Diferenciální diagnostika v pediatrii

Obecná elektrofyziologie tkání – prostorových vodičůObecná elektrofyziologie tkání – prostorových vodičůŽivé organismy jsou prostorové vodiče. Lze na nich provádět i elektrická měření na struktuře, k níž není přímý přístup, neboť změny potenciálů v této izolované struktuře (tkáni, orgánu) jsou indukovatelné i na povrchu tohoto vodiče nebo v něm.

Kladně nabité (+) povrchy jsou zdroje proudu, záporně nabité povrchy (-) jsou „díry“, tj. místa, kam teče proud. Např. při průchodu akčního potenciálu (AP) nervovým vláknem je místo, kde se zrovna AP nachází, dírou, pak se toto místo stává zdrojem.

Mezi dvěma ekvipotenciálními plochami nenaměříme žádný napěťový rozdíl, ať už jde např. o povrchový náboj buňky kladný nebo záporný. Napěťový rozdíl naměříme jen při existenci dipólu na struktuře.

+ -

+ +- -

++ +

+

++

++

++ +

+

++

++

-- -

-

--

--

++ +

+

++

++

Mezi dvěma ekvipotenciálními plochami nenaměříme žádný napěťový rozdíl, ať už jde např. o povrchový náboj buňky kladný nebo záporný. Napěťový rozdíl naměříme jen při existenci dipólu na struktuře.Každá vzrušivá buňka se při podráždění a průchodu AP chová jako dipól. Průchod AP vyvolá vznik elementárního elektrického pole na každé jednotlivé vzrušivé buňce. Každé toto pole má určitou velikost. Jednotlivá elementární elektrická pole všech buněk v tkáni dají v součtu výsledné elektrické pole, resp. výslednou sumu dipólů v dané vzrušivé struktuře.

Místa aktivity jsou vždy děrami kde je aktivita, tam je negativní náboj, a naopak neaktivní místa jsou zdroji, tedy místy s kladným nábojem. Pokud tedy máme jednu snímací elektrodu (a referenční elektrodu, oproti které se měří, tzv. unipolární svod), směřuje-li vlna depolarizace od této elektrody, zaznamenává se záporná výchylka. Pokud směřuje depolarizační vlna k elektrodě, zaznamenává se kladná výchylka.

+ -

+ -

+ - +

-

+-Změna napětí klesá se vzdáleností. Pokud se pohybujeme na povrchu nějaké struktury, dostaneme obraz rozložení potenciálů na dipólu. To, co snímáme jako EEG či EKG je projev sumace dipólů v dané struktuře (mozku, srdci) vůči referenční elektrodě.

Elektroencefalogram (EEG)

Elektroencefalogram (EEG) je (grafická) reprezentace časové závislosti rozdílu elektrických potenciálů, snímaných z elektrod umístěných zpravidla na povrchu hlavy (skalpu), výjimečně přímo z kůry mozkové (elektrokortikogram, ECoG, frekvence do 100 Hz, elektrody jehlové vpichové), které vznikají jako důsledek spontánní elektrické aktivity mozku.EEG umožňuje hodnotit různé formy poškození mozku, onemocnění epilepsií případně další poruchy centrální nervové soustavy. Podle legislativy v mnoha zemích se záznam EEG používá k definici mozkové smrti.

Hans Berger (21.V.1873 - 1.VI.1941)

Berger původně vsouval stříbrné drátky – elektrody pod skalp pacientů, a to jeden zepředu a jeden zezadu. Později vynalezl plošné elektrody, které přivazoval k hlavě objektu pružnou bandáží. K prvním záznamům používal Lippmamnnův kapilární galvanometr, ale výsledky nebyly dobré přešel ke galvanometru strunnému a později k doucívkovému galvanometru Siemens. Výsledný záznam o délce trvání až 3 sekundy byl fotografován asistentem. Po Hansi Bergerovi byly pojmenovány alfa vlny EEG.

První záznam EEG Bergerem z roku (1924) 1929

Dnes je záznam pořizován pomocí povrchových elektrod připojených na diferenciální zesilovač (zesílení signálu 1 000-100 000krát). Amplituda EEG vln je cca 100 µV při povrchovém měření a asi 1-2 mV při záznamech pořizovaných z povrchu mozku. Nejvyužívanější je rozmístění elektrod dle Jaspera.Provádí se buď srovnání potenciálů dvou bodů na kůži lebky (bipolární záznam) nebo srovnání potenciálu naměřeného v nějakém místě na lebce oproti referenční elektrodě umístěné např. na kořeni nosu nebo na ušním lalůčku (unipolární záznam).

Systém 10/20 je založen na vztahu mezi pozicemi elektrod a pod nimi ležící mozkovou kůrou. Pozice jednotlivých elektrod jsou definovány podle poměru 10/20% mezi kořenem nosu a inionem a mezi ušními lalůčky. Identifikace elektrod je založena na označení písmenem F (frontální), Fp (frontopolární), T (temporální), C (centrální), P (parietální) a O (occipitální) a zpravidla číslem – sudá čísla (2, 4, 6, 8) označují pozice nad pravou hemisférou, lichá čísla (1, 3, 5, 7) nad levou hemisférou, (čím menší hodnota, tím blíže ke středu). Písmeno z označuje elektrody v centrální linii.

Rozmístění svodů dle Jaspera, používané

od roku 1957

EEG naráží na určité limity. Povrchové elektrody nejsou dost citlivé na to, aby zaznamenaly jedinou elektrickou signalizační jednotku mozku, tedy akční potenciál. Neodliší také, zda jde o signál vyvolaný excitačním, inhibičním nebo jinak modulačním neuropřenašečem. EEG vlastně zaznamenává synchronní aktivitu neuronů, které sumárně produkují větší napěťovou změnu, než jakou by bylo „pálení“ jednoho neuronu. EEG je navíc omezeno anatomií hlavy – bývá doprovázeno funkčními zobrazovacími technikami jako je např. funkční magnetická resonance (functional magnetic resonance imaging, fMRI) či PET (pozitronová emisní tomografie). Mezi další pomocné metodiky patří např. EEG mapování či magnetoencefalografie (MEG).

Zaznamenávaná aktivita může být• rytmická – buď monomorfní (dominantní frekvence) či polymorfní (více frekvenčních složek), a nebo• arytmická (sled vln)• ojedinělé útvary:

- lambda vlna (trvání do cca 100 ms, výskyt v okcipitální krajině) - hrot (trvání do max. 80 ms, kromě tvaru se hodnotí souvislosti)

- komplex hrot-vlna (vlna pomalá, trvání 200-500 ms) - komplexy mnohačetných hrotů a pomalých vln

Při analýze spontánního nezáchvatového EEG se analyzují zejména tyto aktivity:

A) aktivita bez výrazných časových změn – normální spontánní aktivita při bdění a v klidu, alfa a beta rytmy, kontinuální pomalé rytmy, polymorfní pomalá aktivita...)B) aktivita s pomalými změnami v čase – spánková aktivita, aktivita při změnách polohy, aktivita v komatu, aktivita při hyperventilaci...)C) aktivita intermitentního typu (přerušovaná) – sigma aktivita, mí aktivita, přerušované pomalé rytmy

Alfa vlny jsou elektromagnetické oscilace s frekvencí 8-12 (13) Hz. Jejich zdrojem je synchronní a (co do fáze) koherentní elektrická aktivita velkých skupin neuronů mozku. Nazývají se také Bergerovy vlny. Podle zastoupení v záznamu se rozlišuje – dominantní, subdominantní, smíšený a řídký alfa rytmus. Je to nevýraznější rytmus u zdravého dospělého člověka v klidu.

- velikost signálu 20-50 μV, trvání jednotlivých vln 80- 125 ms- u 85% zdravých osob ve věku 20 – 60 let je frekvence 9,5-10,5 Hz- vyšší kmitočet je normální, pokles pod 8 Hz je patologický

Alfa vlny

Alfa vlny jsou zaznamenávány zejména z okcipitálního laloku během relaxace, se zavřenýma očima, za vigility.

Jsou potlačeny otevřením očí, duševní činností, při ospalosti a spánku. Pravděpodobně reprezentují aktivitu zrakové kůry

během její nečinnosti.

Osoby od narození slepé nemají alfa rytmus.

V oblastech motorického kortexu lze detekovat mí (mju:) vlny podobného tvaru jako jsou vlny alfa. Jejich typická frekvence je 7-11 Hz a velikost signálu pod 50 μV. Mají charakteristický arkádový nebo hřebenový tvar – tvar písmene m či u. Zřejmě nemají podstatný patologický význam, častěji se ale vyskytuje u psychicky narušených jedinců. Jsou potlačeny pohybem nebo i jen úmyslem se pohnout.

Beta vlny

Beta vlny jsou elektromagnetické oscilace s frekvencí 13–30 Hz, někdy 18 – 32 Hz. Jsou nejvýraznější nad frontálními laloky mozku. Mají symetrický výskyt. Jsou spojeny s aktivací CNS, typické při soustředění na vnější podněty, při duševní činnosti a při afektech. Rytmické vlny beta s dominantními skupinami frekvencí jsou spojeny s různými patologickými stavy či drogovým abusem.

- velikost signálu do 20 (30) μV,- trvání jednotlivých vln 40 – 50 ms

Gama vlny

Gama vlny jsou elektromagnetické oscilace s frekvencí 30-50 (70) Hz – nejvyšší frekvenční z EEG. Jsou velmi výrazné ve strukturách s vrstevnatým uspořádáním (neokortex, tektum, čichové bulby), ve kterých vznikají synchronizované rytmy i v případě, že je zbytek EEG desynchronizován. Vyskytují se zejména precentrálně a frontálně.

- velikost signálu 2-10 μV- úseky s konstantní frekvencí trvají obvykle 100-300 ms a jsou odděleny intervaly 15-30 ms – nejde o kontinuální rytmus.

Gama vlny jsou přítomny během tzv. nízkonapěťové rychlé neokortikální aktivity (low voltage fast neocortical activity, LVFA), která se objevuje během procesu probouzení a během REM spánku.

Jsou spojeny s vyšší mentální aktivitou, s procesy percepce, s řešením problémů.

Delta vlny

Delta vlny jsou elektromagnetické oscilace s frekvencí 0,5 - 4,0 Hz. U dospělého člověka se vyskytují jen za patologických stavů (poškození mozku, koma, ev. IV. stádium spánku), u dětí do 4 měsíců jsou v normě. U dětí v prepubertě se mohou vyskytovat ojediněle osamocené delta vlny s amplitudou 75-100 μV, v kombinaci s alfa rytmem. Obecně platí (u lidí odrostlých kojeneckému věku), že čím vyšší amplituda delta vln a čí užší rozsah frekvence, tím je patologie výraznější.

- velikost signálu 20-200 (400) μV

Theta vlny

Theta vlny jsou elektromagnetické oscilace s frekvencí 5-7 (8) Hz, zřídka rytmické. Jsou to typické vlny zrajícího dětského mozku. U dospělého jedince se zaznamenává běžně v hippokampu a septální oblasti, povrchově se ale projevuje minimálně, v pozdních fázích telencefalického spánku či v při některých formách tvorby krátkodobé paměťové stopy. Jsou zřejmě projevem toho, že hippokampus je „on-line“, připraven na příchozí signály. Při pokusech na hlodavcích se theta rytmus výrazně projevoval při učení se vybavování si krátkodobé paměťové stopy, je asi asociován s tzv. LTP (long-term potentiation). Elektrofyziologická nebo farmakologická stimulace hippokampu navozuje vznik theta vln. Procesu se zřejmě účastní cholinergní synapse. Normální je výskyt theta rytmu v centrální, temporální a parietální oblasti, s amplitudou do 15 μV.

- velikost signálu do 150 μV- patologický stav: je-li theta vlna alespoň 2x vyšší naž alfa nebo je-li vyšší než 30 μV, za současné absence alfa rytmu- theta (stejně jako delta) stoupá u psychotestů s otevřenýma očima

Sigma vlny

Sigma vlny jsou elektromagnetické oscilace s frekvencí okolo 14 Hz. Vyskytují se ve frontální a frotocentrální oblasti ve formě tzv. spánkových vřeten (III. spánkové stadium).

- velikost signálu do 30-40 μV

Senzorimotorické vlny

Senzorimotorické vlny jsou elektromagnetické oscilace s frekvencí 12-15 Hz. Jsou spojeny s inhibicí motorické aktivity. Mohou mít (snad časem) využití u pacientů s AD, epilepsií či autismem – vzrůst senzorimotorických vln při neužívání končetin by se mohl uplatnit při ovládání ev. i předmětů pomocí biofeedbacku.

Souhrnný pohled na základní EEG rytmy

delta (0,5-4 Hz) beta (13 – 30 Hz, někdy 18 – 32 Hz)

alfa (8-13 Hz)theta (4-8 Hz)

Spektrální analýza - odvozená na základě prací francouzského matematika Pierra Fouriera- byl schopen ukázat jednotlivé frekvenční komponenty smíšeného jednokanálového záznamu- barevně jsou oškálovány amplitudy- ortogonálně čas a frekvenční komponenty

bdění

hluboká

sedace

mírná anestézi

e

hluboká anestézi

e

Změny v EEG signálu při anestézii

Vývojové charakteristiky EEG

- maturace EEG vzorců odráží vývoj mozku- nejdramatičtější změny: prenatálně + 1.-3. měsíc postnatálně- EEG vzorce během prvních 6 měsíců života úzce korelují s CA- conceptual age (CA) = gestační věk + chronologický věk- mnoho věkově specifických změn se vyskytuje jen po dobu několika týdnů- jde o funkce spojené s aktuálním „stářím“ mozku“- klinické implikace těchto změn jsou v pozdějším věku odlišné

- monitorování integrované amplitudy EEG (aEEG): P3 a P4 event. C3 a C4 elektrody- bere v potaz jen amplitudu, nezchytí fokální nebo unilatrální abnormity /snímání jen mezi 2 body/- je ale neinvazivní, snadná, rychlá- k hodnocení tíže proběhlého hypoxického inzultu (indikace hypotermie)- záchyt záchvatových stavů- záchyt intraventrikulárního krvácení apod.- sleduje maturaci mozku nezralých novorozenců

- 2003: Burdjalov a kol.: skórovací systém hodnocení kontinuity křivky, cyklických změn apod. (0-13 bodů)

10 svodů (F1, F2, C3, C4, O1, O2, T3, T4, Cz, REF)

20 svodů, od obvodu hlavičky 32

cm

Normální EEG pozadí u nezralých novorozenců- je diskontinuální- charakterizované periodami vysokovoltážní aktivity, které jsou proložené úseky nízkovoltážní aktivity, křivka se nazývá „tracé discontinu“- interval mezi výboji je ideálně kratší než 30 s a ani u nejvíce nezralých novorozenců by neměl přesáhnout 45 s

S narůstající zralostí - zvyšuje se minimální amplituda- přibývá kontinuální aktivity a snižuje se procento diskontinuální aktivity

• náznak cyklických změn charakterizujících periody spánku a bdění lze zachytit již mezi 25. a 26.g.t. u novorozenců bez intraventrikulárního krvácení• organizovaný spánek neobjevuje před 31. gestačním týdnem• průměrně se cyklické změny objevují kolem 6. dne života.• předpoklad pro nástup těchto cyklů: integrita vyšších mozkových funkcí

Vývojové EEG charakteristiky zralého a nezralého novorozence

Výskyt charakteristických vývojových prvků EEG během ontogenese

transient – ojedinělá vlna nebo typická skupina vln odlišná od základní aktivity (např.

hrot, ostrá vlna

Normální EEG pozadí u kojenců (2-12 měsíců)

- delta a theta vlny zhruba stejně nápadné, delta na 1-3 Hz, netlumí se otevřením očí- tracé alternant mizí kolem 1., někdy 2. měsíce- výskyty transientních asymetrií- ustavují se centrální rytmy- při zavřených očích se posteriorní alfa rytmus podobá alfa rytmu staršího věku, standardní výskyt od 3. měsíce- pokles podílu REM spánku- od 5. měsíce patrné K-komplexy- nízkonapěťová aktivita známkou abnormality

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

Normální EEG pozadí u batolat (1-3 roky)- dominantní theta rytmus na 4-7 Hz, vysoké amplitudy, tlumení zavřením očí nedokonalé

3.-6. rok věku: tzv. prealfa vlny (6-8 Hz, typicky 7 Hz) relativně vysoké amplitudy, tlumení otevřením očí nedokonalé5.-7. rok věku: objevuje se pravidelý alfa rytmus s amplitudou 30-80 V, je nepřímo úměrný pozornosti

Evokovaný potenciál (EP) = potenciál generovaný činností různých struktur nervové soustavy (smyslové orgány, dostředivé a odstředivé nervy, centrální nervová soustava) stimulovaných různými, hlavně fyzikálními podněty (mechanickými, vizuálními, akustickými).

Tvar, rychlost, velikost odezvy EP závisí na typu a stavu vyšetřované části nervové soustavy a druhu stimulu.

• zrakový systém: mezi evokované potenciály se zahrnuje i ERG signál, příp. vizuálně evokované potenciály mozku (VEP). Mohou být stimulovány zábleskem nebo světelným podnětem se složitější strukturou (šachovnice či pruhy s různým kontrastem, reverzibilní šachovnice, posunující se šachovnice). Různá struktura vizuálních podnětů umožňuje analyzovat aktivitu různých podsystémů zrakové soustavy.

• sluchový systém: mezi EP patří E CochG signál, akusticky evokované potenciály mozkového kmene (BSAEP - Brain Stem Auditory Evoked Potential), příp. .akusticky evokované korové odpovědi. Ke stimulaci se obvykle používají opakované tónové krátké impulsy o frekvenci 1, 2 nebo 4 kHz a době trvání řádově ms.

Evokované potenciály

EP jsou většinou velice malé a zanikají v šumu nebo spontánní elektrické aktivitě nervové soustavy, využívá se pro detekci EP opakované buzení s

následným zprůměrňováním zaznamenaných signálů, které zajišťuje potlačení signálových složek nevázaných na stimulační podnět.

Magnetoencefalografie (MEG)

elektrický proud

magnetické pole intracelulární

proud (dendrity)

Magnetoencefalografie (MEG) je měření magnetických polí produkovaných elektrickou aktivitou mozku. Magnetické signály emitované mozkem se pohybují v řádu femtotesla (1 fT = 10-15 T), takže je nezbytné velmi dobré magnetické stínění měřící místnosti, aby záznam nebyl ovlivněn magnetickým polem Země.Měřící systém využívá asi 300 kanálů umístěných kolem hlavy. Jeho typický šum je 5-7 fT. Celkové magnetické pole mozku má typicky 100-1000 fT; signály z jednotlivých neuronů leží pod hranicí šumu (magnetické pole jednoho proudového dipólu je příliš slabé, aby bylo změřeno přímo).

Složením polí asi 50 000 aktivních neuronů dostaneme pole o dostatečné, měřitelné intenzitě. Aby se magnetické pole jednotlivých proudových dipólů dalo sčítat, musí mít tyto dipóly stejnou orientaci. Takto jsou orientovány např. pyramidální buňky kortexu (jsou kolmé k povrchu kůry), ať už jsou v záhybech (sulcích), kde tvoří shluky paralelní k povrchu kůry, nebo mimo ně.

Signál vzniká díky tokům iontů (proudům) tekoucím do dendritů během synaptického přenosu a díky proudům v extracelulárním roztoku. Akční potenciály nevyvolávají měřitelné magnetické pole, neboť proudy spojené s AP tekou navzájem opačným směrem a magnetické pole vyruší. Naproti tomu dipól produkuje magnetické pole orientované podél osy jeho vektoru.

MEG byla vyvinuta v 70. letech. Užívá se nejčastěji k detekci a lokalizaci epileptiformní aktivity u pacientů s epilepsií, nebo k lokalizaci kortikálních u oblastí pacientů s mozkovými nádory při přípravě na chirurgický zákrok. Je to doplňková metoda k EEG a EEG mapování, fMRI a PET, s velmi dobou rozlišovací časovou schopností (pod 1 ms). Sleduje vlastní aktivitu neuronů (x EEG) a její časové rozlišovací schopnosti jsou srovnatelné s intrakraniálními měřeními.

EEG topografie (EEG mapování)

EEG mapování je zobrazovací technika, při níž se pomocí většího množství EEG elektrod získává prostorový obraz aktivity jednotlivých částí kortexu, promítnutý na povrch lebky. Vyhodnocení míry aktivity je grafické a škálované pomocí barevné stupnice, na níž obvykle „chladné“ barvy (modrá, černá) značí místa s nízkou aktivitou a vice versa teplé barvy (žlutá, červená) místa s aktivitou vysokou. Výsledkem je mapa rozložení dané aktivity, amplitudy a pod.

• epilepsie• nádorová ložiska, arteriovenózní malformace nebo mrtvice• podchycení neuropsychiatrických onemocnění jako schizofrenie, demence, hyperaktivita a deprese, atrofie mozku nebo poruchy pozornosti u dětí• detekce infekčních onemocnění mozku (meningitidy)• sledování detoxikačních příznaků po odebrání psychoaktivních látek

Využití:

Výzkum probíhá od 70. let (Harvard, New York University, NIH) srovnávací databáze normálních nálezů. Pracuje se na 3D-analýze, která by umožnila lokalizaci zdrojů EEG vln hlouběji v mozkové tkáni.

Je to pomocná metoda k EEG, zaměřená spíše na prostorovou než časovou lokalizaci EEG rytmů.

EEG mapování vynalezl William Grey Walter, který byl roku 1936 schopen detekovat abnormální elektrickou aktivitu v oblastech mozku s tumorem a sníženou elektrickou aktivitu v tumoru vlastním. K vyhodnocení záznamů pořízených značným množstvím elektrod použil specifický triangulační algoritmus.Za účelem vytváření 2D map EEG aktivity povrchu mozku vynalezl Grey Walter roku 1957 tzv. toposkop. Toposkop sestával ze 22 katodických trubic (něco jako v TV), každá z nich byla spojena s

párem elektrod připevněných na povrchu lebky. Toto bylo seskupeno do 2D tvaru tak, aby každá z trubic byla schopna detekovat intenzitu různých vln EEG v určité oblasti mozku. Trubice byly snímány seshora, takže bylo vidět spirály objevující se zároveň s určitým typem EEG rytmu v dané oblasti mozku.

Od toposkopů jsme už trochu pokročili: v současnosti se na 3D-simulace bioelektrických jevů používají zejména modely založené na kombinaci elektrických signálů s 3D obrazy z CT nebo MRI. Na výpočty se používají modely pracující s celou „hlavou“ (100%), hlava různě „ořezaná“ nebo jen samotný „mozek“ (60%).100% 80% 70% 60%

Simulované potenciály lokalizované do okcipitálního laloku na 100% a

60% modelu.Z Advanced 3D head models for the simulation of bioelectric phenomena,

P. Inchingolo et al., Science and Supercomputing at Cineca – Report 2003

3D EEG SPM at 2.34 Hz of a 3 months old infant with a brain infarct of the frontal right hemisphere, occupying an extended area in the frontal area. The third row in this panel is an axial slice of the infant's T1 showing the area of the brain infarct. The corresponding tomographic 3D Z image shows an excess in the right frontal area. This pattern of pathological activity was consistent at all frequencies of the delta band (0.78–3.5 Hz).

Elektrokardiogram (EKG) aneb za všechno může pes...

Elektrokardiogram je grafická reprezentace časové závislosti rozdílu elektrických potenciálů, snímaných zpravidla z povrchu hrudníku, které vznikají jako důsledek šíření elektrického vzruchu svalovou tkání srdečních síní a komor.

Willem Einthoven (22.V.1860 - 29.IX.1927)NC za „vynález elektrokardiografu“ 1924

Roku 1889 shlédl E. elektrokardiografickou

demonstraci A. D. Wallera na 1. mezinárodním fyziologickém

kongresu v Bale. Waller často používal svého psa

Jimmiho, trpělivě stojícího v nádobách se slanou vodou.

Průchod elektrického proudu vodičem vyvolává kolem vodiče elektromagnetické pole, jehož elektrickou složku (vyjádřenou elektrickým potenciálem) měříme zpravidla povrchovými elektrodami.

Vývoj EKG záznamů. Nahoře

křivka získaná kapilárním

galvanometrem, uprostřed

korigovaná křivka, dole křivka

získaná měřením dle E.

E. definoval srdce jako 2D dipól pevně umístěný ve vodiči s homogenním a stálým objemem; tento vodič může být zobrazen jako homogenní koule (sféra) s dipólovým zdrojem umístěným ve svém středu.Všiml si, že vzhledem k tomu, že končetiny jsou poměrně dlouhé a tenké, nevstupují do nich nijak výrazné elektrokardiografické proudy. Odpozoroval také, že potenciál naměřený na zápěstí je stejný jako nahoře na paži, stejně jako potenciál naměřený na kotníku je stejný jako nahoře na stehně. Postupem času zjistil, že polohy snímacích elektrod na zápěstích a levém kotníku se korespondují s určitými body na trupu, jež je možno aproximovat do rovnostranného trojúhelníku. Srdce je v něm representováno jako jednoduchý dipól s fixní polohou, jehož orientace a magnituda může být proměnlivá. Lokalizace zdroje dipólu (srdce) koreluje s použitými svody a při zjednodušení spadá do středu rovnostranného trojúhelníka.

• Lippmannův kapilární galvanometr (elektrometr) se ukázal jak málo citlivý• E. si upravil strunný galvanometr (užívaný mj. k zesílení transatlantických signálů přenášených via podmořské kabely): sestavil velmi citlivý galvanometr (600 lbs) s mikroskopickou, velmi tenkou a lehkou „strunou“ ohýbanou průchodem elektrického proudu• struna mezi dvěma cívkami vytvářejícími silné magnetické pole reaguje na průchod proudu deflekcí nebo rozkmitem do stran• struna je na obou koncích ukotvená a její výchylky jsou jen zlomky mm, zaznamenává až několik set impulsů za minutu• původní záznamy na pohybující se fotografické desce či filmu: struna byla osvícena a vrhala vertikální stín, zvětšený optikou; stín dopadal na kovovou krabici s filmem, na které byla vodorovná štěrbina propouštějící jen bod z kolmého stínu. Při pohybu struny a filmu se na film kreslila kontinuální čára.

Jak přenést a zaznamenat signál v řádu mV bez extrémního zkreslení a rušení?

Elektrokardiografické křivky

EKG zdravého jedince

hyperkalémie akutní infarkt

význam jednotlivých částí záznamu srdeční revoluce viz

učebnice fyziologie

Pro znázornění elektrické aktivity srdce je důležité vytvoření celoprostorového vjemu. Různé orthogonální svodové systémy vyjadřující prostorové vlastnosti elektrického pole kolem srdce (hrudníku); jde o zobrazení pomocí tři rovinných os.

A) frontální

C) sagitální

B) horizontální

V této formě zobrazení se sice primárně ztrácí závislost časová, zato jde o znázornění geometricky velice názorné.

Orthogonální svodové rovinné smyčky dle

Franka.

Oblasti použití analýzy signálu EKG

• EKG krátkodobé klidové - u dospělých i dětí, slouží k morfologické analýze, k analýze srdečního rytmu; základní vyšetřovací metodou je pořízení záznamu z 12 standardních svodů či 3 svodů orthogonálních z ležícího pacienta v klidu- k analýze se používá jeden reprezentativní srdeční cyklus, zpravidla z II. svodu či z V2

EKG představuje základní informaci o činnosti srdce, a to informaci elektrickou, nikoliv např. mechanickou či fonetickou aj. !!! Mezi elektrickou a mechanickou činností srdce samozřejmě existují korelace. !!!

• EKG zátěžové (XEKG) - při časných fázích ischemické choroby srdeční se změny na klidovém EKG neprojeví; při zvýšené spotřebě kyslíku myokardem dochází k morfologickým změnám v úseku ST- nejprve se pořídí standardní záznam a vyhodnotí se, zda je pacient schopen XEKG podstoupit- pacient je vystaven zátěži (pohyblivý chodník) až do dosažení mezní tepové frekvence (dle věku pacienta) či do výskytu ev. změny či do výskytu fatálních extrasystol nebo podobných život ohrožujících elementů- speciální forma XEKG: při mentální zátěži (ovládání automobilu či pilotního trenažéru); zkoumá se funkce systémů řídících srdeční činnost• EKG dlouhodobé (monitorování)

- „bed-side“ u pacientů v kritických stavech na jednotkách intenzivní péče- u pacientů s podezřením na poruchy srdečního rytmu (tzv. holtery)

Dlouhodobé záznamy - holtery

Holterovské monitory jsou záznamové jednotky pro dlouhodobé (zpravidla na dobu 24 hodin) záznamy pořizované z 1-2 EKG svodů. Cílem analýzy tohoto záznamu s redukcí dat je vyhledat v záznamu srdeční cykly s odlišným časováním a/nebo morfologií a určit eventuální patologii. Analýza záznamu trvá cca 10 min (analýza ve zrychleném režimu s částečnou redukcí dat) a je zčásti interaktivní.

Používá se nejen v humánní medicíně :-)

záznamové zařízení

elektrodypásek

Jícnová a intrakardiální elektrokardiografie

Elektrodu lze umístit i do jícnu, tedy co nejblíže srdci. K tomu se používají různé katetry se zavedenými elektrodami, např. tzv. tabletovými elektrodami. Po spolknutí je tato elektroda udržována v patřičné poloze pomocí vodičů a lze ji polohovat co nejoptimálněji. Toto uspořádání je velmi vhodné ke sledování P vln a R kmitů.Elektrody na konci katetrů lze také z žil zavést přímo do srdce; signál je pak přesně lokalizovaný a má velký diagnostický význam. Záznam pořízený ze srdeční tkáně se nazývá elektrogram (specifického místa, např. elektrogram Hisova svazku – HBE apod.).

jícnové EKG

srovnání jícnového EKG a záznamu z II. svodu

vodič z elektrody předzesilovač

Fetální EKG

Fetální elektrokardiogram (FEKG) je grafická závislost rozdílu elektrických potenciálů snímaných zpravidla z povrchu břicha matky, které vznikají jako důsledek šíření elektrického vzruchu svalovou tkání srdečních síní a komor plodu. Poprvé je provedl Cremer roku 1906. Způsob záznamu může být• přímý – jedna (referenční) elektroda je umístěna na hlavičce dítěte (analog unipolární končetinového svodového systému); poskytuje kvalitní signály, ale vzhledem k invazivnímu charakteru možnost zavlečení infekce (využití v době porodu); obyčejně velké kolísání izoelektrické linie (filtrací vzniká deformace segmentu ST a snížení kmitů QRS); malý signál • nepřímý – pouze elektrody na povrchu těla matky; umístění elektrod podle Bergvelda

vícesvodové systémy

v břišních elektrodách je velikost FEKG 10-50 V,

mateřského EKG 0,5-1 mV, kmitočtový rozsah do 150 Hz

Fetální EKG

Rušení signálu EKG nutnost filtrace

• Úzkopásmové rušení

- kolísání (drift) základní isoelektrické linie- síťové rušení (brum, 50, 60 Hz)

• Širokopásmové rušení

- myopotenciály- rychlé (skokové) změny isolinie- impulsní rušení

Kolísání (drift) základní isoelektrické způsobují pomalé elektrochemické děje na rozhraní elektroda x pokožka, dýchání pacienta (frekvence do 0,8 Hz) a též pomalé pohyby pacienta (do 1,5 Hz) . Myopotenciály mají víceméně náhodný charakter, frekvenci nad 35 Hz, mohou zasahovat až k 20 Hz.

Tt0,)kTt(nEN1)t(rE)t(y~E

)kTt(nN1)t(r)t(y~

)kTt(nN1)kTt(r

N1)kTt(y

N1)t(y~

1N

0k

1N

0k

1N

0k

1N

0k

1N

0k

protože E[n(t)]=0 je )t(r)]t(y~[E

příklad filtračního algoritmu pro prostý lineární filtr

Co si pamatovat z dnešní přednášky

- kladně nabité povrchy jako zdroje proudu, záporné jako díry- chování buňky jako dipólu při průchodu AP- W. Einthoven a EKG v dnešní podobě- oblasti použití analýzy signálu EKG- EEG: H. Bereger, podstata EEG- typy zaznamenávaných aktivit- základní druhy rytmů (vln)- evokované potenciály- MEG: princip, využití- EEG mapování (topografie): princip, využití