61
2.3. FETÁLNÍ ELEKTROKARDIOGRAM
Základním cílem fyziologických regulačních procesů je udržení stálosti vnitřního prostředí
organismu, příp. udržení vhodných proporcí souvisejícího látkového a energetického
toku. Hlavním homeostatickým mechanismem garantujícím odpovídající prostředí pro vývoj
plodu je jeho krevní oběh. S ohledem na tuto skutečnost je základní biofyzikální diagnostika
plodu založena zejména na analýze činnosti jeho srdce.
2.3.1. DEFINICE
Fetální elektrokardiogram (FEKG) je grafická reprezentace časové závislosti rozdílu
elektrických potenciálů, snímaných zpravidla z povrchu břicha matky, které vznikají jako důsledek
šíření elektrického vzruchu svalovou tkání srdečních síní a komor plodu. (srvn. definici
EKG1
).
Obr.2-52 Fetální elektrokardiogram
První pokusy o záznam signálu EKG plodu provedl Cremer v roce 1906.
2.3.2. SNÍMÁNÍ FETÁLNÍHO EKG
Techniky snímání fetálního elektrokardiogramu lze rozdělit do dvou základních sku-
pin:
přímé metody (DECG - Direct Electrocardiography) - používají elektroda umístěnou
na hlavičce plodu.
nepřímé metody (AECG - Abdominal Electrocardiography) - používají vnější elektrody
umístěné na povrchu břicha matky.
Metody první skupiny umožňují získat velice kvalitní záznam, vzhledem ke skutečnosti,
že jedna elektroda je umístěna přímo u zdroje signálu. Na druhé straně, vzhledem
k invazivnímu charakteru vyšetření vzniká možnost zavlečení nákazy do rodidel, a proto je
tento způsob snímání především v době porodu. Případné umístění více vnitřních elektrod
1
Elektrokardiogram (EKG) 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.
62
snižuje jakost zaznamenaného signálu díky malé možné vzdálenosti mezi elektrodami a
z toho vyplývajícími malými rozdíly potenciálů na jednotlivých elektrodách.
2.3.3. VLASTNOSTI FETÁLNÍHO EKGA JEHO RUŠENÍ
Dosavadní nepopulárnost FEKG vyplývala a vyplývá z problémů spojených s pořízením
čistého FEKG. Signál FEKG principiálně vždy obsahuje směs signálu EKG plodu spolu
se signálem EKG matky (MEKG). Je-li snímané pomocí břišních elektrod dosahuje FEKG
hodnot řádově 102
V, zatímco mateřské EKG hodnot řádově 100
mV, je tedy přibližně desetkrát
větší. Frekvenční spektrum signálu FEKG dosahuje ke 150 Hz, největší část neryje je
v kmitočtovém pásmu do 80 Hz.
Mateřský signál je také nejvýraznější nežádoucí složkou surového FEKG a jakákoliv
analýza FEKG je závislá právě na kvalitě jeho extrakce.
Kromě mateřského signálu se při snímání FEKG mohou v záznamu vyskytnout všechny
formy rušivého signálu, jak jsou běžné v případě signálu EKG - kolísání izolinie, síťové
rušení, myopotenciály matky, příp. jiné další formy rušení - impulsní, apod.
2.3.4. EXTRAKCE FEKG ZE ZÁZNAMU
K extrakci FEKG ze změřeného surového signálu byla až dosud vyvinuta celá řada
postupů založených na:
korelačních metodách;
zprůměrovacích metodách;
rozkladu originálního signálu na dílčí složky na základě ortogonality (PCA)
nebo statistické nezávislosti (ICA);
prostorové filtraci;
adaptivní filtraci,
paradigmatech neuronových sítí, apod.
Jedna z metod extrakce FEKG je založena na principu prostorového zprůměrnění. Při
daném uspořádání předpokládá určité vlastnosti signálu EKG matky vyplývající z umístění
snímacích elektrod (obr.2-54).
Předpokládejme, že signál snímaný z každé elektrody můžeme popsat vztahem
si(t) = mi(t) + fi(t) + ni(t), i = 1,...,počet elektrod. (2.61)
Obr.2-53 Využití standardního elektrokardiografu ke snímání FEKG pomocí nepřímé metody
63
kde mi(t) je složka signálu odpovídající mateřskému EKG snímaná z i-té elektrody, fi(t) je
složka fetálního signálu a ni(t) představuje obecně všechny ostatní šumové složky.
Signál, který vznikne váhovaným zprůměrněním signálů ze všech snímacích elektrod
můžeme popsat vztahem
s(t) = imi(t) + ifi(t) + ini(t), i = 1,...,počet elektrod, (2.62)
kde i je váha signálu snímaného z i-té elektrody. Eliminace mateřského EKG je pak založena
na předpokladu, že lze nalézt takové váhové koeficienty i, že iimi(t) = 0 (nebo je při nejmenším
minimální) a současně iifi(t)  0. Předpokládáme, že šum, tj. m(t) i n(t) není korelovaný
s f(t). Úloha se pak transformuje na optimalizační problém nalezení váhových koeficientů
i takových, aby pro danou lokalizaci elektrod platilo co nejvíce iimi(t) = 0.
Výsledky potlačení mateřského EKG pomocí klasického schématu adaptivní filtrace
jsou znázorněny na obr.2-55, jednak v počáteční fázi zpracování, jednak v ustáleném stavu.
Tři elektrody byly použity pro snímání FEKG a tři elektrody pro mateřské EKG, použité
jako referenční signál.
Obr.2-54 Rozmístění elektrod pro nepřímé měření podle Bergvelda
Obr.2-55 Adaptivní potlačení mateřského EKG: A - vstupní signál; B - výsledek adaptivní filtrace; C - výstup
filtrace pásmovou propustí 20 - 40 Hz
64
2.4. FONOKARDIOGRAM
2.4.1. DEFINICE
Fonokardiogram je
záznam srdečních zvuků
(ozev) a šelestů, které vznikají
jako důsledek mechanického
pohybu myokardu
(zejména jeho chlopní) a
turbulencí způsobených
prouděním krve v srdečních
komorách a velkých cévách.
Vznik ozev souvisí
s různými fázemi srdeční
činnosti.
První ozva se vyskytuje
v době komorové systoly
a vzniká jako důsledek
uzavření atrioventrikulárních
chlopní a otevření semilunárních
(poloměsíčitých)
chlopní. Tato ozva je úvodním
zvukem, slyšitelným
během srdečního cyklu. Vyskytuje se v čase komplexu QRS.
Druhá ozva se objevuje během ventrikulární diastoly (relaxace srdečních stěn) a je
zpúsobena uzavřením semilunárních chlopní a otevřením atrioventrikulárních chlopní. Tento
zvuk je odezvou (,,ozvěnou") první ozvy, kterou
slyšíme během srdečního cyklu. Vyskytuje
se na konci vlny T.
Třetí ozva je způsobena turbulencemi
spojenými s rychlým plněním komor krátce po
otevření atrioventrikulárních chlopní. Vyskytuje
se v čase vlny U.
Čtvrtá ozva je způsobena turbulencemi
vyvolanými průtokem krve ze srdeční síně do
komory během atriální systoly. Tento zvuk je
možné slyšet (pokud vůbec) bezprostředně
před začátkem kontrakce komorových stěn
uzavírající atrioventrikulární chlopeň.
První a druhá ozva jsou jasné a ostré,
snadno slyšitelné i netrénovaným uchem. Třetí
ozva těsně následuje druhou a je tišší (zatlumená),
což způsobuje, že je rozeznatelná hůř.
Čtvrtá ozva má zpravidla tak nízkou hlasitost,
že ji nelze detekovat. Proto, hovoříme-li o
detekci srdečních ozev, máme často na mysli
pouze první dvě.
Obr.2-56 Simultánní záznam signálu EKG a fonokardiogramu filtrovaného
horními propustmi s mezními frekvencemi 250 Hz, 140 Hz a 35 Hz
Obr.2-57 Fonokardiogram - souvislosti
65
Šelesty jsou syčivé zvuky obsahující vyšší frekvenční složky, které vznikají jako důsledek
víření krve ve velkých cévách při změně laminárního proudění na turbulentní. Ačkoliv
mají nižší úroveň zvuku než ozvy, jsou dobře slyšitelné, protože ve frekvenčním pásmu, které
zaujímají, je ucho nejcitlivější. Mohou mít původ jak fyziologický, tak patologický. Fyziologické
šelesty mohou mít zdroj v kardiovaskulárním systému (zrychlení krevního toku u mladých
osob) nebo mimo srdce a cévy (srdečně plicní, osrdečníkové - vznikají v plicích, ale jsou
vyvolány pohybem krve, budí proto dojem šelestů srdečních). Patologické šelesty vznikají
v důsledku chlopňových vad či jiných forem zúžení krevního řečiště - jejich charakter je jednotlivé
patologie typický.
2.4.2. SNÍMÁNÍ FONOKARDIOGRAMU
Zvuky fonokardiogram v rozsahu 20 - 2000 Hz se snímají mikrofonem s malými rozměry
(průměrem) a relativně velkou setrvačnou hmotou, která vytváří hmotovou a pohybovou
indiferenci vůči hrudní stěně a tím usnadňuje záznam srdečních zvuků.
Fonokardiogram se snímá z pacientů
v ležící poloze, přičemž v závislosti na
požadovaném charakteru fonokardiogram
v následujících polohách (obr.2-59):
ke snímání zejména I. a II. ozvy v oblasti
středního prekordia ve 3. a 4. mezižebří
mezi sternem a srdečním hro-
tem;
ke snímání všech čtyř ozev v oblasti
srdečního hrotu, za předpokladu, že
pacient leží na levém boku;
ke snímání II. ozvy v oblasti srdeční
báze ve 2. mezižebří max. 3 cm symetricky
od sterna;
k zachycení aortálních šelestů nad aortou ve 2., resp.3. mezižebří parasternálně.
2.4.3. VLASTNOSTI FONOKARDIOGRAMU
První ozva trvá 20 až 170 ms, její kmitočtové pásmo zasahuje přibližně od 15 do
800 Hz, frekvenčně je níže než ozva druhá. Má čtyři základní složky, které odpovídají (a)
kmitům cípatých chlopní při jejich uzavření na začátku systoly (s kmitočty přibližně 25 a)
b)
Obr.2-58 Ukázky mikrofonů pro fonokardiografii - a) komerční mikrofon; b) experimentální mikrofon
Obr.2-59 Pozice pro umístění mikrofonu pro snímání
fonokardiogramu
66
45 Hz); (b) kmitům stěn srdečních komor; (c) otevření semilunárních chlopní; (d) víření krve
na začátku velkých tepen.
Druhá ozva trvá 50 - 140 ms, frekvenční složky má v pásmu 10 - 800 Hz, má vyšší
zvuk než ozva první, za normálních podmínek má náhlý nástup, jasný zvuk. Má dvě složky aortální
a pulmonální.
Třetí a čtvrtá ozva mají významně
nižší úroveň signálu i frekvenčně,
mají základní frekvenci 10 - 40
(70) Hz. III. ozva se vyskytuje v čase
vlny U, přibližně 150 ms po uzávěru
aortální chlopně, doba trvání cca 40 80
ms. IV. ozva se nachází těsně před
komplexem QRS, případně splývá s I.
ozvou. Obě ozvy jsou zpravidla slyšitelné,
registrovatelné jsou pouze fono-
kardiografem.
Frekvenční obsah šelestů se pohybuje
v pásmu přibližně od 100 Hz do
1 kHz.
Ke snadnějšímu identifikování
jednotlivých částí fonokardiogram se
používá při snímání signálu filtrace
horními propustmi s různou mezní
frekvencí -typicky se používá rozdělení
signálu na kmitočtová pásma: nízké
s mezní frekvencí 35 Hz, střední I ~
70Hz, střední II ~ 140Hz, vysoké I ~
250Hz a vysoké II ~ 400Hz. Hmota
hrudní stěny působí setrvačně (hrudník
Obr.2-62 Frekvenční charakteristiky vstupní části fonokardiografu
- 1- frekvenční charakteristika hrudní stěny; 2-5 frekvenční
charakteristiky horních propustí ve vstupním modulu
fonokardiografu; 6-9 výsledné frekvenční charakteristiky
Obr.2-60 Příklady časových průběhů I. ozvy - (a)
normální signál; (b) zúžení průchodu mezi levou síní a
komorou; (c) nedomykavost mitrální chlopně
Obr.2-61 Příklady časových průběhů II. ozvy - (a)
normální signál; (b) nedomykavost aortální chlopně
(c) Bottalova stenóza; (d) zúžení aortálního vyústění;
67
se z hlediska frekvenčních vlastností chová jako dolní propust), frekvenční spektrum srdečních
zvuků je tedy průchodem hrudníkem ze shora omezeno. Spolu hrudníkem se vstupní
horní propusti chovají jako pásmové propusti (obr.2-62).
Obr.2-63 Příklady fonokardiogram mitrální stenózy - záznamy s různým časovým měřítkem
68
ODPOVĚZTE
Jaké jsou příznaky pozitivního nálezu při zátěžové elektrokardiografii?
Jaké druhy rušení ovlivňují signál EKG snímaný při zátěži?
Jaké jsou rozdíly mezi signálem EKG člověka a koně?
Jaké jsou základní problémy při analýze fetálního EKG?
Co je to fonokardiogram?
Co fonokardiogram obsahuje?
Jak se snímá fetální elektrokardiogram a jaké mají jednotlivé způsoby výhody a nevýhody?