Треугольник эйнтховена с обозначением отведений. Электрокардиографические отведения

30.06.2020

Благодаря использованию очень лёгкой и тонкой нити и возможности изменять её напряжение для регулирования чувствительности прибора струнный гальванометр позволил получить более точные выходные данные, чем капиллярный электрометр. Первую статью о записывании электрокардиограммы человека на струнном гальванометре Эйнтховен опубликовал в 1903 году. Существует мнение, что Эйнтховену удалось достичь точности, превосходящей многие современные электрокардиографы.

В 1906 году Эйнтховен опубликовал статью «Телекардиограмма» (фр. Le tlcardiogramme), в которой описал метод записи электрокардиограммы на расстоянии и впервые показал, что электрокардиограммы различных форм сердечных заболеваний имеют характерные различия. Он привёл примеры кардиограмм, снятых у пациентов с гипертрофией правого желудочка при митральной недостаточности, гипертрофией левого желудочка при аортальной недостаточности, гипертрофией левого ушка предсердия при митральном стенозе, ослабленной сердечной мышцей, с различными степенями блокады сердца при экстрасистоле.

Вскоре после опубликования первой статьи о применении электрокардиографа Эйнтховена посетил инженер из Мюнхена Макс Эдельманн с предложением наладить производство электрокардиографов и выплачивать Эйнтховену отчисления примерно по 100 марок за каждый проданный аппарат. Первые электрокардиографы, произведённые Эдельманном, были фактически копиями образца, сконструированного Эйнтховеном. Однако изучив чертежи электрокардиографа Эйнтховена, Эдельманн понял, что его можно усовершенствовать. Он увеличил мощность и уменьшил размеры магнита, а также устранил необходимость его водяного охлаждения. В результате Эдельманн сконструировал аппарат, сильно отличающийся по параметрам и дизайну от первоисточника, к тому же он узнал об аппарате Адера и использовал это как довод к тому, чтобы больше не выплачивать дивиденды от продаж. Разочаровавшись, Эйнтховен принял решение в дальнейшем не сотрудничать с Эдельманном и обратился с предложением заключить соглашение о производстве к директору компании CSIC Хорэсу Дарвину.

Представителю компании, посетившему лабораторию Эйнтховена, не приглянулись возможности аппарата в силу его громоздкости и требовательности к людским ресурсам: он занимал несколько столов, весил приблизительно 270 килограммов и требовал для полноценного обслуживания до пяти человек. Однако в своей статье «Дополнительно об электрокардиограмме» (нем. Weiteres ber das Elektrokardiogramm, 1908) Эйнтховен показал диагностическое значение электрокардиографии. Это послужило серьёзным аргументом, и в 1908 году CSIC начала работы по усовершенствованию аппарата; в том же году был произведён и продан британскому физиологу Эдварду Шарпей-Шеферу первый произведённый компанией электрокардиограф.

К 1911 году была разработана «настольная модель» аппарата, владельцем одной из которых стал кардиолог Томас Льюис. Используя свой аппарат, Льюис изучил и классифицировал различные типы аритмии, ввёл новые термины: пейсмейкер, экстрасистола, мерцательная аритмия и опубликовал несколько статей и книг об электрофизиологии сердца. Устройство и управление аппаратом всё же оставалось затруднительным, о чём косвенно свидетельствует прилагавшаяся к нему десятистраничная инструкция. В период с 1911 по 1914 годы было продано 35 электрокардиографов, десять из которых было отправлено в США. После войны было налажено производство аппаратов, которые можно было бы подкатить непосредственно к больничной койке. К 1935 году удалось снизить вес аппарата до примерно 11 килограммов, что открыло широкие возможности к его использованию в медицинской практике.

Треугольник Эйнтховена

В 1913 году Виллем Эйнтховен в сотрудничестве с коллегами опубликовал статью, в которой предложил к использованию три стандартных отведения: от правой руки к левой, от правой руки к ноге и от ноги к левой руке с разностями потенциалов: V1,V2 и V3 соответственно. Такая комбинация отведений составляет электродинамически равносторонний треугольник с центром в источнике тока в сердце. Эта работа положила начало векторкардиографии, получившей развитие в 1920-х годах ещё при жизни Эйнтховена.

Закон Эйнтховена

Закон Эйтховена является следствием закона Кирхгофа и утверждает, что разности потенциалов трёх стандартных отведений подчиняются соотношению V1 + V3 = V2. Закон имеет применение, когда вследствие дефектов записи не удаётся идентифицировать зубцы P, Q, R, S, T и U для одного из отведений; в таких случаях можно вычислить значение разности потенциалов, при условии, если для других отведений получены нормальные данные.

Поздние годы и признание

В 1924 году Эйнтховен прибыл в США, где помимо посещения различных медицинских заведений прочитал лекцию из цикла Лекций Харви (англ. Harvey Lecture Series), положил начало циклу Лекций Данхема (англ. Dunham Lecture Series) и узнал о присуждении ему Нобелевской премии. Примечательно, что когда Эйнтховен в первый раз прочитал эту новость в Boston Globe, он подумал, что это либо шутка, либо опечатка. Однако его сомнения развеялись, когда он ознакомился с сообщением от Reuters. В том же году он получил премию с формулировкой «За открытие техники электрокардиограммы». За свою карьеру Эйнтховен написал 127 научных статей. Последняя его работа была опубликована посмертно, в 1928 году, и посвящалась токам действия сердца. Исследования Виллема Эйнтховена порой причисляются к десяти величайшим открытиям в области кардиологии в XX веке. В 1979 году был основан Фонд Эйнтховена, целью которого является организация конгрессов и семинаров по кардиологии и кардиохирургии.

Эйнтховен долгие годы страдал от артериальной гипертензии. Однако причиной его смерти 29 сентября 1927 года стал рак желудка. Эйнтховен был похоронен на церковном кладбище в городе Угстгест.

Размещение электродов для регистрации отведений I, II, III, образует так называемый треугольник Эйнтховена. Каждая сторона этого равностороннего треугольника между двумя электродами соответствует одному из стандартных отведений.

Сердце расположено в центре генерируемого им электрического поля и рассматривается как центр этого равностороннего треугольника. Из треугольника получается фигура с трехосевой системой координат для стандартных отведений.

Сумма электрических потенциалов, регистрируемый в любой момент в отведениях I и III, равна электрическому потенциалу, регистрируемому в отведении II. Этот закон может быть использован для обнаружения ошибок, допущенных при наложении электродов, выяснения причин регистрации необычных сигналов их трех стандартных отведений и для оценки серийных ЭКГ.

Полярность электродов при их фиксации на конечностях и поверхности грудной клетки

Стандартные отведения. Эти отведения называются двухполюсными, потому что каждое имеет два электрода, которые обеспечивают одновременную запись электрических токов сердца, идущих по направлению к двум конечностям. Двухполюсные отведения позволяют измерять потенциал между двумя положительным (+) и отрицательным (-) электродами.

Электрод на правом предплечье всегда рассматривается в качестве отрицательного полюса, на левой голени – всегда в качестве положительного. Электрод на левом предплечье может быть либо положительным, либо отрицательным в зависимости от отведения: в отведении I он положительный, а в отведении III – отрицательный.

Когда ток направлен к положительному полюсу, зубец ЭКГ направлен вверх от изоэлектрической линии (положительный). Когда ток идет к отрицательному полюсу, зубец ЭКГ инвертирован (отрицательный). В отведении II ток распространяется от отрицательного к положительному полюсу, поэтому зубцы на обычной ЭКГ направлены вверх.

Электроды регистрации ЭДС с прекардиальной области располагаются в следующих точках:

V-1 - в четвертом межреберье по правому краю грудины;

V-2 - в четвертом межреберье по левому краю грудины;

V-3 - посредине лини, соединяющей точки V-2 и V-4;

V-4 - в пятом межреберье по левой срединно-ключичной линии;

V-5 - в пятом межреберье по левой передней подмышечной линии;

V-6 - в пятом межреберье по левой средней подмышечной линии.

Сигналы каких отделов сердца регистрируются

В шести отведениях (стандартных и усиленных от конечностей) сердце рассматривается во фронтальной плоскости. Отведение I отражает боковую стенку сердца, отведения II и III – нижнюю стенку. Отведения прекардиальной области (V-1-6) позволяют проанализировать ЭДС сердца в горизонтальной.

Измерения на разграфленной ленте. ЭОС – электрическая ось сердца

Наличие на электрокардиографической ленте, нанесенной типографским способом сетки позволяет измерять электрическую активность во время сердечного цикла. Запись ЭКГ происходит за счет перемещения в вертикальном направлении нагреваемого пера по протягиваемой со скоростью 25 мм в секунду термочувствительной ленте со стандартными клеточками. (Скорость движения ленты 50мм в сек, применяется в том случае, если необходимо более детально рассмотреть какие-то изменения ЭКГ).

Горизонтальная ось. Длина того или иного интервала на этой оси соответствует продолжительности конкретно проявления электрической активности сердца. Сторона каждого маленького квадрата соответствует 0,04 с. Пять маленьких квадратов образуют один большой – 0,2 с.

Вертикальная ось. Высота зубцов отражает электрический вольтаж (амплитуду) в милливольтах. Высота каждого малого квадрата соответствует 0,1 мВ, каждого большого 0,5. Амплитуду определяют путем подсчета малых квадратов от изоэлектрической линии до наивысшей точки зубца.

Элементы ЭКГ

Основными компонентами, образующими главные фигуры ЭКГ, являются зубец Р, комплекс QRS и зубец Т. Эти единицы электрической активности могут быть разбиты на следующие сегменты и интервалы: интервал PR, сегмент ST и интервал QT.

Зубец Р. Наличие зубца Р указывает на завершение процесса деполяризации предсердий и на то, что импульс исходит из синоатриального узла, предсердий или ткани атриовентрикулярного соединения. Если форма зубца Р нормальная, это означает, что импульс исходит их СА-узла. Когда Зубец Р предшествует каждому комплексу QRS, импульсы проводятся от предсердий к желудочкам.

Нормальные характеристики:

локализация – предшествует комплексу QRS;

амплитуда – не более 0,25 мВ;

продолжительность – от 0,06 до 0,11 с;

форма – обычно округлый и направлен вверх.

Интервал PR. Отражает период от начала деполяризации предсердий до начала деполяризации желудочков – время, необходимое, чтобы импульс от СА-узла через предсердия и АВ-узел дошел до ножек пучка Гиса. Он дает некоторое представление о месте формирования импульса. Любые варианты изменения этого интервала. Выходящие за рамки нормы, свидетельствуют о замедлении проведения импульса, например при АВ-блокаде.

Номальные характеристики:

локализация – от начала зубца Р до начала комплекса QRS;

амплитуда – не измеряется;

продолжительность – 0,12-0,2 с.

Комплекс QRS. Соответствует деполяризации желудочков сердца. Хотя реполяризация предсердий происходит в то же самое время, на ЭКГ ее признаки неразличимы.

Распознавание и правильная интерпретация комплекса QRS – ключевой момент в оценке деятельности кардиомиоцитов желудочков. Длительность комплекса отражает время внутрижелудочкового прохождения импульса.

Когда зубец Р предшествует каждому комплексу QRS, это означает, что импульс исходит из СА-узла, ткани предсердий или ткани АВ-соединения. Отсутствие зубца Р перед желудочковым комплексом свидетельствует о том, что импульс исходит из желудочков, т.е. имеется желудочковая аритмия.

Нормальные характеристики:

локализация – следует за интервалом PR;

амплитуда – различна во всех 12 отведениях;

продолжительность – 0,06-0,10 с при измерении от начала зубца Q (или зубца R, если зубец Q отсутствует) до начала конца зубца S;

форма – состоит из трех компонентов: зубца Q, являющимся первым отрицательным отклонением пера электрокардиографа, положительного зубца R и зубца S – отрицательного отклонения, возникающего после зубца R. Все три зубца комплекса видны не всегда. Из-за того, что желудочки депеоляризуются быстро, что сопровождается минимальным временем контакта пера электрокардиографа с бумагой, комплекс вычерчен более тонкой линией, чем другие компоненты ЭКГ. При оценке комплекса следует обращать внимание на две его наиболее важных характеристики: продолжительность и форму.

Сегмент ST и зубец T. Соответствует окончанию деполяризации желудочков и началу их реполяризации. Точка, соответствующая концу комплекса концу комплекса QRS и началу сегмента ST, обозначается как точка J.

Изменения сегмента ST может свидетельствовать о повреждении миокарда.

Нормальные характеристики:

локализация – от конца S до начала T;

амплитуда – не измеряется;

форма – не измеряется;

отклонения – обычно ST изоэлектричен, допустимо отклонение не более 0,1 мВ.

Зубец Т. Пик зубца Т соответствует относительному рефрактерному периоду реполяризации желудочков, во время которого клетки особенно ранимы при воздействии дополнительных стимулов.

Нормальные характеристики:

локализация – следует за зубцом S;

амплитуда – 0,5 мВ или меньше в отведениях I, II и III;

продолжительность – не измеряется;

форма – вершина зубца округлая, а сам он относительно пологий.

Интервал QT и зубец U. Интервал отражает время, необходимое для цикла деполяризации и реполяризации желудочков. Изменение его продолжительности может указывать на патологию миокарда.

Нормальные характеристики:

локализация – от начала желудочкового комплекса до конца зубца Т;

амплитуда – не измеряется;

продолжительность – варьирует в зависимости от возраста, пола и частоты сердечных сокращений, обычно между 0,36-0,44 с. общеизвестно, что интервал QT не должен превышать половину расстояния между двумя последовательными зубцами R при правильном ритме;

форма – не измеряется.

При оценке интервала следует обращать внимание на его продолжительность.

Зубец U отражает реполяризацию волокон Гиса-Пуркинье и может отсутствовать на ЭКГ.

Нормальные характеристики:

локализация – следует за зубцом Т;

амплитуда – не измеряется;

продолжительность – не измеряется;

форма – направлен вверх от осевой линии.

При оценке зубца следует обращать внимание на его наиболее важную характеристику – форму.

ИНТЕРПРИТАЦИЯ ЭКГ

Шаг 1: оценка ритма.

Шаг 2: определение частоты сокращений. Определение идентичности интервала Р-Р и R-R и сопряжены ли они друг с другом.

Шаг 3: оценка зубца Р. Необходимо получить ответы на вопросы:

Имеются ли на ЭКГ зубцы Р?

Нормальны ли очертания зубцов Р (обычно они направлены вверх и закруглены)?

Везде ли зубцы Р одинаковы по размерам и форме?

Везде ли зубцы Р обращены в одну и ту же сторону – направлены вверх, вниз или двухфазны?

Везде ли отношение зубцов Р и комплексов QRS одинаково?

Во всех ли случаях одинаково расстояние между зубцами Р и QRS?

Шаг 4: определение длительности интервала Р-R. После того, как определена длительность интервала Р-R (норма 0,12 –0,2 с), выясните, во всех ли циклах они одинаковы?

Шаг 5: определение длительности комплекса QRS. Необходимо получить ответы на вопросы:

Все ли комплексы имеют одинаковые размеры и очертания?

Какова продолжительность комплекса (норма 0,06-0,10 с)?

Во всех ли случаях одинаково расстояние между комплексами и следующими за ними зубцами Т?

Все ли комплексы имеют одинаковую направленность?

Имеются ли на ЭКГ комплексы, отличающиеся от остальных? Если да, измерьте и опишите каждый такой комплекс.

Шаг 6: оценка зубцов Т. ответы на вопросы:

Имеются ли на ЭКГ зубцы Т?

Все ли зубцы Т имеют одинаковую форму и очертания?

Не спрятан ли зубец Р в зубце Т?

В одну ли сторону направлены зубцы Т и комплексы QRS?

Шаг 7: определение длительности интервала QT. Выясните, соответствует длительность интервала норме (0,36-0,44 с или 9-11 малых квадратов).

Шаг 8: оценка любых других компонентов. Выясните, нет ли на ЭКГ каких-либо других компонентов, включающих проявления эктопических и аберративных импульсов и другие аномалии. Проверьте сегмент ST на предмет наличия в нем любых отклонений и обратите внимание на зубец U. Опишите свои находки.

Теоретические основы

Стандартные отведения

Отведение I.

Отведение II.

Отведение III.

Электрокардиограф

Электрокардиограф – прибор регистрирующий разности потенциалов, вызванных электрической активностью сердца, между точками на поверхности тела.

Типовые блоки электрокардиографа:

1. Входное устройство - система электродов, кабелей их подключения к прибору, приспособлений для фиксации электродов.

2. Усилитель биопотенциалов. Коэффициент усиления – порядка 1000.

3. Регистрирующее устройство - обычно термопринтер с разрешением не менее 8 точек/мм. Применяются значения скорости протяжки ленты 25 мм/с и 50 мм/с

4. ЖКИ – экран с видеоконтроллером.

5. Центральный процессор.

6. Клавиатура.

7. Блок питания

8. Блок калибровки. При его кратковременных включениях, на вход усилителя вместо пациента подключается калибровочный прямоугольный импульс амплитудой (1±0.01) мВ. Если коэффициент усиления по п.2 в допуске, то на ленте прописывается прямоугольный импульс высотой 10 мм

Требования ГОСТ 19687-89

ГОСТ 19687-89 «ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ СЕРДЦА» (см. Приложение 1) определяет основные характеристики электрокардиографов и электрокардиоскопов и методы их измерения. Основные параметры приборов должны соответствовать приведенным в таблице 1.

Таблица 1

Наименование параметра

Значение параметра

1. Диапазон входных напряжении U, мВ. впределах 2. Относительная погрешность измерения напряжения* и, в диапазонах: от 0,1 до 0,5 мВ, %, не более от 0,5 до 4 мВ, %, не более 3. Нелинейность, %, в пределах: для электрокардиографов для электрокардиоскопов 4. Чувствительность S, мм/мВ 5. Относительная погрешность установки чувствительности, %. в пределах 6. Эффективная ширина записи (изображения) канала В, мм, не менее 7. Входной импеданс Zвх, МОм, не менее 8. Коэффициент ослабления синфазных сигналов Кс, не менее: для электрокардиографов для электрокардиоскопов 9. Напряжение внутренних шумов, приведенных ко входу Uш, мкВ, не более 10. Постоянная времени, с. не менее 11. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в диапазонах частот: от 0,5 до 60 Гц, % от 60 до 75 Гц, % 12. Относительная погрешность измерения интервалов времени в диапазоне интервалов времени от 0.1 до 1.0 с,% не более 13. Скорость движения носителя записи (скорость развертки) Vн мм/с 14. Относительная погрешность установки скорости движения носителя записи (скорости развертки) ,%, в пределах: для электрокардиографов для электрокардиоскопов

От 0,03 до 5 ±15 ±7 ±2 ±2.5 2.5**; 5; 10; 20; 40** ±5 40*** 100000 28000 20 3.2 от -10 до +5 от -30 до +5 ±7 25,50 допустимы и иные значения ±5 ±10

* Допускается не проверять при проведении приемо-сдаточных испытаний.

** Допускается по согласованию с заказчиком.

***Для носимых приборов по согласованию с заказчиком допускаются значения менее 40 мм.

В международном стандарте IEC 60601-2-51 “Medical electrical equipment-Part 2-51: Particular requirements for safety, including essential performance, of recording and analysing single channel and multichannel electrocardiographs”, принятом целиком в РФ требования установлены в SECTION EIGHT - ACCURACY OF OPERATING DATA AND PROTECTION AGAINST HAZARDOUS OUTPUT (см. Приложение 2).

Типовая схема электрокардиографа с активной компенсацией синфазной помехи.

Рис. 5. Типовая структура ЭКГ- канала с активной компенсацией синфазной помехи.

Рис. 6. Главная часть схемы канала ЭКГ

Кардиограф DIXION ECG-1001a

Кабель отведений пациента

Согласующее устройство

Задняя и передняя панель соответственно.

Схема установки.

Схема согласующего устройства для проверки диапазона регистрируемых сигналов, погрешности чувствительности, погрешности измерения напряжения, погрешности измерения интервалов времени, погрешности скорости движения, погрешности калибровочного сигнала, постоянной времени, АЧХ

Условные обозначения элементов схемы и их номинальные значения:

G1 – генератор сигналов специальной формы;

G2 – генератор импульсов прямоугольной формы;

R1 – 51 кОм ±5%;

R2– 100 кОм ±0,1%;

R3– 100 Ом ±0,1%;

R4– 51 Ом ±5%;

R5 – выбирают для получения напряжения на R4±(300 мВ±10%) в зависимости от напряжения источника;

R8 - 100 Ом ±5%;

C1 – 47 нФ ±10%;

Z1 - параллельно соединенные R1 и C1;

Z2 - параллельно соединенные R6 и C2;

U – источник постоянного напряжения, обеспечивающий напряжение на R4±(300±10%).

Порядок выполнения работы

Под контролем лаборанта собрать схему установки.

Перед проверкой основных параметров прибор подвергают испытанию на допустимые перегрузки по входному напряжению в каждом регистрирующем канале гармоническим сигналом размахом 1В ÷5% и частотой 50 Гц±5%, приложенным между отводящими электродами в течении времени не менее 10 с. Фильтры должны быть выключены. Испытания не должны приводить к повреждению пишущего механизма или электрической схемы прибора.

Установить скорость протяжки ленты 25 мм/с (в меню кардиографа). Это означает, что при расшифровке записей одному миллиметру вдоль ленты соответствует время t = 1/25 = 0,04 с/мм.

1. Выполнить проверку относительной погрешности установки чувствительности подавая на вход прибора прямоугольный сигнал 5 Hz ±5% и амплитудой 1 V ±2% и изменяя усиление (20, 10, 5).

Для этого:

· Из библиотеки сигналов (кнопка More Function) выбрать прямоугольный сигнал, CardTest01_05_1(0,33Hz), изображенный на рис.12.3 и задаём частоту 0,33 Hz.

· На панели генератора установить амплитуду сигнала 2 V.

· На кардиографе выбрать чувствительность равной 5mm/mV кнопкой SENS. Возможны следующие уровни чувствительности: ×1 (10mm/mV) → ×2 (20mm/mV) →AGC → · 25 (2.5mm/mV)→ · 5 (5mm/mV)).

· Запустить сигнал кнопкой RUN.

· Повторить всё, установив амплитуду 1V, и чувствительность 10mm/mV. А затем задать амплитуду 0,5V и чувствительность 20mm/mV.

· С помощью линейки и циркуля измеряем отклонение амплитуды, допустимы отклонение ±5%.

· Заносим результаты в таблицу.

2. Проверку неравномерности АЧХ проводить подачей на вход прибора гармонического сигнала в соответствие со схемой 7.1.

Неравномерность АЧХ в процентах вычисляют по формуле: δ 1 = *100,

где h о - размер размаха изображения синусоиды на записи на опорной частоте 10 Гц, мм.

h max - размер размаха изображения синусоиды на записи максимально отличающегося от h о в положительную или отрицательную стороны, мм.

Для проверки АЧХ погрешности измерения напряжения рекомендуется использовать комплексные испытательные сигналы генератора PCSGU-250, представленные на Рис.12. (1 и 2 сигнал)

Для этого:

· Из библиотеки сигналов выбрать сигнал, CardTest10_20_30_40_50_60_75_100(0,5Hz).

· Установить частоту 0,5 Hz и амплитуду 2V.

· На кардиографе устанавливаем чувствительность 10mm/mV.

· Записываем сигнал.

· С помощью линейки и циркуля измеряем h о (для 10 Hz пачки сигналов)и h max 1 (для 60 Hz пачки сигналов) и h max 2 (для 75 Hz пачки сигналов.

· Проводим расчет по формуле для 60 и 75 Hz сигналов.

· Повторяем все действия для сигнала CardTest05_2_10_25(0,25Hz), установив амплитуду 2V, частоту 0,25 Hz.

· Измеряем h о для пачки сигналов 0,5 Hz и h max для пачки сигналов 10 и 25Hz, h max 1 (для 10 Hz) и h max 2 (для 25 Hz)

· Результаты вносим в таблицу.

Отклонения АЧХ допустимы следующие: в первом сигнале для пачки 60Гц "-10%", для пачки 75Гц - "30%". Во втором сигнале ±5%.

Рис.12. Комплексные испытательные сигналы, используемые при поверке электрокардиографов.

3. Проверку постоянной времени провести в каждом канале при чувствительности 5мм/мВ подачей на вход прибора сигнала прямоугольной формы размахом 4мВ±3% длительностью менее 5 с. Постоянную времени определить по записи как время затухания сигнала до уровня 0,37согласно чертежу без учета выбросов.

Изображение переходной характеристики на записи для каждого канала должно быть монотонным, обращенным в сторону нулевой линии.

· Выбираем прямоугольный сигнал с размахом 4мВ.

· Устанавливаем чувствительность на кардиографе 5мм/мВ.

· Записываем сигнал.

· С помощью линейки измеряем максимальную амплитуду (А), затем проводим горизонтальную линию на уровне 0,37А до пересечения с линией сигнала, и измеряем τ как показано на рисунке ниже.

Таблица результатов при измерении погрешности чувствительности

Таблица результатов при проверне неравномерности АЧХ

Таблица результатов при проверне постоянной времени

Выводы:

Теоретические основы

Интегральный электрический вектор сердца (ИЭВС) – это векторная сумма дипольных моментов токовых диполей по всему объему сердца. В ходе сердечного сокращения ИЭВС меняется как по величине, так и по направлению, что вызывает распространение электромагнитной энергии в пространстве.

Стандартные отведения

Эта энергия, распространяясь от сердца по многим направлениям, вызывает появление поверхностных потенциалов на коже разных в различных точках. Эта разница в потенциалах, называемая отведением, может быть зарегистрирована.

Отведение обеспечивает оценку электрической активности сердца между двумя точками (полюсами). Каждое отведение состоит из положительного (+) полюса, или активного электрода, и отрицательного (-) полюса. Между положительным и отрицательным полюсами проходит воображаемая линия, представляющая ось отведения. Поскольку отведения позволяют измерять электрический потенциал сердца с разных позиций, сигналы, регистрируемые этими отведениями, дают свою характерную для каждого отведения кривую.

Направление движения электрического сигнала определяет форму зубцов ЭКГ. Когда оно совпадает с направлением оси отведения и направлено к положительному полюсу, линия на ЭКГ отклоняется вверх («положительное отклонение»). Когда электрический ток направлен от положительного полюса к отрицательному, отклоняется вниз от изолинии («отрицательное отклонение»). Когда направление тока перпендикулярно к оси, зубцы ЭКГ направлены в любом направлении или могут быть низкими. Если электрическая активность отсутствует или слишком мала для измерения, на ЭКГ отображается прямая линия, что обозначается как изоэлектрическое отклонение.

В плоскости, проходящей через сердце вертикально от верхушки к основанию, электрические токи рассматриваются в направлении на сердце спереди. Фронтальную плоскость обеспечивают шесть отведений от конечностей (I, ІІ, ІІІ, aVR, aVL, aVF) (рис. 1).

В плоскости, проходящей горизонтально через середину сердца, направление электрических токов рассматривается сверху вниз. Такой подход обеспечивают шесть грудных отведений (V 1 -V 6) (рис. 2).

Рис. 2. Горизонтальная плоскость

отведения I, II и III (по Эйнтховену). Эти три отведения называются стандартными, или двухполюсными, отведениями от конечностей.

Для записи стандартных отведений от конечностей электроды размещают на правом предплечье, левом предплечье и левой голени. Четвертый электрод помещают на правую голень, он используется как заземление для стабилизации записи ЭКГ и не влияет на характеристику электрических сигналов, регистрируемых на ЭКГ

Эти отведения называют двухполюсными, потому что каждое имеет два электрода, которые обеспечивают одновременную запись электрических токов сердца, идущих по направлению к двум конечностям. Двухполюсные отведения позволяют измерять потенциал между положительным (+) и отрицательным (-) электродами.

Отведение I. Регистрирует электрические токи между правым (красный электрод) и левым предплечьями (желтый электрод).

Отведение II. Регистрирует электрические токи между правым предплечьем (красный электрод) и левой голенью (зеленый электрод).

Отведение III. Регистрирует электрические токи между левой голенью (зеленый электрод) и левым предплечьем (желтый электрод).

Электрод на правом предплечье всегда рассматривается в качестве отрицательного полюса, на левой голени всегда в качестве положительного. Электрод на левом предплечье может быть либо положительным, либо отрицательным в зависимости от отведения: в отведении I он положительный, а в отведении III - отрицательный.

Понятие о треугольнике Эйнтховена.

Размещение электродов для регистрации отведений I, II и Ш, как показано на рис. 3, образует так называемый треугольник Эйнтховена. Каждая сторона этого равностороннего треугольника между двумя электродами соответствует одному из стандартных отведений Эйнтховен считал, что сердце расположено в центре генерируемого им электрического поля. Поэтому сердце рассматривается как центр этого равностороннего треугольника. Из треугольника Эйнтховена получается фигура с трехосевой системой координат для стандартных отведений I, II и III.

Рис. 3. Треугольник Эйнтховена

Закон Эйнтховена гласит: сумма электрических потенциалов, рёгистрируемых в любой момент в отведениях I и Ш, равна электрическому потенциалу, регистрируемому в отведении П. Этот закон может быть использован для обнаружения ошибок, допущенных при наложении электродов, выяснения причин регистрации необычных сигналов в одном из трех стандартных отведений и для оценки серийных ЭКГ.

Отведения aVR, aVL и aVF (по Голбдбергу). Эти три отведения имеют общее название усиленных однополюсных отведений от конечностей.

В этих отведениях используются те же положения электродов, что и в стандартных отведениях I, II и III, то есть электроды фиксируются на правом предплечье, левом предплечье и левой голени. Электрод, наложенный на правую голень, при записи сигналов в этих отведениях не используется.

В отведениях aVR, aVL и aVF исследуется разность электрических потенциалов между конечностями и центром сердца. Их называют однополюсными, потому что лишь один электрод используют для регистрации электрического сигнала; центр сердца всегда нейтрален, поэтому второго электрода не требуется. Обозначение усиленных отведений от конечностей происходит от первых букв английских слов «а» - augmented (усиленный), «V»-voltage (потенциал), «R»-right (правый), «L»-left (левый), «F»-foot (нога).

В связи с изложенным, все электроды в этих отведениях являются положительными. Отрицательный электрод получают путем сложения сигналов отведений I, ІІ и III, алгебраическая сумма которых равна нулю.

Эти отведения также называют усиленными, так как амплитуда комплексов увеличена на 50% по сравнению со стандартными отведениями. Запись усиленных отведений более удобна для интерпретации.

Соотношения, положенные в основу работы электрокардиографа :

UI= Uвх(L)-Uвх(R);

UII= Uвх(F)-Uвх(R);

UIII= Uвх(F)-Uвх(L);

UaVR=Uвх(R)-(Uвх(L)-Uвх(F))/2;

UaVL=Uвх(L)-(Uвх(F)-Uвх(R))/2;

UaVF=Uвх(F)-(Uвх(L)-Uвх(R))/2;

UVi= Uвх(Ci)-(Uвх(R)+Uвх(L)+Uвх(F))/3, где i=1,2,…,6.

Отведения V1- V6 (по Вильсону). Эти шесть отведений называют однополюсными сердечными, или грудными, отведениями. Их обозначают буквой V, а точки съёма положительных потенциалов j (и соответствующие провода кабеля отведений) - буквой С с номером, соответствующим положению электрода (рис. 4). Отрицательный потенциал берётся с точки, потенциал которой формируется в соответствии с соотношением (j R +j L +j F)/3.

Электроды располагают в следующих точках:

С(V)1 - в четвертом межреберье по правому краю грудины (красный электрод);

С(V)2 - в четвертом межреберье по левому краю грудины (желтый электрод);

C(V)3 - посредине линии, соединяющей точки V2 и V4 (зеленый электрод);

C(V)4 - в пятом межреберье по левой срединно-ключичной линии (коричневый электрод);

C(V)5 - в пятом межреберье по левой передней подмышечной линии (черный электрод);

C(V)6 - в пятом межреберье по левой средней подмышечной линии (фиолетовый электрод).

Рис. 4. Отведения по Вильсону

В грудных отведениях измеряется разность электрических потенциалов между электродами, размещенными на груди, и центральным терминалом. Грудные электроды в любом из отведений V всегда положительны. Отрицательный электрод получают за счет сложения сигналов отведений I, II и III, алгебраическая сумма которых равна нулю.

Сначала записывают отведения от конечностей. Металлические электроды электрокардиографа накладывают на руки и ноги больного. Электрод на правой ноге выполняет роль электрического заземления. Электроды на руках прикрепляют чуть выше запястий, на ногах — выше лодыжек.

Рис. 3-3. Для записи электрокардиограммы используют металлические электроды. Электрод на правой ноге выполняет функцию заземления, чтобы предотвратить помехи от сети переменного тока.

Электрические процессы сердца можно проецировать на туловище и конечности. По этой причине электрод, помещённый на правое запястье, регистрирует такое же электрическое напряжение, как и на правом плече; напряжение на левом запястье или другом участке левой руки соответствует напряжению на левом плече.

Наконец, напряжение на электроде, наложенном на левую ногу, сопоставимо с напряжением на левом бедре или в паховой области. В клинической практике электроды присоединяют к запястьям и лодыжкам просто для удобства. Очевидно, для регистрации электрокардиограммы у больного с ампутацией конечности или с гипсовой повязкой необходимо разместить электроды около плеч или паха, в зависимости от обстоятельств.

Выделяют стандартные биполярные (I, II, III) и . Биполярные отведения были названы так исторически, так как они регистрируют разность электрических потенциалов между двумя конечностями.

Подключение электродов стандартных отведений от конечностей

I отведение, например, записывает разницу напряжений между электродами на левой руке и правой руке:

I отведение = левая рука - правая рука.

II отведение регистрирует разницу напряжений между электродами на левой ноге и правой руке:

II отведение = левая нога - правая рука.

III отведение позволяет оценить разницу напряжений между электродами на левой ноге и левой руке:

III отведение = левая нога - левая рука.

При записи I отведения происходит следующее. Электрод левой руки измеряет электрическое возбуждение сердца с вектором, направленным к левой руке, а электрод правой руки — с вектором, направленным к правой руке. Электрокардиограф регистрирует разность потенциалов между левой рукой и правой рукой и показывает её в I отведении. При записи II отведения то же самое происходит с потенциалами электродов левой ноги и правой руки, а при записи III отведения — левой ноги и левой руки.

I, II и III отведения можно представить схематично в виде треугольника, названного треугольником Эйнтховена по имени голландского физиолога, который изобрёл электрокардиограф в начале 1900-х годов. Сначала ЭКГ состояла только из записи I, II, и III отведений. Треугольник Эйнтховена отражает пространственное расположение трех стандартных отведении от конечностей (I, II, III).

Рис. 3-4. Расположение I, II и III отведений. (I отведение регистрирует разность электрических потенциалов между левой и правой руками, II отведение - между левой ногой и правой рукой, III отведение - между левой ногой и левой рукой.)

Проекция I отведения расположена горизонтально. Левый полюс (левая рука) I отведения положительный, а правый полюс (правая рука) — отрицательный, поэтому I отведение = левая рука - правая рука. Проекция II отведения направлена по диагонали вниз. Его нижний полюс (левая нога) положительный, а верхний полюс (правая рука) — отрицательный, поэтому II отведение = левая нога - правая рука. Проекция III отведения также направлена диагонально вниз. Его нижний полюс (левая нога) положительный, а верхний полюс (левая рука) — отрицательный, поэтому III отведение = левая нога - левая рука.

Эйнтховен, конечно, мог обозначить отведения по-другому. В данном виде биполярные отведения описывает следующая простая формула:

I отведение + III отведение = II отведение.

Другими словами, если сложить величины вольтажа зубцов I и III отведений, мы получим вольтаж во II отведении. Это лишь приблизительное правило. Оно выполнимо при одновременной регистрации трёх стандартных отведений с использованием синхронизированного канала электрокардиографа, поскольку пики зубцов R в трёх отведениях не одновременны.

Эту формулу можно проверить. Сложив вольтаж зубца R в I отведении (+9 мм) и зубца R в III отведении (+4 мм), получим +13 мм — вольтаж зубца R во II отведении. То же самое можно сделать с зубцами и .

При оценке электрокардиограммы полезно сначала быстро просмотреть I, II и III отведения. Если зубец R во II отведении не равен сумме зубцов R в I и III отведениях, возможно, запись неверна или электроды наложены неправильно.

Уравнение Эйнтховена — результат записи биполярных отведений. Электрический потенциал от электрода на левой руке положительный в отведении I и отрицательный в отведении III, равновесие наступает при добавлении двух других отведений:

I отведение = левая рука - правая рука;

II отведение = левая нога - левая рука;

I отведение + III отведение = левая нога - правая рука = II отведение.

Таким образом, в ЭКГ один плюс три равно двум.

Итак, I, II и III отведения — стандартные (биполярные) отведения от конечностей, которые изобретены раньше других . Эти отведения регистрируют разность электрических потенциалов между выбранными конечностями.

На рисунке треугольник Эйнтховена изображён так, что I, II и III отведения пересекаются в центральной точке. Для этого I отведение просто передвинули вниз, II — вправо, III — влево. В результате получают трёхмерную диаграмму. Эту диаграмму, представляющую три биполярных отведения, используют в разделе « ».

В 2002 г. опубликовал редакционную статью «10 величайших открытий в кардиологии XX века». Среди них были и ангиопластика, и открытая операция на сердце. Однако, бесспорно, первым методом в этом списке стоит электрокардиография, а рядом - фамилия голландца Виллема Эйнтховена, создателя первого распространенного метода инструментальной неинвазивной диагностики, с которым сталкивался каждый из нас. Нобелевский комитет по достоинству оценил изобретение и с формулировкой «за открытие техники электрокардиографии» вручил Эйнтховену премию.

Рисунок 1. Огастес Дезире Уоллер и его собака Джимми.

Если быть совсем точными, то, конечно, первую в истории электрокардиограмму (ЭКГ) снял не Эйнтховен. Но рейтинг Texas Heart Institute Journal всё же справедлив - по ней было абсолютно ничего не понятно. И «голландцем» нашего героя назвать можно, но можно и по-другому. Однако все по порядку.

Если рассуждать по принципу «государство N - родина слонов», Резерфорд , к примеру, окажется первым новозеландским нобелевским лауреатом, а Виллем Эйнтховен - первым нобелиатом Индонезии. Потому что родился он на острове Ява, в городе Семаранг, ныне - пятом по величине городе Индонезии. Тогда это была Голландская Ост-Индия , о государстве Индонезия никто не слышал, ведь до признания ее независимости оставалось более 80 лет.

С происхождением у Эйнтховена тоже все замысловато: он потомок изгнанных из Испании евреев. Фамилия появилась при Наполеоне, который в своем Кодексе указал, чтобы все граждане его империи, куда входила Голландия, имели фамилии. Двоюродный дед Эйнтховена выбрал немного искаженное название города, где он жил (надеюсь, не нужно упоминать, какого).

Отцом будущего нобелиата был военный врач, Якоб Эйнтховен, который, к сожалению, не смог обеспечить собственное здоровье. В 1866 г. он умер от инсульта, и через четыре года (Виллему тогда было уже 10) его семья перебралась в Утрехт. Разумеется, большого достатка в семье не было - его мать осталась одна с тремя детьми. Виллем решил пойти по стопам отца - отчасти по призванию (медицина), отчасти - по нужде. Дело в том, что заключив военный контракт, он смог обучаться на медицинском факультете Утрехтского университета бесплатно.

В студенческие годы Виллем был очень спортивным человеком, регулярно заявлял, что и в учебе нужно «не дать погибнуть телу», был прекрасным фехтовальщиком и гребцом (последнее - опять же вынужденно, поскольку сломал запястье и занялся греблей для восстановления функциональности кисти). Да и первая работа Эйнтховена по медицине была посвящена механизму работы локтевого сустава, одинаково важного как гребцу, так и фехтовальщику. В этой работе, пожалуй, уже проявилась двойственность таланта Эйнтховена: прекрасное знание анатомии и физиологии и интерес к физическим принципам работы человеческого организма. В данном случае - механике. А ведь дальше были работы и по оптике, и, разумеется, по электричеству.

Рисунок 2. Капиллярный электрометр Липпманна.

Дальше нашему герою очень повезло. Правда, при этом не повезло профессору физиологии Лейденского университета Адриану Хейнсиусу: он умер. А юному Эйнтховену, четверти века от роду, вместо службы в медицинском корпусе досталось профессорское место в не самом последнем европейском университете. Это случилось в 1886 г., и с тех пор более 41 года Эйнтховен работал в Лейдене - до самой своей смерти в 1927 г.

Активно занимался Эйнтховен и офтальмологией - его докторская диссертация называлась «Стереоскопия посредством дифференцировки цветов». Позже вышли очень интересные работы «Простое физиологическое объяснение различных геометрико-оптических иллюзий», «Аккомодация человеческого глаза» и другие. Впрочем, больше всего времени молодой исследователь занимался физиологией дыхания. В том числе и работой нервных импульсов в механизме контроля дыхания.

Но тут подоспел Первый Международный конгресс по физиологии - важнейшее событие в мировой медицине (Базель, 1889 г.). Там и произошла эпохальная встреча с Огастесом Уоллером (рис. 1), который первым в мире показал, что можно снять запись электрических импульсов сердца, не вскрывая тело живого организма (1887 г.) . То, что само тело человека может производить электричество, было очень новой мыслью в физиологии.

В Базеле Уоллер показывал свою работу при помощи собственного пса Джимми. Именно Уоллера нужно называть (и называют) первооткрывателем ЭКГ.

Правда, надо сказать, что кардиограммы у Уоллера были ужасные. Он регистрировал импульсы при помощи капиллярного электрометра (кстати, разработанного нобелевским лауреатом по физике 1908 года и одним из изобретателей цветной фотографии Габриэлем Липпманном) (рис. 2).

Рисунок 3. Струнный гальванометр Эйнтховена.

Рисунок 5. Треугольник Эйнтховена.

В этом приборе электрические импульсы от сердца попадали на капилляр с ртутью, уровень которой менялся в зависимости от силы тока. Но сама по себе ртуть меняла положение не мгновенно, а обладала некоей инерцией (ртуть ведь очень тяжелая жидкость). В результате получалась каша. Более того, записать импульсы сердца - это интересная задача, но тут любой ученый должен уметь отвечать на самый главный вопрос - «и что?»

Пять лет (с 1890 по 1895 гг.) Эйнтховен занимался усовершенствованием технологии капиллярной электрометрии и попутно создал нормальный математический аппарат обработки «каши». Что-то начало получаться, но все равно прибор был ненадежным, неточным и громоздким. Однако нельзя сказать, что эти годы прошли зря: в 1893 г. на заседании Нидерландской медицинской ассоциации из уст Эйнтховена впервые официально прозвучал термин «электрокардиограмма» .

Однако нормальной кардиограммы получить капиллярным методом не удалось. И в 1901 году Виллем Эйнтховен сделал собственный прибор - струнный гальванометр , а первую статью о том, что на нем записана кардиограмма, он опубликовал в 1903 г. (издание датировано 1902 г. ).

Его главной частью была кварцевая струна - ниточка из кварца толщиной в 7 микрон (рис. 3). Она делалась весьма оригинальным способом: стрела, к которой было прикреплено кварцевое разогретое волокно, выстреливалась из лука (от себя добавим, что таким же способом 20 лет спустя в свежесозданном ленинградском Физтехе молодые исследователи Николай Семенов и Петр Капица получали сверхтонкие капилляры). Эта нить при попадании на нее электрических импульсов отклонялась в постоянном магнитном поле. Чтобы фиксировать отклонение нити, параллельно ей во время измерений двигалась фотобумага, на которую при помощи системы линз проецировалась тень от нити (рис. 4).

Рисунок 6. Зубцы и интервалы кардиограммы.

Интересно, как на первые кардиограммы наносилась временная координатная сетка (сейчас бумага для кардиограмм сразу содержит сетку, но у Эйнтховена-то была фотобумага!). Сетка наносилась при помощи теней от спиц велосипедного колеса, вращавшегося с постоянной скоростью.

Голландец недолго прожил в лауреатах - через два года после своей нобелевской лекции он умер от рака желудка. Печальнее всего, что, несмотря на открытость своей лаборатории (в ней часто бывали гости), ни учеников, ни научной школы после Эйнтховена не осталось. А вот лаборатория Эйнтховена есть: его именем названа лаборатория экспериментальной сосудистой медицины в его родном Лейдене (Лейденский университетский медицинский центр, LUMC).

И еще одно любопытное наблюдение. Статья про Эйнтховена в русскоязычной Википедии гораздо подробнее и длиннее, чем статья в англоязычной , и более того, входит в число «хороших» статей (свидетельствую - хороша!). Удивительный факт, но у открывателя кардиограммы есть свои русскоязычные поклонники. Впрочем, теперь их стало минимум на одного больше.

Литература

Mehta N.J., Khan I.A. (2002). Cardiology’s 10 greatest discoveries of the 20th century. Tex. Heart Inst. J. 29 , 164–71 ;
Waller A. D. (1887). A demonstration on man of electromotive changes accompanying the heart’s beat . J. Physiol . 8 , 229–234 ;
Einthoven W. (1901). Un nouveau galvanomètre. Archives néerlandaises des sciences exactes et naturelles. ». Сайт политехнического музея..