1. AA 2010/2011
Facoltà del Design - Politecnico di Milano
3.o anno – Disegno Industriale
L’Elettrocardiogramma
G. Andreoni - Politecnico di Milano
2. 2
L’attività elettrica del cuore
Strumentazione biomedica
(Rappresentazione schematica)
Controllo
e
Feedback
Biosensore Alimentazione
Elemento sensibile Elemento di Elaborazione del Presentazione del
primario conversione segnale segnale
Memorizzazione dei Trasmissione dei
Segnale di dati dati
calibrazione
Stimolo applicato
(radiazione, energia)
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
3. 3
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.
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
4. 4
Introduzione
Il Cuore e il suo funzionamento
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.
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
5. 5
Introduzione
Il Cuore e il suo funzionamento
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.
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
7. 7
Elettrocardiogramma
Il Cuore e il suo funzionamento
L’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.
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
8. 8
Elettrocardiogramma
Il Cuore e il suo funzionamento
L’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
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
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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.
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.
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
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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.
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.
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Cesare Alippi
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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.
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.
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Cesare Alippi
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ECG e sensori
Strumentazione biomedica
(Rappresentazione schematica)
Controllo
e
Feedback
Biosensore Alimentazione
Elemento sensibile Elemento di Elaborazione del Presentazione del
primario conversione segnale segnale
Memorizzazione dei Trasmissione dei
Segnale di dati dati
calibrazione
Stimolo applicato
(radiazione, energia)
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Cesare Alippi
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Elettrodi
Elettrodi adesivi
Tipi di elettrodi
• Elettrodi di superficie
• Adesivi usa e getta (pre-jelled)
• A suzione (ventosa + elettrolita)
• A pinza
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Derivazioni ECG
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 )
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Cesare Alippi
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Derivazioni ECG
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.
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Cesare Alippi
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Derivazioni ECG
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).
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
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Derivazioni ECG
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
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
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Derivazioni ECG
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,
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
20. 20
ECG e strumentazione
Strumentazione biomedica
(Rappresentazione schematica)
Controllo
e
Feedback
Biosensore Alimentazione
Elemento sensibile Elemento di Elaborazione del Presentazione del
primario conversione segnale segnale
Memorizzazione dei Trasmissione dei
Segnale di dati dati
calibrazione
Stimolo applicato
(radiazione, energia)
Giuseppe Andreoni
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ECG e strumentazione
Il tasto Speed serve a stabilire che tipo di velocità
Elettrocardiografo deve avere lo scorrimento della carta
millimetrata:velocità di avanzamento.Di regola è
automaticamente settato 25mm/sec che 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
Questa è la calibratura. Ossia la pressione di questo
tasto deve essere fatta prima di ogni tracciato,subito
dopo o subito prima (dipende dal tipo di
elettrocardiografo) del tasto START.Essa indica che il
tracciato che stai per eseguire e quindi refertare utilizza
le misure standard per cui un cm in senso verticale è
uguale ad un millivolt. In pratica sulla carta millimetrata
appare questo simbolo:
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
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ECG e strumentazione
Elettrocardiografo
Il tasto Speed serve a stabilire che tipo di velocità deve
avere lo scorrimento della carta millimetrata:velocità di
avanzamento.Di regola è automaticamente settato 25mm/sec
che 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
Questa è la calibratura. Ossia la pressione di questo tasto deve
essere fatta prima di ogni tracciato,subito dopo o subito prima
(dipende dal tipo di elettrocardiografo) del tasto START.Essa
indica che il tracciato che stai per eseguire e quindi refertare
utilizza le misure standard per cui un cm in senso verticale è
uguale ad un millivolt. In pratica sulla carta millimetrata appare
questo simbolo:
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
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Il tracciato ECG
Strumentazione biomedica
(Rappresentazione schematica)
Controllo
e
Feedback
Biosensore Alimentazione
Elemento sensibile Elemento di Elaborazione del Presentazione del
primario conversione segnale segnale
Memorizzazione dei Trasmissione dei
Segnale di dati dati
calibrazione
Stimolo applicato
(radiazione, energia)
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
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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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Cesare Alippi
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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.
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
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I Sistemi Biomedicali Indossabili
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 textiles
ovvero l’introduzione di sensori negli indumenti con lo
sviluppo di tessuti intelligenti e sensorizzati per applicazioni
biomediche (telemonitoraggio).
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
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Esempi
Calciatori professionisti, serie A – allenamento – maglietta + poligrafo
Walk ECG
Walk Run Vertical accel
3000 Antero-post accel
lareral Accel
Breathing
2500
2000
ADC levels
1500
1000
500
2.8 2.85 2.9 2.95 3 3.05 3.1
Samples (Fc=125Hz) 4
x 10
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
36. 36
Docente:
Giuseppe Andreoni
Dip. di INDACO – Politecnico di Milano
Tel. 02 2399.8881
Fax 02 2399.5989
giuseppe.andreoni@polimi.it
Giuseppe Andreoni
Cesare Alippi
