Електрокардіографія та ЕКГ високої роздільної здатності - Боротьба з перешкодами при вимірюванні параметрів

Електрокардіографія - це запис електричних сигналів, що генеруються під час роботи серця. Сигнал ЕКГ знімається зі шкірних покривів за допомогою електродів, що розміщуються у певних точках. Крива ЕКГ має характерну форму, піки та інтервали між піками позначаються латинськими літерами P, Q, R, S, T та U (рисунок 3). Горизонтальна лінія, яка записується за відсутності струму, називається ізолінією. Запис ЕКГ виглядає як зубців. Зубці, розташовані вище ізолінії, називаються позитивними, нижче - негативними. Розрізняють зубці: P, Q, R, S, T. У деяких випадках є зубець U. Зубці P, R, T - спрямовані вгору, а зубці Q, S - вниз.

Зубець P – виникає внаслідок збудження передсердь, його амплітуда в нормі 2-2,5 мм.

Сегмент PQ - рівномірне охоплення передсердь збудженням та проведення імпульсу по пучку Гіса, його ніжкам та волокнам Пуркіньє.

Зубці QRS – це комплекс, який утворюється внаслідок збудження шлуночків.

Сегмент ST – рівномірне охоплення збудженням обох шлуночків. У нормі він розташовується лише на рівні ізолінії.

Зубець T – процес виходу шлуночків зі стану збудження (реполяризація).

Зубець U – у деяких випадках реєструється після зубця Т. Він виникає через запізнення реполяризації окремих ділянок міокарда шлуночків. Часто спостерігається за різних патологій [2].

Зубці Q, R і S разом називають комплексом QRS, інтервал між закінченням зубця S і початком зубця Т відомий, як сегмент ST. Складові комплексу QRS називаються так, як представлено на малюнку 4. Якщо

Малюнок 3 - Форма сигналу ЕКГ

перший зубець комплексу QRS негативний - він позначається як зубець Q (рисунок 4. а). Усі спрямовані вгору зубці позначаються буквою R (рисунок 4. б),незалежно від цього, є перед ними зубець Q чи ні (рисунок 4. в). Будь-який негативний зубець комплексу QRS після зубця R позначається буквою S (рис. 4. г), незалежно від того, був раніше зубець Q чи ні (рис. 4. д).

(а) Зубець Q. (б, в) Зубці R. (г, д) Зубці S

Малюнок 4 - Складові комплексу QRS

ЕКГ є основним методом діагностики порушень ритму серця. Контроль ефективності лікування аритмій здійснюється на основі ЕКГ. ЕКГ допомагає розібратися у причинах болю у грудній клітці. ЕКГ допомагає діагностиці причин задишки. Насправді, аналіз ЕКГ - це розпізнавання патернів, т. е. віднесення електрокардіографічних образів (форма зубців, комплексів та його поєднання) до певної патології. Тим не менш, можна аналізувати ЕКГ, ґрунтуючись на базових електрофізіологічних принципах, пам'ятаючи про кілька простих правил та основні факти [3].

Вхідні сигнали, що обробляються аналоговою частиною системи ЕКГ, лежать у діапазоні від 0.5 до 5 мВ, за наявності постійної складової ±300 мВ, що виникає через контактну різницю потенціалів між електродами та шкірою, та різницею потенціалів між електродами та землею до 1.5 В. Корисна складова сигналу ЕКГ залежить від сфери застосування системи і лежить в діапазоні частот від 0.5 до 50 Гц для систем моніторингу у відділеннях інтенсивної терапії, і може досягати 1 кГц у системах вимірювання потенціалів, що запізнюються (в кардіостимуляторах). Стандартна клінічна система ЕКГ має смугу пропускання від 0,05 Гц до 100 Гц. Перший максимум частот становить 1,3 Гц і відповідає передсердному зубцю (Р), другий максимум частот близько 12-15 Гц відповідає швидкому коливанню (QRS); проміжні частоти 2-5 Гц припадають на кінцеве коливання (зубець Т). Вищі частоти(70 Гц і вище) виявляються на електрокардіографічній кривій як розщеплення, зазубринки або потовщення, що накладаються на швидке коливання.

Сигнал ЕКГ може бути забруднений різними видами шуму. Джерела шуму:

- перешкоди промислової частоти: 50 Гц;

- контактний шум електродів: контактна різниця потенціалів електрод-шкіра, що створює основний дрейф нуля;

- артефакт руху: зрушення постійної складової, зумовлені зміною опору електрод – шкіра;

- Високочастотні електромагнітні перешкоди від інших пристроїв, що збуджуються у проводах електродів, що виступають як антен.

Для точної розшифровки даних необхідно провести фільтрацію, щоб зменшити вплив всіх цих джерел шумів [1].

Електрокардіографія - найбільш широко застосовувана та вивчена область аналізу біопотенціалів. Однак прилади, що серійно випускаються, з відносно низьким ставленням сигнал/шум не дозволяють використовувати всю інформацію ЕКС, яку можна отримати при технічно досяжних в даний час можливостях електрокардіографів.

Серед методів підвищення діагностичної інформативності електрокардіографії додатково посилена (великомасштабна) ЕКГ зайняла міцне місце у діяльності науково-дослідних установ та дозволила отримати важливу для діагностики інформацію про хворих.

Посилена (великомасштабна) електрокардіографія вимагає реєстрації ЕКГ сигналів із чутливістю 50-100 мм/мВ. Зрозуміло, що вимоги до таких апаратів повинні бути іншими, ніж до типових електрокардіографів. Таке посилення потрібне виявлення низькоамплітудних елементів ЕКГ. Цим можна отримати додаткову інформацію про електричну активність міокарда та виробити нові діагностичні критерії,сприяють більш точній інтерпретації змін ЕКГ [4].

У клінічній електрокардіографії став класичним запис кривих при чутливості електрокардіографа 10 мм/мВ. Вибір такого посилення не обумовлений спеціальними технічними або медичними вимогами. Однак при подібній чутливості деякі елементи ЕКГ залишаються невираженими, що призводить до певних труднощів під час їх оцінки. У серійних приладах максимальна чутливість обмежена вимогами 20 мм/мВ [4,6].

Якщо розглядати ЕКГ як стаціонарний сигнал, то для отримання великомасштабної ЕКГ можна було б використовувати і метод так званого когерентного накопичення, заснований на тому, що аналоговий ЕКС аналого-цифровим перетворювачем перетворюється на цифровий. При цьому випадкові перешкоди при усередненні сигналу погашаються, а корисний сигнал, якщо виходити з припущення, що він має однакову величину та час виникнення, посилюється зі збільшенням кількості оброблених комплексів. Подібний підхід підкуповує передбачуваною можливістю позбавлення перешкод, скільки завгодно великого, посилення корисного сигналу і можливістю автоматичного обчислення різних ЕКГ-ознак. Тому він використовувався в системах автоматичного аналізу ЕКГ і навіть для виявлення потенціалів передсердно-шлуночкового пучка (пучок Гіса) [7,8].

---