Завдання для перевірки знань за темою:

1.Яким фізичним фактором діють на пацієнта при проведенні УВЧ – терапії?

1. Електричним полем УВЧ.

2. Електричним струмом УВЧ.

3. Магнітним полем УВЧ.

4. Електричним струмом ВЧ.

5. Постійним електричним полем.

2.Вкажіть частоту коливань, що використовується в апараті УВЧ – терапії:

1. 30,2 Мгц; 2. 20 кГц; 3. 1000 Гц; 4. 40,58 Мгц; 5. 40 кГц.

3.Для чого в апараті УВЧ - терапії використовується терапевтичний контур?

1. Для безпеки пацієнта.

2. Для одержання незатухаючих коливань.

3. Для зміни частоти коливань.

4. Для зміни довжини хвилі.

5. Для захисту пацієнта від зовнішніх полів.

4.Кількість теплоти, яка виділяється в електролітах, що знаходяться в електричному полі УВЧ, визначається за формулою:

1. ;

2. ;

3. ;

4. .

5.Завдяки УВЧ руху іонів у полі відбувається:

1. Нагрівання діелектриків.

2. Нагрівання електролітів.

3. Охолоджування діелектриків.

4. Охолоджування електролітів.

6.Нагрівання електролітів у полі відбувається завдяки:

1. УВЧ руху іонів, тобто струму провідності.

2. Неперервної переорієнтації дипольних молекул.

3. Струмам зміщення.

4. Намагнічуванню тканин.

7.Кількість теплоти, що виділяється в діелектриках, які знаходяться в електричному полі УВЧ, визначається за формулою:

1. ;

2. ;

3. ;

4. .

8.Нагрівання діелектриків у полі відбувається завдяки:

1. Намагнічуванню тканин.

2. Струмам провідності.

3. Неперервної переорієнтації дипольних молекул.

4. УВЧ руху іонів.

9.Завдяки неперервної переорієнтації дипольних молекул у полі відбувається:

1. Нагрівання електролітів.

2. Нагрівання діелектриків.

3. Охолоджування діелектриків.

4. Охолоджування електролітів.

10.Для чого використовується в медичній практиці апарат УВЧ - терапії?

1. Для прогрівання тканин організму, які знаходяться на глибині,

за допомогою електричного поля УВЧ.

2. Для прогрівання тканин організму, які знаходяться на глибині,

за допомогою магнітного поля УВЧ.

3. Для прогрівання тканин організму, які знаходяться на глибині,

за допомогою електричного струму УВЧ.

4. Для прогрівання тканин організму, які знаходяться на глибині,

за допомогою постійного електричного струму.

5. Для прогрівання тканин організму, які знаходяться на глибині,

за допомогою імпульсного струму.

Еталони відповіді: 1-1; 2-4; 3-1; 4-2; 5- 2; 6-1; 7-4; 8-3; 9-2; 10-1;

Література.

1. Чалий О.В., Агапов Б.М., Цехмістер Я.В. та інш. “Медична і біологічна фізика” - К.: Книга-плюс, 2005, с. 276, 325-330

2. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. “Биофизика”- Х.: Изд-во НФАУ Золотые страницы, 2003, с.501-502

3. Ремизов А.Н. “Медична та біологічна фізика” - М, 1982, с.193-236

4. Ливенцев Н.М. “Курс фізики”, - М, 1978, т.1, с 57-60, т2., с.152

Іа

Іmax

Ia

Тема: Моделювання електрокардіограми в стандартних відведеннях

Мета роботи:Вивчити основні положення теорії електрокардіографії, основні параметри ЕКГ: установити зв'язок між різницею потенціалів у відведенні та проекцією електричного вектора серця на вісь відведення, побудувати модельні криві ЕКГ у I, II, III, стандартних відведеннях.

Прилади та матеріали:модель фронтальної площини організму, джерело постійного струму, вольтметр або електронний осцилограф.

Обґрунтування необхідності вивчення теми.

Методику реєстрації різниці потенціалів на поверхні організму пов'язаного з роботою серця, називають електрокардіографією. Аналіз електрокардіограм використовують як метод діагностики захворювань серця.

Така постановка питання включає рішення двох задач.

Перша, пряма – з'ясування природи електричного генератора серця. Встановлення однозначного зв'язку між змінною параметрів генератора і характером зміни електрокардіограми.

Друга, обернена, діагностична – з'ясування стану електричного генератора серця по його електрокардіограмі.

Нарешті, на базі перших двох задач вирішується третя, практична-лікувальна. Повернення стану органу у норму при постійному контролю електрокардіограмою.

Біофізичні основи теорії електрокардіографії.

Щоб встановити такий зв'язок потрібно знайти формалізовану, абстраговану від детальної структури серця, модель електричного генератора серця. Потрібно також, щоб реальні зміни різниці потенціалів на поверхні організму кореговане зі змінами формалізованої моделі електричного генератора серця.

1. Електричні властивості серця описують за допомогою токового генератора, що представляють у виді еквівалентного токового диполя. Формально його зображують у виді вектора – електричного вектора серця –

2. Електричний токовий диполь (серце) розташований в однорідному електропровідному середовищі організму з питомим опором . Однак, цей момент теорії не безперечний тому, що в різних напрямках від серця до поверхні електропровідність середовища не можна вважати однаковою.

3. Дипольні представлення про походження потенціалів електричного поля на поверхні справедливі за умови, що розміри (плече) диполя l істотно менше відстаней r від серця (диполя) до точок виміру потенціалу (точок відведення), тобто r ℓ.

4. Передбачається, що початок електричного вектора серця розташован в електричному центрі серця і не змінює свого положення протягом кардіоциклу. Зазначене припущення не безперечно, тому що дискусія про існування електричного центра серця виявилася марною.

5. Передбачається, що кінець електричного вектора серця в процесі одного кардіоциклу в проекції на фронтальну, сагітальну і горизонтальну площини організму описує три петлі P,QRS,T. Точки відведень, повинні бути розташовані на поверхні організму, на рівні відстані від електричного центра серця.

6. Дві точки на поверхні організму, між якими виміряється різниця потенціалів називається відведенням.

7. Гіпотетична лінія, що з'єднує дві точки відведення, називається віссю відведення.

З віссю відведення зв'язують вектор відведення. Вектор відведення починається на точці відведення, яка має негативний потенціал і спрямований по осі відведення убік точки відведення з позитивним потенціалом.

8. Графічний запис зміни в часі різниці потенціалів між точками відведення називається електрокардіограмою в даному відведенні.

9. Точка відведення, що має позитивний потенціал, називається активною і підключається через електрод-провідник до позитивного полюса реєструючого пристрою. Точка відведення, що має негативний чи нульовий потенціал підключають до негативного полюса реєструючого пристрою. Такий вибір полярності точок відведення робиться свідомо, щоб усі найбільш істотні елементи електрокардіограм знаходилися вище ізолінії, тобто мали позитивні значення потенціалів. Крім того, це диктується ще і тим, щоб масові виміри ЕКГ проводилися в однакових умовах.

10. Ключовий момент теорії полягає в тім, що величина проекції електричного вектора серця на вектор обраного відведення, пропорційна реально вимірювані різниці потенціалів на поверхні організму – принцип Єйнтховена.

На мал. 15 представлений зв'язок між вектором серця D, вектором відведення S і величиною проекції вектора D на вектор S.

Величина проекції залежить від косинуса кута між векторами і можливі три крайніх випадки:

1. Якщо =0, то cos =1 спрямовані вектори в одну сторону, а величина проекції максимальна і збігається з модулем вектора

У реальній електрокардіограмі будуть реєструватися позитивні зубці з максимальним значенням, і розташовані вони вище ізолінії.

2. Якщо ; вектор перпендикулярний вектору відведення, це значить, що величина проекції D_s=0.

У реальної ЕКГ буде реєструватися лінія нульового потенціалу чи ізолінія.

3.Якщо =, cos = - 1, це значить, що вектори спрямовані в протилежні сторони, а величина проекції має знак мінус, а по модулю дорівнює модулю вектора

Уреальній електрокардіограмі буде зареєстрований негативний за знаком зубець максимальної по модулю величини, що знаходиться нижче ізолінії.

Трикутник В. Ейнтховена.

Ґрунтуючись на вище викладених принципах і з метою стандартизації електрокардіологічних вимірів у різних людей В.Ейнтховен у 1903р. запропонував вважати, що початок електричного вектора серця розташована в центрі рівностороннього трикутника, вершини якого розташовані на медіальних поверхнях нижньої третини лівого (ЛР) і правого (ПР) передпліччя і гомілки лівої ноги (ЛН).

У такий способом виконується дві умови при яких серце рівновіддалене від точок реєстрації різниці потенціалів і точок виміру потенціалів r  l. З іншої сторони фіксовані точки на поверхні організму між якими виміряється різниця потенціалів розташовані далеко від вектора серця r  l, тобто диполь серця є крапковим. Усередині трикутника Ейнтховена можна зобразити три петлі P,QRS,T, що описують миттєві напрямки електричного вектора серця за один кардіоцикл у фронтальній площині організму.

Усі петлі мають загальну крапку, що називають електричним центром серця і розташовують її в центрі трикутника.

Різниця потенціалів, виміряється між кожною парою вершин трикутника, повинна дорівнювати проекції послідовних миттєвих значень вектора серця трьох петель P,QRS,T.

Відведення, зареєстровані від кожної пари вершин трикутника Ейнтховена, одержали назви стандартних відведень.

Стандартних відведень три, позначаються вони римськими цифрами I, II, III.

Укожну вершину трикутника, розташовану на медіальній поверхні нижньої третини передпліч правої руки (ПР), лівої руки (ЛР) і гомілки лівої ноги (ЛН) поміщають металеві пластинки визначеного розміру – електроди. Їх з'єднують наконечниками через кабель відведення із системою електрокардіографа, що реєструє різницю потенціалів, клеми якого мають знаки «+» і « – ». Для практичних цілей використовується колірне і буквене маркірування наконечників кабелю відведень.

Права рука, ПР – R ( right ) – червоний.

Ліва рука, ЛР – L ( left ) – жовтий.

Ліва нога, ЛН – F ( foot ) – зелений.

Права нога, ПН – N – чорний.

Грудний електрод, З – білий.

Перше стандартне відведення – I - реєструється між лівою рукою (ЛР) і правою рукою (ПР), причому ЛР - + «плюс», а ПР - - «мінус». Вектор відведення спрямований від ПР до ЛР по стороні трикутника Ейнтховена.

Друге стандартне відведення – II – реєструється між правою рукою (ПР) і лівою ногою (ЛН), причому ПР - - «мінус», а ЛН - + «плюс». Вектор відведення, спрямований від ПР до ЛН по стороні трикутника Ейнтховена.

Третє стандартне відведення – III - реєструється між лівою ногою (ЛН) і лівою рукою (ЛР), причому ЛН - + «плюс», а ЛР - - «мінус». Вектор відведення спрямований від ЛР до ЛН по стороні трикутника Ейнтховена.

Стандартні відведення є двополюсними, тому що кожен електрод є активним, тобто сприймають потенціали відповідних точок тіла.

Ейнтховен показав, що сума відведень І та ІІ дорівнює відведенню ІІ. Ця формула використовується для контролю правильності роботи електрокардіографа.

Опис основних елементів для моделювання електрокардіограми

В емальованій кюветі міститься вирізана за формою тулуба модель, що складається з пластикової основи, на який натягнений гігроскопічний матеріал. Плоска форма тулуба моделює фронтальну площину тіла людини.

Тканину змочують фізрозчином (0,5 – 1% NaCl), або просто водопровідною водою. Волога тканина моделює електропровідне середовище організму.

На модель тулуба нанесені перебільшені контури трьох петель P, QRS, T. Уздовж контуру їх розташовані контактні гнізда, що моделюють миттєві значення кінця ЕВС.

На моделі нанесений рівнобічний трикутник (трикутник Ейнтховена) із клемами на його вершинах, що моделюють точки положення електродів при зніманні електрокардіограми. У моделі передбачена можливість обертання петель P, QRS, T навколо електричного центра для моделювання відхилення електричної вісі серця вліво або вправо.

Мал. 17

Вершини трикутника мають контактні гнізда, до яких підключають вимірювальний прилад, що моделює електрокардіограф.

Джерело постійного струму моделює дипольний струмовий генератор серця.

Негативний полюс джерела підключають до клеми, що моделює електричний центр серця. Позитивний полюс з’єднують із провідником, що має на кінці штирок. Торкаючись штирком будь-якої клеми на петлях Р, QRS, T, задають положення позитивного кінця миттєвого ЕВС. Лінія, що з’єднує електричний центр та це положення вектора, задасть модуль і напрямок моментального ЕВС.

Електрична установка моделі представлена на мал. 17.

Якщо включити джерело струму, а потім у відповідній полярності підключити клеми вольтметра до клемам ПР, ЛР, ЛН, то, обходячи по черзі всі точки на петлях, можна одержати модель ЕКГ у відповідному відведенні.

Основні параметри електрокардіограми

На мал. 4.2 представлена електрокардіограма, що включає практично всі елементи, які її характеризують:

1. Спрямовані вверх (позитивні) зубці P, R, T, U.

2. Спрямовані вниз (негативні) зубці Q, S.

3. Сегменти P – Q, S – T.

4. Інтервали P – Q, T – P, R – R.

5. Комплекси QRS, QR, ST.

6. Точка з'єднання j.

Мал.18

У реальній електрокардіографії вимірюють:

1. Амплітуду зубців P, Q, R, S, T, виражену в мілівольтах (друга ЕКГ на малюнку).

2. Тривалість зубців, сегментів, інтервалів (перша ЕКГ на малюнку).

Поняття “нормальна електрокардіограма” включає комплекс чисел, що визначають межі норм для амплітуди зубців, сегментів, інтервалів, а також форми та положення зубців щодо ізолінії.

Порядок виконання роботи

1. Вивчити залежність різниці потенціалів у I відведенні від величини модуля та напрямку електричного вектора .

   1. Змочити тканину на моделі водопровідною водою.

   2. Підключити вольтметр до клем I відведення на моделі: ПР – “мінус”, ЛР – “плюс”.

   3. Клему “мінус” джерела постійного струму з'єднати з центральною клемою трикутника, що моделює електричний центр серця. З цієї точки починається електричний вектор серця.

   4. До клеми “плюс” джерела постійного струму підключити провідник зі штирком на кінці. Розташовуючи штирок у будь-якому місці на вологій тканині моделі, задається кінець електричного вектора. Якщо умовно з'єднати точку “мінус” (початок вектора) і точку “плюс” (кінець вектора), то одержимо модель електричного вектора, що має визначений модуль (формально – довжина його) і напрямок.

   5. Після перевірки викладачем, ввімкніть джерело постійного струму та під контролем викладача вибрати визначену напругу.

   6. На вологу тканину моделі накласти транспортир-накладку так, щоб центр трикутника входив у поглиблення у центрі транспортира, а лінійна частина його була паралельна стороні трикутника, що відповідає I відведенню.

      1. На лінійній частині транспортира зроблені поглиблення через 3 см. Поміщаючи в ці поглиблення штирок провідника, пов'язаний із позитивним полюсом джерела струму, задаємо різну довжину вектора D при постійному куті α = 0. При цій умові розмір проекції буде дорівнювати довжині вектора l. Значення довжини вектора та напругу, відповідну кожній довжині вектора D, занести в таблицю. Зробити висновок.

         Довжина вектора
         Значення напруги

      2. На круговій частині транспортира зроблені поглиблення через 15°. Довжина вектора D – постійна і дорівнює 10 см. Величина проекції на стороні трикутника I відведення залежить від кута α. Вимірити лінійкою величину проекції вектора і занести у таблицю. У таблицю занести величину напруги, що відповідає кожному значенню проекції.

Кут

0˚

15˚

30˚

45˚

60˚

75˚

90˚

105˚

120˚

135˚

150˚

165˚

180˚

Проекція

Напруга

На підставі кореляції між кутами, величиною проекції і вимірюваною напругою зробити висновок.

2. Вимірити миттєве значення напруг при обході петель P, QRS, T у I, II, III відведеннях.

   1. Виконати пункти 1,2,3,4,5 завдання I.

   2. По черзі у порядку нумерації торкатися штирьком контактних клем на петлях P, QRS, T, задаючи в такий спосіб значення та напрямок електричного вектора серця у визначенні моменти кардіоциклу. Записати значення напруги у відповідності з нумерацією точок для першого відведення.

   3. Також вимір зробити для 2 і 3 відведень, підключаючи вольтметр відповідно до полярності клем відведення.

   4. Після закінчення вимірів відключити модель від мережі.

3. Побудувати графіки моделі електрокардіограми.

Вибрати 30 клітин на горизонтальній вісі ,припускаючи, що тривалість серцевого циклу складає 0,9 сек, кожна клітка відповідає інтервалу часу 0,03 сек. На вертикальній вісі відкласти виміряні значення напруг для відповідних номерів клем. При побудові графіків врахувати, що точки 1, 2, 3, 5, 7, 9, 13, 14, 15, 16, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 мають нульовий потенціал. Побудувати графіки для I,II,III відведень.

Завдання для УДРС

Вивчити на моделі вплив на графік ЕКГ кута повороту комплексу QRS навколо електричного центру серця.

Завдання для самостійної підготовки

1. Поняття еквівалентного електричного генератора:

   1. Визначення.

   2. Еквівалентна схема електричного генератора.

   3. Поняття струмового електричного диполя, електричний дипольний момент, крапкові та диполі кінцевих розмірів.

2. Потенціал електричного поля диполя (вивід формули).

3. Мультипольний розклад потенціалу поля диполя.

4. Дипольний еквівалентний електричний генератор серця:

   1. М'язове волокно збудженого міокарда – струмовий електричний диполь.

   2. Потенціал електричного поля серця.

5. Електричний вектор серця – D.

   1. Трикутник Ейнтховена.

   2. Проекція D на сторони трикутника.

   3. Стандартні відведення за Ейнтховеном.

   4. Проекція просторових кривих P, QRS, T на сторони трикутника Ейнтховена.

   5. Вид нормальної ЕКГ – амплітуда зубців, тривалість їх, інтервал, сегмент, форма ЕКГ.

   6. Вісі стандартних відведень.

6. Електрична вісь серця:

   1. Поняття.

   2. Положення у нормі в трикутнику Ейнтховена.

   3. Принцип визначення вісі серця з ЕКГ.

Завдання для самоконтролю

1. Пояснення на підставі теорії В. Ейнтховена, чому на ЕКГ є ділянки нульового потенціалу?

2. Чи дозволяє методика ЕКГ визначити положення електричної вісі серця?

3. Як змінюється положення комплексу QRS та електричної вісі серця в трикутнику Ейнтховена у випадку піднесеності купола діафрагми?

4. На підставі дипольних представлень поясніть, що відбудеться в комплексі QRS при стовщенні стінки лівого (правого) шлуночка?