Lez 7 cati

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

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L’attività elettrica del cuore


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.

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Introduzione


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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.


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.

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Introduzione6



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.



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


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.

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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.


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.

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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.



Elettrocardiogramma da sforzo


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.

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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.



Elemento sensibile

primario

Elemento di


segnale

Presentazione del

segnale

Biosensore

Stimolo applicato


Alimentazione

Segnale di

calibrazione

Memorizzazione dei

dati

Trasmissione dei

dati

Controllo

e

Feedback

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ECG e sensori


Elettrodi14

Elettrodi adesivi

Tipi di elettrodi

• Elettrodi di superficie

• Adesivi usa e getta (pre-jelled)

• A suzione (ventosa + elettrolita)

• A pinza


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 )


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.


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).


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


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,



Elemento sensibile

primario

Elemento di


segnale

Presentazione del

segnale

Biosensore

Stimolo applicato


Alimentazione

Segnale di

calibrazione

Memorizzazione dei

dati

Trasmissione dei

dati

Controllo

e

Feedback

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ECG e strumentazione


ECG e strumentazione21

Elettrocardiografo

L’elettrocardiografo è il dispositivo che raccoglie ed analizza i segnali captati sulla superficie cutanea del paziente.



Elettrocardiografo



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



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



Elemento sensibile

primario

Elemento di


segnale

Presentazione del

segnale

Biosensore

Stimolo applicato


Alimentazione

Segnale di

calibrazione

Memorizzazione dei

dati

Trasmissione dei

dati

Controllo

e

Feedback

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Il tracciato ECG


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.


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Il tracciato ECG


28

Il tracciato ECG


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Il referto ECG


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Il referto ECG


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Il referto ECG


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.

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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).


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Esempi


Esempi

Calciatori professionisti, serie A – allenamento – maglietta + poligrafo

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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


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Docente:

Giuseppe Andreoni

Dip. di INDACO – Politecnico di Milano

Tel. 02 2399.8881

Fax 02 2399.5989

[email protected]

Lez 7 cati

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