Описание:

Электрокардиография - метод графической регистрации электрических явлений, возникающих в сердце при его функционировании. Возникновение электрических потенциалов в сердечной мышце связано с движением ионов через ее клеточные мембраны. Основную роль при этом играют катионы натрия и калия. В состоянии покоя наружная поверхность клеток миокарда заряжена положительно, а внутренняя - отрицательно. В этих условиях клетка поляризована, и разности потенциалов не выявляется. Однако сокращению сердечной мышцы предшествует ее возбуждение, во время которого меняются физико-химические свойства клеточных мембран мышечного волокна, изменяется ионный состав межклеточной и внутриклеточной жидкости, что и сопровождается появлением электрического тока, который может быть зарегистрирован. В связи с тем, что разные отделы сердца (предсердия и желудочки) сокращаются и расслабляются последовательно в разное время, биоэлектрические явления, обусловленные их деятельностью, также регистрируются последовательно.

С момента появления метода и до наших времен ЭКГ – это самое доступное, простое в исполнении и информативное кардиологическое исследование, которое можно провести в стационаре, поликлинике, машине скорой помощи, на улице и дома у больного. Если по-простому, то ЭКГ – это динамическая запись электрического заряда, благодаря которому работает (то есть сокращается) наше сердце. Чтобы оценить характеристики этого заряда, запись ведется с нескольких участков сердечной мышцы. Для этого используются электроды – металлические пластины – которые накладываются на разные участки груди, запястья и щиколотки пациента. Информация от электродов поступает в ЭКГ-аппарат и преобразуется в двенадцать графиков (мы видим их на бумажной ленте или на мониторе аппарата), каждый из которых отражает работу определенного отдела сердца. Обозначения этих графиков (их еще называют отведениями) - I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1-V6 – можно увидеть на электрокардиограмме. Само исследование занимает 5-7 минут, столько же понадобится врачу для расшифровки результата ЭКГ (если расшифровка не проводится компьютером). ЭКГ – это совершенно безболезненное и безопасное исследование, оно проводится взрослым, детям и даже беременным женщинам.

Показания к электрокардиографии (ЭКГ):

Направление на ЭКГ может дать врач любой специальности, однако чаще всего на это исследование направляет кардиолог. Самыми частыми показаниями к ЭКГ являются дискомфорт или боли в области сердца, груди, спине, животе и шее (что диктуется разнообразием проявлений ); ; перебои в работе сердца; повышенное артериальное давление; обморок; на ногах; слабость; шум в сердце; наличие , ; перенесенный . ЭКГ также проводится в рамках профилактических осмотров, при подготовке к операции, во время беременности, перед выдачей разрешения на занятие активными видами спорта, при оформлении документов на санаторно-курортное лечение и т.д. Всем людям старше 40 лет рекомендуется проходить ЭКГ ежегодно, даже при отсутствии каких-либо жалоб, чтобы исключить бессимптомное течение ишемической болезни сердца, нарушения сердечного ритма, перенесенный «на ногах» инфаркт миокарда.

ЭКГ дает возможность диагностировать разнообразные нарушения сердечного ритма и внутрисердечной проводимости, выявлять изменение размеров полостей сердца, утолщение миокарда, признаки нарушения электролитного обмена, определять локализацию, размер, глубину ишемии или инфаркта миокарда, давность перенесенного инфаркта, диагностировать токсическое поражение сердечной мышцы.

Основные термины в электрокардиографии:

Все изменения, обнаруженные на электрокардиограмме, оцениваются врачом-функциональным диагностом и кратко записываются в виде заключения на отдельном бланке или тут же, на пленке. Большинство ЭКГ-находок описываются специальными терминами, понятными врачам, в которых после прочтения этой статьи сможет разобраться и сам пациент.

ЧСС - это не болезнь и не диагноз, а всего лишь аббревиатура от «частота сердечных сокращений», которая обозначает число сокращений сердечной мышцы в минуту. В норме у взрослого человека ЧСС составляет 60-90 ударов в минуту. При увеличении ЧСС выше 91 уд/мин говорят о тахикардии; если ЧСС составляет 59 уд/мин и меньше – это признак брадикардии. И , и могут быть как проявлением нормы (например, тахикардия на фоне нервных переживаний или брадикардия у тренированных спортсменов), так и явным признаком патологии.

ЭОС – сокращение от «электрическая ось сердца» - этот показатель позволяет примерно определить расположение сердца в грудной клетке, составить представление о форме и функции различных отделов сердца. В заключении ЭКГ указывается положение ЭОС, которое может быть нормальным, вертикальным или горизонтальным, отклоненным вправо или влево. Положение ЭОС зависит от влияния многих факторов: телосложения, возраста, пола, изменений в сердечной мышце, нарушений внутрисердечной проводимости, наличия болезней легких, пороков сердца, и т. д. Так при часто встречается отклонение ЭОС влево или горизонтальное расположение ЭОС. При хронических заболеваниях легких (хронический обструктивный , ) часто обнаруживается отклонение ЭОС вправо. У худощавых людей обычно вертикальное положение ЭОС, а у плотных людей и лиц с ожирением – горизонтальное положение. Большое значение имеет внезапное изменение положения ЭОС: например было нормальное положение, и вдруг – резко отклонилось вправо или влево. Такие изменения всегда настораживаю врача и делают обязательным более глубокое обследование пациента.

Ритм синусовый регулярный – это словосочетание означает абсолютно нормальный сердечный ритм, который генерируется в синусовом узле (основном источнике сердечных электрических потенциалов).

Ритм несинусовый – означает, что сердечный ритм генерируется не в синусовом узле, а в одном из второстепенных источников потенциалов, что является признаком сердечной патологии.

Ритм синусовый нерегулярный - синоним синусовой аритмии.

Гипертрофия правого желудочка - утолщение стенки или увеличение размеров правого желудочка. Серди причин - пороки сердца, хронические заболевания легких (хронический обсруктивный бронхит, бронхиальная астма), .

В некоторых случаях рядом с заключением о наличии гипертрофии врач указывает – «с перегрузкой» или «с признаками перегрузки». Это заключение говорит об увеличении размеров камер сердца (их дилатации).

Инфаркт миокарда, Q-инфаркт миокарда, не Q-инфаркт миокарда, трансмуральный инфаркт миокарда, нетрансмуральный инфаркт миокарда, крупноочаговый инфаркт миокарда, мелкоочаговый инфаркт миокарда, интрамуральный инфаркт миокарда – это все варианты ЭКГ-описания инфаркта миокарда (некроза сердечной мышцы, возникшего вследствие нарушения ее кровоснабжения). Далее указывается локализация инфаркта миокарда (например, в передней стенке левого желудочка или задне-боковой инфаркт миокарда). Такие ЭКГ-изменения требуют оказания неотложной медицинской помощи и немедленной госпитализации пациента в кардиологический стационар.

Рубцовые изменения, рубцы – это признаки перенесенного когда-то инфаркта миокарда. В такой ситуации врач назначает лечение, направленное на профилактику повторного инфаркта и устранение причины нарушения кровообращения в сердечной мышцы (атеросклероза).

Кардиодистофические изменения, ишемические изменения, острая ишемия, ишемия, изменения по зубцу Т и сегменту ST, низкие зубцы Т – это описание обратимых изменений (ишемии миокарда), связанных с нарушением коронарного кровотока. Такие изменения – это всегда признак ишемической болезни сердца (ИБС). Врач обязательно прореагирует на эти ЭКГ-признаки и назначит соответствующее противоишемическое лечение.

Дистрофические изменения, кардиодистофические изменения, метаболические изменения, изменения метаболизма миокарда, электролитные изменения, нарушение процессов реполяризации - так обозначают нарушение обмена веществ в миокарде, не связанное с острым нарушением кровоснабжения. Такие изменения характерны для кардиомиопатии, эндокринных заболеваний, почек, гормональных нарушений, интоксикаций, воспалительных процессов, травм сердца.

Синдром удлиненного интервала QT – врожденное или приобретенное нарушение внутрисердечной проводимости, для которого характерна склонность к тяжелым нарушениям сердечного ритма, обморокам, остановке сердца. Необходимо своевременное выявление и лечение этой патологии. Иногда требуется имплантация кардиостимулятора.

ЭКГ в детском возрасте:

Нормальные ЭКГ-показатели у детей несколько отличаются от нормальных показателей у взрослых и динамически изменяются по мере взросления ребенка.

Нормальная ЭКГ у детей в возрасте 1 – 12 мес. Типично колебание ЧСС в зависимости от поведения ребенка (учащение при плаче, беспокойстве). Средняя ЧСС – 138 ударов в минуту. Расположение ЭОС – вертикальное. Допускается появление неполной блокады правой ножки пучка Гиса.

ЭКГ у детей в возрасте 1 года – 6 лет. Нормальное, вертикальное, реже - горизонтальное положение ЭОС, ЧСС 95 - 128 в минуту. Появляется синусовая дыхательная аритмия.

ЭКГ у детей в возрасте 7 – 15 лет. Характерна дыхательная аритмия, ЧСС 65-90 в мин. Положение ЭОС нормальное или вертикальное.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РФ

ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра «Информационные технологии и менеджмент в медицинских и биотехнических системах»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: «Обработка сигналов электрокардиограммы»

Проверил: к.т.н., доцент

Киреев А.В.

Разработал: ст-т гр. 11ПБ1б

Хохлова В.А.

Пенза - 2013

на курсовую работу

по дисциплине «Методы обработки биомедицинских сигналов в ПК»

Студенту Хохловой Вере Александровне

Группа 11ПБ1б

Тема работы: «Обработка сигналов электрокардиограммы»

Исходные данные (технические требования на проектирование)

1.Обосновать актуальность темы курсовой работы

2. Рассмотреть анатомию и электрофизиологию сердца

3. Рассмотреть компоненты электрокардиограммы

4. Рассмотреть шумы, возникающие при регистрации ЭКГ

5. Реализовать метод нахождения QRS комплекса

6.Оценить результаты и сделать обобщающие выводы к работе

Объем курсовой работы - 30 - 50 страниц, включая титульный лист, реферат, список принятых сокращений (при необходимости), содержание, основную часть, заключение, список использованных источников и приложения.

Руководитель А.В. Киреев

Задание получил 2013 г.

Студент В.А. Хохлова

Пояснительная записка к курсовой работе объёмом 50 страниц на тему:

«Обработка сигналов электрокардиограммы» содержит 21 рисунок, 1 таблицу, 15 использованных источников.

Цель курсовой работы: обработка сигналов электрокардиограммы. Обработка позволяет осуществить нахождение QRS-комплекса и устранить шум от P и T волн в электрокардиограмме.

Объект исследования: пакет прикладных программ MATLAB.

Основные требования:

1)использование среды Windows XP.

2)использование пакета прикладных программ MATLAB.

Назначение: принятие врачом «управленческих решений» по диагностике, стратегии лечения и т.п.

Область применения: медицинская диагностика.

Введение

1. Структура сердца

2. Проводящая система сердца

3. Электрофизиология сердца

8. Выделение признаков

12. Вейвлет-преобразование

14. Среда программирования

15. Практическая часть

Заключение

Список использованных источников

Приложение

сердце деполяризация электрокардиограмма фурье

Введение

На сегодняшний день одним из самых распространенных методов диагностики и распознавания сердечнососудистых заболеваний является электрокардиография. Сигнал ЭКГ характеризуется набором зубцов, по временным и амплитудным параметрам которых ставится диагноз. До недавнего времени процедуру нахождения характеристик зубцов выполнял врач-кардиолог, использую при этом только чертежные принадлежности. Такая схема достаточно проста и надежна, но требует много времени, и она работала в течение долгого времени из-за отсутствия альтернативных подходов к решению данной задачи.

В настоящее время ни одна область экспериментальной, клинической или профилактической медицины не может успешно развиваться без широкого применения электронной медицинской аппаратуры. Задачи инженерной экспертизы при проектировании сложных управляющих комплексов, связанные с текущей диагностикой состояния организма человека, также не могут решаться без использования электронной диагностической аппаратуры.

Сравнение эффективности различных диагностических методов показывает, что наиболее полезная информация о функционировании внутренних органов и физиологических систем организма содержится в биоэлектрических сигналах, снимаемых с различных участков под кожным покровом или с поверхности тела. Прежде всего, это относится к электрической активности сердца, электрическому полю головного мозга, электрическим потенциалам мышц.

Обобщенно любое электрофизиологическое исследование представляется тремя последовательными этапами: съем, регистрация и обработка сигналов биоэлектрической активности. Специфические особенности, присущие конкретному методу реализации каждого из этапов, определяют комплекс требований и ограничений на возможную реализацию остальных. На протяжении нескольких десятилетий достоверность получаемых результатов ограничивалась техническими возможностями средств регистрации и отображения информации. Это сдерживало развитие методов автоматической обработки биоэлектрических сигналов. Последнее десятилетие, характеризующееся бурным развитием микроэлектроники и средств вычислительной техники, позволяет, с одной стороны, практически исключить инструментальные искажения, а с другой - применять методы цифровой обработки сигналов, реализация которых была ранее невозможна.

Особое место среди электрофизиологических методов диагностики занимает измерение и обработка электрокардиосигнала. Это связано с тем, что электрокардиограмма является основным показателем, который в настоящее время позволяет вести профилактический и лечебный контроль сердечнососудистых заболеваний. Эффективности электрокардиографических методов диагностики способствует развитая и устоявшаяся система отведений и широкое использование количественных показателей ЭКГ.

С развитием компьютеров стали появляться специализированные комплексы, позволяющие выявлять сердечные заболевания, на основе автоматизированного анализа временных параметров ЭКГ. На сегодняшний день известны разработки фирм MedIT, Innomed Medical Co. Ltd. и другие. Кардиографы этих компаний выполняют основные операции, необходимые для работы в реальных условиях. Программное обеспечение является одной из частей кардиографической системы. Оно обеспечивает фильтрацию сигналов, анализ данных и постановку диагноза на основе временных параметров ЭКГ. Курсовая работа посвящена изучению вопроса идентификации особенностей ЭКГ, как одного из шагов комплексного анализа сигнала. Это весьма важный этап, так как допущение здесь ошибки сильно сказывается на врачебном заключении.

1. Структура сердца

Сердце представляет собой конусообразный полый мышечный орган, в который поступает кровь из впадающих в него венозных стволов, и перекачивающий её в артерии, которые примыкают к сердцу. Полость сердца разделена на 2 предсердия и 2 желудочка. Левое предсердие и левый желудочек в совокупности образуют «артериальное сердце», названное так по типу проходящей через него крови, правый желудочек и правое предсердие объединяются в «венозное сердце», названное по тому же принципу. Сокращение сердца называется систола, расслабление -- диастола (рисунок 1).

Рисунок 1. Строение сердца

Форма сердца не одинакова у разных людей. Она определяется возрастом, полом, телосложением, здоровьем, другими факторами. В упрощенных моделях описывается сферой, эллипсоидами, фигурами пересечения эллиптического параболоида и трёхосного эллипсоида. Мера вытянутости (фактор) формы есть отношение наибольших продольного и поперечного линейных размеров сердца. При гиперстеническом типе телосложения отношение близко к единице и астеническом -- порядка 1,5. Длина сердца взрослого человека колеблется от 10 до 15 см (чаще 12--13 см), ширина в основании 8--11 см (чаще 9--10 см) и переднезадний размер 6--8,5 см (чаще 6, 5--7 см). Масса сердца в среднем составляет у мужчин 332 г (от 274 до 385 г), у женщин -- 253 г (от 203 до 302 г).

Здоровое сердце ритмично и без перерывов сжимается и разжимается. В одном цикле работы сердца различают три фазы:

Наполненные кровью предсердия сокращаются. При этом кровь через открытые клапаны нагнетается в желудочки сердца (они в это время остаются в состоянии расслабления). Сокращение предсердий начинается с места впадения в него вен, поэтому устья их сжаты и попасть назад в вены кровь не может.

Происходит сокращение желудочков с одновременным расслаблением предсердий. Трехстворчатые и двустворчатые клапаны, отделяющие предсердия от желудочков, поднимаются, захлопываются и препятствуют возврату крови в предсердия, а аортальный и легочный клапаны открываются. Сокращение желудочков нагнетает кровь в аорту и лёгочную артерию.

Пауза (диастола) -- это расслабление всего сердца, или короткий период отдыха этого органа. Во время паузы из вен кровь попадает в предсердия и частично стекает в желудочки. Когда начнётся новый цикл, оставшаяся в предсердиях кровь будет вытолкнута в желудочки -- цикл повторится.

Один цикл работы сердца длится около 0,85 сек., из которых на время сокращения предсердий приходится только 0,11 сек., на время сокращения желудочков 0,32 сек., и самый длинный -- период отдыха, продолжающийся 0,4 сек. Сердце взрослого человека, находящегося в покое, работает в системе около 70 циклов в минуту.

Работа сердца (как и любой мышцы) сопровождается электрическими явлениями, которые вызывают появление электромагнитного поля вокруг работающего органа. Электрическую активность сердца можно зарегистрировать при помощи различных методов электрокардиографии, дающей картину изменений во времени разности потенциалов на поверхности тела человека, либо электрофизиологического исследования миокарда, позволяющее проследить пути распространения волн возбуждения непосредственно на эндокарде. Эти методы играют важную роль в диагностике инфаркта и других заболеваний сердечно-сосудистой системы.

2. Проводящая система сердца

Электрическая система проводимости сердца (рисунок 2) состоит из следующих структур:

1.Синусно-предсердный СА- узел.

2.Межпредсердный пучок (Бахмана).

3.Предсердно-желудочковый узел AВ.

4.Правая ножка пучка Гиса, левая ножка пучка Гиса, левый передний пучок и левая задняя ветвь.

5.Волокна Пурк

Рисунок 2. Проводящая система сердца

CA узел -- это пучок специфической сердечно-мышечной ткани длиной 10 -- 20 мм, шириной 3 -- 5 мм. Он расположен в верхней части правого предсердия между устьями полых вен.

В СА узле существуют два вида клеток: клетки Р (пейсмекерные) -- клетки формирования автоматических импульсов и клетки Т -- проводниковые. Клетки Р связаны между собой и с клетками Т.

Импульсы возбуждения, возникающие в клетках Р, проводятся клетками Т в близко расположенные клетки Пуркинье. Последние активируют миокард правого предсердия.

Кроме того, импульсы из СА узла распространяются по специализированным волокнам (межузловым путям) в левое предсердие и АВ узел быстрее, чем по сократительному миокарду. Существуют передний, средний и задний межузловые пути.

Передний выходит из С А узла, огибает верхнюю полую вену и образует две ветви: одна ветвь идет к левому предсердию и называется пучком Бахмана, другая достигает верхней части АВ узла. Средний тракт обозначается как пучок Венкебаха, задний -- пучок Тореля.

АВ узел находится справа от межпредсердной перегородки над местом прикрепления трехстворчатого клапана. Длина его достигает в среднем 5 -- 6 мм, ширина -- 2 -- 3 мм. АВ узел содержит также клетки Т и Р, однако клеток Р в нем меньше, чем в СА узле.

Пучок Гиса (предсердно-желудочковый пучок) лежит в верхней части межжелудочковой перегородки, соединяя узел AВ с двумя ножками Гиса. Как только электрические импульсы входят в пучок Гиса, они ускоряются, их путь к ветвям Гиса, длится от 0.03 до 0.05 секунды.

Правая ножка пучка Гиса и левая ножка пучка Гиса выходят из предсердно-желудочкового пучка и располагаются между межжелудочковой перегородкой, продолжаясь вниз по обе стороны перегородки. Левая ножка пучка Гиса далее делится на две ветви: левая передняя ветвь и левая задняя ветвь. Ветви и их пучки делятся на все меньшие и меньшие ветви; наименьшие соединяются с волокнами Пуркинье; крошечные волокна Пуркинье распространены всюду по желудочкам ниже эндокарда. Концы волокон Пуркинье заканчиваются в клетках миокарда. Совокупность пучка

3. Электрофизиология сердца

Клетки сердца обладают способностью генерировать и проводить электрические импульсы, которые обеспечивают сокращение и расслабление клеток миокарда. Эти электрические импульсы - результат короткого потока положительно заряженных ионов (прежде всего ионов натрия и калия и, в меньшей степени, ионов кальция) назад и вперед через клеточную мембрану. Различие в концентрации таких ионов во внутриклеточном и внеклеточном пространстве создает электрический потенциал, измеряемый в милливольтах.

4. Деполяризация и реполяризация

После стимуляции электрическим импульсом мембрана поляризованной клетки миокарда, становится проницаемой к положительно заряженным ионам натрия, позволяя им проходить в клетку. В результате отрицательный заряд внутренней части клетки уменьшается. Когда мембранные потенциалы уменьшаться приблизительно до 60 милливольт, в мембране на мгновение открываются большие поры (быстрые каналы натрия) . Эти каналы обеспечивают быстрый поток натрия через мембрану, приводящий к резкому притоку положительно заряженных ионов натрия в клетку. В результате внешняя часть клетки становиться отрицательной, а внутренняя часть - положительной. В этот момент, когда внутренняя часть становится максимально положительной, а внешняя, максимально отрицательной, ячейка "деполяризована". Процесс концентрирования ионов в состоянии покоя клетки, называется поляризацией, обратный процесс назван деполяризацией (рисунок 3).

Быстрые каналы натрия имеются в клетках миокарда и специализированных клетках проводящей системы сердца, кроме клеток СA и AВ узлов. У клеток СA и AВ узлов вместо быстрых каналов натрия имеются медленные кальциево-натриевые каналы. Они открываются, когда мембранный потенциал этих клеток падает приблизительно до 50 милливольт. Эти каналы обеспечивают медленное прохождение положительно заряженных ионов кальция и натрия в клетки во время деполяризации. В результате скорость деполяризации этих клеток замедлена по сравнению со скоростью деполяризации сердечных клеток с быстрыми каналами натрия.

Как только сердечная клетка деполяризуется, положительно заряженные ионы калия начинают вытекать из клетки, начиная обратный процесс, при котором клетка возвращается в состояние покоя - поляризованное состояние. Этот процесс, названный реполяризацией (рисунок 3), включает в себя сложный обмен ионами натрия, кальция и калия через клеточные мембраны.

Рисунок 3. Деполяризация и реполяризация клеток сердечной мышцы

Процесс деполяризации одной сердечной клетки создает электрический импульс (или стимул), действующий на соседние клетки и, заставляя их деполяризоваться. Распространение электрического импульса от одной клетки к другой производит волну деполяризации, которая может быть измерена как электрический ток, текущий в направлении деполяризации. Поскольку клетки повторно поляризуются, возникает другой электрический ток, текущий в обратном направлении. Направление потока и величина электрических токов, произведенных деполяризацией и реполяризацией клеток миокарда предсердий и желудочков, могут быть обнаружены поверхностными электродами и регистрируется в электрокардиограмме (кардиограмме). Деполяризация клеток миокарда производит волну P и комплекс QRS, а реполяризация клеток волну T в электрокардиограмме (рисунок 4).

Рисунок 4. Образование волн в электрокардиограмме

5. Регистрация электрокардиограммы

Электрокардиограмма или ЭКГ представляет собой запись суммарного электрического потенциала, возникающего при возбуждении множества миокардиальных клеток.

Электрокардиограмму(ЭКГ) записывают с помощью электрокардиографа, основными частями которого являются гальванометр, система усиления, переключатель отведений и переключающее устройство. Электрические потенциалы, возникающие в сердце, воспринимаются электродами, усиливаются и приводят в действие гальванометр. Изменения магнитного поля передаются на регистрирующее устройство и фиксируются на электрокардиографическую ленту, которая движется со скоростью 25-50 мм/с (от 10 до 100 мм/с).

Во избежании технических ошибок и помех при записи электрокардиограммы(ЭКГ) необходимо обратить внимание на правильность наложения электродов и их контакт с кожей, заземление аппарата, амплитуду контрольного милливольта (1 тВ соответствует 1 см) и другие факторы, способные вызвать изменение кривой.

Электроды для записи электрокардиограммы(ЭКГ) накладывают на различные участки тела. Один из электродов присоединен к положительному полюсу гальванометра, другой - к отрицательному. Система расположения электродов называется электрокардиографическими отведениями.

Для регистрации электрокардиограммы(ЭКГ) в клинике принята система, включающая 12 отведений: три стандартных отведения от конечностей (I, II, III), три усиленных однополюсных отведения (по Гольдербергу) от конечностей (aVR, aVL, aVF) и шесть однополюсных грудных (V1, V2, V3, V4, V5, V6) отведений (по Уилсону).

Для регистрации электрокардиограммы(ЭКГ) в стандартных отведениях на нижнюю треть обоих предплечий и левую голень накладывают влажные марлевые салфетки, на которые помещают металлические пластинки электродов.

Электроды соединяются с аппаратом специальными разноцветными проводами или шлангами, имеющим на концах рельефные кольца.

6. Отведения электрокардиограммы

Отведения кардиограммы - отчет (пространственное осуществление выборки) электрической деятельности, произведенной сердцем, которое проводится любым из двух путей: (1) два дискретных электрода противоположной полярности или (2) один дискретный положительный электрод и "безразличная", нулевая контрольная точка. Отведение, составленное из двух дискретных электродов противоположной полярности, называют биполярным отведением; отведение, составленное из единственного дискретного положительного электрода и нулевой контрольной точки, является униполярным отведением.

В зависимости от зарегистрированного отведения кардиограммы положительный электрод может быть присоединен к правой или левой руке, левой ноге, или грудной клетки. Отрицательный электрод обычно присоединен к противоположной руке или ноге или к контрольной точке.

Для детального анализа электрической деятельности сердца, обычно в условиях больницы, кардиограмма, зарегистрированная с 12 отдельными проводами, (кардиограмма с 12 отведениями). Кардиограмма с 12 отведениями состоит из трех стандартных (биполярных) (I, II, и III) (рисунок 5), трех усиленных отведений (AVR, AVL, и AVF) (рисунок 6), и шести грудных (рисунок 7):

V1 -- в четвертом межреберье у правого края грудины;

V2 -- в четвертом межреберье у левого края грудины;

V3 -- посередине между точками V2 и V4;

V4 -- в пятом межреберье по левой срединно-ключичной линии;

V5 -- на уровне отведения V4 по левой передней аксиллярной линии;

V6 -- на том же уровне по левой средней аксиллярной линии.

Рисунок 5. Стандартные отведения

Рисунок 6. Усиленные отведения aVR, aVL, and aVF

Рисунок 7. Предсердные отведения

7. Компоненты электрокардиограммы

Нормальная электрокардиограмма представлена рядом зубцов и интервалов между ними (рисунок 8). Выделяют следующие ЭКГ зубцы и интервалы:

Начальная часть

Средняя часть

Зубцы Q, R и S, образующие комплекс QRS

Конечная часть

Зубцы T и U

Интервалы

Амплитуда и длительность сигнала

Для характеристики амплитуды комплекса QRS используют как заглавные (Q, R и S) так и строчные буквы (q, r и s). При этом заглавными буквами обозначают преобладающие зубцы (> 5 мм), а строчными зубцы малой амплитуды (? 5 мм).

Амплитуду зубцов измеряют в милливольтах (мВ). Обычно электрокардиограф настроен таким образом, что сигнал величиной 1 мВ соответствует отклонению от изоэлектрической линии на 1 см.

Ширину зубцов и продолжительность интервалов измеряют в секундах.

Рисунок 8. Компоненты электрокардиограммы

Секции кардиограммы между волнами и комплексами называют сегментами и интервалами: PR сегмент, ST сегмент, сегмент TP, интервал PR, интервал QT, и интервал RR. Интервалы включают волны и комплексы, тогда как сегменты нет. Когда электрическая активность сердца не регистрируется, кардиограмма - прямая, плоская линия - изоэлектрическая линия или основание.

8. Выделение признаков

Существует много алгоритмов для выделения признаков PQRST, особенно алгоритмов поиска комплекса QRS (Гамильтон и Tompkins, 1986). В этом разделе описан алгоритм выделения признаков, используемый только в этой работе.

Главная проблема в выделении признаков PQRST это нахождение точного местоположения волн (рисунок 9 показывает волну PQRST и ее базовые точки). После определения местоположений волн определение амплитуд и форм волн значительно упрощается. Стратегия по поиску местоположения волн состоит в том, что сначала надо распознать комплекс QRS, у которого самые высокие компоненты частоты. Затем распознается T волна, и, наконец, волна P, которая обычно является самой малой волной. Базовый уровень и ST признаки относительно легко оценить позже.

Рисунок 9. PQRST комплекс

9. Помехи при регистрации электрокардиограммы

Электрокардиограммой считается составляющая поверхностных потенциалов, обусловленная электрической активностью сердца. Остальные составляющие потенциалов рассматриваются как помехи.

Причиной помех могут быть электрическая активность тканей, через которые проводится импульс, сопротивление тканей, особенно кожи, а также сопротивление на входе усилителя. Примером помех такого рода является электрическая активность мышц, поэтому при регистрации электрокардиограммы необходимо рекомендовать пациенту максимально расслабить мышцы. Колебания, вызываемые мышечными токами, иногда трудно отличить от трепетания предсердий. Артефакты, возникающие на кривой при случайном толчке аппарата или кушетки, могут имитировать желудочковые экстрасистолы. Однако при внимательном рассмотрении артефакты легко распознаются. При сопоставлении динамических изменений нельзя придавать диагностическое значение изменениям амплитуды зубцов, если серийные электрокардиограммы у одного и того же пациента зарегистрированы при разной чувствительности электрокардиографа.

Большое значение имеет постоянство нулевой (или базовой) линии, от которой производится отсчет амплитуды зубцов. Стабильность нулевой линии зависит от наличия достаточно высокого входного сопротивления усилительной системы и минимального кожного сопротивления.

Нередко основная линия электрокардиограммы колеблется вместе с элементами кривой. Подобную электрокардиограмму не следует считать патологической, так как причиной могут быть нарушения режима питания аппарата, форсированное дыхание пациента, кашель, икота, чиханье, перистальтика кишечника. В грудных отведениях подобные изменения нередко проявляются при трении электрода о выступающие ребра.

Уменьшенная амплитуда зубцов иногда обусловливается плохим контактом электродов с кожей. Значительные помехи вызывают токи наводки от осветительной сети, распознаваемые по частоте колебаний 50 Гц. Подобные помехи могут появиться при плохом контакте электродов с кожей. Нетрудно распознать локализацию возникновения помех. Например, если «наводка» видна во II и III отведении, а в I отведении ее нет, то провод от левой ноги имеет плохой контакт с электродом, или последний неплотно прилегает к коже. Если «наводка» видна в I и II отведении, то имеется плохой контакт на правой руке. Для устранения «наводки» часто прибегают к различным фильтрам.

Для оценки соотношений между полезным сигналом и помехами в таблице 1 приведены значения амплитудно-временных параметров ЭКГ, соответствующих норме.

Таблица 1 - Параметры элементов нормальной ЭКГ

Теория обнаружения особенностей сигнала и оценивания его параметров достаточно хорошо разработана, однако прямое применение ряда классических решений к исследованию биоэлектрических сигналов затруднено, а часто невозможно. В первую очередь это обусловлено значительной степенью априорной неопределенности свойств сигналов и помех, которые определяется индивидуальными особенностями пациентов.

10. Подходы к анализу сигналов

Большинство медицинских сигналов имеет сложные частотно-временные характеристики. Как правило, такие сигналы состоят из близких по времени, короткоживущих высокочастотных компонент и долговременных, близких по частоте низкочастотных компонент.

Для анализа таких сигналов нужен метод, способный обеспечить хорошее разрешение и по частоте, и по времени. Первое требуется для локализации низкочастотных составляющих, второе - для разрешения компонент высокой частоты.

Вейвлет-преобразование является одним из таких методов, завоевавшим популярность в столь разных областях, как телекоммуникации, компьютерная графика, биология, астрофизика и медицина. Благодаря хорошей приспособленности к анализу нестационарных сигналов оно стало мощной альтернативой преобразованию Фурье в ряде медицинских приложений. Так как многие медицинские сигналы нестационарные, методы вейвлет анализа используются для распознавания и обнаружения ключевых диагностических признаков.

Преобразование Фурье представляет сигнал, заданный в некоторой временной области, в виде разложения по ортогональным базисным функциям (синусам и косинусам), выделяя таким образом частотные компоненты. Недостаток преобразования Фурье заключается в том, что частотные компоненты не могут быть локализованы во времени, что накладывает ограничения на применимость данного метода к ряду задач (например, в случае изучения динамики изменения частотных параметров сигнала на временном интервале).

Существует два подхода к анализу нестационарных сигналов такого типа. Первый - локальное преобразование Фурье. Следуя этому пути, мы работаем с нестационарным сигналом, как со стационарным, предварительно разбив его на сегменты. Второй подход - это вейвлет-преобразование. В этом случае нестационарный сигнал анализируется путем разложения по базисным функциям, полученным из некоторого прототипа путем сжатий, растяжений и сдвигов. Функция прототип называется материнским, или анализирующим вейвлетом.

11. Краткий обзор преобразования Фурье

Классическим методом частотного анализа сигналов является преобразование Фурье, суть которого можно выразить формулой (1)

Результат преобразования Фурье - амплитудно-частотный спектр, по которому можно определить присутствие некоторой частоты в исследуемом сигнале.

В случае, когда не встает вопрос о локализации временного положения частот, метод Фурье дает хорошие результаты. Но при необходимости определить временной интервал присутствия частоты приходится применять другие методы.

12. Вейвлет-преобразование

Вейвлет-преобразование сигналов является обобщением спектрального анализа, типичный представитель которого - классическое преобразование Фурье. Термин "вейвлет" (wavelet) в переводе с английского означает "маленькая (короткая) волна". Вейвлеты - это обобщенное название семейств математических функций определенной формы, которые локальны во времени и по частоте, и в которых все функции получаются из одной базовой (порождающей) посредством ее сдвигов и растяжений по оси времени. Вейвлет-преобразования рассматривают анализируемые временные функции в терминах колебаний, локализованных по времени и частоте. Как правило, вейвлет-преобразования (WT) подразделяют на дискретное (DWT) и непрерывное (CWT).

DWT используется для преобразований и кодирования сигналов, CWT - для анализа сигналов. Вейвлет-преобразования в настоящее время принимаются на вооружение для огромного числа разнообразных применений, нередко заменяя обычное преобразование Фурье. Это наблюдается во многих областях, включая молекулярную динамику, квантовую механику, астрофизику, геофизику, оптику, компьютерную графику и обработку изображений, анализ ДНК, исследования белков, исследования климата, общую обработку сигналов и распознавание речи.

Вейвлетный анализ представляет собой особый тип линейного преобразования сигналов и отображаемых этими сигналами физических данных о процессах и физических свойствах природных сред и объектов. Базис собственных функций, по которому проводится вейвлетное разложение сигналов, обладает многими специфическими свойствами и возможностями. Вейвлетные функции базиса позволяют сконцентрировать внимание на тех или иных локальных особенностях анализируемых процессов, которые не могут быть выявлены с помощью традиционных преобразований Фурье и Лапласа. Принципиальное значение имеет возможность вейвлетов анализировать нестационарные сигналы с изменением компонентного содержания во времени или в пространстве.

Вейвлеты имеют вид коротких волновых пакетов с нулевым интегральным значением, локализованных по оси аргументов (независимых переменных), инвариантных к сдвигу и линейных к операции масштабирования (сжатия/растяжения). По локализации во временном и частотном представлении вейвлеты занимают промежуточное положение между гармоническими (синусоидальными) функциями, локализованными по частоте, и функцией Дирака, локализованной во времени.

Основная область применения вейвлетных преобразований - анализ и обработка сигналов и функций, нестационарных во времени или неоднородных в пространстве, когда результаты анализа должны содержать не только общую частотную характеристику сигнала (распределение энергии сигнала по частотным составляющим), но и сведения об определенных локальных координатах, на которых проявляют себя те или иные группы частотных составляющих, или на которых происходят быстрые изменения частотных составляющих сигнала. По сравнению с разложением сигналов на ряды Фурье, вейвлеты способны с гораздо более высокой точностью представлять локальные особенности сигналов, вплоть до разрывов 1-го рода (скачков). В отличие от преобразований Фурье, вейвлет-преобразование одномерных сигналов обеспечивает двумерную развертку, при этом частота и координата рассматриваются как независимые переменные, что дает возможность анализа сигналов сразу в двух пространствах.

Одна из главных и особенно плодотворных идей вейвлетного представления сигналов на различных уровнях декомпозиции (разложения) заключается в разделении функций приближения к сигналу на две группы: аппроксимирующую - грубую, с достаточно медленной временной динамикой изменений, и детализирующую - с локальной и быстрой динамикой изменений на фоне плавной динамики, с последующим их дроблением и детализацией на других уровнях декомпозиции сигналов. Это возможно как во временной, так и в частотной областях представления сигналов вейвлетами.

13. Основы вейвлет-преобразования

В основе вейвлет-преобразований, в общем случае, лежит использование двух непрерывных, взаимозависимых и интегрируемых по независимой переменной функций:

Вейвлет-функции, как psi-функции времени с нулевым значением интеграла и частотным фурье-образом f(щ). Этой функцией, которую обычно и называют вейвлетом, выделяются детали сигнала и его локальные особенности. В качестве анализирующих вейвлетов обычно выбираются функции, хорошо локализованные и во временной, и в частотной области. Пример временного и частотного образа функции приведен на рисунке 10.

Масштабирующей функции ц(t), как временной скейлинг-функции phi с единичным значением интеграла, с помощью которой выполняется грубое приближение (аппроксимация) сигнала.

Рисунок 10. Вейвлетные функции в двух масштабах

Phi-функции присущи не всем, а, как правило, только ортогональным вейвлетам. Они необходимы для преобразования нецентрированных и достаточно протяженных сигналов при раздельном анализе низкочастотных и высокочастотных составляющих. Роль и использование phi-функции рассмотрим несколько позже.

Непрерывное вейвлет-преобразование (НВП, CWT- Continious Wavelet Transform). Допустим, что мы имеем функции s(t) с конечной энергией (нормой) в пространстве L2(R), определенные по всей действительной оси R(-?, ?). Для финитных сигналов с конечной энергией средние значения сигналов, как и любых других функций из пространства L2(R), должны стремиться к нулю на ±?.

Порождающими функциями могут быть самые различные функции с компактным носителем - ограниченные по времени и местоположению на временной оси, и имеющие спектральный образ, в определенной степени локализованный на частотной оси. Как и для рядов Фурье, базис пространства L2(R) целесообразно конструировать из одной порождающей функции, норма которой должна быть равна 1. Для перекрытия локальной функцией вейвлета всей временной оси пространства используется операция сдвига (смещения по временной оси): ш(b,t) = ш(t-b), где значение b для НВП также является величиной непрерывной. Для перекрытия всего частотного диапазона пространства L2(R) используется операция временного масштабирования вейвлета с непрерывным изменением независимой переменной: ш(a,t) = |а|-1/2ш(t/а). На рис. 11 видно, что если временной образ вейвлета будет расширяться (изменением значения параметра "а"), то его "средняя частота" будет понижаться, а частотный образ (частотная локализация) перемещаться на более низкие частоты. Таким образом, путем сдвига по независимой переменной (t-b) вейвлет имеет возможность перемещаться по всей числовой оси произвольного сигнала, а путем изменения масштабной переменной "а" (в фиксированной точке (t-b) временной оси) "просматривать" частотный спектр сигнала по определенному интервалу окрестностей этой точки.

Понятие масштаба ВП имеет аналогию с масштабом географических карт. Большие значения масштаба соответствуют глобальному представлению сигнала, а низкие значения масштаба позволяют различить детали. В терминах частоты низкие частоты соответствуют глобальной информации о сигнале (распределена на всей его протяженности), а высокие частоты - детальной информации и особенностям, которые имеют малую протяженность, т.е. масштаб вейвлета, как единица шкалы частотно-временного представления сигналов, обратен частоте. Масштабирование, как математическая операция, расширяет или сжимает сигнал. Большие значения масштабов соответствуют расширениям сигнала, а малые значения - сжатым версиям. В определении вейвлета коэффициент масштаба а стоит в знаменателе. Соответственно, а > 1 расширяет сигнал, а < 1 сжимает его.

Процедура преобразования стартует с масштаба а=1 и продолжается при увеличивающихся значениях а, т.e. анализ начинается с высоких частот и проводится в сторону низких частот. Первое значение "а" соответствует наиболее сжатому вейвлету. При увеличении значения "а" вейвлет расширяется. Вейвлет помещается в начало сигнала (t=0), перемножается с сигналом, интегрируется на интервале своего задания и нормализуется на 1/. При задании четных или нечетных функций вейвлетов результат вычисления С(a,b) помещается в точку (a=1, b=0) масштабно-временного спектра преобразования. Сдвиг b может рассматриваться как время с момента t=0, при этом координатная ось b, по существу, повторяет временную ось сигнала. Для полного включения в обработку всех точек входного сигнала требуется задание начальных (и конечных) условий преобразования (определенных значений входного сигнала при t<0 и t>tmax на полуширину окна вейвлета). При одностороннем задании вейвлетов результат относится, как правило, к временному положению средней точки окна вейвлета.

Затем вейвлет масштаба а=1 сдвигается вправо на значение b и процедура повторяется. Получаем значение, соответствующее t=b в строке а=1 на частотно-временном плане. Процедура повторяется до тех пор, пока вейвлет не достигнет конца сигнала. Таким образом получаем строку точек на масштабно-временном плане для масштаба а=1.

Начальное значение масштабного коэффициента может быть и меньше 1. В принципе, для детализации самых высоких частот сигнала минимальных размер окна вейвлета не должен превышать периода самой высокочастотной гармоники. Если в сигнале присутствуют спектральные компоненты, соответствующие текущему значению а, то интеграл произведения вейвлета с сигналом в интервале, где эта спектральная компонента присутствует, дает относительно большое значение. В противном случае - произведение мало или равно нулю, т.к. среднее значение вейвлетной функции равно нулю. С увеличением масштаба (ширины окна) вейвлета преобразование выделяет все более низкие частоты.

В общем случае, значения параметров "а" и "b" являются непрерывными, и множество базисных функций является избыточным. В силу этого непрерывное преобразование сигналов содержит очень большой объем информации. Сигналу, определенному на R, соответствует вейвлетный спектр на R Ч R. C позиций сохранения объема информации при преобразованиях сигналов отсюда следует, что вейвлетный спектр НПВ имеет огромную избыточность.

Обратное преобразование. Так как форма базисных функций ш(a,b,t) зафиксирована, то вся информация о сигнале переносится на значения функции С(a,b). Точность обратного интегрального вейвлет-преобразования зависит от выбора базисного вейвлета и способа построения базиса, т.е. от значений базисных параметров a, b. Строго теоретически вейвлет может считаться базисной функцией L2(R) только в случае его ортонормированности. Для практических целей непрерывного преобразования часто бывает вполне достаточна устойчивость и "приблизительность" ортогональности системы разложения функций. Под устойчивостью понимается достаточно точная реконструкция произвольных сигналов. Для ортонормированных вейвлетов обратное вейвлет-преобразование записывается с помощью того же базиса, что и прямое:

где Cш - нормализующий коэффициент:

Условие конечности Cш ограничивает класс функций, которые можно использовать в качестве вейвлетов. В частности, при щ=0, для обеспечения сходимости интеграла (1.2.4) в нуле, значение Ш(щ) должно быть равно нулю. Это обеспечивает условие компактности фурье-образа вейвлета в спектральной области с локализацией вокруг некоторой частоты щo - средней частоте вейвлетной функции. Следовательно, функция ш(t) должна иметь нулевое среднее значение по области его определения (интеграл функции по аргументу должен быть нулевым):

Однако это означает, что не для всех сигналов возможна их точная реконструкция вейвлетом ш(t), т.к. при нулевом первом моменте вейвлета коэффициент передачи постоянной составляющей сигнала в преобразовании (3) равен нулю. Условия точной реконструкции сигналов будут рассмотрены при описании кратномасштабного анализа.

Кроме того, даже при выполнении условия (4) далеко не все типы вейвлетов могут гарантировать реконструкцию сигналов, как таковую. Однако и такие вейвлеты могут быть полезны для анализа особенностей сигналов, как дополнительного метода к другим методам анализа и обработки данных. В общем случае, при отсутствии строгой ортогональности вейвлетной функции (2), для обратного преобразования применяется выражение:

где индексом ш#(a,b,t) обозначен ортогональный "двойник" базиса ш(a,b,t), о котором будет изложено ниже.

Рисунок 11.

Таким образом, непрерывное вейвлет-преобразование представляет собой разложение сигнала по всем возможным сдвигам и сжатиям/растяжениям некоторой локализованной финитной функции - вейвлета. При этом переменная "a" определяет масштаб вейвлета и эквивалентна частоте в преобразованиях Фурье, а переменная "b" - сдвиг вейвлета по сигналу от начальной точки в области его определения, шкала которого полностью повторяет временную шкалу анализируемого сигнала. Отсюда следует, что вейвлетный анализ является частотно-пространственным анализом сигналов.

В качестве примера рассмотрим вейвлет-преобразование чистого гармонического сигнала s(t), приведенного на рисунке 11. На этом же рисунке ниже приведены вейвлеты шa(t) симметричного типа разных масштабов.

14. Среда программирования

Для решения поставленной передо мной задачи я выбрала программный продукт MATLAB.

MATLAB --пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений и одноимённый язык программирования, используемый в этом пакете. MATLAB используют более 1 000 000 инженерных и научных работников, он работает на большинстве современных операционных систем, включая Linux, Mac OS, Solaris (начиная с версии R2010b поддержка Solaris прекращен) и Microsoft Windows. Отражение в названии системы -- MATrix LABoratory -- матричная лаборатория.

Язык MATLAB является высокоуровневым интерпретируемым языком программирования, включающим основанные на матрицах структуры данных, широкий спектр функций, интегрированную среду разработки, объектно-ориентированные возможности и интерфейсы к программам, написанным на других языках программирования.

Программы, написанные на MATLAB, бывают двух типов -- функции и скрипты. Функции имеют входные и выходные аргументы, а также собственное рабочее пространство для хранения промежуточных результатов вычислений и переменных. Скрипты же используют общее рабочее пространство. Как скрипты, так и функции не компилируются в машинный код и сохраняются в виде текстовых файлов. Существует также возможность сохранять так называемые pre-parsed программы -- функции и скрипты, обработанные в вид, удобный для машинного исполнения. В общем случае такие программы выполняются быстрее обычных, особенно если функция содержит команды построения графиков.

Основной особенностью языка MATLAB являются его широкие возможности по работе с матрицами, которые создатели языка выразили в лозунге «думай векторно»

MATLAB как язык программирования был разработан Кливом Моулером (англ. Cleve Moler) в конце 1970-х годов, когда он был деканом факультета компьютерных наук в Университете Нью-Мексико. Целью разработки служила задача дать студентам факультета возможность использования программных библиотек Linpack и EISPACK без необходимости изучения Фортрана. Вскоре новый язык распространился среди других университетов и был с большим интересом встречен учёными, работающими в области прикладной математики. До сих пор в Интернете можно найти версию 1982 года, написанную на Фортране, распространяемую с открытым исходным кодом. Инженер Джон Литтл (англ. John N. (Jack) Little) познакомился с этим языком во время визита Клива Моулера в Стэндфордский университет в 1983 году. Поняв, что новый язык обладает большим коммерческим потенциалом, он объединился с Кливом Моулером и Стивом Бангертом (англ. Steve Bangert). Совместными усилиями они переписали MATLAB на C и основали в 1984 компанию The MathWorks для дальнейшего развития. Эти переписанные на С библиотеки долгое время были известны под именем JACKPAC. Первоначально MATLAB предназначался для проектирования систем управления (основная специальность Джона Литтла), но быстро завоевал популярность во многих других научных и инженерных областях. Он также широко использовался и в образовании, в частности, для преподавания линейной алгебры и численных методов.

Возможности MATLAB весьма обширны, а по скорости выполнения задач система нередко превосходит своих конкурентов. Она применима для расчетов практически в любой области науки и техники. Например, очень широко используется при математическом моделировании механических устройств и систем: в динамике, гидродинамике, аэродинамике, акустике, энергетике и т. д. Этому способствует не только расширенный набор матричных и иных операций и функций, но и наличие пакета расширения (toolbox) Simulink, специально предназначенного для решения задач блочного моделирования динамических систем и устройств, а также десятков других пакетов расширений. В обширном и постоянно пополняемом комплексе команд, функций и прикладных программ (пакетов расширения, пакетов инструментов, (toolbox)) системы MATLAB содержатся специальные средства для электротехнических и радиотехнических расчетов (операции с комплексными числами, матрицами, векторами и полиномами, обработка

данных, анализ сигналов и цифровая фильтрация), обработки изображений, реализации нейронных сетей, а также средства, относящиеся к другим новым направлениям науки и техники.

Важными достоинствами системы являются ее открытость и расширяемость. Большинство команд и функций системы реализованы в виде текстовых m-файлов (с расширением.m) и файлов на языке Си, причем все файлы доступны для модификации. Пользователю дана возможность создавать не только отдельные файлы, но и библиотеки файлов для реализации специфических задач.

15. Практическая часть

Основными этапами выполнения работы являются:

Реализация метода нахождения QRS комплекса.

Пропускание сигнала ЭКГ через:

1. “lowpass” фильтр;

2. разностный фильтр;

3. фильтр интегрирования;

4. пороговая фильтрация.

Исходные данные:

1. В основе анализа кардиограммы лежит нахождение QRS комплекса. Сначала для устранения шума от P и T волн переведенный в цифровую форму сигнал кардиограммы проходит через “lowpass” фильтр. Для увеличения R волны полученный сигнал обрабатывается нелинейным преобразованием, состоящим из разностного фильтра и фильтра интегрирования.

2. Далее в работе рассматривается алгоритм, в котором производится предварительное обнаружение R волны в каждом цикле, а также сегментов P, QRS и секции T. Для анализа качества нахождения QRS комплекса производится сравнение оригинального и реконструированного сигнала ЭКГ.

Нахождение QRS комплекса

Обнаружение комплеков QRS это одна из основных задач в анализе кардиограммы. Выделение QRS комплекса помогает решить такие задачи, как анализ ритма ЭКГ, распознавание особенностей P, QRS, T, сжатие кардиограммы. Чтобы выполнить процесс усреднения сигнала, в каждом цикле должны быть определены опорные точки. В качестве опорных точек используются пиковые местоположения волн R.

Здесь рассматривается алгоритм для онлайн регистрации ритма ЭКГ сигнала. Иногда для разработки такого алгоритма используются два отведения кардиограммы одновременно. Хотя такой метод дает некоторые преимущества, часто времена ударов сердца, даваемые этими отведениями, не совпадают. Алгоритм, основанный на использовании одного канала ЭКГ особенно удобен для автономных мониторов, в телеметрии для устройств ограниченной полосы пропускания, для приборов домашнего использования, дефибрилляторов и т.п.

Основные проблемы при обнаружении QRS возникают для электрокардиограмм с переменным ритмом, с большими P и T волнами, с различными типами ложных сигналов и шума. Общая схема детектора QRS состоит из двух стадий. В первой стадии, переведенные в цифровую форму данные кардиограммы, проходят через фильтрацию, чтобы устранить шум и P, T волны. Далее, чтобы увеличить волны R, выходной сигнал обрабатывается нелинейными преобразованиями, такими как квадратичная функция.

Во-вторых, для получения граничных точек QRS комплекса, применяется алгоритм с пороговой функцией (алгоритма Tompkins).

Вместо алгоритма Tompkins" можно использовать алгоритм Zigel"s с некоторой модификацией. Он также состоит из двух стадий, но отличен в определении рефракторного периода (периода невозбудимости) в сигнале. В первой стадии определяются периоды невозбудимости, где нет QRS, и таким образом приблизительно определяются комплексы QRS. Кандидаты в QRS определяются использованием “lowpass” фильтра, разностным фильтрованием, фильтрованием среднего значения и применением пороговой функции. Эта процедура позволяет получить приблизительный интервал значений QRS комплекса. Такое фильтрование также отбрасывает ложные сигналы, вызванные волнами T и артефактами. При использовании постоянной пороговой функции, особенно когда в сигнале есть большая примесь от EMG шума или от артефактов движения, точность процедуры уменьшается.

На второй стадии используется пороговая функция. Но алгоритм дает сбой, когда сигнал содержит большой высокочастотный шум. Это потому что порог зависит от производных значений сигнала. Мы сделали этот порог как функцию, которая изменяется по каждой эпохе, и достигает параметра определенного пользователем.

Рисунок 12. Часть кардиограммы с нормальным ритмом сердца

Фильтр Lowpass

Во-первых, сигнал кардиограммы пропускают через lowpass фильтр. Большая часть энергии кардиограммы находится в диапазоне 1 гц - 45 гц. Поэтому частота обрезания для этого фильтры составляет 45 гц. Профильтрованный сигнал сохраняет большую часть энергии исходного сигнала, подавляя высокочастотный шум, включающий 50 гц помехи электросети. В некоторых случаях для улучшения результата возможно применить более тщательное фильтрование. Но цель этой стадии состоит в определении приблизительных интервалов QRS комплекса. Этот процесс слабо зависит от ложного сигнала, вызванного lowpass фильтрованием. На рисунках 13 и 14 представлены детали lowpass фильтра. Фильтрованный сигнал на выходе более гладкий и содержит меньше шума, чем оригинальный сигнал.

Рисунок 13. Амплитудная характеристика

Рисунок 14. Фазовая характеристика

Рисунок 15. Сравнение начального и отфильтрованного сигнала

На рисунке 15 сравнивается начальный сигнал кардиограммы с его фильтрованным lowpass выходом. После фильтрования интервалы стали более зубчатыми.

Разностный фильтр увеличивает волны R и уменьшает P и T волны и шум основания. Уравнение разностного фильтра имеет вид d[n]=(x-x)/2, где x[n] выходной сигнал lowpass фильтра. Рисунки 16 и 17 показывают характеристики этого фильтра.

Рисунок 16. Амплитудная характеристика

Рисунок 17. Фазовая характеристика

Нелинейное преобразование

Разностный фильтр уменьшает не QRS особенности. Но он также увеличивает высокочастотный шум, который остался после lowpass фильтра. Для уменьшения кратковременных помех необходимо применить фильтр интегрирования (14). Размер фильтра взят такой, чтобы соответствовать приблизительной ширине комплекса QRS.

Пороговая Функция

Определить приблизительные интервалы комплекса QRS, мы можем, используя пороговое скользящее среднее значение фильтра выходного:

Возможно также применение адаптивной пороговой функции, когда грубое обнаружение интервалов терпит неудачу, что случается при большом количестве высокочастотных шумов или искажениях сигнала при движении пациента:

Рисунок 18. Заключительный результат процесса определения границ

Наш алгоритм нахождения QRS был проверен тремя сигналами кардиограммы (ECG3.dat, ECG4.dat, ECG5.dat).

Рисунок 19. Результат обнаружения QRS для сигнала ECG3.dat.

У сигнала ECG3.dat есть умеренное количество блуждающих шумов основания, которые могут быть вызваны дыханием пациента. Обнаружение QRS было успешно, как показано на рисунке 19.

Рисунок 20. Результат обнаружения QRS для сигнала ECG4.dat.

Сигнал ECG4.dat затронут изменением основания в конце. Это может быть вызвано движением пациента и высокочастотным шумом, который делает интервалы более широкими.

Рисунок 21. Результат обнаружения QRS для сигнала ECG5.dat.

Сигнал ECG5.dat серьезно искажен. Также в пределах 7 секунд, появляется остроконечный сигнал движения, моделирующий комплекс QRS,. Этот ложный сигнал движения делает обнаружение QRS трудным.

...

Подобные документы

Применение вейвлет-преобразования для сжатия и обработки медицинских сигналов и изображений. Разработка алгоритма автоматизированного выделения PQRST-признаков в сигнале электрокардиограмм с помощью вейвлет-инструментария математического пакета Matlab.

дипломная работа , добавлен 16.07.2013


Разработка функции вычисления дискретного преобразования Фурье от входного вектора. Исследование свойств симметрии ДПФ при мнимых, четных и нечетных входных сигналах. Применение обратного преобразования Фурье для генерации периодической функции косинуса.

лабораторная работа , добавлен 13.11.2010


Сигнал как некоторое средство для передачи информации. Знакомство с параллельными алгоритмами двумерного быстрого преобразования Фурье, анализ способов вычисления. Общая характеристика процессора Power5 64-bit RISC. Рассмотрение функций библиотеки MPI.

дипломная работа , добавлен 09.10.2013


Общая характеристика информационных систем, предназначенных для передачи, преобразования и хранения информации. Изучение форм представления детерминированных сигналов. Энтропия сложных сообщений. Рассмотрение основных элементов вычислительных машин.

лекция , добавлен 13.04.2014


Анализ проблем, возникающих при совмещении изображений в корреляционно-экстремальных навигационных системах. Использование двумерного дискретного преобразования Фурье. Нахождение корреляционной функции радиолокационного и моделируемого изображений.

дипломная работа , добавлен 07.07.2012


Техническое обеспечение, расчет информационно-измерительного канала системы автоматического управления. Методическое обеспечение: описание модели АЦП, спектральный анализ на основе преобразования Фурье. Разработка прикладного программного обеспечения.

курсовая работа , добавлен 21.05.2010


Ознакомление с особенностями программной реализации алгоритмов преобразования одномерных массивов. Исследование развития вычислительной техники, которое подразумевает использование компьютерных и информационных технологий. Изучение интерфейса программы.

курсовая работа , добавлен 02.06.2017


Проектирование информационной системы (ИС) преобразования данных с помощью математических и алгоритмических подходов. Автоматизированная ИС преобразования измеренных значений сил и моментов в расчетные случаи для виртуальной модели автомобиля для ОММиР.

курсовая работа , добавлен 25.12.2011


Анализ таблиц сопряженности и коэффициента сопряженности Крамера. Выявление структуры нечисловых данных. Определение эмпирического среднего с помощью медианы Кемени. Очистка тестового сигнала от шума с использованием дискретного вейвлет-преобразования.

контрольная работа , добавлен 23.12.2016


Получение вейвлетов Габора из представления путем его поворота и растяжения для известного числа масштабов и ориентаций. Описание процедуры pullback. Детектор края, реализация алгоритма. Генерация представления изображения с помощью вейвлетов Габора.

Анализ электрокардиограммы

При анализе ЭКГ прежде всего необходимо проверить техническую правильность ее регистрации, в частности амплитуду контрольного милливольта (соответствует ли она 1 см). Неправильная калибровка аппарата может существенно изменить амплитуду зубцов и привести к диагностическим ошибкам. Значительные затруднения для анализа ЭКГ могут представлять помехи, вызванные плохим контактом электродов с кожей, некачественным заземлением аппарата, мышечным тремором, наводными токами и т. д. При указанных дефектах записи ЭКГ следует переснять.

Определение скорости движения ленты

Для правильного анализа ЭКГ необходимо точно знать скорость движения ленты во время записи. Данная величина должна быть указана в протоколе вместе с фамилией пациента, датой исследования, диагнозом и другими данными. Если это не выполнено, то врач, расшифровывающий ЭКГ, должен в первую очередь определить скорость движения ленты самописца.

Как уже указывалось, в клинической практике ЭКГ обычно регистрируют при скорости ленты 50 или 25 мм/с. Кривые, записанные на разных скоростных режимах, выглядят неодинаково. При скорости движения ленты 50 мм/с ширина комплекса QRS обычно равна одной большой клеточке сетки (0,5 см) или чуть меньше ее; при данной скорости эта клеточка соответствует 0,1 с.

Интервал Q-T при этом всегда больше 2, а чаще даже 3 больших клеточек, т. е. 1,5 см или 0,3 с. При записи со скоростью 25 мм/с ширина комплекса QRS, как правило, не превышает половины такой же клеточки, которая соответствует уже 0,2 с. Комплекс QRS превышает указанную величину только при значительном его расширении, например при полной блокаде одной из ножек пучка Гиса.

Ширина интервала Q - T при записи со скоростью 25 мм/с никогда не достигает 3, а чаще даже меньше 2 клеточек, т. е. 1 см или 0,4 с. Таким образом, по ширине интервала Q-T, как правило, можно определить, при такой скорости ленты записана ЭКГ.

«Практическая электрокардиография», В.Л.Дощицин

Электрокардиограмма (ЭКГ) представляет собой запись суммарного электрического потенциала, возникающего при возбуждении множества миокардиальных клеток. ЭКГ записывают с помощью электрокардиографа. Его основными частями являются гальванометр, система усиления, переключатель отведений и регистрирующее устройство. Электрические потенциалы, возникающие в сердце, воспринимаются электродами, усиливаются и приводят в действие гальванометр. Изменения магнитного поля передаются на регистрирующее устройство и фиксируются на электрокардиографическую…

Этот комплекс отражает процесс деполяризации желудочков. Ширину комплекса QRS измеряют от начала зубца Q до конца зубца S. В норме на ширина не превышает 0,1 с. Соотношение амплитуд зубцов R и S зависит от положения электрической оси сердца, о чем подробнее сказано ниже. Максимальная амплитуда комплекса QRS в грудных отведениях в норме не превышает 26…

В клинической практике наиболее распространены отведения от различных участков поверхности тела. Эти отведения называются поверхностными. При регистрации ЭКГ обычно используют 12 общепринятых отведений: 6 от конечностей и 6 грудных. Первые 3 стандартных отведения были предложены еще Эйнтговеном. Электроды при этом накладываются следующим образом: I отведение: левая рука (+) и правая рука (-); II отведение: левая…

Спасибо

Сайт предоставляет справочную информацию исключительно для ознакомления. Диагностику и лечение заболеваний нужно проходить под наблюдением специалиста. У всех препаратов имеются противопоказания. Консультация специалиста обязательна!

Электрокардиограмма представляет собой широко распространенный метод объективной диагностики различной патологии сердца человека, который применяется сегодня практически везде. Электрокардиограмму (ЭКГ) снимают в поликлинике, в скорой помощи или же в отделении больницы. ЭКГ представляет собой очень важные записи, отражающие состояние сердца. Именно поэтому отражение самых разных вариантов сердечной патологии на ЭКГ описывает отдельная наука – электрокардиография. Электрокардиография также занимается проблемами правильного снятия ЭКГ, вопросами расшифровки, трактовкой спорных и неясных моментов, и т.д.

Определение и суть метода

Электрокардиограмма представляет собой запись работы сердца , которая представлена в виде кривой линии на бумаге. Сама линия кардиограммы не является хаотической, на ней имеются определенные интервалы, зубцы и сегменты, которые соответствуют определенным этапам работы сердца.

Чтобы понимать суть электрокардиограммы, необходимо знать, что же конкретно записывает аппарат под названием электрокардиограф. На ЭКГ записывается электрическая активность сердца, которая меняется циклически, в соответствии с наступлением диастолы и систолы. Электрическая активность сердца человека может показаться вымыслом, но это уникальное биологическое явление существует в действительности. В реальности в сердце имеются так называемые клетки проводящей системы, которые генерируют электрические импульсы, передающиеся на мускулатуру органа. Именно эти электрические импульсы заставляют миокард сокращаться и расслабляться с определенной ритмичностью и частотой.

Электрический импульс распространяется по клеткам проводящей системы сердца строго последовательно, вызывая сокращение и расслабление соответствующих отделов – желудочков и предсердий. Электрокардиограмма отражает именно суммарную электрическую разность потенциалов в сердце.

расшифровкой?

Электрокардиограмму можно снять в любой поликлинике или многопрофильной больнице. Можно обратиться в частный медицинский центр, где есть специалист кардиолог или терапевт . После записи кардиограммы ленты с кривыми рассматривает врач. Именно он анализирует запись, расшифровывает ее и пишет итоговое заключение, в котором отражает все видимые патологии и функциональные отклонения от нормы.

Электрокардиограмма записывается при помощи специального прибора – электрокардиографа, который может быть многоканальным или одноканальным. От модификации и современности прибора зависит скорость записи ЭКГ. Современные приборы можно подсоединить к компьютеру, который при наличии специальной программы проанализирует запись и выдаст готовое заключение, сразу же по окончании процедуры.

Любой кардиограф имеет специальные электроды, которые накладываются в строго определенном порядке. Есть четыре прищепки красного, желтого, зеленого и черного цвета, которые накладывают на обе руки и обе ноги. Если идти по кругу, то прищепки накладываются по правилу "красный-желтый-зеленый-черный", от правой руки. Запомнить эту последовательность легко благодаря студенческой поговорке: "Каждая-Женщина-Злее-Черта". Кроме этих электродов есть еще грудные, которые устанавливаются в межреберные пространства.

В итоге электрокардиограмма состоит из двенадцати кривых, шесть из которых записаны с грудных электродов, и называются грудными отведениями. Оставшиеся шесть отведений записываются с электродов, прикрепленных к рукам и ногам, причем три из них называются стандартными, и еще три – усиленными. Грудные отведения обозначаются V1, V2, V3, V4, V5, V6, стандартные просто римскими цифрами – I, II, III, а усиленные ножные - буквами aVL, aVR, aVF. Разные отведения кардиограммы необходимы для создания максимально полной картины деятельности сердца, поскольку одни патологии видны на грудных отведениях, другие на стандартных, а третьи – на усиленных.

Человек ложится на кушетку, врач закрепляет электроды и включает прибор. Пока пишется ЭКГ, человек должен быть абсолютно спокоен. Нельзя допускать появления каких-либо раздражителей, которые способны исказить истинную картину работы сердца.

Как правильно сделать электрокардиограмму с последующей
расшифровкой - видео

Принцип расшифровки ЭКГ

Поскольку электрокардиограмма отражает процессы сокращения и расслабления миокарда, то можно проследить, как протекают эти процессы, и выявить имеющиеся патологические процессы. Элементы электрокардиограммы тесно связаны, и отражают длительность фаз сердечного цикла – систолу и диастолу, то есть сокращение и последующее расслабление. Расшифровка электрокардиограммы основана на изучении зубцов, из положения друг относительно друга, длительности, и прочих параметров. Для анализа изучают следующие элементы электрокардиограммы:
1. Зубцы.
2. Интервалы.
3. Сегменты.

Зубцами называют все острые и плавные выпуклости и вогнутости на линии ЭКГ. Каждый зубец обозначается буквой латинского алфавита. Зубец Р отражает сокращение предсердий, комплекс QRS – сокращение желудочков сердца, зубец Т – расслабление желудочков. Иногда после зубца Т на электрокардиограмме имеется еще один зубец U, но он не имеет клинической и диагностической роли.

Сегментом ЭКГ считается отрезок, заключенный между соседними зубцами. Для диагностики патологии сердца большое значение играют сегменты P – Q и S – T. Интервал на электрокардиограмме представляет собой комплекс, включающий в себя зубец и интервал. Для диагностики большое значение имеют интервалы P – Q и Q – T.

Часто в заключении врача можно увидеть маленькие латинские буквы, которые также обозначают зубцы, интервалы и сегменты. Маленькие буквы используются в том случае, если зубец имеет длину менее 5 мм. Кроме того, в QRS-комплексе возможно появление нескольких R – зубцов, которые принято обозначать R’, R” и т.д. Иногда зубец R попросту отсутствует. Тогда весь комплекс обозначается только двумя буквами – QS. Все это имеет важное диагностическое значение.

План расшифровки ЭКГ – общая схема чтения результатов

При расшифровке электрокардиограммы обязательно устанавливают следующие параметры, отражающие работу сердца:

• положение электрической оси сердца;
• определение правильности сердечного ритма и проводимости электрического импульса (выявляют блокады, аритмии);
• определение регулярности сокращений сердечной мышцы;
• определение частоты сердечных сокращений;
• выявление источника электрического импульса (определяют ритм синусовый, или нет);
• анализ длительности, глубины и ширины предсердного зубца Р и интервала P – Q;
• анализ длительности, глубины, ширины комплекса зубцов желудочков сердца QRST;
• анализ параметров сегмента RS – Т и зубца Т;
• анализ параметров интервала Q – Т.

На основании всех изученных параметров врач пишет итоговое заключение по электрокардиограмме. Заключение примерно может выглядеть следующим образом: "Синусовый ритм с ЧСС 65. Нормальное положение электрической оси сердца. Патологии не выявлено". Или же так: "Синусовая тахикардия с ЧСС 100. Единичная наджелудочковая экстрасистолия. Неполная блокада правой ножки пучка Гиса. Умеренные метаболические изменения в миокарде".

В заключении по электрокардиограмме врач обязательно должен отразить следующие параметры:

• синусовый ритм, или нет;
• регулярность ритма;
• частоту сердечных сокращений (ЧСС);
• положение электрической оси сердца.

Если выявлены какие-либо из 4 патологических синдромов, то указать, какие именно – нарушение ритма, проводимости, перегрузка желудочков или предсердий, и повреждение структуры сердечной мышцы (инфаркт, рубец, дистрофия).

Пример расшифровки электрокардиограммы

В самом начале ленты электрокардиограммы должен быть калибровочный сигнал, который выглядит в виде большой буквы "П" высотой 10 мм. Если этого калибровочного сигнала нет, то электрокардиограмма является неинформативной. Если высота калибровочного сигнала составляет ниже 5 мм в стандартных и усиленных отведениях, и ниже 8 мм – в грудных, то имеет место низкий вольтаж электрокардиограммы, что является признаком ряда патологий сердца . Для последующей расшифровки и подсчета некоторых параметров необходимо знать, какой промежуток времени укладывается в одну клеточку миллиметровой бумаги. При скорости движения ленты в 25 мм/с одна клетка длиной 1 мм равна 0,04 секунды, а при скорости 50 мм/с – 0,02 секунды.

Проверка регулярности сокращений сердца

Оценивается по интервалам R – R. Если зубцы на протяжении всей записи расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, то ритм регулярный. Иначе его называют правильным. Оценить расстояние между зубцами R – R очень просто: запись электрокардиограммы делается на миллиметровой бумаге, по которой легко измерять любые промежутки в миллиметрах.

Вычисление частоты сердечных сокращений (ЧСС)

Проводится простым арифметическим методом: подсчитывают число больших квадратов на миллиметровой бумаге, которые помещаются между двумя зубцами R. Затем частоту сердечных сокращений вычисляют по формуле, которая определяется скоростью движения ленты в кардиографе:
1. Скорость ленты равна 50 мм/с - тогда ЧСС равно 600 разделить на количество квадратов.
2. Скорость ленты равна 25 мм/с - тогда ЧСС равно 300 разделить на количество квадратов.

Например, если между двумя зубцами R поместилось 4,8 больших квадратов - тогда частота сердечных сокращений, при скорости движения ленты 50 мм/с, будет равна 600/4,8 = 125 ударов в минуту.

Если ритм сердечных сокращений неправильный, тогда определяют максимальную и минимальную ЧСС, взяв за основу также максимальное и минимальное расстояния между зубцами R.

Выявление источника ритма

Врач изучает ритм сердечных сокращений и выясняет, какой узел нервных клеток вызывает циклические процессы сокращений и расслаблений мышцы сердца. Это очень важно для определения блокад.

Расшифровка ЭКГ – ритмы

В норме водителем ритма является синусовый нервный узел. А сам такой нормальный ритм называется синусовым - все остальные варианты являются патологическими. При различных патологиях в качестве водителя ритма может выступать любой другой узел нервных клеток проводящей системы сердца. В этом случае циклические электрические импульсы спутываются, и ритм сердечных сокращений нарушается - имеет место аритмия.

При синусовом ритме на электрокардиограмме во II отведении зубец Р имеется перед каждым QRS-комплексом, и он всегда положительный. На одном отведении все зубцы Р должны иметь одинаковые форму, длину и ширину.

При предсердном ритме зубец Р во II-ом и III-ем отведениях - отрицательный, но имеется перед каждым QRS-комплексом.

Атриовентрикулярные ритмы характеризуются отсутствием зубцов Р на кардиограммах, или же появлением этого зубца после QRS-комплекса, а не перед ним, как в норме. При таком типе ритма частота сердечных сокращений - низкая, и составляет от 40 до 60 ударов в минуту.

Желудочковый ритм характеризуется увеличением ширины QRS-комплекса, который становится большим и довольно пугающим. Зубцы Р и QRS-комплекс совершенно не связаны друг с другом. То есть отсутствует строгая правильная нормальная последовательность – зубец Р, и следом за ним QRS-комплекс. Желудочковый ритм характеризуется снижением частоты сердечных сокращений – менее 40 ударов в минуту.

Выявление патологии проводимости электрического импульса по структурам сердца

Для этого измеряют длительность зубца Р, интервала P – Q и комплекса QRS. Длительность этих параметров высчитывают по миллиметровой ленте, на которой записана кардиограмма. Сначала считают, сколько миллиметров занимает каждый зубец или интервал, после чего полученное значение умножают на 0,02 при скорости записи 50 мм/с, или на 0,04 при скорости записи 25 мм/с.

Нормальная длительность зубца Р составляет до 0,1 секунды, интервала P – Q – 0,12-0,2 секунды, QRS-комплекса – 0,06-0,1 секунду.

Электрическая ось сердца

Обозначается, как угол альфа. Она может иметь нормальное положение, горизонтальное или вертикальное. Причем у худого человека ось сердца более вертикальна относительно средних величин, а у полных – более горизонтальна. Нормальное положение электрической оси сердца составляет 30–69 o , вертикальное – 70–90 o , горизонтальное – 0–29 o . Угол альфа, равный от 91 до ±180 o , отражает резкое отклонение электрической оси сердца вправо. Угол альфа, равный от 0 до –90 o , отражает резкое отклонение электрической оси сердца влево.

Электрическая ось сердца может отклоняться при различных патологических состояниях. Например, гипертоническая болезнь приводит к отклонению вправо, нарушение проводимости (блокады) может смещать ее вправо или влево.

Предсердный зубец Р

Предсердный зубец Р должен быть:

• положительным в I, II, aVF и грудных отведениях (2, 3 ,4, 5, 6);
• отрицательным в aVR;
• двухфазным (часть зубца лежит в положительной области, и часть - в отрицательной) в III, aVL, V1.

Нормальная длительность Р - не более 0,1 секунды, а амплитуда составляет 1,5 – 2,5 мм.

Патологические формы зубца Р могут свидетельствовать о следующих патологиях:
1. Высокие и острые зубцы в II, III, aVF–отведениях появляются при гипертрофии правого предсердия ("легочное сердце");
2. Зубец Р с двумя вершинами с большой шириной в I, aVL, V5 и V6-отведениях говорит о гипертрофии левого предсердия (например, порок митрального клапана).

Интервал P – Q

Интервал P – Q имеет нормальную длительность от 0,12 до 0,2 секунды. Увеличение длительности интервала P – Q является отражением атриовентрикулярной блокады. На электрокардиограмме можно выделить три степени атриовентрикулярной блокады (AV):

• I степень: простое удлинение интервала P – Q с сохранением всех остальных комплексов и зубцов.
• II степень: удлинение интервала P – Q с частичным выпадением некоторых QRS-комплексов.
• III степень: отсутствие связи между зубцом Р и QRS-комплексами. В этом случае предсердия работают в своем ритме, а желудочки – в своем.

Желудочковый QRST–комплекс

Желудочковый QRST–комплекс состоит собственно из QRS-комплекса и сегмента S – T. Нормальная длительность QRST–комплекса не превышает 0,1 секунды, а ее увеличение выявляется при блокадах ножек пучка Гисса.

QRS-комплекс состоит из трех зубцов, соответственно Q, R и S. Зубец Q виден на кардиограмме во всех отведениях, кроме 1, 2 и 3 грудных. Нормальный зубец Q имеет амплитуду до 25% от таковой зубца R. Длительность зубца Q составляет 0,03 секунды. Зубец R регистрируется абсолютно во всех отведениях. Зубец S также виден во всех отведениях, но его амплитуда уменьшается от 1-ого грудного до 4-ого, а в 5-ом и 6-ом он может вообще отсутствовать. Максимальная амплитуда данного зубца составляет 20 мм.

Сегмент S – T является очень важным с диагностической точки зрения. Именно по этому зубцу можно выявить ишемию миокарда, то есть недостаток кислорода в сердечной мышце. Обычно этот сегмент проходит по изолинии, в 1, 2 и 3 грудных отведениях, он может подниматься вверх максимум на 2 мм. А в 4, 5 и 6 грудных отведениях сегмент S – T может смещаться ниже изолинии максимум на полмиллиметра. Именно отклонение сегмента от изолинии отражает наличие ишемии миокарда.

Зубец Т

Зубец Т является отражением процесса в конечном итоге расслабления в сердечной мышце желудочков сердца. Обычно при большой амплитуде зубца R, зубец Т также будет положительным. Отрицательный зубец Т регистрируется в норме только в отведении aVR.

Интервал Q – T

Интервал Q – T отражает процесс в конечном итоге сокращения в миокарде желудочков сердца.

Расшифровка ЭКГ – показатели нормы

Расшифровка электрокардиограммы обычно записывается врачом в заключении. Типичный пример нормальной кардиограммы сердца выглядит следующим образом:
1. PQ – 0,12 с.
2. QRS – 0,06 с.
3. QT – 0,31 с.
4. RR – 0,62 – 0,66 – 0,6.
5. ЧСС равна 70 – 75 ударов в минуту.
6. ритм синусовый.
7. электрическая ось сердца расположена нормально.

В норме ритм должен быть только синусовым, ЧСС взрослого человека – 60 – 90 ударов в минуту. Зубец Р в норме составляет не более 0,1 с, интервал P – Q – 0,12-0,2 секунды, QRS-комплекс – 0,06-0,1 секунду, Q – Т до 0,4 с.

Если кардиограмма - патологическая, то в ней указываются конкретные синдромы и отклонения от нормы (например, частичная блокада левой ножки пучка Гисса, ишемия миокарда и т.д.). Также врач может отразить конкретные нарушения и изменения нормальных параметров зубцов, интервалов и сегментов (например, укорочение зубца Р или интервала Q – Т и т.д.).

Расшифровка ЭКГ у детей и беременных женщин

В принципе у детей и беременных женщин нормальные показатели электрокардиограммы сердца - такие же, как у здоровых взрослых людей. Однако имеются определенные физиологические особенности. Например, частота сердечных сокращений у детей выше, чем у взрослого человека. Нормальная ЧСС ребенка до 3–летнего возраста составляет 100 – 110 ударов в минуту, 3–5 лет – 90 – 100 ударов в минуту. Затем постепенно частота сердечных сокращений уменьшается, и в подростковом возрасте сравнивается с таковой у взрослого человека – 60 – 90 ударов в минуту.

У беременных женщин возможно небольшое отклонение электрической оси сердца на поздних сроках гестации из-за сдавления растущей маткой . Кроме того, часто развивается синусовая тахикардия, то есть увеличение частоты сердечных сокращений до 110 – 120 ударов в минуту, что является функциональным состоянием, и проходит самостоятельно. Увеличение частоты сердечных сокращений связано с большим объемом циркулирующей крови и увеличенной нагрузкой. Из-за увеличения нагрузки на сердце у беременных женщин может выявляться перегрузка различных отделов органа. Эти явления не являются патологией - они связаны с беременностью , и пройдут самостоятельно после родов .

Расшифровка электрокардиограммы при инфаркте

Инфаркт миокарда представляет собой резкое прекращение поступления кислорода к клеткам мышц сердца, вследствие чего развивается омертвение участка ткани, оказавшегося в состоянии гипоксии . Причина нарушения поступления кислорода может быть разной – чаще всего это закупорка кровяного сосуда, или его разрыв. Инфаркт захватывает только часть мышечной ткани сердца, и объем поражения зависит от величины кровеносного сосуда, оказавшегося закупоренным или разорванным. На электрокардиограмме инфаркт миокарда имеет определенные признаки, по которым его можно диагностировать.

В процессе развития инфаркта миокарда выделяют четыре стадии, которые имеют разные проявления на ЭКГ:

• острейшая;
• острая;
• подострая;
• рубцовая.

Острейшая стадия инфаркта миокарда может продолжаться в течение 3 часов – 3 суток с момента нарушения кровообращения. На данном этапе на электрокардиограмме может отсутствовать зубец Q. Если же он имеется, то зубец R имеет низкую амплитуду, или полностью отсутствует. В этом случае имеется характерный QS-зубец, отражающий трансмуральный инфаркт. Второй признак острейшего инфаркта – это повышение сегмента S – Т минимум на 4 мм над изолинией, с формированием одного большого зубца Т.

Иногда удается застать фазу ишемии миокарда, предшествующую острейшей, которая характеризуется высокими зубцами Т.

Острая стадия инфаркта протекает 2 – 3 недели. В этот период на ЭКГ регистрируется широкий и высокоамплитудный зубец Q, и отрицательный зубец Т.

Подострая стадия протекает до 3 месяцев. На ЭКГ регистрируется очень большой отрицательный зубец Т с огромной амплитудой, который постепенно нормализуется. Иногда выявляется подъем сегмента S – T, который должен был выровняться к этому периоду. Это является тревожным симптомом , поскольку может свидетельствовать о формировании аневризмы сердца.

Рубцовая стадия инфаркта является конечной, поскольку на поврежденном месте образуется соединительная ткань, неспособная к сокращению. Этот рубец регистрируется на ЭКГ в виде зубца Q, который останется на всю жизнь. Часто зубец Т сглажен, имеет низкую амплитуду, или же вовсе отрицательный.

Расшифровка наиболее распространенных ЭКГ

В заключении врачи пишут результат расшифровки ЭКГ, который часто непонятен, поскольку состоит из терминов, синдромов и просто констатации патофизиологических процессов. Рассмотрим наиболее распространенные заключения ЭКГ, которые оказываются непонятны человеку без медицинского образования.

Эктопический ритм означает не синусовый - что может быть как патологией, так и нормой. Нормой эктопический ритм является тогда, когда имеет место врожденное неправильное формирование проводящей системы сердца, но человек не предъявляет никаких жалоб и не страдает другими сердечными патологиями. В других случаях эктопический ритм свидетельствует о наличии блокад.

Изменение процессов реполяризации на ЭКГ отражает нарушение процесса расслабления сердечной мышцы после сокращения.

Синусовый ритм – это нормальный сердечный ритм здорового человека.

Синусовая или синусоидальная тахикардия означает, что у человека правильный и регулярный ритм, но повышенная частота сердечных сокращений – более 90 ударов в минуту. У молодых людей до 30-летнего возраста является вариантом нормы.

Синусовая брадикардия – это низкое число сердечных сокращений – менее 60 ударов в минуту на фоне нормального, регулярного ритма.

Неспецифические изменения ST-T означают, что имеются незначительные отклонения от нормы, но их причина может быть совершенно не связана с патологией сердца. Необходимо пройти полное обследование. Такие неспецифические изменения ST-T могут развиваться при дисбалансе ионов калия, натрия, хлора, магния, или различных эндокринных нарушениях, часто в период климакса у женщин.

Двухфазный зубец R в совокупности с другими признаками инфаркта указывает на повреждение передней стенки миокарда. Если же иных признаков инфаркта не выявлено, то двухфазный зубец R не является признаком патологии.

Удлинение QT может свидетельствовать о гипоксии (недостатке кислорода), рахите , или перевозбуждении нервной системы у ребенка, что является следствием родовой травмы .

Гипертрофия миокарда означает, что мышечная стенка сердца утолщена, и работает с огромной нагрузкой. Это может привести к формированию:

• сердечной недостаточности;
• аритмии.

Также гипертрофия миокарда может быть следствием перенесенных инфарктов.

Умеренные диффузные изменения в миокарде означают, что питание тканей нарушено, развилась дистрофия сердечной мышцы. Это поправимое состояние: необходимо обратиться к врачу и пройти адекватный курс лечения, включая нормализацию питания.

Отклонение электрической оси сердца (ЭОС) влево или вправо возможно при гипертрофии левого или правого желудочка соответственно. Влево ЭОС может отклоняться у тучных людей, а право – у худых, но в данном случае это - вариант нормы.

Левый тип ЭКГ – отклонение ЭОС влево.

НБПНПГ – аббревиатура, обозначающая "неполная блокада правой ножки пучка Гиса". Данное состояние может встречаться у новорожденных детей, и является вариантом нормы. В редких случаях НБПНПГ может стать причиной аритмии, но в основном не приводит к развитию негативных последствий. Блокада ножки пучка Гисса довольно часто встречается у людей, однако если нет никаких жалоб на сердце - то это совершенно не опасно.

БПВЛНПГ – аббревиатура, означающая "блокада передней ветви левой ножки пучка Гиса". Отражает нарушение проведения электрического импульса в сердце, и приводит к развитию аритмий.

Малый рост зубца R в V1-V3 может быть признаком инфаркта межжелудочковой перегородки. Чтобы точно определить, так ли это, необходимо сделать еще одно исследование ЭКГ.

Синдром CLC (синдром Клейн-Леви-Критеско) представляет собой врожденную особенность проводящей системы сердца. Может стать причиной развития аритмий. Данный синдром не требует лечения, но необходимо регулярно обследоваться у врача – кардиолога.

Низкий вольтаж ЭКГ часто регистрируется при перикардите (большом объеме соединительной ткани в сердце, заместившей мышечную). Кроме того, данный признак может быть отражением истощения или микседемы.

Метаболические изменения являются отражением недостаточности питания сердечной мышцы. Необходимо обследоваться у кардиолога и пройти курс лечения.

Замедление проводимости означает, что нервный импульс проходит по тканям сердца медленнее, чем в норме. Само по себе данное состояние не требует специального лечения - это может быть врожденной особенностью проводящей системы сердца. Рекомендуется регулярное наблюдение у врача–кардиолога.

Блокада 2 и 3 степеней отражает серьезное нарушение проводимости сердца, что проявляется аритмией. В этом случае необходимо лечение.

Поворот сердца правым желудочком вперед может быть косвенным признаком развития гипертрофии. В этом случае необходимо выяснить её причину, и пройти курс лечения, или же скорректировать диету и образ жизни.

Цена электрокардиограммы с расшифровкой

Стоимость электрокардиограммы с расшифровкой значительно колеблется, в зависимости от конкретного медицинского учреждения. Так, в государственных больницах и поликлиниках минимальная цена за процедуру снятия ЭКГ и расшифровки ее врачом составляет от 300 рублей. В этом случае вы получите пленочки с записанными кривыми и заключение врача по ним, которое он сделает сам, или при помощи компьютерной программы.

Если вы желаете получить основательное и подробное заключение по электрокардиограмме, объяснение врачом всех параметров и изменений - лучше обратиться в частную клинику, которая предоставляет подобные услуги. Здесь врач сможет не только написать заключение, расшифровав кардиограмму, но и спокойно поговорить с вами, не торопясь разъяснить все интересующие моменты. Однако стоимость такой кардиограммы с расшифровкой в частном медицинском центре колеблется от 800 рублей до 3600 рублей. Не стоит считать, что в обычной поликлинике или больнице работают плохие специалисты - просто у врача в государственном учреждении, как правило, очень большой объем работы, поэтому ему попросту некогда беседовать с каждым пациентом очень подробно.

Электрокардиограмма отражает только электрические процессы в миокарде: деполяризацию (возбуждение) и реполяризацию (восстановление) клеток миокарда.

Соотношение интервалов ЭКГ с фазами сердечного цикла (систола и диастола желудочков).

В норме деполяризация приводит к сокращению мышечной клетки, а реполяризация - к расслаблению. Для упрощения дальше я буду вместо “деполяризации-реполяризации” иногда использовать “сокращение-расслабление”, хотя это не совсем точно: существует понятие “электромеханическая диссоциация “, при которой деполяризация и реполяризация миокарда не приводят к его видимому сокращению и расслаблению. Чуть подробнее об этом явлении я писал раньше .

Элементы нормальной ЭКГ

Прежде, чем перейти к расшифровке ЭКГ, нужно разобраться, из каких элементов она состоит.

Зубцы и интервалы на ЭКГ . Любопытно, что за рубежом интервал P-Q обычно называют P-R .

Любая ЭКГ состоит из зубцов , сегментов и интервалов .

ЗУБЦЫ - это выпуклости и вогнутости на электрокардиограмме. На ЭКГ выделяют следующие зубцы:

P (сокращение предсердий),

Q , R , S (все 3 зубца характеризуют сокращение желудочков),

T (расслабление желудочков),

U (непостоянный зубец, регистрируется редко).

СЕГМЕНТЫ Сегментом на ЭКГ называют отрезок прямой линии (изолинии) между двумя соседними зубцами. Наибольшее значение имеют сегменты P-Q и S-T. Например, сегмент P-Q образуется по причине задержки проведения возбуждения в предсердно-желудочковом (AV-) узле.

ИНТЕРВАЛЫ Интервал состоит из зубца (комплекса зубцов) и сегмента . Таким образом, интервал = зубец + сегмент. Самыми важными являются интервалы P-Q и Q-T.

Зубцы, сегменты и интервалы на экг. Обратите внимание на большие и мелкие клеточки (о них ниже).

Зубцы комплекса QRS

Поскольку миокард желудочков массивнее миокарда предсердий и имеет не только стенки, но и массивную межжелудочковую перегородку, то распространение возбуждения в нем характеризуется появлением сложного комплекса QRS на ЭКГ. Как правильно выделить в нем зубцы ?

Прежде всего оценивают амплитуду (размеры) отдельных зубцов комплекса QRS. Если амплитуда превышает 5 мм , зубец обозначают заглавной (большой) буквой Q, R или S; если же амплитуда меньше 5 мм, то строчной (маленькой) : q, r или s.

Зубцом R (r) называют любой положительный (направленный вверх) зубец, который входит в комплекс QRS. Если зубцов несколько, последующие зубцы обозначают штрихами : R, R’, R” и т. д. Отрицательный (направленный вниз) зубец комплекса QRS, находящийся перед зубцом R , обозначается как Q (q), апосле - как S (s). Если же в комплексе QRS совсем нет положительных зубцов, то желудочковый комплекс обозначают как QS .

Варианты комплекса qrs.

В норме зубец Q отражает деполяризацию межжелудочковой перегородки, зубец R - основной массы миокарда желудочков, зубец S - базальных (т.е. возле предсердий) отделов межжелудочковой перегородки. Зубец R V1, V2 отражает возбуждение межжелудочковой перегородки, а R V4, V5, V6 - возбуждение мышцы левого и правого желудочков. Омертвение участков миокарда (например, приинфаркте миокарде ) вызывает расширение и углубление зубца Q, поэтому на этот зубец всегда обращают пристальное внимание.

Анализ ЭКГ

Общая схема расшифровки ЭКГ

Проверка правильности регистрации ЭКГ.

Анализ сердечного ритма и проводимости:

оценка регулярности сердечных сокращений,

подсчет частоты сердечных сокращений (ЧСС),

определение источника возбуждения,

оценка проводимости.

Определение электрической оси сердца.

Анализ предсердного зубца P и интервала P - Q.

Анализ желудочкового комплекса QRST:

• анализ комплекса QRS,

  анализ сегмента RS - T,

  анализ зубца T,

  анализ интервала Q - T.

Электрокардиографическое заключение.

Нормальная электрокардиограмма.

1) Проверка правильности регистрации ЭКГ

В начале каждой ЭКГ-ленты должен иметься калибровочный сигнал - так называемый контрольный милливольт . Для этого в начале записи подается стандартное напряжение в 1 милливольт, которое должно отобразить на ленте отклонение в 10 мм . Без калибровочного сигнала запись ЭКГ считается неправильной. В норме, по крайней мере в одном из стандартных или усиленных отведений от конечностей, амплитуда должна превышать 5 мм , а в грудных отведениях - 8 мм . Если амплитуда ниже, это называется сниженный вольтаж ЭКГ , который бывает при некоторых патологических состояниях.

Контрольный милливольт на ЭКГ (в начале записи).

2) Анализ сердечного ритма и проводимости :

1. оценка регулярности сердечных сокращений

Регулярность ритма оценивается по интервалам R-R . Если зубцы находятся на равном расстоянии друг от друга, ритм называется регулярным, или правильным. Допускается разброс длительности отдельных интервалов R-R не более ± 10% от средней их длительности. Если ритм синусовый, он обычно является правильным.

подсчет частоты сердечных сокращений (ЧСС)

На ЭКГ-пленке напечатаны большие квадраты, каждый из которых включает в себя 25 маленьких квадратиков (5 по вертикали x 5 по горизонтали). Для быстрого подсчета ЧСС при правильном ритме считают число больших квадратов между двумя соседними зубцами R - R.

При скорости ленты 50 мм/с: ЧСС = 600 / (число больших квадратов). При скорости ленты 25 мм/с: ЧСС = 300 / (число больших квадратов).

На вышележащей ЭКГ интервал R-R равен примерно 4.8 больших клеточек, что при скорости 25 мм/с дает 300 / 4.8 = 62.5 уд./мин.

На скорости 25 мм/с каждая маленькая клеточка равна 0.04 c , а на скорости 50 мм/с - 0.02 с . Это используется для определения длительности зубцов и интервалов.

При неправильном ритме обычно считают максимальную и минимальную ЧСС согласно длительности самого маленького и самого большого интервала R-R соответственно.