5. PŘEDNÁŠKA 21. března Signály srdce I

Transkript

1 5. PŘEDNÁŠKA 21. března 2019 Signály srdce I Převodní systém srdeční 12ti svodový EKG systém Vznik EKG křivky Analýza EKG v časové oblasti Elektrická osa srdeční Rušení a filtrace EKG signálu

2 SRDCE Vena cava superior arcus aortae truncus pulmonalis plicní chlopeň aortická chlopeň pravá předsíň AV chlopeň pravá komora levá předsíň AV chlopeň levá komora endokard Vena cava inferior septum myokard perikard

3 KREVNÍ OBĚH

4 PŘEVODNÍ SYSTÉM SRDEČNÍ 1. SA uzel 3. Hisův svazek 2. AV uzel 4. Purkyňova vlákna

5

6 ŠÍŘENÍ DEPOLARIZACE

7 EKG geneze vzniku s approx s ECG PR QT Superior vena cava Aortic artery SA SA node Pulmonary veins Pulmonary artery AV node Left atrium Atria AV Atrial muscle Specialized conducting tissue Mitral valve Interventricular septum Purkinje Ventricle Tricuspid valve Ventricluar muscle Inferior vena cava Purkinje fibers Descending aorta

8 EKG geneze vzniku

9 EKG geneze vzniku

10 EKG svodové systémy Willem Einthoven ( 22.V IX.1927) 1924 Nobelova cena za vynález elektrokardiografu

11 EKG svody Einthovenovy bipolární končetinové svody

12 EKG svody Hrudní unipolární Wilsonovy svody

13 EKG svody Goldbergerovy zesílené svody

14 EKG svodové systémy STANDARDNÍ 12 SVODOVÝ SYSTÉM končetinové svody I, II, III Wilsonovy svody V1, V2, V3, V4, V5, V6 Goldbergerovy (zesílené) svody avl, avr, avf

15 VEKTOR DEPOLARIZACE Směr elektrického vektoru při částečné depolarizaci Znázornění vektoru

16 EKG SVODY Vzájemné úhlové poměry různých svodových systémů Cabrerův kruh

17 Depolarizace síní

18 Depolarizace septa

19 Vrcholná depolarizace

20 Depolarizace levé komory

21 Pozdní depolarizace levé komory

22 Depolarizace komor

23 Repolarizace komor

24 Repolarizace komor

25 EKG křivka R Depolarizace síní P T Q S Depolarizace komor Repolarizace komor

26

27

28

29 Analýza EKG v časové oblasti Na EKG se hodnotí: srdeční frekvence pravidelnost srdeční akce směr elektrické osy srdeční velikost a délka vln P,Q, R, S, T velikost a délka úseků P-Q, Q-R-S, S-T, Q-T Fyziologické EKG ovlivňuje: věk konstituce poloha dýchání fyzická zátěž

30 Analýza EKG v časové oblasti

31 ELEKTRICKÁ SRDEČNÍ OSA

32 ELEKTRICKÁ SRDEČNÍ OSA Normální hodnota je -30 až +105 Posun osy vpravo nad 105 = hypertrofie PK nebo dlouzí a hubení Posun osy vlevo pod -30 = hypertrofie LK nebo obézní Levý sklon elektrické osy srdeční při hypertenzní chorobě

33 Cabrerův kruh určení sklonu elektrické osy srdeční

34 Analýza EKG ve frekvenční oblasti

35 Analýza EKG ve frekvenční oblasti

36 Analýza EKG ve frekvenční oblasti

37 Rušení signálu EKG (artefakty) Artefakt jev, který nemá fyziologický původ ve vyšetřovaném orgánu technický (fyzikální) původ biologický původ

38 Rušení signálu EKG ÚZKOPÁSMOVÉ RUŠENÍ kolísání (drift) základní izoelektrické linie pomalé elektrochemické děje na rozhraní elektroda x pokožka, dýchání pacienta (do 0,8 Hz); pomalé pohyby pacienta (do 1,5 Hz) síťové rušení (50 Hz)

39 Rušení signálu EKG ŠIROKOPÁSMOVÉ RUŠENÍ myopotenciály kosterní svaly zátěžová EKG víceméně náhodný charakter, většinou nad 35 Hz (do 5 khz) rychlé (skokové) změny izoline špatný kontakt elektrody (kojenci, zvířata) zdola do 15 Hz; impulsní rušení

40 Rušení signálu EKG

41 Požadavky na zpracování signálu EKG ZÁSADA!!! ODSTRANIT VEŠKERÉ RUŠENÍ, ALE UŽITEČNÝ SIGNÁL MUSÍ ZŮSTAT NEOVLIVNĚNÝ

42 Požadavky na zpracování signálu EKG KRITÉRIA VĚRNOSTI (SIGNAL FIDELITY CRITERIA) Recommendation for Standardization and Specifications in Automated Electrocardiography: Bandwidth and Digital Processing. Circulation, roč.81, 1990, č.2, s

43 Požadavky na zpracování signálu EKG pro rutinní vizuální analýzu: Odchylka zaznamenaného výstupu od přesně lineární reprezentace vstupního signálu nesmí překročit 25 μv nebo 5%, je-li signál větší než 0,5 mv. pro morfologickou počítačovou analýzu jsou kritéria přísnější Obecně se za minimální vzorkovací frekvenci považuje 500 Hz (s rovnoměrným vzorkováním) a maximální kvantizační krok 10 μv. KRITÉRIA VĚRNOSTI

44 Požadavky na zpracování signálu EKG frekvenční oblast: 0,67 Hz až 150 Hz KRITÉRIA VĚRNOSTI 0,67 Hz 1 Hz 30 Hz 150 Hz

45 Potlačení síťového rušení ZÁSADA!!! FILTRACE AŽ KDYŽ NENÍ MOŽNÉ ŠUM ODSTRANIT NASTAVENÍM PODMÍNEK VYŠETŘENÍ kritéria věrnosti vůbec nepřipouštějí možnost lineární filtrace síťového brumu výrobci v dokumentaci pouze uvádějí, že přístroj filtraci síťového brumu umí, ale nespecifikuje se jak

46 Potlačení síťového rušení filtry s co nejužším zadržovaným pásmem; spolehlivost a účinnost filtrace nesmí narušit kolísání síťového kmitočtu synchronizace vzorkování se síťovým kmitočtem; neharmonický průběh brumového signálu vyšší harmonické;

47 Potlačení síťového rušení IIR FILTRY Butterworthovy filtry, Čebyševovy filtry, FIR FILTRY požadavek na velmi úzké zadržované frekvenční pásmo vede k použití filtrů s velkým počtem vzorků impulsových odezev (nad 100 vzorků při f vz = 500 Hz)

48 Potlačení izoelektrické linie Jednoduchá horní propust 2.řádu [b,a] = butter(2,0.5/(fs/2),'high') ecg lfn Butterworth HP N=2, fm=

49 Potlačení izoelektrické linie ecg lfn Nelineární filtr xd=decimate(ecg,round(fs/20),'fir'); decimace 25x, 10b.median, interpolace 25x lbx=medfilt1(xd,10); lb=interp(lbx,round(fs/20)); z=ecg-lb(1:length(ecg));

50 Potlačení izoelektrické linie filtry s FIR Hřebenové filtry společné odstranění driftu s brumem >> freqz(0.5* [1 zeros(1,19) -1],1,1000,1000) >> freqz(0.5* [1 zeros(1,9) -1],1,1000,500) >> freqz(0.5* [1 zeros(1,4) -1],1,1000,250) >> freqz(0.5* [1 zeros(1,3) -1],1,1000,200) Magnitude (db) Magnitude (db) Normalized Frequency ( rad/sample) Normalized Frequency ( rad/sample) Phase (degrees) Normalized Frequency ( rad/sample) Phase (degrees) Normalized Frequency ( rad/sample)

51 Potlačení izoelektrické linie a) ---> x[n] b) ---> t[n] c) ---> y[n] EKGorig [fs=500 Hz] EKGdec [M=500; fs=1 Hz] EKGint [L=500; fs=500 Hz] EKGorig - EKGint > n

52 Potlačení izoelektrické linie fs=500 Hz, M =

53 Potlačení izoelektrické linie fs=500 Hz, M =

54 Potlačení izoelektrické linie fs=500 Hz, M =

55 Odstranění vyšších frekv. složek Dolnopropustný filtr ecg hfn Butterworth DP N=8, fm=

56 Odstranění vyšších frekv. složek Klouzavé průměry ecg hfn MA

57 x

58 Filtrace IIR filtry off-line filtry s IIR nelineární fázová charakteristika kompenzace pomocí doplňkové filtrace v inverzním čase G(e jωt ) = H(e jωt ).H(e -jωt ) G(e jωt ) = H(e jωt ) 2 arg(g(e jωt )) 0

59 fs = 100; t = 0:1/fs:1; x = sin(2*pi*t*3)+.25*sin(2*pi*t*40); b = ones(1,10)/10; y = filtfilt(b,1,x); % Nekauzalni filtrace yy = filter(b,1,x); plot(t,x,t,y,'--',t,yy,':') Filtrace IIR filtry off-line % Normalni filtrace