ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ Katedra biomedicínské techniky
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
2008
Jakub Schlenker
Obsah Úvod
1
1 Teoretický úvod
2
1.1
1.2
1.3
Elektrokardiografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.1.1
Svodové systémy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1.2
Parametry popisující signál EKG . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Elektroencefalografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2.1
Základní vlny a grafoelementy v EEG signálu . . . . . . . . . 10
1.2.2
Svodový systém 10/20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.3
Spektrální analýza EEG signálu . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Oxymetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.3.1
1.4
1.5
1.6
Pulzní oxymetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Krevní tlak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.4.1
Neinvazivní měření krevního tlaku . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4.2
Invazivní měření krevního tlaku . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Fyziologie tělesné zátěže . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.5.1
Vegetativní nervový systém a systém adrenální . . . . . . . . . 20
1.5.2
Termoregulace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Zátěžová funkční vyšetření . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2 Návrh testů
23
2.1
Fyzická zátěž . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2
Psychická zátěž . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3
Kombinace psychické a fyzické zátěže . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4
Testy v reálném prostředí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3 Postup zpracování 3.1
28
Měřicí zařízení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.1.1
Měření EKG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.1.2
Měření EEG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.1.3
Měření saturace kyslíku v krvi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
iv
Obrázek 3: Barevné značení a zapojení bipolárních Einthovenových svodů [2].
Obrázek 4: Golbergerovy unipolární končetinové svody [2].
vždy elektroda umístěná v krajině srdeční a záporný pól je tvořen tzv. centrální Wilsonovou svorkou. Ta je tvořena spojením tří končetinových elektrod přes odpor 5 kΩ. Hrudní svody umisťujeme vzhledem k hrudní kosti, mezižeberním prostorám, čáře procházející střední částí klíční kosti a střední podpažní čáře dle obrázku 5 [2]. Svodové systémy při zátěžovém EKG Svodové systémy pro zátěžové testy se v zásadě neliší od klasických systémů. Hrudní svody se používají stejné jako u klasického vyšetření. Změna nastává u končetinových svodů. Použití klasických končetinových svodů je vyloučeno z důvodu rušení myopotenciály. Při zátěžovém testu má pacient končetiny v pohybu, což vyvolává
4
2
Návrh testů
Cílem mé práce je navrhnout soubor fyzických a psychických testů a následné naměření těchto testů na dostatečně velkém vzorku populace. Při návrhu testů jsem postupoval tak, že jsem si nejprve stanovil tři základní kategorie a to testy s psychickou zátěží, testy s fyzickou zátěží a testy s kombinací psychické a fyzické zátěže. Po stanovení kategorií jsem navrhl testy pro každou kategorii zvlášť. Při návrhu testů bylo nutné přihlédnout k technickým možnostem měřicích zařízení a stanovit si, co od výsledku daného testu čekám. Stanovil jsem si hypotézy (H1 až H5), které chci na základě měření daného testu potvrdit či vyvrátit.
2.1
Fyzická zátěž
Při návrhu testů využívajících fyzickou zátěž jsem se inspiroval testy, které jsou standardně využívány v klinické praxi. Rozhodl jsem se použít rotoped a sledovat svou fyzickou kondici během několika týdnů s předpokladem, že pokud bude můj tréning dostatečný projeví se to na záznamu EKG konkrétně na tepové frekvenci počítané ze snímaného záznamu EKG. H1: Nárůst tepové frekvence bude strmější u netrénované osoby a její maximální hodnota bude vyšší oproti osobě trénované. Pro měření jsem si stanovil protokol, kde byla nejprve první fáze klidu o délce 10 minut, poté fáze jízdy na rotopedu o délce 20 minut a na závěr opět fáze klidu s délkou 10 minut. Vzhledem k tomu, že jsem si nebyl jist zda budu na konci svého experimentu dostatečně trénovaný, aby byly předpokládané odlišnosti znatelné, navrhl jsem ještě druhý experiment ve kterém nechám podstoupit různě trénované probandy stejný test, opět budu sledovat zda se projeví předpokládané odlišnosti. Důležité je, aby všichni probandi podstoupili stejnou zátěž. Proto pojede nejprve nejméně trénovaný proband, který bude mít za úkol jet na rotopedu po dobu 20 minut a při této jízdě udržovat konstantní rychlost. Následně budou stejný test absolvovat i ostatní, kteří 23
3.2.3
Analýza HRV
Výpočet parametrů HRV byl prováděn pomocí softwaru, který nám byl poskytnut z Albertova. V programu jsem nejprve zkontroloval detekci QRS a opravil případné špatné detekce. Poté jsem v záznamu označil úsek, ze kterého jsem chtěl spočítat parametry HRV a následně je s pomocí programu spočítal. Vypočtené parametry jsem si uložil do tabulek. Nakonec byla data statisticky zpracovávána v tabulkovém editoru.
Obrázek 22: Detekce QRS s chybami.
Obrázek 23: Detekce QRS po korekci.
31
Tabulka 3: Tabulka pravděpodobností. Pravděpodobnost, se kterou lze zamítnout nulovou hypotézu Parametry
Fyzická zátěž
Kombinovaná zátěž
Klid/fyzická
sportovci/nesportovci
sportovci/nesportovci
zátěž
LF
95,6%
99,96%
99,99%
HF
99,14%
99,94%
99,67%
Na obrázcích 41 a 42 je srovnání paramterů LF a HF u sportovců. Pod číslem 1 jsou volejbalisté a pod číslem 2 florbalisté. Z grafů je patrné, že variabilita srdečního rytmu je u obou sportů podobná. Velké odchylky v rámci skupiny jsou způsoby různou fyzickou trénovaností jednotlivých hráčů. T-test jsem zde již nepočítal, jelikož neshledává takto velký vzorek statisticky významným a nebyly zde stanoveny žádné hypotézy, které by bylo potřeba ověřit.
4.3
Obrázek 41: Parametr LF při vo-
Obrázek 42: Parametr HF při vo-
lejbalu a florbalu.
lejbalu a florbalu.
EEG
U skupiny sportovců proběhlo během psychické zátěže také měření signálu EEG, které mělo potvrdit nebo vyvrátit následující hypotézu. H5: Psychická zátěž se v signálu EEG projeví zvýšenou delta aktivitou. Během psaní testu by se měla zvýšit delta aktivita a snížit alfa aktivita což by poukazovalo na zvýšenou pozornost a stres. Zároveň by se mohla zvýšit i beta 43
