EKG vyšetření

Tato prezentace je určena pro biofyzikální praktikum na 2. LF UK. Pro toto téma je ve WikiSkriptech základní článek na stránce Elektrokardiografie.

EKG vyšetření – prezentace pro biofyzikální praktikum.

Obsah přednášky

Einthoven2.jpg

• Historie: Willem Einthoven (1860 – 1927), EKG: 1903, Nobelovka: 1924
• Teorie: Princip EKG
• EKG přístroj: Princip fungování
• Praktikum: Záznam EKG a HRV

Teorie

Orgán srdce

ECG-Heart_in_body.svg

• Při vyšetření EKG vyšetřujeme srdce jako živý orgán v živém organismu.
• Z biofyzikálního hlediska se jedná o subsystém jiného systému.
• Úkolem srdce je zajistit krevní oběh – tuto funkci při EKG nevyšetřujeme.
• Sledujeme pouze vedlejší projev, kterým je "elektrická aktivita" srdce.
• Tyto elektrické projevy snímáme pomocí povrchových elektrod → jedná se o neinvazivní vyšetření.

Elektrická aktivita srdce

ECG Principle fast.gif

• Srdce je složeno z velkého množství elektricky aktivních myocytů.
• Generátorem srdeční akce je SA uzel, z něhož se šíří podráždění postupně do celého myokardu.
• Každý myocyt se navenek chová jako proměnlivý elektrický dipól (mění svou polohu i elektrickou aktivitu).
• Vyšetřovat akční potenciály jednotlivých myocytů v klinických podmínkách neinvazivním způsobem nelze.
• Elektrodami snímáme z povrchu těla tzv. sumační potenciál, který je (dle principu superposice) složen z dílčích příspěvků všech elektricky aktivních buněk v daném časovém okamžiku.
• Výsledkem je EKG křivka (nebo soubor více takových křivek) jakožto funkce napěťového rozdílu mezi dvěma body v závislosti na probíhajícím čase.

EKG křivka

ECG-krivka+meritka.svg

• Obrázek = schematický záznam jedné periody normálního EKG (tzv. sinusový rytmus).
• Vodorovná osa je časová [ms], běží zleva doprava.
• Na svislé ose je napěťový rozdíl [mV], kladné výchylky jdou u EKG směrem nahoru .
  • Pozor, u neurologických vyšetření jako např. EEG je tomu naopak.
• Izoelektrická linie vyznačuje pomyslnou čáru, která by se objevila, kdybychom neregistrovali žádnou srdeční aktivitu (zástava srdce, klinická smrt). Slouží jako hladina nulového napěťového rozdílu.

EKG vlny

ECG-P+QRSkomplex+T.svg

• EKG vlny jsou značeny písmeny abecedy P, Q, R, S, T:
  • Vlna P odpovídá depolarizaci (systole) síní.
  • Vlny QRS tvoří tzv. QRS komplex, který odpovídá depolarizaci (systole) komor – nejvýraznější projev na EKG záznamu, překrývající méně výraznou repolarizaci (diastolu) síní. QRS komplex trvá od začátku vlny Q do konce vlny S.
  • Vlna T odpovídá repolarizaci (diastole) komor.
  • Za vlnou T se někdy ještě vyskytuje vlna U stejné polarity – význam nejasný.

Intervaly a segmenty

ECG-PQRST+popis.svg

• Kromě jednotlivých vln jsou důležité intervaly a segmenty:
  • PR interval: od začátku vlny P do začátku QRS komplexu;
  • PR segment: část izoelektrické linie od konce vlny P do začátku QRS komplexu;
  • ST segment: část izoelektrické linie od konce QRS komplexu do začátku vlny T;
  • QT interval: od začátku QRS komplexu do konce vlny T.

Srdeční frekvence

ECG-RRinterval.svg

• V EKG záznamu se za sebou opakuje několik period srdeční revoluce.
• Délku srdeční periody T nejpřesněji zjistíme jako vzdálenost dvou po sobě jdoucích ostrých R vln – této vzdálenosti říkáme R-R interval.
• Kvasiperiodický průběh: srdeční periody se neopakují zcela stejně, vždy jsou menší či větší odchylky.
• HRV = Heart Rate Variability = variabilita srdeční frekvence: fyziologicky se mění délka srdeční periody a tím i srdeční frekvence zejména v reakci na dýchání:
  • nádech: zvýšení srdeční frekvence;
  • výdech: snížení srdeční frekvence.
• Dále se srdeční frekvence mění v závislosti na fyzické i psychické zátěži a na množství dalších faktorů.
• Okamžitou srdeční frekvenci f spočteme ze vztahu f [Hz] = 1/T [s].
• Vedlejší jednotkou srdeční frekvence je min^-1. Odvoďte si výše uvedený vztah také pro tuto jednotku!
• Kromě okamžité frekvence umíme spočítat i průměrnou frekvenci, např. za jednu minutu (počet tepů za minutu).

Elektrický srdeční vektor

ECG-srdecni-vektor.svg

• EKG křivka se nemění jenom v čase, ale mezi různě umístěnými elektrodami měříme různé průběhy.
• EKG signál je tudíž časoprostorově proměnná veličina.
• Lineární model (superposice): Na elektrické pole, působené množstvím časoprostorově proměnných elektrických dipólů jednotlivých myocytů, můžeme pohlížet jako na jediný proměnlivý elektrický srdeční vektor.
• Proměnlivost znamená, že během srdeční revoluce tento vektor nepravidelně rotuje a přitom mění i svoji velikost.
• Zajímá nás velikost a směr el. srdečního vektoru v různých fázích srdeční revoluce, zejména v okamžicích jednotlivých EKG vln:
  • Elektrické osy P, T: jsou to směry el. srdečního vektoru pro vlny P, T;
  • Elektrická osa QRS: směr el. srdečního vektoru pro komplex QRS, je to hlavní elektrická osa. Není-li řečeno jinak, míní se elektrickou srdeční osou právě tato.
• Elektrické osy jsou projevem elektrické aktivity a způsobu šíření el. vzruchu – nezávisí přímo na nějaké anatomické poloze myokardu!
• Běžný směr el. osy směřuje vlevo dolů, ale v rámci normality může být u různých osob různý v širokém rozmezí cca 0°... +110° a mění se s věkem – u lidí nad 40 let se udává -30°... +90°).
• Velká odchylka od normy:
  • Nemusí ještě znamenat sama o sobě patologický stav, ale v součinnosti s dalšími příznaky může upřesnit diagnózu.
  • Může (zvláště u začátečníků) být způsobena chybným zapojením elektrod.

Frontální rovina

ECG-Einthoven-shoulders.svg

• Elektrický srdeční vektor se pohybuje ve 3D prostoru.
• Historicky nejstarší (Einthoven) je zkoumání projekce el. srdečního vektoru ve frontální rovině.
• Neinvazivní vyšetření – elektrody umísťujeme na povrch těla, které slouží jako elektrolytický vodič
• Pro sledování pohybu vektoru v rovině potřebujeme alespoň 3 místa pro umístění elektrod, rozmístěná na těle pokud možno pravidelně v různých směrech od srdce (v ideálním případě: 3 úhly po 120°).
• Z toho vychází:
  • pravé rameno,
  • levé rameno,
  • levé tříslo (pro srdce umístěné normálně na levé straně).

Končetinové elektrody

ECG-Einthoven-RLF.svg

• EKG signál se šíří od myokardu celým tělem, trupem i končetinami.
• Při průchodem končetinami se již prakticky nemění, končetiny působí jako vodiče se zanedbatelným odporem (v porovnání se vstupní impedancí EKG přístroje).
• Umístit elektrody na končetiny je při běžném vyšetření pohodlnější a jistější než na trup.
• Končetinové elektrody použil již Einthoven a nazývají se:
  • R = Rechts – pravá ruka (značí se červeně),
  • L = Links – levá ruka (značí se žlutě),
  • F = Fuß – levá noha (značí se zeleně).
• Končetinové elektrody se běžně umísťují na předloktí poblíž zápěstí, resp. na oblast holeně či lýtka poblíž kotníku.
• V případě problému či nemožnosti (končetina je amputovaná, zraněná, ovázaná apod.) na kterémkoli místě končetiny až po rameno, resp. tříslo. Takové umístění nemá praktický vliv na průběh získané EKG křivky.
• Rovněž při dlouhodobých EKG záznamech pomocí přenosného EKG monitoru (Holter) se používají lepící elektrody, připevněné přímo na tělo.
• Kůži pod elektrodou je třeba zvlhčit fyziologickým roztokem, vodou či EKG gelem pro zajištění dobré vodivosti.

Zemnící elektroda

ECG-Einthoven-RLFN.svg

• N = neutral – zemnící elektroda (značí se černě).
• Umísťuje se podobně jako F, jenže na opačnou (tj. zpravidla pravou) nohu.
• Neměla by mít vliv na vlastní průběh EKG křivek.
• Nepočítá se s ní v dalším výkladu o EEG svodech.
• Nepočítá se tím pádem mezi končetinové elektrody (je to pomocná elektroda).
• Spojuje neutrální potenciál přístroje s pacientem tak, aby se minimalizovalo rušení či přetížení vstupních zesilovačů ("plavání signálu").

Einthovenův trojúhelník

ECG-Einthoven-triangle.svg

• Končetinové elektrody vytváří pomyslný trojúhelník s vrcholy RLF.
• Tento trojúhelník v Einthovenově zjednodušujícím modelu považujeme za rovnostranný (tj. všechny úhly 60°).
• Einthoven připojoval měřící přístroj mezi různé páry končetinových elektrod a tak obdržel tři různé svody:
  • I. = L - R,
  • II. = F - R,
  • III. = F - L.
• Zápis značí, že I. svod je dán rozdílem potenciálů mezi elektrodami L a R. Atd. Pozor na pořadí u rozdílu!
• Na obrázku: směr šipek a znaménka + a - znamenají, že (příklad pro I. svod):
  • Při zvyšujícím se potenciálu L (směrem ke kladným hodnotám) jde křivka směrem nahoru (a naopak).
  • Při zvyšujícím se potenciálu R (směrem ke kladným hodnotám) jde křivka směrem dolu (a naopak).
• Toto označení může být někdy matoucí (+ na straně šipky a - na opačném konci), protože v elektrotechnice je tomu naopak (šipka u napětí směřuje od + k -), ale je to už zažitý zvyk.
• Protože jsou výchylky v Einthovenových svodech dány rozdílem potenciálů dvou elektrod, nazývají se bipolární svody.
• Jinými slovy, jedná se o bipolární zapojení elektrod.
• Šipky označující svody I. II. III. můžeme chápat jako vektory, které mají určitý směr. Můžeme je posouvat.

Einthovenův souřadný systém

ECG-Einthoven-vect0.svg

• Přesuneme všechny vektory Einthovenova trojúhelníku tak, aby vycházely z jednoho bodu (ze srdce, umístěného teoreticky v jeho středu).
• Tím se ozřejmí, že dostáváme osy souřadného systému ve frontální rovině (na rozdíl od kartézských souřadnic osy svírají úhly 60°).

Srdeční vektor v souřadném systému

ECG-Einthoven-vect1.svg

• Do vzniklého souřadného systému umístíme elektrický srdeční vektor (např. vektor komplexu QRS).
• Naším cílem je zjistit, jak se jeho působení projeví v jednotlivých Einthovenových svodech.

Spuštění kolmic

ECG-Einthoven-vect2.svg

• Rozložíme el. srdeční vektor do jednotlivých souřadných os.
• Stejně jako v kartézském souřadném systému spustíme od konce vektoru kolmice směrem k souřadným osám.

Průměty el. srdečního vektoru

ECG-Einthoven-vect3.svg

• Průsečíky kolmic s osami vymezí průměty vektoru el. srdeční osy do souřadných os.
• Výška křivky na EKG záznamu (v odpovídajícím časovém okamžiku) v jednotlivých Einthovenových svodech I. II. III. bude nyní odpovídat těmto složkám.
• Určení vektoru srdeční osy:
  • V praxi se setkáme s opačnou úlohou: Z naměřených křivek zjistit vektor srdeční osy (např. komplexu QRS).
  • Postupujeme přesně naopak:
    • Na osy vyneseme složky vektoru, zjištěné jako výška komplexu QRS v jednotlivých svodech.
    • Vedeme kolmice k osám.
    • Průsečík kolmic určí hledaný vektor.

Průměty v trojúhelníku

ECG-Einthoven-vect4.svg

• Víme, že vektory můžeme (při zachování směru a velikosti) libovolně posouvat.
• Souřadné osy můžeme opět uspořádat do trojúhelníku.
• Rozkládání vektoru na složky a jeho opětné skládání si můžeme dobře představit i v trojúhelníkovém uspořádání.

Průměty v centrovaném trojúhelníku

ECG-Einthoven-vect5.svg

• Stejně tak můžeme přesunout trojúhelník zpět na původní posici (s počátkem el. srdečního vektoru uprostřed).
• Vidíme, že rozkládání vektoru na složky a jeho opětné skládání stále funguje.
• Znaménka + u průmětů srdečního vektoru znamenají, že v daném případě směřují QRS komplexy ve všech Einthovenových svodech nahoru (vlna R je vyšší, tj. její potenciál je positivnější než průměr potenciálů vln Q a S).

Sklon elektrické srdeční osy

ECG-Einthoven-vect6-sklon_osy45.svg

• V případě, že je vyšetřovaný vektor vektorem srdeční osy (tj. jedná se o časový okamžik vrcholů vln P, T nebo R), můžeme uvedeným způsobem určit sklon odpovídající srdeční osy.
• Úhel sklonu se měří tak, že:
  • Úhel 0° leží na vodorovné ose (tj, ose I. svodu) ve směru elektrody L (podobně jako v geometrii).
  • Úhly stoupají ke kladným hodnotám při otáčení vektoru dolů, tj. směrem k elektrodě F (opačně, než je tomu v geometrii).
  • V normálních případech proto sklon srdeřní osy QRS nabývá kladných hodnot (v rozmezí cca 0°... 110°).

Wilsonovy unipolární svody

ECG-Wilson.svg

• Na rozdíl od bipolárních svodů (Einthoven) sledujeme u unipolárních svodů změny potenciálu na jedné elektrodě, vztažené k nějakému referenčnímu bodu.
• U Wilsonových svodů je tímto bodem Wilsonova svorka, na které je vytvořena průměrná hodnota potenciálu všech končetinových elektrod.
• Označíme-li R, L, F potenciály na končetinových elektrodách a W potenciál Wilsonovy svorky, pak platí: W = (R+L+F)/3.
• Pro potenciální rozdíl na unipolárních Wilsonových svodech VR, VL, VF potom platí:
  • VR = R - W = (2R-L-F)/3,
  • VL = L - W = (2L-R-F)/3,
  • VF = F - W = (2F-L-R)/3.
• V grafickém znázornění jsou Wilsonovy svody reprezentovány třemi vektory, vycházejícími ze středu trojúhelníka do jeho vrcholů (elektrod).
• Wilsonovy svody tak vytvářejí systém tří os podobně jako Einthovenovy svody, ale pootočený oproti nim o 30°.
• Wilsonovy a Einthovenovy svody se tak vzájemně doplňují a 6 svodů (3 bipolární a 3 unipolární) vytváří společně systém šesti os.

Wilsonova svorka

ECG-Wilson-R.svg

• Zbývá otázka, jakým způsobem realizovat Wilsonovu svorku tak, aby na ní byla v každém okamžiku průměrná hodnota potenciálů všech tří elektrod.
• Jednoduše: Spojením všech tří elektrod přes tři stejně velké rezistory do jednoho uzlu.

Augmentované svody

ECG-Goldberger.svg

• Wilsonovy svody mají oproti Einthovenovým o dost menší amplitudu (vektory jsou kratší).
• Proto Goldberger v roce 1942 zvýšil voltáž unipolárních svodů tím, že referenční body umístil na protilehlé strany trojúhelníka.
• Tím pádem se délka vektorů prodloužila o 1/2, tj. na 3/2 původní délky, a tolikrát se také zvýšilo napětí Goldbergových svodů oproti Wilsonovým.
• Prodloužení = augmentace, proto se Goldbergovy svody jmenují augmentované (a na začátku): aVR, aVL, aVF.
• Potenciál referenčního bodu Goldbergových svodů je průměrem potenciálů dvou zbývajících elektrod. Tudíž platí:
  • aVR = (2R - L - F)/2,
  • aVL = (2L - R - F)/2,
  • aVF = (2F - R - L)/2.
  • V porovnání se vztahy pro napětí Wilsonových svodů vídíme, že jsou skutečně 3/2-krát větší.

Referenční body augmentovaných svodů

ECG-Goldberger-R.svg

• Podobně jako u Wilsonovy svorky je průměrných potenciálů sousedních elektrod dosahováno odporovými děliči, složenými ze stejně velkých rezistorů.
• Potřebujeme 3 děliče, každý má 2 rezistory, celkem 6 stejně velkých rezistorů.

Hexaxiální systém

Hexaxial_reference_system.svg

• Unipolární a bipolární svody se tak vzájemně doplňují a 6 svodů (3 bipolární a 3 unipolární) vytváří společný systém šesti os, do kterého je možné promítat elektrický srdeční vektor.

Hrudní svody

Precordial Leads.svg

• Dosud jsme sledovali projekci elektrického srdečního vektoru ve frontální rovině.
• Projekci v transversální rovině vytváří 6 hrudních (prekordiálních) svodů.
• Jedná se o unipolární svody, tj. sledujeme potenciál každé elektrody vzhledem ke společné referenci.
• Hrudní svody značíme V₁, V₂, V₃, V₄, V₅, V₆.

12-ti svodové EKG

• Standardní 12-ti svodové EKG tedy tvoří:
  • 3 bipolární končetinové Einthovenovy svody I., II., III;
  • 3 unipolární končetinové augmentované svody aVR, aVL, aVF;
  • 6 unipolárních prekordiálních svodů.

EKG přístroj

Historie

Willem Einthoven ECG.jpg

• Einthoven neměl k disposici elektronické zesilovače, proto EKG křivku sledoval pomocí strunových galvanometrů.
• Jako končetinové elektrody jsou použity nádoby s vodou nebo elektrolytem.

Diferenční zesilovač

Diff-amplifier.svg

• Na vstupu EKG svodů jsou použity diferenční zesilovače s vysokou vstupní impedancí, která neovlivňuje měření.
• Diferenční zesilovač má dva vstupy, přímý (označený symbolem +) a invertovaný (označený symbolem -).
• Na svém výstupu zesiluje diferenci (rozdílové napětí) mezi oběma vstupy:
  • Rostoucí potenciál na přímém vstupu působí vzrůst napětí na výstupu zesilovače.
  • Rostoucí potenciál na invertovaném vstupu působí pokles napětí na výstupu zesilovače.
• Dva vstupy diferenčního zesilovače se zapojují na stejná místa, jako se dřív zapojovaly strunové galvanometry u prehistorických EKG přístrojů.
• Princip unipolárních a bipolárních svodů zůstává stejný.
• Diferenční zesilovače umožní snížit rušivá napětí (rušivá napětí o stejné polaritě, přiváděná na diferenční vstupy, se vzájemně vyruší).
• Někdy se používá název "diferenciální zesilovač", což může být zavádějící, neboť se zesiluje diference (rozdíl) a nikoliv diferenciál.

Elektrody na vstupech

Diff-amplifier+electrodes.svg

• Elektroda, připojovaná na přímý vstup, se někdy nazývá aktivní.
• Elektroda, připojovaná na invertovaný vstup, se někdy nazývá referenční.
• Mezi oběma elektrodami mohou, ale nemusí být kvalitativní rozdíly. Často jde jen o konvenci.

Bipolární zapojení

Diff-zesilovac-3bipol.svg ‎

• U bipolárního zapojení bývají vstupy diferenciálních zesilovačů zapojeny na dvě elektrody.
• Jedna a táž elektroda může být zapojena ke vstupům různých zesilovačů.
• Často tak vznikají řetězce, kdy zesilovače zesilují rozdíly mezi sousedními elektrodami.

Einthovenovo bipolární zapojení

Diff-amplifier-Einthoven.svg

• Einthovenovo zapojení je bipolární zapojení, kdy je konec řetězce spojen se začátkem.
• Diferenční zesilovače jsou tak zapojeny do kruhu (respektive do trojúhelníka).
• Důležité je zapojení přímých a invertovaných vstupů u různých svodů.

Unipolární zapojení

Diff-zesilovac-3unipol.svg

• Přímé vstupy jsou zapojeny každý na jednu aktivní elektrodu.
• Invertované (referenční) vstupy jsou připojeny na společnou referenční elektrodu.
• Společná referenční elektroda bývá nahrazena umlou referencí, vytvořenou spojením aktivních elektrod přes stejně velké odpory do jednoho bodu (Wilsonova svorka).
• Wilsonovo zapojení lze realizovat pomocí tří zesilovačů (jako na obrázku).
• Unipolární zapojení šesti prekordiálních elektrod lze realizovat podobným způsobem pomocí šesti diferenciálních zesilovačů.

Elektrody

Příprava elektrod a pacienta

BTL-Kabel_s_elektrodami.jpg

BTL-EKG_elektrody.jpg

• Rozpleteme kabely s elektrodami a položíme stranou.
• Povšimneme si, že přívody končetinových elektrod jsou delší než hrudních.
• Uložíme pacienta uvolněně na záda.
• Místa pro upevnění elektrod očistíme lihem a zvlhčíme fyziologickým roztokem.

Upevnění končetinových elektrod

BTL-Elektroda_L_leve_zapesti.jpg

BTL-Elektroda_F_leva_noha.jpg

• Jako první upevňujeme zemnící elektrodu N na pravou nohu.
• Upevníme kleštinové končetinové elektrody F, R, L.
• Použití EKG gelu není zpravidla nutné, ale v případě potřeby jej můžeme použít. Obvykle vystačíme s řádným navlhčením pokožky.

Umístění hrudních elektrod

BTL-Umisteni_hrudnich_elektrod.jpg

• První žebra jsou schována za klíční kostí, jamka hned pod ní je první mezižebří.
• Dopočítáme do čtvrtého mezižebří (u mužů zpravidla ve výši prsních bradavek).
• Pomocí balónků umístíme přísavné hrudní elektrody (namísto V1...V6 jsou kabely označeny jako C1...C6):
  • C1 a C2 na čtvrté mezižebří po obou stranách sterna,
  • C6, C5 do páteho mezižebří, od levé strany hrudníku (pod jamkou v podpaždí),
  • C3, C4 rovnoměrně mezi.
• Zkontrolujeme rovnoměrné rozložení elektrod na plynulé linii a případně opravíme posici.

Odkazy

Související články

• Elektrokardiografie
• Bradyarytmie
• Tachykardie

Externí odkazy

• Viz zdrojová EKG prezentace

Použitá literatura

• VOKROUHLICKÝ, L a J KVASNIČKA. Základy elektrografie. 1. vydání. Praha. 1984