Post on 04-Aug-2015
L’Elettrocardiogramma
G. Andreoni - Politecnico di Milano
AA 2010/2011
Facoltà del Design - Politecnico di Milano
3.o anno – Disegno Industriale
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Strumentazione biomedica(Rappresentazione schematica)
Elemento sensibile
primario
Elemento di
conversioneElaborazione del
segnale
Presentazione del
segnale
Biosensore
Stimolo applicato
(radiazione, energia)
Alimentazione
Segnale di
calibrazione
Memorizzazione dei
dati
Trasmissione dei
dati
Controllo
e
Feedback
2
L’attività elettrica del cuore
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Introduzione
Il Cuore e il suo funzionamento
Il cuore e i vasi sanguigni formano un complesso sistema di spinta e
trasporto del sangue a tutti gli organi e tessuti del corpo, in un ciclo
continuo di ritorno. È un vero e proprio sistema idraulico costituito dal
muscolo cardiaco, che agisce contraendosi ritmicamente, e arterie e
vene che si diramano a tutto il corpo arrivando a sottili capillari.
3
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Introduzione
Il Cuore e il suo funzionamento
4
1) Rilasciamento: gli atri si riempiono, di sangue venoso l’atrio destro e sangue arterioso quello sinistro.
2) Riempimento: aumenta la pressione degli atri, le valvole cardiache si aprono consentendo il riempimento dei ventricoli corrispondenti.
3) Diastasi: gli atri e i ventricoli sono pieni e il flusso di sangue agli atri diminuisce e si interrompe.
4) Sistole atriale: si contraggono gli atri mentre i ventricoli sono pieni e distesi.
5) Sistole ventricolare: si contraggono i ventricoli e aumenta la pressione al loro interno. Le valvole si chiudono.
6) Efflusso: continua la contrazione dei ventricoli e l’aumento della pressione al loro interno. Si aprono le valvole semilunari che consentono al sangue l’accesso all’arteria polmonare se venoso e all’arteria aorta se arterioso sotto la forte spinta del pompaggio cardiaco.
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Introduzione
Il sistema di conduzione del cuore
Il nodo seno-atriale (nodo SA), dalle dimensioni paragonabili ad
una punta di matita e formato da un insieme di cellule aventi
proprietà auto-eccitatorie (cellule pacemaker). Esse generano un
potenziale d’azione alla frequenza di 70 impulsi al minuto.
Dal nodo seno-atriale tale segnale elettrico si propaga lungo gli atri
fino al nodo atrio-ventricolare (nodo AV).
Il nodo AV)è localizzato nella regione di confine tra atri e ventricoli;
esso possiede una frequenza intrinseca di 50 impulsi al minuto.
Tuttavia se il nodo AV è innescato ad una frequenza superiore alla
sua frequenza intrinseca, la frequenza con cui esso genera
potenziali d’azione si accorda al valore di tale frequenza maggiore;
in ogni caso in un cuore in condizioni fisiologiche, il nodo AV
costituisce solamente un percorso conduttivo che consente agli
impulsi provenienti dal nodo SA di propagarsi dagli atri ai ventricoli.
La propagazione degli impulsi elettrici dal nodo AV ai ventricoli
avviene attraverso un sistema di conduzione specializzato. A
livello prossimale questo sistema è costituito dal fascio di His, a
livello distale si ramifica in due fasci (destro e sinistro) che si
propagano in entrambi i lati del setto del cuore, con il fascio destro
che a sua volta si divide in un ramo superiore ed un ramo inferiore.
A livello ancora più distale le diramazioni si dividono nelle fibre di
Purkinje divergono all’interno della parete del ventricolo.
5
Il Cuore e il suo funzionamento
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Elettrocardiogramma7
Il Cuore e il suo funzionamentoL’elettrocardiogramma
L'elettrocardiogramma (ECG) è la registrazione dell'attività
elettrica del cuore che si verifica nel ciclo cardiaco.
Il tracciato elettrocardiografico rappresenta il metodo più facile,
meno dispendioso e più pratico per osservare se l'attività elettrica
del cuore è normale oppure se sono presenti patologie di natura
meccanica o bioelettrica. Il normale tracciato ECG presenta un
aspetto caratteristico che varia soltanto in presenza di problemi. Il
tracciato è caratterizzato da diversi tratti denominati onde, positive
e negative, che si ripetono ad ogni ciclo cardiaco.
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Elettrocardiogramma8
Il Cuore e il suo funzionamentoL’elettrocardiogramma
Onda P::è la prima onda che si genera nel ciclo, e corrisponde
alla depolarizzazione degli atri. È di piccole dimensioni,
poiché la contrazione degli atri non è così potente. La sua
durata varia tra 0.06 e 0.10 s.
Complesso QRS: si tratta di un insieme di tre onde che si
susseguono l'una all'altra, e corrisponde alla depolarizzazione
dei ventricoli. L'onda Q è negativa e di piccole dimensioni, e
corrisponde alla depolarizzazione del setto interventricolare;
la R è un picco molto alto positivo, e corrisponde alla
depolarizzazione dell'apice del ventricolo sinistro; la S è
un'onda negativa anch'essa di piccole dimensioni, e
corrisponde alla depolarizzazione delle regioni basale e
posteriore del ventricolo sinistro. La durata dell'intero
complesso è compresa tra i 60 e 90 ms. In questo intervallo
avviene anche la ripolarizzazione atriale che però non risulta
visibile perché mascherata dalla depolarizzazione
ventricolare.
Onda T: rappresenta la ripolarizzazione dei ventricoli. Non
sempre è identificabile, perché può anche essere di valore
molto piccolo.
Onda U: è un'onda che non sempre è possibile apprezzare in un
tracciato, dovuta alla ripolarizzazione dei muscoli papillari
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Elettrocardiogramma
L’elettrocardiogramma classico è detto anche elettrocardiogramma basale.
L'elettrocardiogramma ha una durata di pochi secondi e di norma accompagna la visita
cardiologica evidenziando patologie sospettate durante l'esame clinico oppure
decorse in maniera silente e quindi riscontrate casualmente.
Le patologie cardiache nelle quali l'ECG riveste rilievo diagnostico sono la cardiopatia
ischemica nelle sue manifestazioni cliniche, infarto miocardico e angina pectoris, le
aritmie, i disturbi di conduzione. Nella diagnosi delle malattie delle valvole cardiache
e nello scompenso cardiaco, l’ECG integrato nel contesto clinico, svolge un ruolo
importante. L'ECG basale può non essere sufficiente nella diagnosi di patologie le
cui manifestazioni cliniche sono espresse da sintomi non sempre presenti.
9
E' evidente come la registrazione dell'ECG durante la manifestazione del sintomo possa aiutare nella conferma o nella esclusione della diagnosi di patologia cardiaca. Viceversa, in assenza del sintomo, la registrazione può evidenziare una situazione di normalità anche in presenza di cardiopatia. Quest'ultimo aspetto è forse il limite maggiore di questa metodica che rimane comunque di fondamentale importanza nella diagnostica cardiologica.
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Elettrocardiogramma
L’elettrocardiogramma da sforzo, o test ergometrico, è un esame strumentale che
consiste nella registrazione dell’elettrocardiogramma durante l’esecuzione di uno sforzo
fisico; genericamente L’ECG ergometrico segue ad uno basale.
Solitamente lo sforzo è effettuato sulla cyclette o sul tappeto ruotante ed è reso progressivo
dall'aumento costante del carico di lavoro attraverso la variazione della pendenza del
tappeto o dall'aumento della resistenza opposta dai pedali della cyclette.
Durante la prova, il ritmo cardiaco è tenuto costantemente controllato attraverso monitor
collegati all'elettrocardiografo. Viene altresì registrata, durante i vari carichi di lavoro, la
pressione arteriosa.
10
Rispetto all'ECG basale, questa metodica offre maggiori informazioni in quanto sollecita il cuore ad aumentare il lavoro svolto evidenziando patologie non rilevabili in condizioni di riposo.
Le cardiopatie che trovano indicazione a questo esame sono la cardiopatia ischemica, l'angina pectoris e l'infarto miocardico nelle fasi successive all'episodio acuto. Altre indicazioni riguardano lo studio della capacità funzionale del sistema cardiovascolare nelle situazioni di scompenso cardiaco.
Durante l'esame, particolare attenzione è rivolta ai sintomi avvertiti dal paziente ed alla loro correlazione con le eventuali modificazioni dell‘ECG. La prova ha una durata media di circa 30 - 45 minuti, variando in relazione alle condizioni cardiovascolari e all'età del paziente ed è svolta presso laboratori attrezzati per fronteggiare qualunque complicanza insorgente durante la prova.
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Elettrocardiogramma
L’elettrocardiogramma dinamico, o Holter, consiste nella registrazione prolungata del
comune elettrocardiogramma e, a differenza di quest'ultimo, il tracciato viene trascritto e
successivamente elaborato da un apposito software dedicato. Il registratore Holter
registra i segnali da elettrodi sul torace e avendo dimensioni ridotte non interferisce con le
normali attività quotidiane del paziente. L’apparecchio viene applicato ambulatorialmente
e la registrazione dura in genere 24 ore (a seconda della patologia e della rilevazione
richiesta può variare anche dalle 48-72 ore, persino a diverse settimane), durante le quali
il paziente è invitato a svolgere le abituali attività, compreso eventuali sforzi fisici. Durante
l'esame è importante la corretta compilazione di un diario dove vengono annotate le varie
attività svolte, gli eventuali sintomi avvertiti e la loro correlazione temporale. Questo
aspetto è di grande importanza per mettere in relazione eventuali modificazioni del
tracciato ECG con i disturbi avvertiti o le attività svolte.
L'Holter trova indicazione soprattutto nell’individuazione delle aritmie cardiache e dei disturbi
di conduzione; fornisce inoltre informazioni importanti riguardo alla cardiopatia ischemica ,
in special modo nelle fasi successive ad infarto miocardico, contribuendo alla valutazione
di eventuali rischi aggiuntivi.
12
Sostanzialmente l’holter ECG si presenta come una piccola
scatolina che contiene un registratore e una batteria, si indossa
con l'aiuto di un cerotto e va portato, in vita o su una spalla per
24 ore. Alla scatola sono collegati 5-7-10 elettrodi, che si
applicano sul torace, e trasmettono ininterrottamente al
monitor gli impulsi elettrici generati dal cuore.
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Strumentazione biomedica(Rappresentazione schematica)
Elemento sensibile
primario
Elemento di
conversioneElaborazione del
segnale
Presentazione del
segnale
Biosensore
Stimolo applicato
(radiazione, energia)
Alimentazione
Segnale di
calibrazione
Memorizzazione dei
dati
Trasmissione dei
dati
Controllo
e
Feedback
13
ECG e sensori
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Elettrodi14
Elettrodi adesivi
Tipi di elettrodi
• Elettrodi di superficie
• Adesivi usa e getta (pre-jelled)
• A suzione (ventosa + elettrolita)
• A pinza
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Derivazioni ECG15
Derivazioni di Einthoven
Einthoven ( 1860/1927) registrò per primo l’attività elettrica del cuore. Egli propose tre modi di collocare gli elettrodi sulla superficie corporea ( tre derivazioni ) e ne diede una interpretazione teorica.
Le derivazioni di Einthoven sono tre e prevedono il posizionamento degli elettrodi sui due arti superiori e sulla gamba sinistra quasi che tali posizioni potessero ritenersi vertici di un triangolo equilatero con il cuore al centro.
Per queste derivazioni sono state poste delle convenzioni tali per cui:
DI = RA-LA (braccio destro - braccio sinistro )
DII = RA-LF (, braccio destro - piede sinistro )
DIII = LA-LF (braccio sinistro - piede sinistro )
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Derivazioni ECG16
Derivazioni di Goldberger
Per un’analisi efficace è necessario aggiungere altre tre derivazioni, che esplorino il piano frontale lungo le bisettrici degli angoli del triangolo di Einthoven: collegando gli estremi di ciascuna derivazione con due resistenze uguali e utilizzando la giunzione tra di esse come riferimento, rispetto all'elettrodo posto sul vertice opposto del triangolo, ottengo la registrazione lungo altre tre direttrici, corrispondenti appunto alle bisettrici del triangolo stesso. In tali derivazioni l’elettrodo di riferimento è costituito da un terminale centrale che, attraverso resistenze da 5·10³ ohm è connesso con due dei 3 arti considerati dal triangolo di Einthoven, mentre l’elettrodo esplorante è posto sul terzo arto:
- a VR con elettrodo esplorante posto sul braccio destro
- a VL con elettrodo esplorante posto sul braccio sinistro
- a VF con elettrodo esplorante posto sulla gamba sinistra.
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Derivazioni ECG17
Derivazioni di Goldberger
Si registra:
- In VR, l’attivazione delle camere ventricolari che, propagandosi in senso opposto all’elettrodo genera un ampia S negativa.
- In VL, l’attivazione della parte sinistra superiore del cuore che, propagandosi verso l’elettrodo origina un ampia R positiva.
- In VF, infine, l’attivazione della base e della parte inferiore del cuore, che causa un’alta R.
Anche in questo caso sono state necessarie delle convenzioni:
- innanzi tutto i valori ottenuti vengono amplificati, in modo da poter essere raffrontati con quelli delle derivazioni bipolari, in questo modo i valori si indicano con aVr, aVl e aVf.
- per convenzione la curva va verso l'alto quando l'elettrodo esplorante diviene positivo rispetto a quello di riferimento,ovvero quando l'onda di depolarizzazione va verso l'elettrodo esplorante.
- poiché nella derivazione aVr, il tracciato diviene negativo, per facilitare la lettura si moltiplica questo segnale per -1 (questa è una operazione che la macchina elettrocardiografica attua automaticamente).
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Derivazioni ECG18
Derivazioni di precordiali
Per concludere e per avere una maggior definizione dell'attività cardiaca è necessario avere degli elettrodi che siano abbastanza vicini al cuore, al contrario di quelli delle derivazioni uni e bipolari che si trovano lontane. In particolare questi nuovi elettrodi serviranno per identificare e localizzare, in maniera molto precisa, delle lesioni che potrebbero sfuggire con l'uso delle altre derivazioni, e per analizzare il vettore della depolarizzazione cardiaca sul piano trasversale, diverso da quello frontale precedentemente analizzato. Si usa allora un elettrodo di riferimento, detto di Wilson, ottenuto come media dei potenziali di Einthoven, e sei elettrodi esploranti posti rispettivamente:
V1: nel 4° spazio intercostale sulla linea parasternale destra
V2: nel 4° spazio intercostale sulla linea parasternale sinistra
V3: tra V2 e V4
V4: nel 5° spazio intercostale sulla linea emiclaveare sinistra
V5: nel 5° spazio intercostale sulla linea ascellare anteriore sinistra
V6: nel 5° spazio intercostale sulla linea ascellare media sinistra
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Derivazioni ECG19
ECG
In tutto abbiamo quindi 12 derivazioni ottenute posizionando sul corpo un totale d 10 elettrodi.
- 6 degli arti che misurano l’attivita’ elettrica sul piano frontale (3 bipolari: D1, D2, D3; e 3 unipolari: aVR, aVL, aVF);- 6 derivazioni precordiali, che misurano l’attivita’ elettrica sul piano orizzontale (6 unipolari: V1, V2, V3, V4,
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Strumentazione biomedica(Rappresentazione schematica)
Elemento sensibile
primario
Elemento di
conversioneElaborazione del
segnale
Presentazione del
segnale
Biosensore
Stimolo applicato
(radiazione, energia)
Alimentazione
Segnale di
calibrazione
Memorizzazione dei
dati
Trasmissione dei
dati
Controllo
e
Feedback
20
ECG e strumentazione
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
ECG e strumentazione21
Elettrocardiografo
L’elettrocardiografo è il dispositivo che raccoglie ed analizza i segnali captati sulla superficie cutanea del paziente.
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
ECG e strumentazione23
Elettrocardiografo
Questa è la calibratura. Ossia la pressione di questotasto deve essere fatta prima di ogni tracciato,subitodopo o subito prima (dipende dal tipo dielettrocardiografo) del tasto START.Essa indica che iltracciato che stai per eseguire e quindi refertare utilizzale misure standard per cui un cm in senso verticale èuguale ad un millivolt. In pratica sulla carta millimetrataappare questo simbolo:
Il tasto Speed serve a stabilire che tipo di velocitàdeve avere lo scorrimento della cartamillimetrata:velocità di avanzamento.Di regola èautomaticamente settato 25mm/sec che è consideratala velocità standard
Il tasto Sensibilità serve a stabilire quanto è alta
una oscillazione nel tracciato dando per parametrostandard che 1 mv = 10 mm
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
ECG e strumentazione24
Elettrocardiografo
Questa è la calibratura. Ossia la pressione di questo tasto deveessere fatta prima di ogni tracciato,subito dopo o subito prima(dipende dal tipo di elettrocardiografo) del tasto START.Essaindica che il tracciato che stai per eseguire e quindi refertareutilizza le misure standard per cui un cm in senso verticale èuguale ad un millivolt. In pratica sulla carta millimetrata apparequesto simbolo:
Il tasto Speed serve a stabilire che tipo di velocità deveavere lo scorrimento della carta millimetrata:velocità diavanzamento.Di regola è automaticamente settato 25mm/secche è considerata la velocità standard
Il tasto Sensibilità serve a stabilire quanto è alta una
oscillazione nel tracciato dando per parametro standard che 1
mv = 10 mm
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Strumentazione biomedica(Rappresentazione schematica)
Elemento sensibile
primario
Elemento di
conversioneElaborazione del
segnale
Presentazione del
segnale
Biosensore
Stimolo applicato
(radiazione, energia)
Alimentazione
Segnale di
calibrazione
Memorizzazione dei
dati
Trasmissione dei
dati
Controllo
e
Feedback
25
Il tracciato ECG
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
26
Il tracciato ECG
L’ECG viene di norma stampato su carta millimetrata che serve per poter fare le misurazioni necessarie:
Il quadratino più piccolo della carta è 1mm x 1mm
di lato, equivale sul lato verticale a 0,1 millivolt, sul
lato orizzontale a 0,04 secondi ,
Verticalmente si misurano l’ampiezza delle onde in
millivolt, mentre orizzontalmente si misura la
lunghezza dei tratti e delle onde espressa in
secondi.
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
I sistemi indossabili: concetti e definizioni …
I Sistemi di Salute Personale (Personal Health Systems)
rappresentano un recente concetto per sviluppare servizi sanitari
grazie all’innovazione nelle scienze e tecnologie quali le discipline
biomediche, le micro- e nano- tecnologie, l’ICT.
I Sistemi Biomedicali Indossabili possono essere definiti come
sistemi integrati su piattaforme indossabili (nel senso di indumenti o
dispositivi agganciabili al corpo) e che possano offrire soluzioni di
monitoraggio continuo attraverso la misura non invasiva di parametri
biomedici, biochimici e fisici.
32
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
I Sistemi Biomedicali Indossabili33
I Sistemi Biomedicali Indossabili sono sistemi integrati intelligenti che
sono in contatto o in prossimità del corpo e capaci di misurare,
elaborare e trasmettere parametri biomedici, biochimici e fisici, e
persino eseguire azioni meccaniche ove necessario.
Smart textilesovvero l’introduzione di sensori negli indumenti con lo
sviluppo di tessuti intelligenti e sensorizzati per applicazioni biomediche (telemonitoraggio).
Cesare AlippiGiuseppe Andreoni
Esempi
Calciatori professionisti, serie A – allenamento – maglietta + poligrafo
35
2.8 2.85 2.9 2.95 3 3.05 3.1
x 104
500
1000
1500
2000
2500
3000
Samples (Fc=125Hz)
AD
C levels
ECG
Vertical accel
Antero-post accel
lareral Accel
Breathing
Walk RunWalk