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
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
KREVNÍ OBĚH
PŘEVODNÍ SYSTÉM SRDEČNÍ 1. SA uzel 3. Hisův svazek 2. AV uzel 4. Purkyňova vlákna
ŠÍŘENÍ DEPOLARIZACE
EKG geneze vzniku 0.12-0.2 s approx. 0.44 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
EKG geneze vzniku
EKG geneze vzniku
EKG svodové systémy Willem Einthoven ( 22.V.1860-29.IX.1927) 1924 Nobelova cena za vynález elektrokardiografu
EKG svody Einthovenovy bipolární končetinové svody
EKG svody Hrudní unipolární Wilsonovy svody
EKG svody Goldbergerovy zesílené svody
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
VEKTOR DEPOLARIZACE Směr elektrického vektoru při částečné depolarizaci Znázornění vektoru
EKG SVODY Vzájemné úhlové poměry různých svodových systémů Cabrerův kruh
Depolarizace síní
Depolarizace septa
Vrcholná depolarizace
Depolarizace levé komory
Pozdní depolarizace levé komory
Depolarizace komor
Repolarizace komor
Repolarizace komor
EKG křivka R Depolarizace síní P T Q S Depolarizace komor Repolarizace komor
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
Analýza EKG v časové oblasti
ELEKTRICKÁ SRDEČNÍ OSA
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
Cabrerův kruh určení sklonu elektrické osy srdeční
Analýza EKG ve frekvenční oblasti
Analýza EKG ve frekvenční oblasti
Analýza EKG ve frekvenční oblasti
Rušení signálu EKG (artefakty) Artefakt jev, který nemá fyziologický původ ve vyšetřovaném orgánu technický (fyzikální) původ biologický původ
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)
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
Rušení signálu EKG
Požadavky na zpracování signálu EKG ZÁSADA!!! ODSTRANIT VEŠKERÉ RUŠENÍ, ALE UŽITEČNÝ SIGNÁL MUSÍ ZŮSTAT NEOVLIVNĚNÝ
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.730-739.
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
Požadavky na zpracování signálu EKG frekvenční oblast: 0,67 Hz až 150 Hz KRITÉRIA VĚRNOSTI 0,67 Hz 1 Hz 30 Hz 150 Hz
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
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;
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)
Potlačení izoelektrické linie Jednoduchá horní propust 2.řádu [b,a] = butter(2,0.5/(fs/2),'high') ecg lfn 2 1 0-1 -2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Butterworth HP N=2, fm=0.5 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Potlačení izoelektrické linie ecg lfn Nelineární filtr 2 1 0-1 xd=decimate(ecg,round(fs/20),'fir'); -2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 decimace 25x, 10b.median, interpolace 25x lbx=medfilt1(xd,10); lb=interp(lbx,round(fs/20)); z=ecg-lb(1:length(ecg)); -0.5-1 -1.5-2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 2 1 0
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) 0 0-10 -10 Magnitude (db) -20-30 Magnitude (db) -20-30 -40-40 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 100 Normalized Frequency ( rad/sample) -50 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 100 Normalized Frequency ( rad/sample) Phase (degrees) 50 0-50 -100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Normalized Frequency ( rad/sample) Phase (degrees) 50 0-50 -100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Normalized Frequency ( rad/sample)
Potlačení izoelektrické linie a) ---> x[n] b) ---> t[n] c) ---> y[n] 1 0.5 0 EKGorig [fs=500 Hz] -0.5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1 0.5 0 EKGdec [M=500; fs=1 Hz] EKGint [L=500; fs=500 Hz] -0.5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1 EKGorig - EKGint 0.5 0-0.5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 ---> n
Potlačení izoelektrické linie fs=500 Hz, M = 500 2000 0-2000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 2000 0-2000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 2000 0-2000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Potlačení izoelektrické linie fs=500 Hz, M = 500 1000 0-1000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 1000 0-1000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 1000 0-1000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Potlačení izoelektrické linie fs=500 Hz, M = 500 1000 0-1000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 1000 0-1000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 1000 0-1000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Odstranění vyšších frekv. složek Dolnopropustný filtr ecg hfn 2 1 0-1 -2 1 2 3 4 5 6 7 8 Butterworth DP N=8, fm=40 2 1 0-1 -2 1 2 3 4 5 6 7 8
Odstranění vyšších frekv. složek Klouzavé průměry ecg hfn 2 1 0-1 -2 1 2 3 4 5 6 7 8 MA10 2 1 0-1 -2 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
2 0-2 2 1 0-1 2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 x 10 4 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0-2 2 1 0-1 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100 200 300 400 500 600 700 800 900
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
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 1.5 1 % Normalni filtrace 0.5 0-0.5-1 -1.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1