PROIECT de diplomă [305817]

Universitatea de stat din PiteȘti

Facultatea de electronicĂ comunicații și calculatoare

DEPARTAMENTUL electronică aplicată

PROIECT de diplomă

Absolvent: [anonimizat]:

Conf Univ Dr Ing Oproescu Mihai

Pitești

SESIUNEA IULIE 2017

Universitatea de stat din Pitești

Facultatea de electronică comunicații și calculatoare

DEPARTAMENTUL electronică aplicată

STUDIUL DIDACTIC APLICATIV ECG

Absolvent: [anonimizat]:

Conf Univ Dr Ing Oproescu Mihai

Pitești

SESIUNEA IULIE 2017

[anonimizat] a-i da o definiție devine din ce în ce mai greu de realizat.

[anonimizat], [anonimizat], anumite particule pentru a primi, trata și transmite informații. .

[anonimizat], [anonimizat] a [anonimizat].

[anonimizat]:

Posibilitatea de achiziție a semnalelor ECG atât de la un pacient: [anonimizat] a [anonimizat];

Prelucrarea semnalului achiziționat in două etape:

Preamplificare,

Amplificare.

Sursa de alimentare ±9V cu perturbații reduse;

Vizualizarea semnalului ECG achiziționat cu ajutorul unui osciloscop cu două canale.

Structura documentului

Lucrarea este structurată pe 6 capitole, bibliografie si anexe.

Primul capitol prezintă câteva noțiuni introductive referitoare la electronica medicală.

Capitolul 2 [anonimizat], fenomene bioelectrice și achiziția semnalelor electrofiziologice. Se continuă cu descrierea funcționalității inimii. Urmează o prezentare a electrocardiogramei, [anonimizat] a analizei, amplasarea electrozilor și citirea datelor.

Capitolul 3 [anonimizat].

Capitolul 4 este dedicat proiectării schemei bloc a [anonimizat], în continuare se identifica componentele sistemului și se prezintă rolul acestora.

Capitolul 5 conține proiectarea și simularea fiecărei componente.

Capitolul 6 contțne proiectarea hardware si rezultatele obținute în laboratorul de Electronică Medicală. [anonimizat].

Lista figurilor

Figura 1.1. Moduri de conectare a electrozilor pentru ECG

Figura 1.2. Poziționarea electrozilor precordiali

Figura 2.1. Modelarea circuitului sanguin

Figura 2.2. Plan de proiecție

Figura 2.3. Proiecții ale vectorului cardiac

Figura 2.4. Electrocardiograma standard

Figura 2.5. Schema bloc a unui canal electrocardiografic

Figura 2.6. Tipuri de surse de semnal si cuplaje perturbatoare

Figura 2.7. Măsurarea cu amplificatoare diferențiale

Figura 2.8. Schema simplificată a circuitului de măsurare cu AD

Figura 2.9. Model electric al interfeței electrod – țesut

Figura 2.10. Circuitul echivalent de electrozi

Figura 2.11. Schema bloc a unui canal de electrocardiografie

Figura 2.12. Schema bloc simplificata a electrocardiografului pe PC

Figura 2.13. Secțiune prin cord

Figura 2.14. Funcția de pompa a inimii

Figura 2.15. Diagrama Wigger – diverse evenimente ale unui ciclu cardiac

Figura 2.16. Relația dintre vectorul inimii și derivația ECG

Figura 2.17. Derivațiile bipolare ale membrelor

Figura 2.18. Derivațiile unipolare ale membrelor

Figura 2.19. Derivațiile membrelor – triunghiul lui Einthoven

Figura 2.20. Derivațiile precordiale

Figura 2.21. Parametrii ECG

Figura 2.22. Intervalele ECG

Figura 3.1. ECG 80A 1 canal 12 derivatii

Figura 3.2. Accesoriile electrocardiografului

Figura 3.3. Electrocardiograf AR 600 ADV

Figura 3.4. ECG 600G cu 6 canale

Figura 4.1. Schema bloc a sistemului ECG

Figura 4.2. Schema electrică a sursei duble de tensiune

Figura 4.3. Schema redresor punte cu filtru capacitiv la ieșire

Figura 4.4. Influenta filtrului capacitiv de la ieișirea redresorului

Figura 4.5. Simularea funcționării surselor stabilizatoare de tensiune

Figura 4.6. Forma tensiuniilor la intrarea si la iesirea părții pozitive

Figura 4.7. Forma tensiuniilor la intrarea si la ieșirea părții negative

Figura 4.8. Generatorul de semnal ECG

Figura 4.9. Preamplificator pentru semnale ECG

Figura 4.10. Amplificator ECG

Figura 4.11. Semnalul ECG

Figura 4.12. Diagrama sistemului

Figura 4.13. Filtru trece sus

Figura 4.14. Filrtu trece jos

Figura 4.15. Caracteristica filtru trece jos

Figura 4.16. Caracteristica filtru trece sus

Figura 5.1. Schema ECG

Figura 5.2. Generator de semnale ECG

Figura 5.3. Preamplificator de semnale ECG

Figura 5.4. Amplificator de semnale ECG

Figura 5.5. Sursa stabilizatoare de tensiune

Lista tabelurilor

Tabel 4.1. Tabel componente Generatorul de semnal

Tabel 4.2. Tabel componente Preamplificator

Tabel 4.3. Tabel componente Amplificator

Lista acronimelor

AC – Analiza circuitului in domeniul frecvenței

AED –  Defibrilator automat extern

DC – Analiza circuitului în current continuu

ECG – Electrocardiograma

EEG – Electroencefalograma

EMG – Electromiograma

L/LA – Left arm (Braț stâng)

LL – Left leg (Ppicior stâng)

QRS – Complexul contracțiilor ventriculare

R/RA – Right arm (Brat drept)

RL – Right leg (Picior drept)

SAD – Defibrilator semiautomat extern

SEV – Sistola electrică ventriculară

ST – Stadiul depolarizat

Unda P – Corespunde contracțiilor atriale

Unda T – Reflectă repolarizarea ventriculară

V – Ventricule

VL – Augmented vector left (Vectorul lăsat în stanga)

VR – Augmented vector right (Vectorul lăsat în dreapta)

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE IN ELECTRONICă MEDICALă

1.1. Electronica medicală – generalități

În anul 1843 Carlo Matteucci descoperă activitatea electrică a inimii datorită experimentelor făcute pe inimile unor porumbei. În 1882, fiziologul Augustus Desire Waller face pentru prima dată un ECG cu ajutorul soluției conducătoare de curent, clorură de argint, câinelui sau Jimmy. În 1887 cu ajutorul unui electrometru capilar, inventat in 1873 de Lippman, fiziologul Augustus Desire Waller a putut înregistra pentru prima dată fluxurile inimii. Instrumentele pentru electrocardiogramă urmau să fie semnificativ îmbunătățite de Willem Einthoven, iar din anul 1903 au fost introduse pentru diagnosticare în clinici. Tehnologia introdusă de el se folosește și în prezent.

Electrocardiograma este o metodă de monitorizare non-invazivă a activitatii electrice a inimii (miocardului) cu ajutorul unor electrozi care captează polarizarea sau depolarizarea camerelor inimii (atrii și ventricule). Avem mai multe tipuri de aparate pentru măsurarea ECG (de repaos, de efort, holter), cu particularitățile lor. Am putea adauga aici și monitoarele cu configurații de 3-4-5 electrozi, pentru măsurarea unei electrocardiograme standard de repaos cu 12 derivații vom avea nevoie de montarea a 4 electrozi pe membre și 6 precordiali (pe piept, în zona inimii).

În primul rând, se recomandă efectuarea ECG-ului de repaos cu un pacient calm, așezat pe spate, cu o perna subtire sub cap, pacientul este rugat să nu vorbească și să nu miște mâinile sau picioarele.

Cei 4 electrozi de membre sunt codați color, (roșu, galben, verde, negru) + inscripționați (cu R/RA= braț drept, L/LA= brat stang, LL= piciorul stang, RL= piciorul drept). Cei 6 electrozi precordiali sunt de asemenea codați color (roșu, galben, verde, maro, negru, violet) sau numerotați (V1,V2,V3,V4,V5,V6 sau D1,D2,D3,D4,D5,D6).

Figura 1.1. Moduri de conectare a electrozilor pentru ECG

Dacă pacientul are un membru sau mai multe amputate, se recomandă poziționarea electrodului cât mai distal pe ciotul rămas din membru.

Avem I, II, III (sau DI, DII, DIII sau D1, D2, D3 pe unele aparate), formate din:

I din diferența de potențial între mâna dreaptă și cea stangă (RL),

II din diferența de potențial între mâna dreaptă și piciorul stang(R,LL),

III din diferenta de potential intre mana stanga și piciorul stâng(L,LL),

aVR (augmented vector right) este format din diferența de potențial dintre cuplul L, LL (pol negativ) și R,

aVL (augmented vector left) are cuplul R,LL (pol negativ) și L (pozitiv),

aVF (augmented vector foot) are cuplul R,L (pol negativ) și LL (pol pozitiv).

1.2. Poziționarea electrozilor precordiali pentru ECG

Figura 1.2. Poziționarea electrozilor precordiali

Electrozi precordiali sunt poziționați astfel:

V1 și V2 se pozitionează imediat langă stern (stanga sau dreapta), în al 4-lea spațiu intercostal,

V3 se pozitionează pe diagonala V2-V4, la mijlocul distanței dintre V2 si V4,

V4 se poziționează în spațiul al 5-lea intercostal (pe cât posibil), pe linia medio-claviculară,

V5 și V6 se pun pe aceeași linie orizontală cu V4, pe linia axilara anterioară, respectiv mediana. [10]

CAPITOLUL 2

Monitorizarea activității cardiace

Există mai multe tipuri de monitorizari cardiace, iar majoritatea au anumite caracteristici commune precum modalitatea de determinare a semnalelor electrice provenite de la pacient, constând de obicei în doi electrozi auto adezivi, un ecran de prezentare a ritmului cardiac și anumite dispozitive de imprimare a ECG-ului sau pentru depozitarea acestora în memorie pentru a fi evaluate mai târziu. Procesarea digitală a semnalelor ECG ofera multiple avantaje cum ar fi analiza asistata de calculator a ritmului cardiac încorporată printre funcțiile defibrilatoarelor de tip SAD și AED.

2.1. Monitorizarea planificată

În situațiile în care pacientul dispune de timp pentru monitorizarea activitații cardiace, trebuie atașați electrozii auto adezivi pe pieptul acestuia, pozițiile ilustrate vor permite înregistrări care sunt aproximativ similare cu pașii standard I, II, III ai unei înregistrari ECG convenționale cu 12 pași (leads).

Activitatea cardiacă determină presiunea sanguină și mișcarea sângelui în sistemul circulator.

Sistola reprezintă activitatea de contracție a mușchilor ce formează camerele inimii.

Diastola este perioada de revenire la potențialul de repaus al celulelor ce formează camerele inimii deci de relaxare a inimii între bătăile cardiace.

Frecvența cardiaca are o valoare normală în condiții de relaxare intre 65 și 80 bătăi/min. Odată cu solicitarea organismului sau doar a unor organe ritmul cardiac crește și poate ajunge până la 180 – 240 bătăi/min.

Inima poate fi privita ca un sistem de două pompe hidraulice înseriate.

Electrocardiografia este tehnica măsurării și reprezentării grafice a potențialelor electrice generate de inimă, transmise și receptate la suprafața corpului. Din punct de vedere electric inima poate fi considerată ca un dipol orientat, care generează un câmp electric într-un volum conductor, considerat omogen. Dipolului electric i se asociază un moment electric dipolar, denumit vector cardiac. Electrocardiografia evaluează starea electrică a inimii prin analiza variațiilor în timp a proiecțiilor vectorului cardiac în cele trei plane: frontal, transversal și sagital (figura2.2)

Figura 2.2. Plan de proiecție

Derivația se numește monopolară atunci când semnalul este cules între un electrod cald și un electrod indiferent, ce măsoară un potențial de referință construit artificial.Derivațiile monopolare centrale în planul frontal (VR, VL, VF) reprezintă potențialele culese la mâna dreaptă, mâna stângă și piciorul stâng raportate față de potențialul de referință central.

Cablurile ECG sunt de obicei codificate prin culori pentru a simplifica aplicarea acestora. Un model folosit destul de des este acela în care cablul roșu este conectat la un electrod de pe umărul drept (Roșu la Dreapta) iar cablul galben este plasat pe umărul stâng (Galben la Stânga), în timp ce electrodul de culoare verde sau de împamântare este plasat de obicei sub mușchii pectorali sau pe peretele abdominal superior (Verde pentru Splina). Interferențele electronice pot și trebuie minimizate aplicând electrozii mai degrabă pe un os decât pe un muschi.

Parte anterioară cordului (Precordium) trebuie lasată neobstrucționată astfel încât aplicarea compresiilor pe piept și administrarea unor șocuri să se poată face după cum este necesar. Trebuie îndepartat părul de pe zonele în care vor fi atașați electrozii iar pielea trebuie curațată cu alcool pentru a dizolva grăsimea de pe piele. Majoritatea electrozilor adezivi sunt livrați împreună cu un gel electrolitic pentru mărirea contactului electric. Unele mai sunt dotate cu un material cu suprafață abrazivă pentru a curăța pielea ușor înainte de atașarea electrozilor, ameliorându-se în acest fel contactul electric. Mișcările bruște pot fi reduse la minim la pacienții conștiincioși care colaborează, păstrându-i în condiții de căldură și dându-le reasigurări că situația lor se va ameliora.

În planul frontal derivațiile bipolare standard sunt cele determinate de triunghiul lui Einthoven și se notează cu I, II, III (figura 2.3).

Figura 2.3. Proiecții ale vectorului cardiac

În planul sagital se folosesc nestandardizat (pentru cercetare) derivații monopolare notate cu VOC 25 – 40 (cifra indică distanța de la arcada dentară în centimetrii), obținute prin introducerea prin cateterism a electrodului cald în esofag (metodă invazivă).

Figura 2.4. Electrocardiograma standard

Electrocardiograma standard (derivația a doua – figura 2.4) este compusă din:

deflexiuni (unde),

segmente,

intervale.

Segmentele se confundă cu linia izoelectrică și corespunde perioadelor fără evenimente electrice între două deflexiuni:

unda P corespunde contracției atriale (depolarizare atrială);

complexul de unde Q R S corespunde contracției ventriculelor (depolarizare ventriculară);

unda T corespunde repolarizării ventriculare;

unda U apare uneori între deflexiunile P și T.

În patologia cardiacă traseul electrocardiogramei suferă modificări de formă și amplitudine. Fiecărei afecțiuni cardiace i se poate asocia un traseu ECG specific.

Electrocardiografele se realizează într-o mare varietate constructivă: portabile sau alimentate de la rețea, cu unul sau mai multe canale etc.

Schema bloc a unui canal de electrocardiografie este prezentată în figura 2.5.

Figura 2.5. Schema bloc a unui canal electrocardiografic

2.2. Fenomene bioelectrice

Bioelectrogeneza reprezinta fenomenul producerii electricității de către biosisteme, fiind un proces permanent de care depinde existența materiei vii. Din punct de vedere electric, sistemul viu reprezintă un mediu neomogen, neuniform, anizotrop, diferențiat atât structural cât și funcțional, acesta poate fi privit ca un conductor electrolitic, în care purtatorii de sarcină sunt ionii pozitivi și ionii negativi.

Țesuturile și organele unui organism viu manifestă o activitate electrică, în general periodica dată de rezultanta globală a activității electrice a celulelor individuale care intră în componența lui. Această activitate electrică poate fi înregistrată cu ajutorul unor aparate electronice care prelucrează semnalele culese cu ajutorul unor electrozi implantabili sau a unor macroelectrozi neinvazivi aplicați pe tegumente.

Pentru ca interpretarea formelor de undă să fie accesibilă practicii medicale, plasarea electrozilor este standardizată și există atlase cu formele de unda specifice cazurilor normale și patologice. Forma de unda a biopotențialului culeasă și redata grafic se numește electrogramă, denumire în care se intercalează și numele organului investigat.

Electrocardiograma este semnalul electric generat de activitatea mușchiului cardiac, care se contracta ritmic datorită sistemelor nervoase din inima,acest semnal se propagă în întreg organismul considerat un ca un conductor volumetric, până la piele unde este cules prin electrozi. Dintrre toate electrocardiogramele folosite, semnalul ECG este utilizat cu precadere datorită informațiilor importante referitoare la activitatea cardiacă a inimi.

Electroencefalograma sau semnalul EEG, reprezintă semnalul generat de potențialele de acțiune ale neuronilor din cortexul cerebral. Acestea ajung la suprafața scalpului de unde sunt culese cu ajutorul unor macroelectrozi, amplasati dupa scheme standardizate. În acest caz este dificil să diferențiem o peridiocitate a semnalului, iar multitudinea de frecvențe din spectru îngreunează citirea și interpretarea semnalului EEG în comparație cu semnalul ECG.

Electromiograma sau semnalul EMG, reprezintă semnalul generat de contracția musculară care se produce prin deploarizarea fibrelor musculare, aceasta este inițiată de creier și transmisă plăcilor terminale din mușhi prin intermediul motoneuronilor. Semnalul EMG evidentiază unele procese patologice.

2.3. Achiziția semnalelor electrofiziologice

Semnalele electrofiziologice sunt achiziționate în scopul interpretării lor, anumite modificări față de aspectele standard fie în formele de undă în timp, fie în componențele lor spectrale, pot indica stări patologice ale organului respectiv.

Semnalele cvasiperiodice, precum semnalul ECG, sunt implementate de medic urmărind numai evoluția temporală a lor. Semnalele neregulate cum sunt semnalele ECG sau EMG, necesită de multe ori și o analiză in frecvență pentru pronunțarea diagnosticului.

Clasificarea automată în mod normal sau patologic a acestor semnale este o sarcină dificilă pentru că există diferențe chiar și între două semnale normale (de la un pacient la altul sau de la un aparat la altul). Acest sistem automat trebuie să înlocuiască creierul medicului în luarea deciziilor și acest lucru se face, de obicei, cu un nivel de încredere ridicat, ce se poate exprima în procente (peste 99%).[2]

Un electrod metallic care vine în contact cu țesutul are în vecinătatea sa ioni în soluție, adică un electrolit. Conducția electrică în electrolit este realizată de ioni, iar în electrozii metalici este efectuată de electroni. La interfața electrod-electrolit au loc fenomene care transformă conducția ionică în conducție electrică și invers. Construind o pilă cu doi electrozi din metale diferite, amândoi fiind cufundați îin soluții diferite, dar care contin ionii metalelor din care sunt construiți constatăm că odată cu trecerea curentului electric între electrozi crește molaritatea ionilor, iar masa metalică scade conform ecuației :

Fe→Fe+2+2e-

La celălalt electrod se constată fenomenul invers: molaritatea ionilor Cu2+ scade, iar masa metalică a electrodului de cupru creste conform ecuației :

Cu2+ +2e- →Cu

Cele două semireacții se pot scrie printr-o singură relație:

Fe+Cu2+→Fe2++Cu.

Datorită electrozilor și cablurilor de la pacient la echipamentul electromedical, pe lângă semnalul utilizat apar semnale perturbatoare provocate de:

– variația în timp a impedanțelor și a potențialelor de electrod;

– cuplajele magnetice și electrice ale cablurilor de pacient cu surse de semnal exterioare, în special de la rețeaua de alimentare;

– variația potențialelor de masă atunci când sursa de semnal utilizat și amplificatorul au puncte de conectare la masă diferite (distanțate la cel puțin zeci de cm).

Figura 2.6. Tipuri de surse de semnal și cuplaje perturbatoare

Figura 2.7. Măsurarea cu amplificatoare diferențiale

Figura 2.8. Schema simplificată a circuitului de măsurare cu AD

Pentru reducerea perturbațiilor se utilizează preamplificatoare cu intrare simetrică (fig. 2.8.), care pe lângă amplificarea semnalului util realizează și rejecția unor semnale nedorite în circuitul de măsurare. Valoarea limită maximă a tensiunii pe inimă este de circa 10V, iar curentul prin mușchiul cardiac de 10A (valori efective în gama de frecvență 01kHz). La utilizarea aparatelor electromedicale pot să apară curenți de scurgere la pământ prin carcasa aparatului sau prin pacient, definind:

curentul auxiliar de pacient – străbate pacientul în timpul utilizării normale a echipamentului;

curentul de scurgere prin pacient – curentul nefuncțional care trece de la partea aplicată (electrozi) prin pacient la pământ, prin cuplaje capacitiv-inductive nedorite.

Echipamentele electrice și electronice cu aplicație în medicină se clasifică în aparate de tip:

A – nu au nici un fel de legătură electrică sau neelectrică cu pacientul (de exemplu, aparatura de laborator);

B – pentru aplicații medicale la suprafața sau interne organismului, excluzând aplicarea directă pe cord (inimă);

BF – tipul B cu o parte flotantă (izolată) aplicată pe pacient;

C (CF), pentru aplicații pe cord.

După clasa de protecție împotriva electrocutării, echipamentele alimentate de la o sursă electrică externă se clasifică în cele trei clase de protecție cunoscute.

Semnalele biologice nedorite pot fi reduse la minim prin următoarele metode:

poziționarea electrozilor de culegere astfel încât biopotențialele altor organe să apară în fază față electrozii “calzi” (de măsură) sau să fie mai depărtați de organele perturbatoare;

limitarea benzii de frecvență a lanțului de amplificare (semnalele electrofiziologice culese de la alte organe, cu componente de frecvență diferite de cele ale organismului studiat, nu sunt amplificate);

utilizarea unor metode de prelucrare bazate pe proprietățile cunoscute ale semnalului electrofiziologic util sau / și ale semnalelor altor organe, astfel încât să poată fi estimat semnalul util.

Tensiunea de zgomot a electrozilor poate fi redusă prin următoarele tehnici:

alegerea corespunzătoare a curentul de polarizare al amplificatorului (de intrare) – pentru a nu avea loc reacții chimice ireversibile;

limitarea benzii de frecvență a amplificatorului la banda semnalului util;

adaptarea impedanței de intrare în preamplificator la impedanța electrozilor.

Artefactele datorate câmpurilor electrice intense din jurul pacientului se reduc prin:

proiectarea corectă a interfeței pacient-preamplificator;

ecranare;

alegerea unor preamplificatoare cu rejecție de mod comun cât mai mare;

reducerea nivelelor de impedanță;

scurtarea cablului de pacient .

Pentru a drena curentul nedorit la un punct de pământ funcțional se utilizează ecranarea electrostatică care, evident, este eficace numai când este corect realizată. Regulile generale de ecranare sunt:

un ecran trebuie conectat la potențialul de referință de semnal zero;

ecranele trebuie să fie legate în tandem la potențialul de referință de semnal zero;

numărul ecranelor necesare într-un echipament de măsurare este egal cu numărul semnalelor independente care sunt prelucrate plus al intrărilor de putere.

Electrozii reversibili sau nepolarizabili sunt cei la care nu are loc nici o reacție chimică atunci când se aplică o tensiune exterioară care compensează potențialele electrochimice ale electrozilor.

Electrozii inversibili sau polarizabili sunt cei la care la interfața cu electrolitul au loc reacții ireversibile, deși global, la sistemul electrod-electrolit-electrod reacții de oxidare au loc în aceiași măsură cu reacția de reducere.

Impedanța pe care o prezintă un electrod în circuitul de măsurare electrică a biosemnalului depinde de natura stratului dublu electric format la interfața cu țesutul, de aceea este numită impedanță de polarizare (fig 2.9.). [2]

Figura 2.9. Model electric al interfeței electrod – țesut

Potențialul de electrod va fi o sursă de semnale perturbatoare chiar în cazul în care cei doi electrozi cu care se face măsurarea sunt din același material și identici dimensional. În circuitul echivalent al unei perechi de electrozi va exista o tensiune continuă egală cu diferența potențialelor de electrod, deoarece este greu de realizat contacte perfect identice la ambele interfețe și , în plus, stabile în timp.

În măsurările la suprafața organismului (electrozi plasați pe piele), circuitul echivalent oferit de electrozi și sursa de semnal bioelectric la intrarea preamplificatorului este prezentată în figura 2.10. Între electrodul metalic și piele, pentru a stabiliza potențialul de electrod, mai ales la mișcările pacientului, se introduce o hârtie de filtru sau tifon îmbibate cu electrolit (de obicei soluție alcalină), fie o pastă electroconductivă. Utilizând paste electroconductive, valorile tipice pentru rezistența interfeței electrod-țesut Rf (diferită în general pentru cei doi electrozi) sunt în gama 110 k.

Figura 2.10. Circuitul echivalent de electrozi

În electrocardiografie se folosesc electrozi circulari ( 47,5mm), rectangulari (35*50mm), cu sucțiune (pentru fixare bună pe torace), cu bandă adezivă etc. Studiile au arătat că se pot folosi și aliaje ieftine (oțel inoxidabil, nichel-argint, oțel nichelat, alamă argintată etc.) pentru confecționarea electrozilor de suprafață mare, cu rezultate asemănătoare cu cele din aliaje nobile.

Alte tipuri de electrozi de suprafață:

electrozi cu joncțiune lichidă;

electrozi radiotransparenți;

electrozi de suprafață capacitivi;

electrozi uscați.

2.4. Electrocardiografia

Electrocardiograful este un aparat destinat amplificării și înregistrării grafice a semnalelor electrofiziologice generate de cord. Există mai multe variante constructive de electrocardiografe, alimentate de la retea sau portabile, cu unul, două sau mai multe canale.

Schema bloc a unui canal electrocardiografic este prezentată în figura de mai jos. Cablul de pacient realizează legatura dintre selectorul de derivații și pacientul cuplat la electrozii RA ( cablu de culoare roșie ) LA (cablu de culoare galbenă) LL (cablu de culoare verde) RL (cablu de culoare neagră sau albastră). Selectorul de derivații selectează combinațile de culegeri standard care se aplică preamplificatorului flotant.

Pentru etalonarea amplificarii întregului lanț de măsură, prin blocul de selecție pe orice derivație, se introduce la intrarea amplificatorului un semnal de test de 1mV, care conform standardelor produce o derivație a peniței inscriptorului de 10mm. [5]

Figura 2.11. Schema bloc a unui canal de electrocardiografie

Primul etaj de amplificare stabilește frecvența inferioară dbn banda de trecere de la 3 dB, reglabilă în tepte 0.05Hz – 0.5Hz, iar amplificatorul final stabileste frecvența superioară la o valoare de 100Hz sau de 150Hz. În figura 2.12. este prezentată concepția sistemului de achiziție pe calculator a semnalelor electrofiziologice, unde au fost achiziționate numai semnale ECG din deviația I, sa se poată achiziționa oricare alte semnale electrofiziologice.

Figura 2.12. Schema bloc simplificată a electrocardiografului pe PC

Inima asigură circulația sângelui în întregul organism.

Este un organ muscular gol pe dinăuntru, în formă de pară, situat în partea mediană a cavității toracice, cu varful inclinat spre stanga, între plămâni. Nu este mai mare decât pumnul fiecaruia dintre noi, greutatea medie a inimii este de 260g iar lungimea sa variază de la 12 la 14cm, la o lățime de aproximativ 9cm.

Vârful său, denumit apex, se sprijină pe mușchiul diafragmă și este ușor orientat spre stânga. Inima umană medie are ritmul de 72 de bătăi pe minut, bate de aproximativ 2,5 miliarde de ori la o durată medie de viață de 66 ani. [5]

Din punct de vedere anatomic, inima este un organ musculos, cavitar care pompează ritmic sângele în corp. Inima, sângele și vasele de sânge alcătuiesc sistemul circulator, care este responsabil cu distribuirea oxigenului și a substanțelor hrănitoare și eliminarea dioxidului de carbon și a altor produse reziduale.

Inima reprezintă motorul sistemului circulator. Ea trebuie să funcționeze neîncetat deoarece țesuturile corpului, în special creierul, depind de o aprovizionare continuă cu oxigen și substanțe hrănitoare transportate de sânge. [6]

Figura 2.13. Secțiune prin cord

Pompa cardiacă este compusă dintr-o masă contractilă, miocardul, acoperită și protejată spre exteriorul de epicardului, strat foarte rezistent care o leagă de diafragmă, de stern și de vasele mari, iar în interior de endocard, o membrană fină, albă, care tapetează interiorul cavității cardiace.

Miocardul constituie cea mai mare parte a masei inimii. Este constituit mai ales din celule musculare cardiace care îi conferă capacitatea de a se contracta. Aceste contracții ritmice sunt denumite bătăi cardiace.

În interiorul miocardului, fibre de țesut conjunctiv leagă între ele celulele musculare și formează fascicule care se întrepătrund în spirală. Această rețea de fibre dense și elastice întărește peretele intern al miocardului. Miocardul are propriul său sistem de
irigare – arterele coronare – care ii aduc substanțe nutritive și oxigenul necesar funcționării. Aceste artere iau naștere la baza aortei și încercuiesc inima.

Mușchiul cardiac conține două cavități superioare, numite atrii și alte două cavități inferioare, numite ventricule. În atrii pătrunde sângele mai sărac în oxigen, după ce a circulat prin organism. Dată fiind dimensiunea lor mică, acestea nu participă realmente la activitatea de pompare a inimii și nici la umplerea ventriculelor cu sânge. Atriile sunt separate de o membrană, septul interatrial și fiecare dintre ele se prelungește, în partea superioară, printr-un corp plat și plisat, urechiușa, care îi mărește volumul. Venele pulmonare, ca și alte vene ale inimii, se deschid în urechiușa stângă.

Ventriculele sunt cavități în formă de con, a căror bază este dirijată în sus. Ele sunt separate, de asemenea, de o membrană, septul interventricular, ce constituie punctul de plecare al circulației sanguine. Acestea sunt pompele propriu-zise ale inimii. Ventriculul drept trimite sângele spre plămâni pentru a permite schimburile de gaze. El este pompa circulației pulmonare. Ventriculul stâng trimite sângele spre aortă, aceasta pornind circulația sistemică.

Două orificii dotate cu valvule se observă la intrarea fiecarui ventricul, patru valvule, rol de supape.

Datorită acestor patru valve, sângele circulă în sens unic prin cele patru cavități ale inimii.

Valvele se deschid și se închid ca niste clapete, straturile lor externe fiind sensibile la variațiile presiunii sanguine.

Sângele urmează întotdeauna același traiectorie în inimă, de la dreapta spre stânga: sărac în oxigen, intră în urechiușa dreaptă apoi în ventriculul drept, traversează trunchiul pulmonar pentru a ajunge la plămâni, unde se oxigenează. Sângele îmbogățit cu oxigen se reîntoarce apoi spre urechiușa stangă prin venele pulmonare. El trece prin ventriculul stâng, apoi este ejectat de aortă, care îl distribuie în corp prin ramificațiile sale. Venele aduc atunci sângele sărac în oxigen spre urechiușa dreaptă. Astfel se închide sistemul.

Inima este deseori comparată cu o pompă. Acest mușchi cu patru cavități se contractă și se relaxează în permanență, într-un ritm regulat. Este compus în cea mai mare parte din miocard. Contracția mușchiului este complet independentă de voința noastră. Mecanismul contracției se bazează pe emiterea și transmiterea de impulsuri electrice denumite potențiale de acțiune. Aceste semnale sunt propagate după un mecanism denumit depolarizare. Din o sută de fibre ale miocardului, una singură poate declanșa un potențial de acțiune. Sistemul de conducere al inimii este compus din noduri, aglomerări tisulare globuloase, ansambluri de fibre nervoase paralele.

Nodul sinusal se găsește în peretele urechiușei stângi. Minuscul, el oferă cea mai rapidă frecvență de impulsuri dintre toate elementele sistemului de conducere, cca 70+700 de ori pe minut. Unda potențială creată de nodul sinusal ce traversează atriile este dirijată spre nodul atrio-ventricular. Este nevoie de aproximativ 0.22 secunde pentru ca influxul să se propage în întreg sistemul de conducere a inimii. Contracția ventriculară are loc imediat după sosirea influxului, de la apexul cardiac spre partea superioară a ventriculelor. Valvele aortei și ale trunchiului pulmonar se deschid și sângele este ejectat în vase. [6]

Cum funcționează inima

În timpul unei bătăi a inimii se produc multiple evenimente reunite sub denumirea de revoluție cardiacă. Aceasta cuprinde două faze:

În timpul primei faze, diastola, peretele atriilor și ventriculelor se relaxează, iar sângele umple cavitățile.

Cea de a doua fază, sistola, cuprinde contracția peretelui și golirea sa de conținut. În cursul diastolei, presiunea este mică, sângele umple atriile relaxate, trecând apoi în ventricule prin orificii cu valvele deschise. Valvele aortei și trunchiul pulmonar sunt închise.

În timpul sistolei, presiunea crește lent. Atriile se contractă și tot sângele este ejectat în ventricule. Mușchii pereților ventriculari se contractă, comprimând sangele prezent în cavitățile lor și crescând ăn același timp presiunea ventriculară.

Figura 2.14. Funcția de pompă a inimii

Valvele atrio-ventriculare se închid brusc pentru a împiedica orice reflux al sângelui. Apoi valvele aortei și ale trunchiului pulmonar se deschid, permițând ejecția sângelui spre aortă și spre trunchiul pulmonar. După aceasta, ventriculele se destind și presiunea ventriculară scade sensibil. Sângele rămas în aortă și trunchi refluează atunci spre ventricule, care își închid automat valvele. După închiderea valvelor începe un nou ciclu, o nouă diastolă. [6]

Figura 2.15. Diagrama Wigger – diverse evenimente ale unui ciclu cardiac

Electrocardiografia este metoda de explorare a stării fiziologice a inimii; ea cercetează modificările de excitabilitate și conductibilitate a fibrelor musculare ale inimii (miocardului) prin înregistrarea potențialelor electrice, care iau naștere în timpul activității sale. Potențialele electrice sunt produse în inimă ca sumă a potențialelor generate de celulele musculare cardiace în timpul depolari-zării și repolarizării.

Electrocardiograma (ECG) reprezintă înscrierea grafică pe o banda de hârtie, vizualizarea sau înregistrarea pe PC, a diferențelor de potențial generate în timpul activității electrice cardiace.

Când mușchiul cardiac intră în activitate, segmentul excitat se încarcă electronegativ în raport cu porțiunea aflată „în repaus"; aceasta diferență de potențial dă naștere unui curent electric. Acest curent, denumit „curent de acțiune", se propagă prin întregul corp, captat cu ajutorul electrocardiografului, care îi înscrie evoluția pe o bandă de hartie (electrocardiograma) sau Aceasta este compusă dintr-o serie de unde și intervale caracteristice, care oglindesc procesele de excitație și de relaxare a miocardului.

Pentru înregistrarea electrocardiogramei, curenții inimii sunt derivați de la suprafața corpului cu ajutorul a doi electrozi care se aplică în diferite puncte ale corpului (torace, membre) și conectați la electrocardiograf.

Studiul combinat al mai multor derivații permite să se obțină o imagine mai fidelă despre starea diferitelor segmente ale miocardului în cursul diverselor procese: inflamatoare, de scleroză, toxice sau metabolice.

Electrocardiografia are un rol însemnat în diagnosticul tulburărilor ivite în circulația vaselor coronare, mai ales în urmărirea infarctului de miocard, ca și în examenul tulburărilor de ritm. [6]

2.5. Electrocardiograma, caracteristica și varietatea semnalului, modul de efectuare a analizei, amplasarea electrozilor și citirea datelor la nivel celular

Depolarizarea – modificarea potențialului transmembranar, determinată de deplasarea sarcinilor electrice (electroni sau ioni);

Repolarizarea – refacerea potențialului transmembranar de repaus, indusă de deplasarea sarcinilor electrice în sens opus, care compensează depolarizarea.

Tipuri de înregistrări ECG

Electrodul – un conductor utilizat pentru a stabili contactul electric cu partea nemetalică a circuitului. Potențialul electric al dipolului se măsoară cu electrozi plasați în diferite zone ale corpului, în mod uzual pe piele.

Traseul ECG este influențat de:

– polaritatea dipolului,

– distanța de la electrod la dipol,

– intensitatea campului electric.

Tipuri de înregistrare după plasarea electrozilor:

bipolară: ambii electrozi plasați în cîmpul electric al inimii;

unipolară: un electrod este plasat în cîmpul electric iar celălalt în planul de potențial 0.

Înregistrarea ECG standard în 12 derivații

Derivația ECG -raportul spațial între două puncte în care se plasează electrozii, în cîmpul electric al inimii.

1. Derivațiile bipolare (standard) ale membrelor (I, II și III) au fost introduse în practică de catre Einthoven. Ele formează un triunghi echilateral, cu inima localizată în centru.

2. Derivațiile unipolare ale membrelor (aVR, aVL, aVF) au fost introduse de Wilson.

3. Derivațiile precordiale (V1-V6) sunt derivații unipolare, la care electrodul explorator (pozitiv) este plasat pe torace, în apropierea cordului.

Prin pozițiile electrozilor fiecare derivație ECG “vede” semnalul ECG din unghiuri diferite:

Derivațiile membrelor culeg activitatea electrică în planul frontal;

Derivațiile precordiale culeg activitatea electrică în planul transversal.

Circuitul este închis prin dispozitive specializate – electrocardiografe, care înregistrează semnalele, de obicei pe hîrtie.

Figura 2.16. Relația dintre vectorul inimii și derivația ECG

Derivațiile membrelor

a) Derivațiile bipolare ale membrelor (standard)

Înregistrează activitatea electrică a inimii în plan frontal.

Termenul “bipolar” înseamnă că ECG este înregistrat între doi electrozi exploratori (+ și -) plasați pe membre: brațul drept (R), brațul stâng (L) și piciorul stâng(F).

Cele trei derivații bipolare înregistrează diferențele de potențial între:

DI -brațul drept (R – ) și brațul stâng (L + );

DII-brațul drept (R – ) și piciorul stâng (F + );

DIII-brațul stâng (L -) și piciorul stâng (F + ).

Figura 2.17. Derivațiile bipolare ale membrelor

b) Derivațiile unipolare ale membrelor

Înregistrează activitatea electrică a inimii în plan frontal.

Sunt “unipolare” deoarece folosesc un singur electrod explorator (pozitiv), plasat pe un membru, conectat cu centrul inimii, considerat ca punct de referință (potențial nul).

Punctul de referință rezultă prin conectarea celorlalți doi electrozi între ei.

Derivația unipolară înregistrează potențialul membrului respectiv și este amplificată (a):

aVR – electrodul explorator este plasat pe brațul drept;

aVL – electrodul explorator este plasat pe brațul stâng;

aVF – electrodul explorator este plasat pe piciorul stâng.

Figura 2.18. Derivațiile unipolare ale membrelor

Derivațiile membrelor – triunghiul lui Einthoven

Pereții inimii “văzuți” de diferitele derivații ale membrelor:

Peretele lateral al VS: derivațiile DI, aVL;

Peretele inferior: derivațiile DII, DIII și aVF;

Fața endocavitară a inimii: derivația aVR;

Figura 2.19. Derivațiile membrelor – triunghiul lui Einthoven

Derivațiile precordiale (V)

1. Înregistrează activitatea electrică a inimii în plan transversal.

2. Sunt derivații “unipolare”, cu electrodul pozitiv situat pe torace (V1-V6) și electrodul de referință format din cele trei derivații ale membrelor unite.

3. Electrodul explorator poziționat după cum urmează:

V1 -sp ațiul IV intercostal drept parasternal;

V2 – spațiul IV intercostal stâng parasternal;

V3 -la jumătatea distanței dintre V2 șiV 4 ;

V4 -spațiul V intercostal stâng, pe linia medioclaviculară (apexul);

V5 -spațiul V intercostal stâng, pe linia axilară anterioară;

V6 -spațiul V intercostal pe linia axilară mijlocie.

Figura 2.20. Derivațiile precordiale

Pereții inimii “văzuți” de către derivațiile precordiale:

Peretele anterior al inimii: Derivațiile V1,V2;

Septul interventricular: Derivația V3;

Apexul: Derivația V4;

Peretele lateral al VS: Derivațiile V5,V6.

Caracteristicile parametrilor ECG

Reprezentarea ECG a fiecărui ciclu cardiac conține:

unde: P, Q, R, S, T și U (deflexiuni pozitive sau negative).

segmente: porțiunile cuprinse între unde.

intervale: includ segmente și unde.

Figura 2.21. Parametrii ECG

Traseul ECG este înregistrat în condiții standard, cu amplitudinea: 1mm=0.1 mV și

durata: 1mm=0.04 s.

Unda P

Complexul QRS

Complexul QRS – semnificația undelor

1. Prima zonă activată a mușchiului ventricular este septul interventricular,

2. Urmează activarea: apexului și pereților ventriculari laterali, dinspre endocard spre epicard,

3. Ultimele zone depolarizate sunt bazele ventriculilor,

Unda T

Unda U

Intervale ECG

interval PR(PQ) = conducerea atrio-ventriculară (conducerea intraatrială, NAV, și prin sistemul His-Purkinje);

– durată: 0,12-0,20 sec;

– ↓⇒sindrom de preexcitație

interval ST = stadiul depolarizat ventricular și repolarizarea ventriculară, modificări caracteristice în:

– cardiopatia ischemică,

– tulburările de repolarizare ventriculară.

interval QT = sistola electrică ventriculară (SEV), cuprinde depolarizarea și repolarizarea ventriculară;

– durată: 0,35-0,45 sec (în funcție de FC).

interval RR = durata unei revoluții cardiace (între două complexe QRS succesive):

– util pentru determinarea FC;

– durată: variază invers proporțional cu FC (la FC=75 bpm, RR este de 0,80 sec).

Figura 2.22. Intervalele ECG

Interpretarea traseului ECG

1. Stabilirea ritmului: normal = ritm sinusal

Criterii: unde P de aspect normal, urmate de complexe QRS normale la intervale PQ regulate.

2. Stabilirea FC:

– Normal: FC=60-80 bpm,

– Variații: FC >100 bpm – tahicardie sinusală (↑ SNVS),

FC <60 bpm – bradicardie sinusală (↑ SNVP).

– Aritmia sinusală respiratorie: FC↑ în inspirație, FC ↓ în expirație. Frecventă la copii.

3. Stabilirea axului electric: prin metoda triunghiului lui Einthoven sau triaxială

Valori normale: – 30° – +110°

ax orizontalizat: – 30° … +30° (obezi, gravide)

ax intermediar: + 30° … +60°

ax verticalizat: + 60° … +110° (longilini, tineri)

Rotația inimii în plan orizontal:

orară (la stânga): zona R=S → V5,V6

antiorară (la dreapta): zona R=S → V1,V2

Patologic:

ax deviat la stânga: mai negativ de -30°

ax deviat la dreapta: peste +110°. [6]

CAPITOLUL 3

Aparatură medicală pentru monitorizarea activitații cardiace

3.1. ECG 80A 1 canal 12 derivații

ECG portabil cu accumulator ECG 1 canal 12 deviații. Este un aparat ușor de folosit, pentru consultații medicale de teren sau la domiciliu, cu achiziție 1 canal și printare/înregistare pe hârtie termică de 60mm (6cm).

Figura 3.1. ECG 80A 1 canal 12 derivații

Specificații tehnice ECG 80A 1 canal 12 deviații portabil:

Circuit de intrare : flotant,

Scurgere de curent la pacient : < 10µA,

Senzitivitate : 1mV±2%,

Curent de intrare : <50nA,

CMRR : >100Db,

Achiziție de date : 12biti,

Răspuns în frecvență : 0.50Hz-150Hz,

Filtru AC : 50/60 Hz,

Filtru EMG : 35Hz(-3dB),

Toleranța variației de tensiune pe piele : ±300mV,

Setări de senzitivitate : 5,10,20 mm/mV,

Deviaăie de la conversie 25%,

Nivel de zgomot : ≤15µVp-p.

Accesoriile aparatului:

Figura 3.2. Accesoriile electrocardiografului

Standard de siguranță : clasa IIEC , tip CF,

Mod de operare : automat și manual,

Rezoluția ecranului : LCD 160*96 dimensiune vizuală 34*60,

Sistem de înregistrare : imprimare termică pe rânduri,

Alimentare cu energie electrică : AC 110~240V(50Hz/60Hz),

Baterie litiu Dc 7.4,

Dimensiuni : 190(L)*90(W)*40(H)mm,

Greutate : 380g(cu cabluri ,fară încarcator 850g). [7]

3.2. Electrocardiograf AR 600 ADV

Figura 3.3. Electrocardiograf AR 600 ADV

Specificații tehnice: AR 600 ADV este un ECG portabil, cu alimentare mixtă.

Înregistrarea se face pe hârtie termosensibilă de 60mm în regim de 1/3 canale sau, dacă se dorește, în regim de 1, 2, 2 +R și 3 canale. Ecranul alfanumeric de 32 x 120 pixeli permite afișarea mesajelor de stare și de alarmă.

Caracteristici tehnice:

Derivații: 12 standard, cu achiziție continuă și simultană,

Acumulator inclus: 3 ore pentru printare,

Viteze de imprimare 25 – 50 mm/s,

Soft aritmie,

HRV – up,

Memorie pentru 40 examinări,

Soft Real Time pentru conectare la PC și adaptor IR,

Variante de livrare:

ECG ar 600 adv CP – Versiune cu calcularea parametrilor,

ECG ar 600 adv CP/ I – Versiune cu calcularea parametrilor și interpretarea rezultatelor. [8]

3.3. ECG 600G cu 6 canale

Figura 3.4. ECG 600G cu 6 canale

Caracteristici tehnice:

Dimensiunea rolei de hârtie: 110mmx20m,

Mod de operare: automat sau manual,

Viteza de înregistrare: 25-50 mm/sec (în mod automat), 5-6, 25-10-12, 5-25-50 mm/sec în mod manual.

Sensibilitate: 2,5-5-10-20-40mm/mV.

Analiza și interpretarea automată a parametrilor: frecvență cardiacă, interval PR, durata P, QRS, T, intervalQ-T, axa P, QRS, etc,

Memorie internă sau pe card SD pentru 1000 de înregistrări,

Filtre digitale, protecție contra defibrilării,

Dimensiuni: 315x215x92mm,

Greutate netă: 2,3 kg,

Opțional: soft pentru conectare la PC prin USB,

Hârtie compatibilă pentru comenzi ulterioare.

Specificații tehnice:

Ecran LCD 800x480TFT color ce indică starea de operare și forma de undă ECG, ecran tactil și butoane de control, convenabile pentru operare,

12 derivații ECG achiziționate simultan, procesor digital al semnalului, ECG de înalta calitate cu ajutorul filtrului AC, filtrului baseline și a filtrului EMG a semnalelor ECG,

Afișare simultană a 3/6/12 derivații ECG și stare de imprimare, sensitivitate, viteză, filtru etc, pentru o interpretare cât mai ușoară,

Eșantionare 12 derivații ECG simultan, analizare 2×6+1 (canal ritm), 2×6, 3×4, 3×4+1 (canal ritm), 4×3, 4×3 4×3+1(canal ritm),6×2, 6×2+1 (canal ritm), mod de înregistrare simultan si raport cu format multiplu,

Sursa de alimentare include AC dar si DC,

Dispozitivul include bateria reîncarcabilă pe baza de polimer de litiu.

Asigură funcționarea în standby timp de 4 ore, imprimarea a 150 de forme de undă ECG sau imprimare timp de 90 de minute continuu,

Memorie incorporata cu o capacitate de pana la 1000 de cazuri,

In modul de revizualizare puteți vizualiza formele de undă salvate, auto-analiza și auto-interpretarea ECG, parametru formă de undă, concluzii auto-interpretare. [9]

3.4. Electrocardiograf EDAN SE 1010

Electrocardiograf cu funcționare pe bază de PC /Laptop

Figura 3.5. Electrocardiograf EDAN SE 1010

Caracteristici:

Dimensiuni 148 x 100 x 40mm,

Greutate : aproximativ 200 grame,

Alimentare : direct din portul USB al PC-ului,

Interfața de comunicare : cuplare directă USB,

Achiziție simultană pe 12 derivații,

VIZUALIZARE 12 CANALE în TIMP REAL pe ecarnul PC,

Protecție la defibrillator,

Frecvenșa de răspuns : 0,05Hz – 150Hz,

Sensibilitate : 2.5 , 5 , 10 , 20 (mm/mV),

Impedanța de intrare : >50MΩ,

Filtre : EMG / drift / AC,

Ritm : selectabil 1 sau 3 derivații la alegere,

Software pentru analiza datelor și interpretare,

Măsurarea și analiza automată a parametrilor ECG,

Impedanța de intrare : >10MΩ.

Configurația standard curpinde:

Electrocardiograf compact,

Cablu de conectare pacient,

Software pentru conectare PC,

Cablu de conectare PC – USB,

Software pentru măsuratori,

Software pentru interpretare,

Electrozi precordiali : 6 buc,

Electrozi membre : 4 buc,

Manual de operare. [11]

3.5. Definirea elementelor înregistrate pe un traseu ECG

Hârtia pe care se înregistrează traseele ECG este un grafic, pe care limitele verticale și orizontale sunt trasate la intervale de 1 mm. La fiecare 5 mm pe verticală există o limie mai groasă͘. Timpul este măsurat pe orizontală.

Durata de timp înscrisă pentru 1 mm depinde de viteza de derulare a hârtieie, dacă viteza este de 25 mm/sec, un milimetru corespunde unui interval de timp de 0,04 secunde (deci 5 mm = 0,2sec). Dacă viteza este de 50 mm /sec, um milimetru corespunde unui interval de0,02 secunde (deci 5 mm = 0,1 sec).

Înregistrările de rutină se fac la viteza de 25 mm/sec.

Verticala graficului reprezintă voltajul.

La începutul fiecărie înregistrări traseul trebuie etalonat, astfel că introducerea unui curent de 1 mV să corespundă unei deplasări a peniței de 10 mm pe verticală.

Pentru complexul ventricular majusculele desemnează undele cu amplitudine mare (peste 5 mm în general), iar literele mici desemnează unele cu amplitudine mică sub 5 mm.

CAPITOLUL 4

Proiectarea schemei bloc a sistemului EcG

Schema bloc a sistemului ECG este prezentata in figura de mai jos.

Figura 4.1. Schema bloc a sistemului ECG

Sistemul ECG este compus din următoarele blocuri:

Blocul Generator de semnal ECG;

Blocul Sursă de alimentare;

Blocul Selector de semal ECG;

Blocul Preamplificator ECG;

Blocul Amplificator ECG.

Schema bloc a sistemului ECG din figura 4.1. cuprinde următoarele blocuri funcționale:

Sursa de tensiune stabilizată care furnizează 2 tensiuni continue de +9V si -9V.

Generatorul de semnal ECG, acesta se alimentează cu o tensiune de +9V și furnizează la ieșire un semnal aproximativ identic cu un semnal ECG. Acest semnal este utilizat pentru etalonarea aparatelor ECG și pentru a studia forma undei unde ECG.

Selectorul de semnal reprezintă un comutator ce l-am utilizat pentru a face selecția pentru semnalul de intrare în preamplificator, acest semnal poate veni de la generatorul de semnal sau de la un pacient.

Preamplificatorul ECG este alimentat cu o tensiune duală, stabilizată de ±9V, primește la intrare semnalul survenit de la selectorul de semnal și ne oferă la ieșire un semnal amplificat. Acest bloc poate lipsi, dar prin utilizarea lui obținem o acuratețe mai mare a semnalului ECG de la ieșirea sistemului.

Amplificatorul ECG este de asemenea alimentat dual ±9V de la sursa de tensiune. Acesta primește la intrare semnalul de la ieșirea preamplificatorului și furnizează la ieșire forma de undă a semnalului ECG, această formă de undă poate fi vizualizată atât pe osciloscop cât și pe calculator prin intermediul placii de sunet.

Capturarea semnalului

De obicei, ECG utilizează trei, cinci sau zece electrozi pentru a captura semnalul de la diferite puncte de pe corp. Tensiunile care apar pe o zonă de piele, au nivele de la 100μV până la 3mV, și cu toate acestea, poate fi un potențial DC de aproape 300 de mV la fiecare electrod. Este esențial, prin urmare, un circuit ‘front-end’ de detectare de semnal care să fie capabil să detecteze tensiuni cu nivele foarte mici, în ciuda prezenței unei tensiuni relativ mare de ‘mod comun’. Alți factori care se iau în considerare sunt prezența zgomotului electric, cum ar fi interferențe de 50 sau 60Hz de la surse electrice pentru corpuri de iluminat sau din monitoarele calculatoarelor, mișcarea pacientului și interferențe electromagnetice de la alte echipamente din jur.
Având în vedere nivelele extrem de mici ale semnalului țintă, este necesar un amplificator pentru a extrage semnalul cardiac din tensiunea de mod comun și din fondul zgomotos, oferind o amplificare a semnalului.

Există o serie de factori care influențează capacitatea unui amplificator de a extrage și a amplifica un semnal, iar o atenție trebuie acordată ‘rejecției de mod comun’, tensiunii de offset (Voo) la intrare și deriva tensiunii de offset, precum și între ce limite variază tensiunea la ieșire și zgomotul amplificatorului.

4.1.Sursa de alimentare

Circuitul integrat LM7809

Este un stabilizator de tensiune pozitivă cu mai multe variante de prezentare, ceea ce îl face folositor într-o gamă largă de aplicații. Fiecare tip folosește o limitare internă de curent, o stopare termică și o arie de lucru sigură, ceea ce îl face, teoretic, indestructibil. Dacă îi este asigurat un regim de lucru adecvat poate livra un curent de ieșire de peste 1A. De asemenea, cu ajutorul unor componente externe, se pot obține tensiuni și curenți reglabili.

Figura 4.2. Schema electrica a sursei duble de tensiune

Caracteristici:

tensiune de ieșire: 12V;

protecție la supraîncărcare termică;

protecție la scurt circuit;

protecție cu tranzistor pe ieșire.

În schema electrică regasim transformatorul care oferă la ieșire o tensiune de 12V (curent alternativ), puntea redresoare și cele două circuite de stabilizare a tensiunii realizate cu stabilizatoare liniare LM 7808 pentru +9V și LM 7809 pentru -9V. La ieșirea fiecarui stabilizator am semnalizat funcționarea acestuia cu ajutorul unui LED înseriat cu o rezistență (R1 si R2) cu rol de limitare a curentului prin LED-uri.

Condensatoarele C1, C5, C7, și C8 electrolitice asigură filtrarea tensiunii iar condensatoarele C4, C6, C9 si C11 ceramice asigură tensiunea pentru eventualele vârfuri de curent și au si rolul de filtrare a zgomotului. Condensatorul C1, C5, C7, și C8 se calculează cu relația:

Pentru a înțelege modul de fucnționare a acestei surse de tensiune am realizat simularea funcționarii acesteia atât în ISIS Proteus cât și in Orcad și am obținut următoarele rezultate:

Implementarea realizată în Orcad:

Figura 4.3. Schema redresor punte cu filtru capacitiv la iesire

Simularea prezentată pune in evidenta influența filtrului capacitiv de la ieșirea redresorului după cum reiese și din formele de undă:

Figura 4.4. Influenta filtrului capacitiv de la ieisrea redresorului

Albastru: C=100nF

Violet: C=100uF

Roșu: C=470uF

Portocaliu: C=100uF

Deoarece montajul nu are un consum mare de curent ( aproximativ 200mA ), nu m-a interesat influența sarcinii resistive.

Implementarea realizată în ISIS Proteus :

Figura 4.5. Simularea functionarii surselor stabilizatoare de tensiune

Rolul rezistențelor R1 si R2, este de a limita curentul prin LED-uri la o valoare admisă de aceastea.

R= U/I_max =(+9V)/0.01A=900Ω

Pentru acest bloc am ales R1=R2=1kΩ deoarece în simulare nu am avut posibilitatea conectării unui LED cu curent foarte mic.

Figura 4.6. Forma tensiuniilor la intrarea si la iesirea partii pozitive

Pentru alternanța pozitivă observam că pentru o tensiune de intrare de până la 20V, la ieșire se obține o tensiune stabilizată de +9V.

Figura 4.7. Forma tensiuniilor la intrarea si la iesirea partii negative

Pentru alternanța negativă observam că pentru o tensiune de intrare de până la -20V, la ieșire se obține o tensiune stabilizată de -9V.

Simularea functionarii sursei duble de tensiune mi-au validat procesul de proiectare electrica al acesteia.

4.2.Generatorul de semnal ECG

Generatorul de semnal ECG se alimentează cu o tensiune pozitivă de +9V și furnizează la ieșire un semnal aproximativ identic cu un semnal ECG, acest semnal ne este util pentru etalonarea aparatelor ECG.

Figura 4.8. Generatorul de semnal ECG

Generatoarul de semnal ECG este un aparat electronic ce genereaza tensiuni electrice de valori mici, de o anumita forma si marime.

În mod normal semnalele generate de inimă prin corp sunt captate la un nivel de cca. 1mV și pulsuri cuprinse între 52 și 150/minut. Schema este realizată cu circuite logice clasice.

Astfel, un divizor cu 24 cu oscilator încorporat pe 4 MHz va genera pe Q18 impulsuri de 16Hz.

Pe intrarea de tact a celui de-al doilea IC (numărător Johnson) apar impulsuri de 2Hz sau 1Hz, selectate prin comutatorul S1. Semnalele din ieșirile Q1,Q4 și Q6 ale lui IC2 sunt prelucrate prin rețeaua de componente, ce integreaza, deriveaza semnalele, astfel încât se obține forma ce poate fi interpretată ca o formă aproape ideală.

Caracteristici:

Tensiunea de alimentare: ±9V

Curent de alimentare: 20mA

Lista componentelor utilizate pentru realizarea machete de laborator:

4.1.Tabel componente Generatorul de semnal

4.3.Preamplificator pentru semnal ECG

Preamplificatorul ECG este alimentat cu o tensiune duală, stabilizată de ±9V, folosim acest bloc pentru a obține o acuratețe mai mare a semnalului ECG de la ieșirea sistemului.

Figura 4.9. Preamplificator pentru semnale ECG

Zgomotul de amplificare este un factor important în măsurarea semnalelor, deoarece afectează precizia semnalului. Zgomotul de amplificare nu poate fi constant in frecvență, în special la frecvențele de joasă tensiune.

Cu acest circuit se permite vizualizarea semnalelor EKG pe osciloscop sau pe ecranul PC-ului. IC1A și B, amplificatoare de instrumentație cu câștig de 200, amplifică semnalele de pe brațul stâng și brațul drept al pacientului iar al treilea operațional amplifică semnalele însumate și le aplică etajului repetor ce are atat la intrare cât și la ieșire un filtru RC format din C1R3 și R9C3, pentru filtrarea semnalului și eliminarea componentelor parazite.

Ca urmare corpul pacientului transmite un semnal de ordinul microvolților cu nivel bine definit, fata de potențialul masei, în gama admisibilă amplificatoarelor de instrumentație.

Calibrarea se face aplicând un semnal de 100mV la 50Hz.

Semnalul de iesire este de cca. 200mV. Consumul intregului circuit este de maxim 2mA astfel ca bateriile vor functiona un timp mai indelungat.

S-a recurs la varianta cu sursa autonomă din motive de securitate întrucât semnalele circula prin corpul uman.

Electrozii ECG speciali, sunt confecționați din pastille metalice (inox) cu diametrul de 12-25mm, si vor fi aplicati pe corp.

Semnalele vor fi captate folosind gel conductiv sau apa de la robinet, nu distilata.

Semnalul de ieșire este de circa 200mV.

Ieșirea modulului se cuplează pe una din intrările Line In sau Microfon ale plăcii de sunet a PC-ului.

Caracteristici:

Tensiunea de alimentare: ±9V

Curent de alimentare: 20mA

Număr de electrozi: 2+1 (2 receptori pe brate + 1 mod comun pe picior)

Tensiune de ieșire: 100Mv

Lista componentelor utilizate în realizarea machetei de laborator:

4.2.Tabel componente Preamplificator

4.4.Amplificator ECG

Amplificatorul ECG este alimentat dual ±9V de la sursa de tensiune și are rolul de a furniza la ieșire forma de undă a semnalului ECG.

Figura 4.10. Amplificator ECG

În ciuda faptului că semnalul țintă este de obicei mai mic de un millivolt, electrozii pot avea un potențial de curent continuu de ordinul a câteva sute de milivolți. Folosind o configurație de amplificator de instrumentație, se poate anula orice amplificare de semnal care este comun pentru intrările diferențiale, captat simultan de electrozi sau un zgomot de mod comun, cum ar fi o interferență de 50Hz, dar amplificând semnalul cardiac.

Pentru a se asigura rejecția semnalelor de mod comun la intrările amplificatorului diferențial și rejecția zgomotului de mod comun, este important să se ia în considerare ca circuitele amplificatorului să facă rejecția la semnale DC, cât și între frecvență, în special la frecvențe ale rețelei de alimentare de 50 sau 60Hz.

Cu acest circuit se permite vizualizarea semnalelor ECG pe osciloscop sau pe ecranul PC-ului. IC1A și B, amplificatoare de instrumentație cu câștig de 200, amplifică semnalele de pe brațul stâng și brațul drept, iar al treilea operațional amplifică semnalul de 31 de ori și îl aplică pe piciorul drept.

Ca urmare corpului pacientului îi este transmis un semnal, cu nivel bine definit, de mod comun, în gama admisibilă amplificatoarelor de instrumentație.

Rejecția de mod comun poate fi redusă prin P1.

Calibrarea se face aplicand un semnal de 100mV la 50Hz.

Semnalul de iesire este de circa 200mV.

Consumul intregului circuit este de maxim 2mA, astfel ca bateriile vor funcționa timp îndelungat. S-a recurs la varianta cu sursă automată din motive de securitate întrucat semnalele circulă prin corpul uman.

Electrozii ECG speciali, sunt confectionati din pastille metalice (inox) cu diametrul de 12-25mm, si vor fi aplicati pe corp.

Semnalele vor fi captate folosind gel conductiv sau apă de la robinet, nu apă distilată.

Ieșirea modulului se cuplează pe una din intrările Line In sau Microfon ale plăcii de sunet a PC-ului.

Caracteristici:

Tensiunea de alimentare: ±9V

Curent de alimentare: 20mA

Numar de electrozi: 2+1 (2 receptori pe brate + 1 mod comun pe picior)

Tensiune de iesire: 100mV

Lista componentelor utilizate:

4.3.Tabel componente Amplificator

4.5. Proiectarea Hard

ECG care este un semnal cvasiperiodic care reprezintă contracțiile inimii când sângele este pompat în corp. Fizic, ECG reprezintă o potențială diferență generată de inimă atunci când se contractă. O imagine a unui ECG tipice poate fi văzută în figura 4.11.

Figura 4.11. Semnalul EKG

Fiecare puls în EcG corespunde unei bătăi de inimă. De aceea, numărând vârfurile QRS pozitive (vîrful undei R) și notând timpul care a trecut (în secunde), pulsul inimii – în unități de bătăi pe minut – poate fi calculat folosind formula:

Pulsul inimii = (# de vârfuri ale diagramei R / timpul trecut)*60

Informațiile cu privire la respirație sunt extrase din ECG privind schimbările în diferența dintre vârful undei R și cel al undei S într-o perioadă de timp. Aceste vârfuri se schimbă deoarece potențialul dintre cele două puncte (unde sunt plasați electrozii) variază când cavitatea toracică se mărește sau se micșorează în timpul respirației. Când o persoană inspiră, distanța dintre cei doi electrozi se mărește, mărind rezistența pielii. Rezultatul este o mai mare diferență de potențial; opusul este adevărat în timpul expirației. De aceea, reprezentarea diferenței în vârfurile de voltaj contra timp va rezulta într-un semnal sinusoidal care reprezintă respirația unei persoane.

Figura 4.12. Diagrama sistemului

4.6. Date cu privire la performanțe

Semnalele ECG și respiratorii sunt destul de filtrate pentru a furniza semnale precise, analizabile

Unitatea de detectare PIC trebuie să poată detecta oprirea respirației în mod precis

Vârfurile sunt detectate folosind comparatori care compară voltajul ECG cu un prag de voltaj presetat. Când pragul este depășit, comparatorul va emite o valoare ,înaltă logic’ (alimentare de 5 V pentru amplificatorul operațional). Acest fapt va declanșa sistemul să simtă voltajul ECG folosind un condensator cu timp lung de descărcare în momentul de amplitudine.

Când ambele vârfuri au fost detectate, produsul amplificatorului diferențial este oprit și trimis spre un filtru de volum scăzut pentru a egaliza produsul amplificatorului. Unda finală a respirației este apoi digitizată și trimisă către un UART pentru stocare înainte să fie trimisă către receptor. Problema este că pe această tehnică nu se poate pune o bază temeinică.

Condensatorul care menține voltajul undei R se poate degrada în timp ce așteaptă vârful undei S. De asemenea, nu se știe dacă condensatorul se va descărca în timp în așa fel încât următorulvârf să fie înregistrat cu acuratețe.

Capacitatea de a calcula pulsul inimii este pierdută dacă semnalul de respirație este obținut printr-un circuit analog.

Unda ECG este inițial obținută prin folosirea celor doi electrozi plasați pe pieptul copilului. O diferență potențială este obținută și amplificată de către amplificatorul diferențial. Acest semnal trebuie să fie filtrat folosind un filtru de joasă trecere pentru a îndepărta zgomotul de înaltă frecvență și pentru a păstra vârfurile undelor R și S – cu scopul de a extrage un semnal respirator, celelalte caracteristici ale pulsului ECG nu trebuie să fie foarte curate.

Pe lângă zgomotul de înaltă frecvență, mișcarea poate de asemenea distorționa unda ECG determinând linia de bază să se miște. Pentru a elimina fenomenul, un condensator DC de blocare este plasat între filtrul de joasă trecere și al doilea stadiu de amplificare. Scopul celui de-al doilea amplificator este să maximizeze nivelul dintre vârfurile undelor R și S, ceea ce permite o mai mare rezoluție când semnalul este digitizat.

După a doua amplificare, un alt blocaj DC este folosit pentru a restabili linia de bază înainte ca o ramificație să fie adăugată la unda rezultată. Ramificația este necesară deoarece microcontrolorul PIC va funcționa numai voltaj pozitiv când digitizează un semnal.

În final, achiziția ECG va avea 10,000 V/V pentru a produce un voltaj de 1 V al pulsului ECG.

Microcontrolorul PIC / stadiul de transmisie este acolo unde unda EKG este digitizată, procesată și stocată pentru transmisie fără fir.

4.7. Achiziția și filtrarea ECG

Circuitul pentru achiziționarea și filtrarea EKG poate fi văzut in figura 4.11 Folosim doua amplificatoare AD612 care este amplificat din dispozitivele analoge, acest circuit furnizează o amplificare de 100V/V.

Rezistențele r1 și R2, sunt de valoare 1KΩ fiecare din ele au rolul de a limita curentul care ar putea intra în pieptul pacientului, în cazul unui scurtcircuit.

Diferențta maximă ar putea fi de -5V pe un electrod și de +5V pe cel de-al doilea electrod, astfel ambele ducând la o diferență de 10V.

Calculăm maximul de curent :

I==5mA

Acest curent de 5mA este in cazul in care am presupus rezistența corpului egala cu zero. În realitate curentul injectat prin piept intr-o fază scurtă este mai mic de 5mA datorita rezistenței pielii si este sub nivelul de pericol.

După amplificarea inițiala semnalul ECG este condus intr-un filtru de bandă de trecere acest filtru este compus dintr-un filtru de joasa trecere si unul de înalta trecere, înainte sa fie trimis intr-un alt stadiu de amplificare AD621.

Figura 4.13. Filtru trece jos

Figura 4.14. Filtru trece sus

Ideal ar fi sa se poată filtra zgomotele de joasă frecvență datorate diverselor mișcări ca și cele de înaltă frecventă.

Am ales frecvența minima la 0,5Hz si cea maxima la 150Hz pentru a izola conținutul frecvenței EcG,adică in mod specific informațiile date de QRS.

Calculul componentelor filtrului RC de joasa trecere:

Frecvența de 3dB=.

Am ales un condensator C=0,1uF si o rezistență de 1M și am ajuns astfel la frecventa de 3dB de joasa trecere la 1,592Hz:

Frecventa 3dB==1,592Hz

Folosind aceeași ecuație am determinat componentele filtrului de înalta trecere:

Frecvența de 3dB=

Frecventa 3dB==159,23HzHz

Deci componentele filtrului de înaltă trecere vor fi identice cu cele ale celui de joasa trecere adică R=1M si C=1nF.

Semnalul ce iese din acest filtru va intra intr-un alt AD621 pentru amplificare iar semnalul de la ieșirea lui AD621 va intra printr-un nou filtru.

Semnalul astfel trecut si filtrat si prin cel de-al treilea filtru RC va intra intr-un repetor format dintr-un LM2904.

Am folosit programul Mathcad si am reprezentat grafic funcția de transfer pentru FTJ si FTS.

Reprezentarea caracteristici filtrului:

CAPITOLUL 5

REALIZAREA PRACTICĂ A MACHETEI

Schema finală ECG este prezentată în figura de mai jos:

Figura 5.1. Schema ECG

Generator de semnale ECG

Generatorul de semnal ECG, acesta se alimentează cu o tensiune de +9V și furnizează la ieșire un semnal aproximativ identic cu un semnal ECG.

Figura 5.2. Generator de semnale ECG

Preamplificator de semnale ECG

Preamplificatorul ECG este alimentat cu o tensiune duală, stabilizată de ±9V, acest bloc poate lipsi, dar prin utilizarea lui obținem o acuratețe mai mare a semnalului ECG de la ieșirea sistemului.

Figura 5.3. Preamplificator de semnale ECG

Amplificator de semnale ECG

Amplificatorul ECG este de asemenea alimentat dual ±9V de la sursa de tensiune.

Acesta primește la intrare semnalul de la ieșirea preamplificatorului și furnizează la ieșire forma de undă a semnalului ECG, această formă de undă poate fi vizualizată atât pe osciloscop cât și pe calculator prin intermediul placii de sunet.

Figura 5.4. Amplificator de semnale ECG

Sursa stabilizatoare de tensiune.

În schema electrică regasim transformatorul care oferă la ieșire o tensiune de 12V (curent alternativ), puntea redresoare și cele două circuite de stabilizare a tensiunii realizate cu stabilizatoare liniare LM 7808 pentru +9V și LM 7809 pentru -9V. La ieșirea fiecarui stabilizator am semnalizat funcționarea acestuia cu ajutorul unui LED înseriat cu o rezistență (R1 si R2) cu rol de limitare a curentului prin LED-uri.

Condensatoarele C1, C5, C7, și C8 electrolitice asigură filtrarea tensiunii iar condensatoarele C4, C6, C9 si C11 ceramice asigură tensiunea pentru eventualele vârfuri de curent și au si rolul de filtrare a zgomotului.

Figura 5.5. Sursa stabilizatoare de tensiune

Concluzii

După cum am arătat in capitolul 1 studiul didactic aplicativ al electrocardiogramei a fost asumat de mai multi fiziologi, însă tehnolohia introdusă și îmbunătățită de Willem Einthoven, se folosește și în prezent. Lucrarea de față încearcă să ofere o imagine de ansamblu asupra monitorizării activității cardiace și a tipurilor de aparate cu care se face monitorizarea.

Prima înregistrare ECG a fost făcută de Einthoven în 1902, pornind de la cercetările fundamentale efectuate cu un secol în urmă, legate de activitatea electrică a unei celule izolate͘.

Einthoven a construit primele 3 derivații, care sunt de tip bipolar (ambii electrozi sunt exploratori,iar cel pozitiv este înregistrator)͘.

Derivațiile se mai numesc și bipolarele membrelor sau derivații standard͘

Ele privesc inima in plan frontal, au intre ele un unghi de 60 de grade si deci formeaza un triunghi echilateral.

Derivația D I are electrodul negativ așezat pe umărul drept, și electrodul pozitiv pe umărul stâng͘

Derivația D II are electrodul negativ așezat pe umărul drept și electrodul pozitiv pe piciorul stâng͘

Derivația D III are electrodul negativ așezat pe umărul stâng și electrodul pozitiv pe piciorul stâng͘

Relația matematică dintre cele trei derivații bipolare este cunoscută ca legea Einthoven, conform căreia:
D II = D I + D III

În 1942 Goldberger a crescut voltajul unipolarelor, pentru a obține un traseu mai ușor de interpretat, motiv pentru care unipolarele membrelor se mai numesc și augmentate sau amplificate͘.

Ca urmare denumirea lor a devenit: aVR, aVL și respectiv aVF.

Relația matematică dintre derivațiile bipolare si cele unipolare ale membrelor este următoarea:

aVL = (DI-DIII)/2

aVR = ( DI-DII)/2

aVF = (DII+DIII)2

Din teoria a doua a lui Kirchhoff se poate obține legea fundamentală a derivațiilor unipolare a membrelor:

VR+VL+VF=0

În capitolul 2 am analizat mai amănunțit tema monitorizării inimii din punct de vedere teoretic. Monitorizarea în timp real a pacienților, atât preventiv cât și după evenimente medicale majore cere dispozitive cu performanțe mari pentru achiziția și transmiterea parametrilor vitali.

Funcția de bază a electrocardiografului (ECG) este de a măsura potențiale electrice în organism, care sunt create cu fiecare contracție a pereților inimii. Aparatul ECG condiționează semnalele cardiace și le dă la ieșire ca forme de undă, fie pe un ecran, fie ca un grafic pe hârtie (print-out). Pentru un ECG clasic, aceasta este adesea limita lui de funcționalitate. Noul ECG are scopul de a face mult mai mult decât pur și simplu o formă de undă de ieșire. Caracteristici avansate, cum ar fi stocarea formei de undă, folosirea comunicațiilor fără fir pentru transmiterea datelor, prelucrarea ulterioară a semnalelor, sunt funcții noi încorporate în setul de funcționalități.

Amplificatoarele utilizate în condiționarea semnalelor sunt esențiale pentru punerea în aplicare a acestor avansate caracteristici.

Electrocardiografia evaluează starea electrică a inimii prin analiza variațiilor în timp a proiecțiilor vectorului cardiac în cele trei plane: frontal, transversal și sagital. Electrozii ECG înregistreazå diferente ins tantanee de potentia l. Utilitatea clinica a ECG rezulta din aceea ca ea este o metoda usor de aplicat, neinvaziva, ieftină. Electrocardiografia este tehnica măsurării și reprezentării grafice a potențialelor electrice generate de inimă, transmise și receptate la suprafața corpului. Din punct de vedere electric inima poate fi considerată ca un dipol orientat, care generează un câmp electric într-un volum conductor, considerat omogen. Dipolului electric i se asociază un moment electric dipolar, denumit vector cardiac. Electrocardiografia evaluează starea electrică a inimii prin analiza variațiilor în timp a proiecțiilor vectorului cardiac în cele trei plane: frontal, transversal și sagital.

Când interpretăm un traseu ECG, trebuie să avem în vedere eventualele inexactități ale tehnicii de înregistrare. De asemeni, o electrocardiogramă cu aspect anormal nu semnifică întotdeauna anomalii ale funcției cardiace (de exemplu variații ale aspectului undei d la tineri), și nu toate tulburările funcției cardiace se traduc prin modificări ECG͘.

Pentru a înțelege cum ia naștere unda de depolarizare în atrii și ventricoli, și modul în care se produc modificările de potențial pe un traseu ECG, trebuie examinat modelul mai simplu al unui dipol într-un mediu bun conducător de electicitate.

Pe parcursul capitolului 3 am prezentat câteva modele de electrocardiografe cu caracteristici și specificații tehnice proprii.

Aparatul trebuie etalonat corect. Etalonarea incorectă va duce la înscrierea unei amplitudini necorespunzătoare a traseului și la interpretarea greșită a rezultatului.

Pacientul și aparatul trebuiesc corect conectați la pământ pentru a evita interferența cu o serie de curenți alternative.

Pentru tehnica citirii unei ecg este recomandabilă următoarea secvență o privire de ansamblu asupra întregului traseu, pentru a verifica corectitudinea tehnică a înregistrării.

Se verifică etalonarea (1 mV = 10 mm amplitudine de deplasare a peniței pe verticală), și se notează viteza cu care s-a făcut înregistrarea.

Interpretarea unui traseu ECG necesită parcurgerea câtorva etape obligatorii:

Stabilirea ritmului cardiac,

Stabilirea frecvenței cardiace .

Ritmul cardiac normal este ritmul sinusal, determinat de funcția de pace-maker a nodului sino-atrial.

Ritmul sinuasal este caracterizat de prezența undei P înaintea fiecărui complex ventricular pe cel puțin o derivație, aspectul și durata undei P normale pentru derivația unde această undă este analizată.

Efectele introducerii pe scară largă a sistemelor de monitorizare se concretizează prin creșterea gradului de acces la tehnologii moderne, în domeniul medical, la creșterea calității actului medical, în condițiile scăderii costurilor de dotare și, implicit, la creșterea gradului de sănătate a populației, concomitent cu scăderea gradului de mortalitate. În cazul ritmului sinusal se face măsurând frecvența ventriculară͘ Se poate folosi una din următoarele metode:

Când viteza de derulare a hârtiei este de 25 mm/sec, intervalul de timp parcurs pentru fiecare mm este de 0,04 secunde͘.

Se măsoară distanța în milimetri dintre două vârfuri R succesive (de exemplu 30 mm)͘.Se determină durata unui ciclu cardiac înmulțind 0,04 secunde cu distanța dintre cele două unde R
succesive (ex: 0,04 x 30 = 1,2 secunde), apoi se împarte durata unui minut la durata unui ciclu cardiac (60 se : 1,2 = 60 bătăi/min)͘.

In capitolul 4 am realizat proiectarea sistemului ECG ce cuprinde 4 blocuri funcționale: generatorul de semnal utilizat pentru etalonarea aparatelor, preamplificatorul folosit pentru o acuratete mai buna a semnalului, amplificatorul ce scoate la ieșire forma de undă a semnalului măsurat și sursa dublă de tensiune ±9V ce alimentează celalalte blocuri funcționale.

Aparatele ECG nu execută o măsurare pur și simplu a activității electrice a inimii. Astăzi, aparatele ECG pot efectua autonom analiza semnalelor, oferă afișarea în timp real, și chiar permit dispozitivelor portabile înregistrarea activității electrice cardiace pe o perioadă extinsă de timp.Punerea în aplicare a acestor funcții avansate se bazează pe precizia cu care semnalele cardiace pot fi capturate și condiționate, astfel că selecția unui amplificator și design-ul electronic sunt factori critici în precizia măsurătorilor ECG.

BIBLIOGRAFIE

[1] Hariton Costin – Electronica medicala – curs IASI

[2] Mihai Oproescu – Electronica medicala- indrumar de laborator

[3] Nicu Bizon – Electronica medicala si inteligenta artificiala

[4] Rodica Strungaru – Electronica medicala UPP-Bucuresti

[5] Rustenm Popa – Electronica medicala

[6] http://epsicom.com/pdf/pdfkitcolectie119.pdf – accesat 9 decembrie 2016

[7] http://ecografeportabile.blogspot.ro/2013/05/ecg-portabil-cu-acumulator-ecg-1-canal.html – accesat 15 noiembrie 2016

[8] http://www.romedic.ro/electrocardiograf-ecg-ekg-digital-cu-6-canale-ecg-600g-0H53114 – accesat 15 noiembrie 2016

[9] http://www.mendelson.ro/?p=p_124&sName=-b-electrocardiograf-ar-600-adv-b-

– accesat 15 noiembrie 2016

[10] https://lunguldrumpanadeparte.wordpress.com/2015/10/09/cum-inregistram-un-ekg-corect-1/ – – accesat 1 decembrie 2016

[11] http://www.medicalshop.ro/produs_299-20-1-0-0_Electrocardiograf-EDAN-SE-1010.html – accesat 15 ianuarie 2017

[12] http://electronica-azi.ro/2011/04/05/amplificatoarele-sunt-esentiale-pentru-precizia-electrocardiografelor-ecg/ accesat 15 ianuarie 2017

Anexe