění laminární proud na turbulentní.
5
Poloměsíčité chlopně: aortální – mezi komorami a srdečnicí, pulmonární – mezi komorami a plícemi).
32
V oblasti srdeční base se z charakteru FKG diagnostikuje sklerosa aorty, stenosa aorty, stenosa plicnice atd., kdežto v oblasti srdečního hrotu chlopňové vady (nedomykavost dvojcípé, mitrální nebo aortálních chlopní, zúžení aortálních chlopní, atd.).
Obrázek č. 32 : Průběh fonokardiogramu (pod EKG záznamem)
33
Kapitola 3 3
Analyzátor elektrického srdečního pole CARDIAG 112.2
Elektrokardiografický diagnostický systém CARDIAG 112.2 je účelově orientovaný počítačový systém, který je určen pro základní i komplexní elektrokardiologické vyšetřování srdečních poruch, včetně různých forem ischemické choroby srdeční. K tomu využívá elektrokardiogramy, vektorokardiogramy a mapování elektrických srdečních potenciálů na povrchu hrudníku. Elektrokardiologický diagnostický systém CARDIAG 112.2 je tvořen čtyřmi komponenty. Základem je elektrokardiologický diagnostický přístroj EKLDP-2. Ten je doplněn řídicím osobním počítačem kompatibilním s typem IBM PC/AT, soupravou snímacích elektrod SNEL a účelově orientovaným programovým vybavením EKLDP-24.
Obrázek č. 33 : Pracoviště s CARDIAGem 112.2
34
3.1 Základní charakteristika Elektrokardiologický diagnostický systém CARDIAG 112.2 je účelově orientovaný počítačový systém pro komplexní diagnosu ischemických srdečních chorob na základě vyhodnocení velkého souboru signálů EKG, snímaných z povrchu hrudníku a končetin vyšetřovaného pacienta. Jeho základní částí je elektrokardiologický diagnostický přístroj EKLDP-2. Ten spolupracuje s profesionálním osobním počítačem kompatibilním s typem IBM PS/AT, vybaveným matematickým koprocesorem, pružným a pevným diskem, barevným monitorem, klávesnicí a tiskárnou. Představuje tedy účelově orientovanou periferii tohoto osobního počítače. Elektrokardiologický diagnostický přístroj EKLDP-2 zajišťuje zesílení, úpravu a digitalizaci periodicky snímaných elektrokardiologických signálů a komunikaci s řídicím osobním počítačem. Elektrokardiologické signály se snímají ze skoro stovky míst na povrchu těla vyšetřované osoby. Pohodlné a spolehlivé připojení velkého počtu snímacích elektrod k povrchu hrudníku pacienta umožňuje speciálně konstruovaná souprava snímacích elektrod SNEL. Programové vybavení soupravy CARDIAG 112.2 zajišťuje jednak komplexní činnost celého systému a jednak úplné a přehledné vyhodnocení všech údajů získaných při vyšetřování pacienta. Získané výsledky včetně získaných dat pacienta lze jednoduše archivovat a zpětně vyvolávat.
3.2 Souprava snímacích elektrod SNEL Elektrokardiologické signály se snímají z povrchu těla vyšetřovaného pacienta snímacími elektrodami soupravy snímacích elektrod SNEL. Snímací elektrody umožňují sejmutí standardních končetinových svodů. Standardních hrudních svodů ortogonálních svodů Frankova korigovaného systému a osmdesáti hrudních mapovacích svodů umístěných v pěti etážích po šedesáti svodech. Přesná poloha všech elektrod a dokonalý kontakt s pokožkou je zajištěn buď sadou lepících elektrod nebo šesti samostatnými pružnými elektrodovými pásy a sadou končetinových elektrod – klipsy.
35
3.3 Zobrazování výsledků Na monitoru řídicího osobního počítače je možno zobrazit signály EKG, sejmuté při vyšetřování pacienta podle volby operátora ve formě: • časových průběhů; • vektorkardiogramů; • izopotenciálových map6; • izointegrálových map7; • map asynchronních maxim8; • izochronních map9. Výsledky každého vyšetření jsou doplněny jménem a osobními daty vyšetřovaného pacienta, datumem a číslem vyšetření. Ze zobrazených časových průběhů lze pohodlně odečítat velikosti amplitud i časový údaj odpovídající okamžité poloze kurzoru. Spolu s těmito hodnotami se zobrazují i význačné časové okamžiky jako počátky a konce jednotlivých vln a kmitů, případě polohy extrémů. Podobně lze u vektorkardiogramů zobrazovat pro kterýkoliv bod smyček odpovídají čas, velikost vektoru i úhlu v jednotlivých rovinách i v prostoru. Zobrazují se rovněž velikosti úhlů plošných vektorů pro jednotlivé části srdečního tepu. Na vyžádání lze zobrazit pro jednotlivé svody, případně skupiny svodů, velké množství dalších parametrů, které jsou výsledkem matematického zpracování naměřených signálů. V jednotlivých typech map lze zobrazovat velikost amplitudy v kterémkoliv bodě mapy a průmět libovolně vedeného řezu na mapě. Všechny grafické a alfanumerické výstupy je možno vypsat na tiskárně ve tvaru zobrazeném na monitoru. Soubor naměřených dat jednoho pacienta zabírá v paměti kapacitu asi 400 kB. Sejmutá a předzpracovaná data mohou být archivována na paměťových médiích řídicího počítače.
6
Mapy, u nichž sledujeme potenciál jednotlivých svodů v určitém časovém okamžiku (na všech svodech stejný čas t). 7 Mapy, které představují integrály signálů jednotlivých svodů od dolní integrační meze t1 do horní integrační meze t2. 8 Mapy, kde každé políčko představující jeden svod obsahuje maximální hodnotu potenciálu dosaženou na tomto svodu při průběhu určité vlny. 9 Mapy, kde je znázorněna doba trvání jednotlivých vln v každém svodu.
36
3.4 Charakteristika programového vybavení Programové vybavení elektrokardiologického diagnostického systému CARDIAG 112.2 je navrženo s ohledem na skutečnost, že zařízení používají lékaři – kardiologové bez znalosti výpočetní techniky. Pohodlný konverzační styk se systémem se zajišťuje přes klávesnici a zobrazovací jednotku s využitím příkazů ve tvaru „menu“. Programové vybavení CARDIAG 112.2 obsahuje systémové programové vybavení, uživatelské programové vybavení a testovací programy. Systémové programové vybavení umožňuje základní funkce soupravy CARDIAG 112.2. Je tvořeno operačním systémem MS DOS 4.1 nebo jeho vyšší modifikací. Uživatelské programové vybavení zajišťuje efektivní účelově orientované využití soupravy CARDIAG 112.2. Je koncipováno jako nadřazený systém nad operačním systémem MS DOS 4.1. Vyšetření nového pacienta se začíná v režimu „formulář“ navolením údajů o pacientovi. Režim „měření“ umožní snímání dat z pacienta, kontrolu kvality těchto dat a jejich předzpracování nutné pro další analýzu. V režimu „předzpracování elektrického pole“ se určí ten QRS komplex, který chceme zpracovávat. Dále se signály ze všech svodů pro daný QRS komplex vyfiltrují a po potvrzení operátora uloží na disk. Chceme-li prohlížet nově naměřeného, popř. archivovaného pacienta, volíme režim „prohlížení“. Tento režim umožňuje analýzu časových průběhů všech svodů, zobrazení standardního dvanáctisvodového EKG, zpracování sejmutých signálů ve formě vektorkardiogramů, zobrazení různých typů map a zobrazení dvou kanálů pro analýzu arytmií.
37
Kapitola 4 4
Automatický sběr dat a jejich reprezentace
Systém CARDIAG 112.2 vypočítává téměř všechny parametry potřebné pro činnost předloženého programu, avšak uchovává z nich pouze nepatrnou část. V souboru „jméno.map“, vytvořeném systémem CARDIAG 112.2, jsou uloženy některé důležité časové konstanty určující začátky, resp. konce jednotlivých fází srdečního taktu, několik map a vyfiltrované signály 80 svodů. To má za následek, že program musí téměř všechna data zpracovávat sám. Činnost programu lze rozdělit do několika fází. V první fázi se inicializuje celý program, otevře se příslušný soubor s daty a dále se otevřou statistické soubory. V druhé fázi program načte data potřebná pro výpočet jednotlivých map, vypočte příslušné mapy a určí z nich potřebné parametry. V poslední fázi se jednotlivé parametry uloží do statistických souborů. K pacientovi je mimo jiné připevněno 5 elektrodových pásů po 16 elektrodách, tzn. 80 svodů. Pásy jsou konstruovány tak, že obepínají celý trup pacienta, takže 16. elektroda pásu sousedí s 1. elektrodou. Rozvineme-li tento válec do roviny, dostaneme pole s 5 × 16 elektrodami, které mají ve všech směrech stejnou mezielektrodovou vzdálenost. U takto vzniklého pole je velmi důležitý tvar vrstevnic – bodů se stejným potenciálem. To je hlavní příčinou, proč tyto pole a pole stejných rozměrů z nich odvozená nazýváme mapy. Číslování jednotlivých svodů je uvedeno na obr. 34. Pro názornost je první sloupec elektrod znázorněn dvakrát, jak na levé straně obrázku, tak i na pravé.
1 2 3 4 5
1 o o o o o
2 o o o o o
3 o o o o o
4 o o o o o
5 o o o o o
6 o o o o o
7 o o o o o
8 o o o o o
9 o o o o o
10 11 12 13 14 15 16 o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o
Obrázek č. 34 : Číslování jednotlivých svodů
38
1 o o o o o
4.1 Struktura souboru „jméno.map“ Systém CARDIAG 112.2 vytváří záložní soubor „jméno.map“, do kterého ukládá data, ze kterých je schopen opět vypočítat a zobrazit všechny požadované diagnostické parametry. Ukládá však pouze některé důležité konstanty, několik speciálních map a vyfiltrovaná data. Tzn., že systém při opětovném požadavku prohlížení dat o pacientovi musí vše vypočítat znovu. Soubor „jméno.map“ je binární soubor, ve kterém jsou uložena následující data: unsigned lenght: unsigned channels: unsigned samples: char array [32] unsigned sampl_int: int p_on10 int p_off11 int qrs_on12 int qrs_off13 int t_off14 int array [12, 80]: int array [90]:
délka headru v bytech počet mapovacích kanálů (80) počet vzorků na jeden kanál (vzorkovací frekvence (2 ms) počet vzorků vzhledem k počátku záznamu data pro speciální typy map data pro speciální typ mapy
Následují data (vyjádřená v µV). Jedná se o vyfiltrované signály všech 80 svodů (vždy celý průběh srdečního taktu jednoho svodu) v následujícím pořadí: • 101 … 116; • 201 … 216; • 301 … 316; • 401 … 416; • 501 … 516. V souboru jsou uloženy následující mapy (udáno včetně posunu vůči začátku souboru): • P1 – IPMAM (50 bytů); • P2 – IPMAM (210 bytů); • R1 – IPMAM (370 bytů); • R2 – IPMAM (1010 bytů); • T1 – IPMAM (1170 bytů); 10
Počátek vlny P. Konec vlny P. 12 Začátek QRS komplexu. 13 Konec QRS komplexu. 14 Konec vlny T. 11
39
• • •
T2 – IPMAM (1330 bytů); Q – ICHM (1490 bytů); ICHVAT (1810 bytů).
4.2 Extrakce a zobrazení dat Protože nebudeme k následující práci potřebovat všechna data ze souboru „jméno.map“, provedeme extrakci (vybrání) pouze námi v budoucnu používaných dat. K tomuto účelu jsme vytvořili jednoduchý program v programovacím prostředí Microsoft Visual C++ pod operačním systémem Windows (viz. Příloha1). Výstupem tohoto programu je zformátovaný textový soubor, vhodný jako vstup do tabulkového procesoru Microsoft Excel. Na následujícím obrázku (obr. 35) je ukázka naměřeného prostorového 80-ti svodového EKG záznamu a obrázky (obr. 36, obr. 37, obr. 38 a obr. 39) postupně zobrazují EKG průběhy jednotlivých svodů (vždy po 5 × 4 svodech).
40
Obrázek č. 35 : Prostorový 80-ti svodový EKG záznam
41
Obrázek č. 36 : Prostorový 80-ti svodový EKG záznam (1.- 4. elektroda)
42
Obrázek č. 37 : Prostorový 80-ti svodový EKG záznam (5.- 8. elektroda)
43
Obrázek č. 38 : Prostorový 80-ti svodový EKG záznam (9.- 12. elektroda)
44
Obrázek č. 39 : Prostorový 80-ti svodový EKG záznam (13.- 16. elektroda)
45
Kapitola 5 5
Závěr
Tato výzkumná zpráva se zabývala genezí, měřením a popisem EKG záznamu. Popisuje také elektrokardiologický diagnostický systém CARDIAG 112.2, který je určen pro základní i komplexní elektrokardiologické vyšetřování srdečních poruch, včetně různých forem ischemické choroby srdeční. Systém CARDIAG 112.2 vytváří záložní binární soubor „jméno.map“, do kterého ukládá data, ze kterých je schopen opět vypočítat a zobrazit všechny požadované diagnostické parametry. Jelikož k dalšímu zpracování prostorového EKG záznamu jednotlivých pacientů nepotřebujeme všechna tato naměřená data, provedli jsme vyextrahování pracovních dat, se kterými budeme pracovat. K tomuto účelu jsme vytvořili jednoduchý program v programovacím prostředí Microsoft Visual C++ pod operačním systémem Windows. Výstupem tohoto programu je zformátovaný textový soubor, vhodný jako vstup do tabulkového procesoru Microsoft Excel. Ukázky jednotlivých naměřených průběhů systémem CARDIAG 112.2 jsou součástí této výzkumné zprávy.
46
6
Literatura
[1]
Kittnar, O.: Fyziologie oběhu krve a lymfy. Nárys fyziologie člověka sešit II., Ústav lékařské fyziologie 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy, Praha 1992.
[2]
Svatoš, J.: Biologické signály I – Geneze, zpracování a analýza. Vydavatelství ČVUT, Praha 1992.
[3]
Barna, M.: Znalostní podpora pro diagnózu – Diplomová práce. ČVUT FEL, Katedra řídicí techniky, Praha 1992.
[4]
Rydlo, P., Brabec, P.: Elektrokardiologický diagnostický systém CARDIAG 112.2 – příručka uživatele, ZPA Čakovice 1991.
47
