Capitolul 11.1 Introducere in electronica medicalaElectronicareprezint o disciplin din domeniul fizicii aplicate care se ocup cu studiul dispozitive electronice i al circuitelor care includ aceste elemente (circuite electronice), folosite n procese de comand, reglare, msurare etc.

Conform unei alte definiii electronica este o ramur tehnic bazat pe proprietile, comportarea i controlulelectronilor. Este considerat o parte aelectrotehnicii, tehnicile electronice aplicndu-se n cele mai diverse domenii de activitate, cum sunt industria, comunicaiile, aprarea militar i distraciile. Echipamentul electronic se folosete n sisteme electrice industriale de comand, control, msur i la centralele electrice. Practic vorbind n viaa modern electronica este omniprezent.

Electronica medicala este o ramura a electronicii in care instrumentele si echipamentele electronice sunt folosite in aplicatii medicale precum: diagnoza, terapie , cercetare, operatii, control cardiac precum si monitorizare1.2 Monitorizarea

In medicina , monitorizarea este observarea unei boli, conditii sau unuia sau mai multor parametrii medicali in timp.Aceasta poate fii efectuata prin o continua masurare a anumitor parametrii folosind un monitor medical ( de exemplu , prin continua masurare a semnelor vitale la pat de catre un monitor) si/sau prin efectuarea unor teste medicale in mod repetat ( precum monitorizarea glucozei din sange cu un glucometru la diabetici )Transmiterea datelor de la un monitor catre o statie distanta de monitorizare este cunoscuta ca telemasurare sau biotelemetrie. 1.2.1 Clasificarea monitoarelor dupa parametrii vizati Monitorizare cardiaca se refera in general la o continua electrocardiografie cu estimarea conditiilor pacientilor relativ la ritmul lor cardiac. Micul monitor purtat de pacientii ambulatori cu acest scop poarta numele de monitor Holter. Monitorizarea cardiaca poate include o monitorizare a volumului de sange care este pompat de inima printr-un cateter Swan-Ganz invaziv. Monitorizarea hemodinamica se refera la monitorizarea presiunii si circulatiei sangelui din interiorul sistemul circulator. Presiunea sangelui poate fii masurata fie prin introducerea invaziva a unui convertor de presiune a sangelui sau neinvaziv cu o manseta gonflabila. Monitorizarea ritmului respirator :

- pulsoximetria care consta in masurarea procentajului oxigenului saturat din sange , cunoscut ca SpO2( Saturated percentage of oxygen) si masurat printr-o manseta cu infrarosu care se monteaza pe deget.- capnografia care consta in masurarea dioxidului de carbon , cunoscut ca etCO2(end tidal carbon dioxide). Rata respiratiei monitorizata in acest fel poarta numele de AWRR sau Airway respiratory rate

Monitorizarea ritmului respirator printr-o curea toracica cu convertoare , printru-un canal al electrocardiogramei sau prin capnografie. Monitorizarea neurologica care se refera la presiunea intracraniala. De asemenea , exista monitoare speciale care incorporeaza electroencefalografia , concentratia gazelor anestezice , detaliile anesteziei etc. Acestea sunt de obicei incorporate in dispozitivele anestezice. In unitatile de terapie intensiva din neurochirurgie, monitoarele electroencefalografice pot realiza mai multe monitorizari precum si ale altor fenomene psihologice . Monitorizarea glucozei sangelui

Monitorizarea nasterilor

Monitorizarea temperaturii corpului printr-un plasture adezic care contine un convertor termoelectric.

Monitorizarea parametrilor vitali pot include cateva din cele mentionate mai sus , si in general include cel putin monitorizarea presiunii sangelui si a pulsului inimii si de preferabil pulsoximetria si rata respiratorie. Monitoarele multimodale care masoara si arata simultan parametrii vitali relevanti sunt in general integrati in monitoarele utilizate pentru pacientii internati sau in unitatile de terapie intensiva si in aparatele de anestezie din camerele de operatie. Acestea permit monitorizarea continua a unui pacient , cu personalul medical continuu informat de schimbarile din conditia generala a pacientului.

Unele monitoare pot alerta in cazul unor conditi cardiace fatale chiar inainte de aparitia semnelor vizibile de personalul clinicii, precum fibrilatie atriala paroxistica sau contractii ventriculare premature.1.2.2 Monitorul medical

Un monitor medical sau un monitor fiziologic este un dispozitiv medical folosit pentru monitorizare. Acesta poate contine unul sau mai multi senzori , componente de procesare , dispozitive de afisare ( care uneori sunt si ele numite monitoare) , precum si legaturi de comunicare pentru afisare sau inregistrare a rezultatelor in alta parte printr-o retea de monitorizare.

Componente:

-Senzor: Senzorii folositi in monitoarele medicale include biosenzori si senzori mecanici.

-Componenta de traducere: Componenta de traducere folosita in monitoarele medicale este responsabila cu conversia semnalelor de la senzori intr-un format care poate fii afisat pe dispozitivul de afisaj sau transferat catre un display extern sau catre un dispozitiv de inregistrare.

-Dispozitivul de afisare: datele viziologice sunt afisate continuu pe un ecran CRT , LED sau LCD ca si canale de date de-a lungul axei de timp. Acestea pot fii acompaniate de prezentari ale datelor numerice ale parametrilor calculati din informatiile originale , precum maxim , minim si valori medii , puls , frecvente respiratorii si asa mai departe.Pe langa urmarirea parametrilor fiziologici in timp ( axa X ) , ecranele digitale medicale realizeaza calcule numerice automat ale valorilor de varf si/sau medii ale parametrilor afisati pe ecran.

Dispozitivele de afisaj moderne folosesc in general procesarea semnalelor digitale (DSP) , care are avantajul miniaturizarii , portabilitatii si a parametrilor multiplii afisati care pot urmarii diferite semne vitale in acelasi timp.Monitoarele analogice vechi , in contrast , erau bazate pe osciloscoape si aveau un singur canal , in general rezervat pentru monitorizarea electrocardiografiei ( ECG ). Deci monitoarele medicale urmareau sa fie foarte specializate. Un monitor urmarea presiunea sangelui a unui pacient , in timp ce altul ii masura pulsoximetria , iar altul ECG-ul. Mai tarziu unele modele de monitoarele analogice aveau un al doilea sau al trei-lea canal afisat pe acelasi monitor, de obicei pentru a monitoriza miscarea respiratiei si presiunea sangelui. Aceste dispozitive au fost folosite in mod deosebit si au salvat multe vieti, dar aveau si cateva restrictii , precum senzitivitatea la interferente electrice , fluctuatii la nivelul de baza si absente in calcule numerice si alarme.-Legaturi de comunicare

Cateva din modelele monitoarelor cu parametrii multipli pot fii conectate la o retea, de exemplu ele pot trimite datele de iesire la o statie centrala de monitorizare, unde un singur membru al personalului poate observa si raspunde simultan la mai multe monitoare . Telemasurarea ambulatorie poate fii obtinuta cu modele portabile care opereaza pe baza de baterii si care sunt carate de pacient si care transmit datele printr-o conectiune de date wireless.

Monitorizarea digitala a creat posibilitatea de integrare a datelor fiziologice din retelele de monitorizare a pacientilor in baza de date a spitalului , folosind standardele corecte de ocrotire a sanatatii care au fost create pentru acest motiv de organizatii precum IEEE si HL7.Aceasta metoda noua de a inregistra datele despre pacient reduce riscul de erori de documentatie si va reduce eventual consumarea de hartie .In plus , interpretarea automata a ECG-ului incorporeaza codurile diagnosticelor in fisele pacientilor. Softul folosit de monitoarele medicale pot sa realizeze codarea in concordanta cu aceste standarde si pot trimite mesaje catre aplicatia care realizeaza inregistrarea medicala, care le decodifica si incorporeaza data in campurile adecvate.

-Alte componente

Un monitor medical poate avea de asemenea functia de a produce o alarma ( precum utilizarea unor semnale audio) pentru a avertiza personalul cand anumite criterii sunt setate, precum atunci cand anumiti parametrii depasesc sau scad sub nivelul limita.-Aparatura mobila

Un camp cu totul nou este deschis cu monitoarele mobile , chiar si cele introduse sub piele. Aceasta clasa de monitoare ofera informatii obtinute cu ajutorul smartphone-ului si a unor agenti autonomi implementati.1.3 Ritmul cardiacRitmul cardiac arata de cate ori pe minut bate inima unei persoane. Un ritm cardiac normal depinde de fiecare individ in parte, in functie de varsta, marimea corpului, de cat de des face exercitii fizice, conditiile inimii sau medicatie. Emotiile pot avea, de asemenea, un impact asupra ritmului cardiac, avand in vedere ca acesta creste atunci cand inima este supusa unor factori de stres. Este important de stiut cum ne putem masura ritmul cardiac si care sunt valorile normale ale acestuia.1.3.1 Masurarea ritmului cardiac

Exista mai multe zone ale corpului in care rata cardiaca poate fi masurata- incheieturile, o parte a gatului, zona inghinala si partea de sus a piciorului. Pentru o estimare corecta, plasati un deget pe una dintre aceste zone si masurati numarul de batai in 60 de secunde.

Expertii sugereaza ca atunci cand va masurati ritmul cardiac sa fiti linistit pentru cel putin 10 minute inainte de a incepe.1.3.2 Frecventa cardiaca in repaus

Pentru adultii care au peste 18 ani, un ritm cardiac de repaus este intre 60 si 100 de batai pe minut, acest lucru depinzand de conditia fizica a persoanei in cauza. Pentru copiii cu varste cuprinse intre 6 si 15 ani, ritmul cardiac de repaus este intre 70 si 100 de batai pe minut.

Sportivii si cei care au o conditie fizica excelenta pot avea un ritm cardiac de 40 de batai pe minut.

Cele mai comune calcule pentru ritmul cardiac maxim sunt:

220-varsta. Exemplu: Pentru o persoana de 50 de ani ==> 220-50=170

206.9-(0,67 x varsta). Exemplu: Pentru o persoana de 50 de ani ==> 0.6750= 33.5 si 206.9-33.5=173.41.4 Ritmul sinusal

In medicina , ritmul sinusal reprezinta bataia normala a inimii , masurata de o electrocardiograma ( ECG). Ritmul sinusal normal indica faptul ca nodul sinoatrial genereaza impulsuri la o rata si o bataie constanta.Acesta are anumite valori generice care servesc ca standarde de comparatie cu ECG-urile normale. In mod normal exista 6 varfuri distincte ( identificate de literele P , Q , R , S , T si U ) intro singura bataie a inimii in ritmul sinusal si se intalnesc in aceasta ordine , dupa anumite perioade de timp specifice , cu valori relative specifice. In timp ce exista o gama semnificativa intre care variatiile ritmului sunt considerate normale , orice deviaza de la ritmul sinusal cu mai mult de o valoare poate indica o boala a inimii.

Ritmul sinusal , numit in general si ritmul sinusului normal , este desemnat ca fiind ritmul normal al inimii. Pentru ca o electrocardiograma sa fie clasificata ca ritmul sinusului normal trebuie sa se indeplineasca anumite conditii. Criteriile pentru aceasta includ :

1.O rata a inimii de 60-100 de batai pe minut

2.Regularitate normala

3.Nodul sinoatrial sa stimuleze inima . Deci un val P trebuie sa fie prezent , rotund , ridicat si apoi fiecare complex QRS intr-o ratie de 1:1

4.Intervalul PR sa fie intre 0.12 si 0.20 de secunde

5. Complexul QRS sa aiba o largime de maxim 0.12 secunde

1.4 Celulele musculare cardiace

Celulele musculare cardiace cunoscute si sub numele de cardiomiocite, miocardiocite sau miocite cardiace , sunt celulele musculare ca realizeaza muschiul cardiac. Fiecare celula miocardica contine miofibrile (organite specializate care constau in lanturi lungi de sarcomere).Sarcomerele sunt unitatile morfofunctionale a miofibrilelor musculaturii striate. Cardiomiocitele au striatii similare cu cele ale celulelor muschilor scheletici , dar spre deosebire de celulele scheletice cu nuclee multiple , ele sunt mononucleare. Cardiomiocitele au o densitate mitocondriala ridicata, care le permite producerea rapida a trifosfatului de adenozina (ATP) , care le fac foarte rezistente la oboseala.

In inima exista 2 tipuri de celule : cardiomiocitele si celulele stimulatoare cardiace (Pacemaker). Cardiomiocitele realizeaza atriile (camera prin care intra sangele in inima) si ventriculele (unde sangele este pompat in afara inimii) inimii. Aceste celule trebuie sa fie capabile sa isi scurteze sau sa isi lungeasca fibrele , iar fibrele trebuie sa fie suficient de flexibile sa se intinda. Aceste functii sunt critice in timpul bataii inimii.

Celulele pacemaker transporta impulsurile care sunt responsabile pentru bataia inimii. Ele sunt distribuite de-a lungul inimii si sunt responsabile pentru mai multe functii. In primul rand ele sunt capabile de a genera spontan si de a trimite impulsuri electrice. Acestea trebuie de asemenea sa primeasca si sa respunda la impulsurile electrice trimise de creier. Nu in ultimul rand , acestea trebuie sa fie capabile sa transfere impulsuri electrice de la o celula la alta.

Toate aceste celule sunt conectate prin punti celulare. Legaturile poroase numite discuri intercalate formeaza legaturi intre celule. Ele permit sodiului , potasiului si calciului sa se raspandeasca de la o celula la alta. Acest lucru face polarizarea si repolarizarea din miocard mai usoara.Datorita acestor legaturi si punti , muschiul inimii este capabil sa actioneze ca o singura unitate coordonata.

1.5 Stimularea cardiaca

Contractia muschiului inimii (cardiaca) la toate animalele este initiata de impulsuri electrice cunoscutele sub numele de potential de actiune. Viteza cu care aceste impulsuri sunt descarcate controleaza ritmul contractiei cardiace sau bataile inimii. Celulele care creaza aceste impulsuri sunt numite celule pacemaker fiind cele care controleaza direct bataile inimii.

La oameni si ocazional la unele animale , un dispozitiv automat numit pacemaker artificial sau simplu pacemaker , se poate utiliza dupa ce corpul a suferit leziuni in sistemul de conductie pentru a genere aceste impulsuri in mod sintetic. Pacemaker-ul este localizat in peretele atriului drept.

Nodul sinoatrial este un grup de celule pozitionate pe peretele atriului drept , aproape de intrarea venei cava superioare. Aceste celule sunt cardiomiocite modificate. Ele poseda filamente contractile rudimentare, dar se contracta relativ mai putin in comparatie cu celulele cardiace contractile.

Celulele din nodul sinoatrial se depolarizeaza spontan , rezultand in contractii , aproximativ de o suta de ori pe minut. Ritmul firesc este modificat constant de activitatea simpatica si parasimpatica a fibrelor nervoase prin sistemul nervos vegetativ, in asa fel incat ritmul cardiac mediu al unui om adult in timpul relaxarii este de 70 de batai pe minut. Deoarece nodul sinoatrial este reponsabil pentru restul activitatii electrice ale inimii , este uneori numit pacemaker-ul principal.1.4 Nodul sinoatrial

Nodul sinoatrial este de obicei abreviat ca nodul SA sau SAN sau numit mai simplu nodul sinusal. El este tesutul generator de impulsuri normale (pacemaker) localizat in atriul drept sau in camera superioara a inimii , si , astfel este generatorul ritmului sinusal.

Nodul sinoatrial este compus dintrun grup de celule pozitionate in peretele atriului drept in partea laterala jonctiunii in care vena cava superioara intra in artriul drept. Nodul SA este localizat in miocard putin in interiorul epicardului. Aspectul sau adanc sprijina miococitele cardiace care apartin atriului drept, in timp ce aspectul sau superficial este acoperit cu tesut adipos.Este o structura alungita care se extinde intre 1 si 2 cm spre dreapta fata de varful auricului drept si duce posteroinferior in partea superioara a canalului terminal. Fibrele nodului SA sunt cardiomiococite specializate care seamana vag cu miococitele cardiace normale si contractile; totusi, chiar daca ele poseda cateva filamente contractile, ele nu se contracta la fel de robust. In plus, fibrele nodului SA sunt mai subtiri.

Chiar daca unele celule ale inimii au abilitatea de a genera impulsuri electrice care declanseaza contractii cardiace, nodul sinoatrial le initiaza in mod normal, deoarece el genereaza impulsuri putin mai repede decat celelalte zone cu potential pacemaker. Cardiomiococitele, ca toate celulele musculare, au perioade refractare urmate de contractii in timpul carora nu se pot declansa alte contractii; potentialele lor pacemaker sunt inlocuite de nodul sinoatrial sau atrioventricular.

Capitolul 2Exist muli factori care pot influena frecvena cardiac. Consumul de cofein, tutunul i emoiile pot avea un impact negativ asupra ritmului cardiac. Copiii au un ritm cardiac ridicat (100-160 bti pe minut), acesta scznd odat cu naintarea n vrst. Un adult sntos are un ritm cardiac cuprins ntre 60-100 bti pe minut.

Msurarea frecvenei cardiace este instrumentul cel mai des folosit pentru verificarea strii de sntate. Fluctuaiile mari pot fi un indiciu timpuriu al degradrii strii de sntate.

Un ritm cardiac mai rapid poate aprea att n cazul activitilor fizice intense, ct i n cazul unor stri febrile sau stri de anxietate. Un ritm cardiac accelerat permanent poate indica o disfuncie precum anemie, probleme tiroidiene sau o deficien cardiovascular.

Masurarea ritmului cardiac se poate face prin mai multe metode care pot fii manuale sau electronice.2.1. Masurarea manuala

Frecventa cardiaca este masurata manual prin gasirea pulsului inimii. Aceasta frecventa a pulsului poate fii gasita in orice punct al corpului unde pulsatia arterei este transmisa la suprafata prin aplicarea unei presiuni cu degetul aratator si cel mijlociu; de multe ori se preseaza impotriva unei structuri interioare precum osul. Degetul mare nu ar trebui folosit pentru masurarea frecventei cardiace ale unei alte persoane intrucat pulsul sau puternic poate interveni in perceperea corecta a pulsului celeilalte persoane.

Artera radiala este cea mai usor de folosit pentru a verifica frecventa cardiaca , totusi in cazul unei situatii de urgenta cele mai sigure artere sunt arterele carotide. Acest lucru este foarte important in special la pacientii ce sufera de fibrilatii atriale , la care bataile inimii sunt neregulate iar volumul de sange pompat de ventriculul stang este foarte diferit de la o bataie la alta. La acele batai urmate de un inverval diastolic mai scurt , ventriculul stang nu se umple cum trebuie , volumul de sange pompat de acesta este mai mic si pulsatia nu este suficient de puternica incat sa fie detectata prin palparea pe o artera distala precum artera radiala. Aceasta poate fii detectata insa prin efectul Doppler.

Cele mai bune locuri pentru masurarea pulsului sunt :

-Incheieturile mainilor

-Interiorul cotului

-Partea laterala a gatului

Tabelul de mai jos prezinta ritmul cardiac estimat pentru diferite varste.Ritmul cardiac maxim este de aproape 220 minus varsta.VarstaRitmul cardiac tintaRitmul cardiac maxim

20 ani100-170 bti pe minut200 bti pe minut

30 ani95-162 bti pe minut190 bti pe minut

35 ani93-157 bti pe minut185 bti pe minut

40 ani90-153 bti pe minut180 bti pe minut

45 ani88-149 bti pe minut175 bti pe minut

50 ani85-145 bti pe minut170 bti pe minut

55 ani83-140 bti pe minut165 bti pe minut

60 ani80-136 bti pe minut160 bti pe minut

65 ani78-132 bti pe minut155 bti pe minut

70 ani75-128 bti pe minut150 bti pe minut

2.2 Masurarea electronica

O metoda mult mai precisa de determinare a ritmului cardiac implica utilizarea unui electrocardiograf sau ECG ( abreviat de asemenea si ca EKG ).

Electrocardiograma (EKG,ECG) este un test ce masoara impulsurile electrice ale inimii.Inima este o pompa musculara formata din patru camere. Cele doua camere de sus sunt denumite atrii, iar cele de jos, ventricule. Un sistem natural electric, face ca muschiul inimii sa se contracte si sa pompeze sangele catre plamani si restul corpului.

Activitatea electrica a inimii poate fi detectata de la nivelul pielii prin niste mici discuri metalice, denumite electrozi. In timpul electrocardiogramei electrozii sunt atasati de piele la nivelul toracelui, bratelor si picioarelor. Acestia sunt conectati la un aparat ce transforma impulsurile electrice intr-o reprezentare grafica, pe care o inregistreaza pe hartie. Aceasta reprezentare grafica, ce apare sub forma unei linii, este analizata de aparat si mai apoi de catre medic.

O electrocardiograma poate sa arate:

-dovezi ale maririi de volum a inimii-semne ale unui flux sanguin insuficient la nivelul inimii

-semne ale unor leziuni noi sau vechi ale inimii (infarcte)

-probleme ale ritmului cardiac (aritmii)

-modificari ale activitatii electrice, determinate de un dezechilibru electrolitic

-semne de inflamatie a sacului ce inconjoara inima (pericardite).

O electrocardiograma nu prevede aparitia unui infarct miocardic.Intr-un ECG conventional cu 12 derivatii , 10 electrozi sunt plasati pe membrele pacientului si pe suprafata pieptului. Marimea totala a potentialului electric al inimii este apoi masurata din 12 unghiuri diferite (derivatii) si este inregistrata pe o anumita perioada de timp ( de obicei 10 secunde ). In acest fel , marimea totala si directia depolarizarii electrice a inimii este captata in fiecare moment printrun ciclu cardiac.Graficul tensiunii in functie de timp produs de aceasta procedura medicala neinvaziva se numeste electrocardiograma. Electrozii si derivatiile

La un ECG cu 12 derivatii se folosesc 10 electrozi. Electrozii au in consistenta in general un gel conductor, incorporat in mijlocul unui pad autoadeziv.Numele si locatiile corecte pentru fiecare electrod sunt urmatoarele:Numele electroduluiPlasarea electrodului

RAPe bratul drept , evitand muschiul gros

LAIn aceiasi locatie ca RA , dar pe bratul stang

RLPiciorul drept, muschiul lateral al gambei.

LLIn aceiasi locatie ca RL , dar pe piciorul stang.

V1In al patrulea spatiu intercostal(intre coastele 4 si 5) in dreapta sternului

V2In al patrulea spatiu intercostal(intre coastele 4 si 5) in stanga sternului

V3Intre derivatiile V2 si V4

V4In al cincilea spatiu intercostal (intre coastele 5 si 6)

V5Paralel cu V4 in stanga liniei axilare anterioare

V6Paralel cu V4 si V5 pe linia axilara mijlocie

Un crocodil de apa sarata caruia I s-a atasat un transmitator pentru urmarire

Celula musculara cardiaca

Monitor medical

Monitor analogic

Monitor medical digital

Reprezentarea schematica a ritmului sinusal normal folosind valurile , segmentele si intervalele standardizate

Nodul Sinusal , Atrioventricular si camerele inimii

Monitor medical mobil

Masurarea ritmului cardiac