Ден Томел - Поиск неисправностей в электронике

Сердце — мышечный орган, часть очень сложной структуры, известной как кровеносная система. У него есть локальная система управления, которая синхронизирует все аспекты сердечных сокращений и инициирует движение мышцы. Это очень похоже на работу пресса на производственных предприятиях, который снабжен программируемым логическим контроллером для синхронизации подачи исходного материала, выполнения операции и передачи готового изделия на следующий этап. Так же, как производительность пресса руководится крупной системой управления, частота сердечных сокращений ускоряется и замедляется нервной системой.

Мышечный орган делится на две половины, левую и правую, каждая их которых состоит из двух камер: верхней (предсердие) и нижней (желудочек). Задача предсердия — принимать из вен возвращающуюся из тела и легких кровь и подавать ее в желудочки — основные камеры насоса. Желудочки заставляют кровь идти в артерии для подачи в разные органы и легкие. Каждый удар сердца начинается в локальном нервном центре, который расположен в правом предсердии и называется синусно-предсердный узел. Синусно-предсердный узел изменяет ионный баланс вокруг, который можно измерить по изменению электрического напряжения. Этот маленький импульс заставляет соседние мышечные клетки сокращаться или деполяризовываться. Происходит цепная реакция, которая в результате дает волну сжатия мышцы, распространяющуюся вокруг и вниз по мышце предсердия. Это движение заставляет кровь идти через клапан в желудочки. Волна сжатия прекращается на уровне ткани, которая разделяет предсердие от желудочков. Импульс от синусно-предсердного узла передается также в атриовентрикулярный узел, который создает временную задержку, чтобы позволить предсердию завершить сжатие. После этой короткой задержки атриовентрикулярный узел выдаст импульс, передающийся но нервным волокнам в пучок Гиса, расположенный в нижней части внутренней стенки желудочков. Это создает волну мышечного сжатия изнутри наружу и снизу вверх в нижних камерах, которое выдавливает кровь в артерии.

Ионная активность мышечных клеток, связанная со сжатием и расслаблением, распространяется по всему телу и может быть измерена с помощью преобразования биологического (ионного) потенциала в электрический потенциал с помощью электродов. Электроды представляют собой небольшие металлические диски из серебра и хлорида серебра, см. рис. 10.5.

Рис. 10.5. Электроды ЭКГ

Они устанавливаются на адгезивный диск. Пропитанная электролитическим гелем губка создает контакт электрода с кожей, на котором всегда генерируется небольшой потенциал. Комбинация материала электрода и ионов тела работает как гальванический элемент. По мере того как ионы приходят и уходят вследствие сердечной активности, соответствующим образом меняется и напряжение на электродах. Это создает электрический сигнал, показывающий активность сердца. Получаемые формы сигналов называются электрокардиограммами (ЭКГ).

Электрокардиографы

Электрокардиограф представляет собой прибор, который записывает изменяющиеся во времени формы сигналов, отражающих работу сердца (рис. 10.6).

Рис. 10.6. Определения сигналов ЭКГ

Волна Р покалывает сжатие предсердия после запуска атриовентрикулярным узлом. Волны Q. R, S являются комбинированным результатом расслабления предсердия и сжатия желудочков. Волна Т является результатом расслабления желудочков. Измеряя высоту (амплитуду напряжения) и время между событиями, врач может узнать очень много об электрических показателях работы сердца. Для получения полной картины активности сердца, врач должен рассмотреть ее с нескольких точек зрения. Диагностическая ЭКГ дает 12 различных форм, каждая из которых представляет различные точки зрения или.

К пациенту присоединяются десять электродов. Три подключаются к верхней части правой половины груди (RA), к верхней части левой половины груди (LA) и нижней части живота (LL). Эти положения электродов часто называют правая рука, левая рука и левая нога, поскольку ранние варианты получения ЭКГ требовали ведер с соленой водой вместо небольших адгезивных электродов. Три электрода образуют треугольник вокруг сердца, создавая три угла наблюдения электрической активности. Вывод I идет от правой руки к левой руке, вывод II от правой руки к левой ноге, а вывод III от левой руки к левой ноге, как показано на рис. 10.7.

Рис. 10.7. Треугольник Эйнтховенадля электрических измерений

Три других модели сердца формируются с помощью измерения сигнала электрода на одной конечности относительно среднего значения двух других. Они называются AVR, AVL, AVF. Еще шесть электродов (V1-V6) располагаются по дуге на левой стороне грудной клетки. Каждый из этих выводов дает значение относительно среднего значения трех электродов конечностей. Десятый электрод прикрепляется в правой части живота (правая нога) для улучшения отношения сигнал/шум. Электрически каждый усилитель ЭКГ имеет только два входа, которые измеряют потенциал между двумя электродами. Диагностический ЭКГ имеет три таких усилителя и схему автоматического переключения для подключения усилителей к соответствующим электродам, установленным на пациенте.

На рис. 10.8 показаны сигналы для полной диагностики с помощью ЭКГ с 12 выводами.

Рис. 10.8. ЭКГ

Вертикальная шкала имеет масштаб 0.5 мВ на большое деление. Обратите внимание на калибровочный импульс 1 мВ слева. Комбинация из трех выводов записывается одновременно, и машина автоматически переключается на другие наборы выводов каждые 2,5 с. ЭКГ делится на четыре секции с результатами для трех проводов в каждой. В ходе теста выбираются три провода, которые задают ритм, они показаны в нижней части диаграммы. Современные аппараты ЭКГ выполняют автоматически целый набор измерений и вычислений, а также предлагают врачу диагноз, который он может принять или отвергнуть. Это можно видеть в верхней части диаграммы. Одноканальные ЭКГ мониторы используются для постоянного наблюдения пациентов в критическом состоянии. Эти приборы используют только электроды на конечностях. В типичном трехпроводном мониторе набор входных переключателей выбирает, какие два электрода измеряются. Усиленный сигнал ЭКГ оцифровывается и хранится в памяти, содержащей информацию за 5-10 с.