Аппарат ЭКГ

<час />

Фон

Электрокардиограмма (ЭКГ или ЭКГ) - это устройство, которое графически регистрирует электрическую активность мышц сердца. Он используется для определения нормального и ненормального сердцебиения. Впервые изобретенный в начале 1900-х годов, ЭКГ (производный от немецкой электрокардиограммы) стал важным медицинским диагностическим прибором.

Функция аппарата ЭКГ зависит от способности сердца производить электрические сигналы. Сердце состоит из четырех камер, составляющих два насоса. Правый насос принимает кровь, возвращающуюся из тела, и перекачивает ее в легкие. Левый насос забирает кровь из легких и перекачивает ее к остальному телу. Каждый насос состоит из двух камер, предсердия и желудочка. Предсердие собирает поступающую кровь и, когда сокращается, передает кровь в желудочек. Когда желудочек сокращается, кровь откачивается от сердца.

Насосное действие сердца регулируется кардиостимулятором или синоатриальным узлом, расположенным в правом предсердии. Электрический импульс создается в этой области за счет диффузии ионов кальция, натрия и ионов калия через мембраны клеток. Импульс, создаваемый движением этих ионов, сначала передается предсердиям, заставляя их сокращаться и выталкивать кровь в желудочки. Примерно через 150 миллисекунд импульс перемещается к желудочкам, заставляя их сокращаться и откачивать кровь от сердца. Когда импульс уходит от камер сердца, эти части расслабляются.

Использование ЭКГ позволяет врачам измерять относительное напряжение этих импульсов в различных точках сердца. Электрокардиограммы возможны, потому что тело является хорошим проводником электричества. Когда электрический потенциал генерируется в части сердца, электрический ток проводится к поверхности тела в определенной области. Электроды, прикрепленные к телу в этих областях, позволяют измерять эти токи.

Электрические сигналы, измеренные с помощью ЭКГ, были охарактеризованы и представляют различные фазы сердцебиения. Каждый раз, когда сердце бьется, оно производит три различных волны ЭКГ. Первый видимый импульс называется зубцом Р. Это измеряет электрический сигнал, генерируемый кардиостимулятором. Следующий импульс является самым сильным сигналом и называется комплексом QRS. Этот сегмент графика представляет электрический сигнал, создаваемый расслаблением предсердий и сокращением желудочков. Завершением цикла является зубец Т, который означает расслабление или реполяризацию желудочков. Характерный звук сердцебиения соответствует комплексу QRS и зубцу T.

ЭКГ предоставляют полезные данные и могут помочь обнаружить различные проблемы, связанные с функцией сердца. Одно из основных определений, которое можно сделать с помощью ЭКГ, - это частота сердечных сокращений, которую можно определить путем измерения расстояния между пиками. Также возможна диагностика некоторых медицинских проблем. Например, у пациентов с повышенным артериальным давлением амплитуда комплекса QRS значительно увеличивается. Баланс определенных химических веществ в организме также можно определить с помощью ЭКГ, поскольку амплитуда сигналов зависит от уровня химических веществ в организме. Поражение сердца также можно наблюдать по деформации зубца Q. Наиболее полезной характеристикой ЭКГ является ее способность обнаруживать и описывать аритмию или ненормальное сердцебиение. Для этого предназначены аппараты ЭКГ, известные как мониторы Холтера. Наконец, ЭКГ можно использовать для наблюдения обструкции в артериях. Обычно это делается путем поиска вдавленного сегмента между зубцами S и T.

История

Разработка ЭКГ началась с открытия электронного потенциала живой ткани. Этот электродвижущий эффект был впервые исследован Алоизио Луиджи в 1787 году. В ходе своих экспериментов он продемонстрировал, что живые ткани, особенно мышцы, способны вырабатывать электричество. Позже другие ученые изучили этот эффект на электронном потенциале. Изменение электронного потенциала бьющегося сердца наблюдалось еще в 1856 году, но только после того, как Виллем Эйнтховен изобрел струнный гальванометр, можно было создать практичный, работающий аппарат ЭКГ.

Струнный гальванометр представлял собой устройство, состоящее из грубой струны, подвешенной в магнитном поле. Когда к этому устройству прикладывалась сила сердечного тока, струна перемещалась, и эти отклонения затем записывались на фотобумаге. Первый аппарат ЭКГ был представлен Эйнтховеном в 1903 году. Он оказался популярным устройством, и вскоре в различных европейских странах началось его крупномасштабное производство. Среди первых производителей были Edelmann and Sons of Munich и Cambridge Scientific Instrument Company. ЭКГ была доставлена ​​в Соединенные Штаты в 1909 году и произведена компанией Hindle Instrument Company.

Усовершенствования оригинальной конструкции аппарата ЭКГ начались вскоре после его появления. Одним из важных нововведений было уменьшение размера электромагнита. Это позволило машине быть портативной. Другим усовершенствованием стало создание электродов, которые можно было прикреплять непосредственно к коже. Оригинальные электроды требовали, чтобы пациент погрузил руки и ноги в стеклянные сосуды с электродами, содержащие большие объемы раствора хлорида натрия. Дополнительные улучшения включали включение усилителей, которые улучшили электронный сигнал, и инструментов прямой записи, что сделало данные ЭКГ доступными немедленно. Современный аппарат ЭКГ похож на эти ранние модели, но в него включены микроэлектроника и компьютерные интерфейсы, что делает их более полезными и мощными. Хотя эти новые аппараты более удобны в использовании, они не более точны, чем оригинальные ЭКГ, построенные Эйнтховеном.

Сырье

Аппарат ЭКГ состоит из электродов, соединительных проводов, усилителя и устройства хранения и передачи. Электроды или отведения, используемые в аппарате ЭКГ, можно разделить на два типа:биполярные и униполярные. Биполярные отведения от конечностей используются для регистрации разности напряжений между запястьями и ногами. Эти электроды помещаются на левую ногу, правое запястье и левое запястье, образуя треугольное движение электрического импульса в сердце, которое затем может быть записано. В отличие от биполярных отведений, униполярные отведения регистрируют разность напряжений между электродом сравнения и поверхностью тела, к которой они прикреплены. Эти электроды прикрепляются к правой и левой руке, правой и левой ноге. Кроме того, они размещаются в определенных областях на груди и используются для наблюдения за изменяющимся паттерном электрической активности сердца.

Производятся различные модели электродов, в том числе пластинчатые, всасывающие, жидкостные и гибкие. Пластинчатые электроды представляют собой металлические диски, изготовленные из нержавеющей стали, немельского серебра или никеля. Их держат на коже липкой лентой. Электроды для отсоса используют вакуумную систему, чтобы оставаться на месте. Они сделаны из никеля или серебра и хлорида серебра и прикреплены к компрессору, который создает вакуум. Другой тип электрода, электрод со столбом жидкости, менее чувствителен к движениям пациента, поскольку он разработан таким образом, чтобы избежать прямого контакта с кожей. Гибкий электрод наиболее полезен для снятия показаний ЭКГ у младенцев. Это сетка, сплетенная из тонкой нержавеющей стали или серебряной проволоки с прикрепленной гибкой свинцовой проволокой. Электрод прикрепляется к коже как небольшая повязка.

Усилители ЭКГ необходимы для преобразования слабого электрического сигнала от тела в более читаемый сигнал для устройства вывода. Дифференциальный усилитель полезен при измерении сигналов относительно низкого уровня. Во время ЭКГ электрический сигнал от тела передается от электродов к первой секции усилителя, буферному усилителю. Здесь сигнал стабилизируется и усиливается в 5-10 раз. Электронная сеть следует за ней, и сигнал от униполярных электродов транслируется. Затем дифференциальный предварительный усилитель фильтрует и усиливает сигнал с коэффициентом от 10 до 100.

Секции усилителя, которые принимают прямые сигналы от пациента, отделены от основных цепей питания остальной части аппарата ЭКГ оптическими изоляторами, предотвращающими возможность случайного поражения электрическим током. Первичный усилитель находится в основной цепи питания. В этом усиленном усилителе сигнал преобразуется в ток, пригодный для вывода на соответствующее устройство.

Наиболее распространенной формой вывода для аппаратов ЭКГ является самописец с бумажной лентой. Это устройство обеспечивает получение бумажной копии сигнала ЭКГ с течением времени. Также используются многие другие типы устройств, включая компьютеры, осциллографы и магнитные ленты. Поскольку данные собираются в аналоговой форме, их необходимо преобразовать в цифровую форму для использования в большинстве электронных устройств вывода. По этой причине первичная схема ЭКГ обычно имеет встроенную секцию аналого-цифрового преобразователя.

Для завершения ЭКГ необходимы различные другие детали. Поскольку сигнал через кожу передается на электроды слабо, обычно используется электролитная паста. Эта паста наносится прямо на кожу. Он состоит в основном из ионов хлора, которые помогают образовывать проводящий мост между кожей и электродом, обеспечивая лучшую передачу сигнала. Другие компоненты включают монтажные зажимы, различные датчики и термобумагу.

Производственный
процесс

Компоненты аппарата ЭКГ обычно производятся отдельно, а затем собираются перед упаковкой. Эти компоненты, включая электроды, усилитель и выходное устройство, могут поставляться сторонними производителями или производиться собственными силами.

Электроды

• 1 Наиболее распространенным электродом, используемым для аппарата ЭКГ, является электрод из серебра и хлорида серебра, поскольку электродный потенциал этих электродов стабилен при контакте с биологической тканью. Электроды поступают от внешних поставщиков и проверяются на соответствие установленным спецификациям. Тип используемого электрода зависит от модели ЭКГ. Часто несколько типов электродов поставляются с одним аппаратом ЭКГ. Каждый электрод содержит экранированный кабель, который можно подключить к первичному блоку.

Внутренняя электроника

• 2 Электронные компоненты устройства ЭКГ довольно сложны и используют новейшие технологии электронной обработки. Усилитель и устройство вывода собраны так же, как и остальное электронное оборудование. Он начинается с платы, на которой обозначена электронная конфигурация. Затем эта плата проходит через серию машин, которые помещают соответствующие микросхемы, диоды, конденсаторы и другие электронные компоненты в соответствующие места. По завершении он отправляется на следующий этап пайки.
• 3 Электронные компоненты прикрепляются к плате с помощью пайки волной припоя. Доски, которые входят в эту машину, сначала моются, чтобы удалить любые загрязнения. Затем доска нагревается с помощью инфракрасного излучения. Нижняя сторона платы проходит через волну расплавленного припоя, который заполняет соответствующие места за счет капиллярного действия. Когда плате дают остыть, припой затвердевает, удерживая детали на месте.

Устройство отображения

• 4 В зависимости от типа устройства отображения метод изготовления различается. Некоторые устройства, такие как магнитофоны и принтеры для бумаги, могут поставляться сторонними производителями. Другие компоненты, такие как компьютерные микропроцессоры, могут быть спроектированы и изготовлены вместе с первичной внутренней электроникой.

Окончательная сборка

• 5 Компоненты аппарата ЭКГ собраны и помещены в соответствующий металлический каркас. Готовые устройства затем помещаются в окончательную упаковку вместе с аксессуарами, такими как запасные электроды, бумага для распечаток и руководства. Затем они отправляются дистрибьюторам и, наконец, клиентам.

Контроль качества

Чтобы гарантировать качество каждого производимого устройства ЭКГ, на протяжении всего производственного процесса проводятся визуальные и электрические проверки, и выявляется большинство дефектов. Функциональные характеристики каждого готового устройства ЭКГ проверяются, чтобы убедиться в его работоспособности. Эти испытания проводятся в различных условиях окружающей среды, таких как чрезмерная жара и влажность.

Большинство производителей устанавливают собственные требования к качеству для производимых ими аппаратов ЭКГ. Однако стандарты и рекомендации по производительности были предложены различными медицинскими организациями и государственными учреждениями. Некоторые факторы, которые считаются важными, включают стандартизованные диапазоны входного сигнала, частотную характеристику, точность калибровочного сигнала и продолжительность записи.

Будущее

В будущем будут разработаны более мощные и улучшенные аппараты ЭКГ. В этих машинах будут использоваться новейшие компьютерные технологии, что сделает диагностику более быстрой и точной. Они будут более мощными и способны измерять крошечные электронные потенциалы, такие как частота сердечных сокращений плода. Они также позволят построить трехмерные модели бьющегося сердца, предоставив врачам больше диагностических данных. Также могут быть найдены новые применения аппаратов ЭКГ, например, недавнее применение аппарата ЭКГ для определения эффективности лекарств.

Недавнее нововведение может обозначить новое направление в развитии ЭКГ. Одна компания разработала портативный монитор ЭКГ, который собирает данные, которые можно передавать непосредственно по телефону. Пациент кладет электроды под каждую руку и прикрепляет передатчик к мундштуку телефона. Сигнал отправляется в центр мониторинга, где компьютеры преобразуют его в показания ЭКГ. Затем эта информация может быть передана врачу, что позволит выявить проблемы с сердцем у некоторых пациентов намного раньше.