Universitatea Tehnică a Moldovei

Facultatea Calculatoare, Informatică şi Microelectronică

Catedra Microelectronică şi Inginerie Biomedicală

Raport

La lucrarea de laborator nr.1la disciplina: Electronica medicală

Tema: Semnale biomedicale. Electrocardiografia și fotopletismografia

A efectuat: st. gr. ISBM-101 Babaian Alexandru

A verificat: lect. univ. Iavorschi Anatol

Chişinău 2013

Sarcina lucrării: să se facă cunoștință cu semnalele biomedicale, cu modul de utilizare a cardiografului

și a fotopletismografului, prelucrarea semnalului acestuia şi măsurarea frecvenței ciclului cardiac.

Considerații teoretice:

Semnal biomedical – activitatea electrică, care reprezintă rezultanta globală a activităţii unui ţesut

sau organ. Semnalele biomedicale sunt folosite pentru extragerea informaţiei din sistemul biologic

investigat. În îndeplinirea funcţiilor sale organismul generează o multitudine de semnale electrice şi

magnetice, care rezultă din activitatea electrochimică a anumitor celule. Dintre semnalele biomedicale pot

fi enumerate: reflexul galvanic al pielii, electroneurograma, electromiograma, electrocardiograma,

electroencefalograma, magnetoencefalograma, electroretinograma, electro-oculograma ş.a.

Electrocardiografia reprezintă tehnica de inregistrare a modificarilor potentialelor electrice ce apar

in puncte diferite de pe suprafata corpului ca rezultat al activitatii inimii. Inregistrarea poarta numele de

electrocardiografie (ECG) si se realizaeaza cu ajutorul unui aparat denumit electrocardiograf.

Electrogardiograma reflecta evenimentele electrice ale excitatiei cardiace: ritmul cardiac, ritmul si

originea excitatiei, propagarea impulsului si furnizeaza informatii despre orientarea anatomica a inimii si

marimea relativa a compartimentelor inimii. ECG nu furnizeaza informatii despre activitatea mecanica a

inimii (eficienta contractiei si pomparea sangelui).

Se numeste derivatie un circuit constituit din doi electrozi plasati in contact cu subiectul si conectati

la bornele unui electrocardiograf. O ECG standard este constituita din 12 derivatii obtinute prin plasarea a

doi electrozi pe membrele superioare, doi electrozi pe membrele inferioare si sase in locatii standard de pe

piept: 6 derivatii ale membrelor (3 standard si 3 augmentate sau marite) si sase derivatii precordiale.

Derivatiile pot fi bipolare atunci cand se folosesc doi electrozi activi (cele 3 derivatii standard ale

membrelor) si unipolare sau monopolare atunci cand un electrod este activ (explorator) si al doilea este

indiferent (plasat la un potential constant).

Sistemul celor 12 derivatii formeaza doua plane perpendiculare unul pe celalalt. Primul, denumit

planul frontal (Figura 1), este constituit din cele sase derivatii ale membrelor iar cel de-al doilea, planul

transversal, este format din derivatiile precordiale. Fiecare derivatie reprezinta o axa intr-unul din cele

doua planuri pe care inima proiecteaza vectorul activitatii sale electrice. Fiecare derivatie descrie

activitatea electrica a inimii dintr-un punct de vedere unic.

Fig. 1 Axele reprezentate de derivatiile membrelor in planul frontal

Triunghiul lui Einthoven

Din punct de vedere electric, trunchiul si membrele pot fi reprezentate sub forma unui triunghi

echilateral avand unul dintre varfuri orientat in dreptul abdomenului si celelalte doua la nivelul umerilor.

Deoarece corpul uman este un volum conductor, un electrod atasat la nivelul unui brat este

echivalent electric cu o conexiune la nivelul umarului iar un electrod atasat la nivelul piciorului este

echivalent cu o conexiune la nivelul abdomenului. Pornind de la acest principiu se obtin cele trei derivatii

standard bipolare ale membrelor figura de mai jos:

1) Derivatia I: electrod negativ la nivelul mainii drepte si electrod pozitiv la nivelul mainii stangi;

2) Derivatia II: electrod pozitiv la la piciorul stang, negativ la mana dreapta;

3) Derivatia III: electrod pozitiv la piciorul stang si negativ la mana stanga.

Pentru a se obtine aceste derivatii, subiectului i se ataseaza 4 electrozi, cate unul pentru fiecare

membru. Prin conventie, al patrulea electrod, cel de la piciorul drept, este folosit pentru impamantare

electrica. Din punct de vedere electric, derivatiile bipolare ale membrelor definesc un punct de referinta

in mijlocul inimii. Acesta constituie conexiunea negativa in cazul derivatiilor unipolare.

Derivatiile unipolare ale membrelor:

1) aVR: plus la bratul drept, conexiunea negativa fiind definita in punctul din mijlocul inimii;

2) aVL: conexiune pozitiva la nivelul bratului stang, conexiunea negativa fiind definita in punctul

din mijlocul inimii;

3) aVF: conexiune pozitiva la piciorul stang, conexiunea negativa fiind definita in punctul din

mijlocul inimii.

Deviatiile unipolare precordiale sunt in numar de sase si se obtin prin plasarea a sase electrozi

pozitivi pe torace, in pozitii standard. Electrodul negativ este reprezentat si în acest caz de punctul electric

din mijocul inimii. Deviatiile se notează cu litera V (“unipolar”): V1, V2, .....V6.

1. Înregistrează activitatea electrică a inimii în plan transversal.

2. Sunt derivaţii “unipolare”, cu electrodul pozitiv situat pe torace (V1-V6) şi electrodul de referinţă

format din cele trei derivaţii ale membrelor unite.

3. Electrodul explorator poziţionat după cum urmează:

- V1 -spaţiul IV intercostal drept parasternal;

- V2 - spaţiul IV intercostal stîng parasternal;

- V3 -la jumătatea distanţei dintre V2 şiV 4 ;

- V4 -spaţiul V intercostal stîng, pe linia medioclaviculară (apexul);

- V5 -spaţiul V intercostal stîng, pe linia axilară anterioară;

- V6 -spaţiul V intercostal pe linia axilară mijlocie.

Pereţii inimii “văzuţi” de către derivaţiile precordiale:

Peretele anterior al inimii: Derivaţiile V1,V2;

Septul interventricular: Derivaţia V3;

Apexul: Derivaţia V4;

Peretele lateral al VS: Derivaţiile V5,V6.

Electrocardiograma reprezinta de fapt o inregistrare a vectorului electric al inimii la un anumit

moment stabilit. ECG se inregistreaza pe hartie marcata pentru aprecierea corecta a amplitudinii si duratei

undelor. Astfel, pe verticală, un mm reprezinta o amplitudine a undei de 0.1 mV iar pe abscisa, un mm

reprezinta un interval de timp de 0.04 sec. (5 mm = 0.2 sec).

O ECG normală este alcatuită din urmatoarele unde și segmente caracteristice:

a) unda P: pozitiva, monofazica, cu amplitudine cuprinsa intre 0.1 si 0.2 mV, si durata de 0.1 sec.

Aceasta unda corespunde depolarizarii atriale. De obicei unda P este pozitiva, uneori fiind negativa

in D III.

b) intervalul P-Q: alcatuit din unda P si segmentul P- Q. Are durata cuprinsa intre 0.12 –0.2 sec., in

functie de ritmul cardiac si varsta. Corespunde depolarizarii atriale (unda P) si conducerii atrio-

ventriculare. are un potential de 0 mV deoarce activarea atriala este completa.

c) Complexul QRS: este trifazic, alcatuit din doua unde negative de polaritate mica si o componenta

pozitiva (R) cu amplitudine mare. Amplitudinea complexului este de 1-2 mV si durata mai mica sau

egala cu 0.1 sec. Complexul corespunde depolarizarii ventriculare.

d) segmentul S-T: corespunde activarii ventriculare complete (0.35-0.4 sec).

e) unda T: pozitiva, monofazica, asimetrica, de amplitudine si durata (0.15-0.25 sec ) duble sau triple

fata de unda P. Corespunde repolarizarii ventriculare.

f) unda U corespunde relaxarii ventriculare complete (relaxarea muschilor papilari) si nu apare de

obicei pe ECG.

Fotopletismografia (FPG) cerceteaza modificarile volumului plexului venos subcutan. O zona

cutanata circumscrisa este supusa unei cantitati de radiatie infrarosie de o anumita lungime de unda. Se

inregistreaza, in timpul unui exercitiu standard, partea reflectata in plexul venos subcutan, obtinindu-se

astfel informatii despre modificarile de volum. Scaderea coloanei de sange determina reducerea cantitatii

de hemoglobina, reducerea cantitatii de radiatie absorbita, deci cresterea cantitatii reflectate. Exista mai

multe metode fotopletismografice.

În fotopletismografie sectorul de ţesut în care are loc circulaţia sîngelui de exemplu degetul mîini se

dispune în faţa undei de lumină între sursă şi fotoreceptor.

După construcţie sunt 2 tipuri de traductoare:

1) Prin reflexie

Traductorul fotopletismografic prezintă o sursa

de lumina monocromatica si o celula fotoelectrică.

Fascicolul luminos strabate pielea si este absorbita

partial de hemoglobina din masa de singe circulant

sub-cutanat. Fractiunea neabsorbita va ajunge prin

transmisie sau reflexie la celula fotoelectrica, si functie de cantitatea de lumina primita celula produce un

curent care va fi amplificat si inscris grafic (fotopletismograma). Variatiile sistolo-diastolice de flux

sanguin din reteaua cutanata, determina variatii echivalente ale curentului, iar forma graficului va fi

similara cu a pulsului arterial. Unda pulsului normala are o panta anacrota abrupta, un virf ascutit si o

unda dicrota care este concava la baza.

2) Prin penetrarea ţesutului

De asemenea fotopletismografie poate consta din reflecţia

radiaţiei de la celulele sângelui în mişcare prin vasele de calibru

mic, aflate subcutanat. Ca regulă este utilizată radiaţia infraroşie,

dar poate fi utilizată şi altă bandă a spectrului de lumină, ce ar

permite o penetrare bună a învelişurilor cutanate şi independenţa

semnalului reflectat de alţi factori, de exemplu pigmentaţia pielei.

Deoarece absorbţia luminii în ţesuturi este proporţională cu volumul de sânge care trece prin

sectorul luminat, amplificând semnalul fotoreceptorului se poate de înregistrat schimbarea amplitudinii

lui, determinată de pulsarea arterială a vaselor. Emiţătorul se utilizează în regim de pulsaţie, ce permite de

a reduce acţiunea iluminării de fon. Dependenţa absorbţiei luminii de timp în ţesuturile ce conţin vase

arteriale, are componenta de pulsaţie, determinată de volumului sângelui arterial la fiecare contracţie a

inimii, şi o componentă constantă. Constanta de absorbţie este determinată de intensitatea luminii, care

este absorbită în ciclul de puls măsurat în timpul diastolei, şi depinde de caracteristica sângelui venos şi

arterial, oaselor, pielii şi a altor ţesuturi sectorului măsurat.

Primul maxim se formează în rezultatul undei directe sistolice, care are amplitudinea A1 şi e

formată de volumul de sânge în sistolă, care se transmite direct din ventricul în degetul de la mână. Al

doilea maxim se formează datorită undei reflectate cu amplitudinea A2 şi apare din cauza reflecţiei

volumului de sânge care se transmite prin aortă şi arteriile mari, către membrele inferioare, şi se îndreaptă

înapoi în partea de sus a aortei şi mai departe spre degetele membrelor superioare. Undele pletismografice

de puls sunt foarte variabile şi forma lor se modifică în multe afecţiuni şi stări ale organismului:

hipertensiune arterială, diabet zaharat, afecţiuni vegetative, vicii cardiace şi altele.

B1 = B5-cantitatea minima de singe;

B2 -volumul maxim de singe;

B3,B4 -unda reflectata.

Avantajele fotopletismografului:

a) Posibilitatea funcţionării în condiţii de umeditate sporită a mediului

ambiant şi transpiraţiei pielii.

b) Lipsa contactului electrozilor cu pielea.

c) Lipsa acţiunilor măsurării fără contracţia vaselor sangvine.

d) Posibilitatea măsurării fără contracţia vaselor sangvine.

Mersul lucrării:

1. Se pornește electrocardiograful și osciloscopul pe ecranul căruia vom vizualiza semnalele.

2. Se conectează cablurile și electrozii pentru derivația standart I în modul următor: roșu pe

membru superior drept, galben pe membru superior stîng, negru pe membru inferior drept și

verde pe membru inferior stîng.

3. Se comutează ECG la derivația standart I de pe canalul 1.

4. Pentru înregistrare subiectul stă în decubit dorsal, relaxat. În vederea unei înregistrări bune se

ține cont de următoarele:

- trebuie evitate mişcările din timpul înregistrării;

- scoateţi orice obiect de metal de pe mână (ceas, brăţară) ;

- verificaţi conexiunile de la cabluri.

5. Click pe butonul „Start” al oscilografuluidar și al electrocardiografului. Va urma o înregistrare

de 30 sec. Putem să întrerupem înregistrarea în orice moment.

6. Experiența se repetă pentru toate celelalte derivații.

1. Derivaţia standard I, D1 (canal analog înregistrat)

2. Derivaţia standard II, D2 (canal analog înregistrat)

3. Derivaţia standard III (canal digital calculat): D3 = D2-D1

4. aVR (canal digital calculat): aVR = -(D1+D2)/2

5. aVL (canal digital calculat): aVL = (D1-D3)/2

6. aVF (canal digital calculat): aVF = (D2+D3)/2

Mai jos este o imagine in care este aratat dispozitivul electrocardiocraf(ECG) cu electrozii necesari

pentru obtinerea cardiogramei si mai este si un osciloscop cu ajutorul caruia putem vedea cardiograma.

În această imagine este aratată cardiograma obtinută și fotopletismograma.

Datele obținute:

R – R: 680 ms; f: 1.47 Hz ; Fcc = 60RR –frecvența ciclului cardiac.

R – B2: 394ms; B2 – B4: 240ms.

Concluzie 

La această lucrare de laborator am facut cunostință cu semnalele biomedicale. Am studiat

electrocardiografia și fotopletismografia. Aflarea sensului celor 12 derivații a fost ceva nou pentru mine.

De asemenea ne-am familiarizat cu electrocardiograful, regimurile de lucru, afișarea datelor și amplasarea

corectă a electrozilor. În urma efectuării ECG am stabilit ritmul inimii și am determinat valoarea

frecventei ciclului cardiac.