EKG กับการวินิจฉัยโรค

คลื่นไฟฟ้าหัวใจที่ได้จากการบันทึก สามารถใช้ประกอบการวินิจฉัยโรคได้ แต่อาจต้องนำมาวินิจฉัยร่วมกับประวัติของผู้ป่วย เพราะการตรวจแค่คลื่นไฟฟ้าหัวใจไม่สามารถบอกความผิดปกติของหัวใจได้เสมอไป

การบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจสามารถบันทึกได้ทั้งแบบ 3 ลีด และ 12 ลีด แล้วแต่จุดประสงค์ในการวินิจฉัยโรค เนื่องจากความผิดปกติของหัวใจบางชนิด ไม่สามารถบอกได้จากคลื่นไฟฟ้าหัวใจเพียง 3 ลีด

การวินิจฉัยโรค : ใช้ 3 ลีด

ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ
- สังเกตได้จากการดู P wave ซึ่งจะชัดเจนใน lead II ก็จะทำให้สามารถวินิจฉัยได้ว่าเป็นภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะชนิดใด สิ่งที่ต้องพิจารณา :
•ระยะ P-P และ R-R คงที่หรือไม่
•มี P wave นำหน้า QRS complex ทุกครั้งหรือไม่ และมีรูปร่างแต่ละครั้งเหมือนกันหรือไม่
•ช่วง PR และ QRS อยู่ในเกณฑ์ปกติหรือไม่

โรคกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือด
-การผิดปกติของ Q wave ที่เกิดขึ้นแสดงถึงกล้ามเนื้อที่ตายแล้ว ตัวอย่างของผู้ที่ป่วยเป็นโรคกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือดมักมี Q wave ที่ผิดปกติในหลายๆ lead แสดงถึงบริเวณกล้ามเนื้อที่ตายใกล้เคียงกัน
ตัวอย่างเกณฑ์วินิจฉัย Q wave ที่ผิดปกติ :
-Q wave ที่ผิดปกติใน lead II, III, aVF แสดงถึง inferior infarction
-Q wave ที่ผิดปกติใน lead V1 ถึง V3 แสดงถึง anteroseptal infarction เป็นต้น

การวางตำแหน่งขั้วไฟฟ้า (Lead position)

ต่อจากการรู้ทฤษฎีและวิธีการแสดงผล ต่อไปคือการติดตั้งอิเลคโทรด เพื่อดึงเอาคลื่นไฟฟ้าหัวใจนั้นๆ ออกมาแสดงผล

Lead หมายถึง การบันทึกความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากการวางขั้วไฟฟ้า ขั้วบวกและขั้วลบไว้ที่พื้นผิวของร่างกาย

Limb leads หมายถึง การบันทึกความต่างศักย์ไฟฟ้าของการวางขั้วไฟฟ้า ไว้ที่แขนขา แขนซ้าย และขาซ้าย ทำให้เกิดรูปสามเหลี่ยมหนึ่ง เรียกว่า Einthoven’s triangle ซึ่งแต่ละด้านของสามเหลี่ยมประกอบด้วย limb leads (bipolar leads) 3 leads คือ lead I, II, III

บันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจที่ได้ในแต่ละ lead นั้นแตกต่างกันขึ้นอยู่กับการวางและชนิดของขั้วไฟฟ้า ที่นิยมกันมี 12 leads ประกอบด้วย

1.การบันทึกโดยใช้ขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว

บันทึกที่ได้ถือว่าเป็น standard leads ตำแหน่งของการวางขั้วไฟฟ้าอยู่ที่แขนและขาจึงเรียก standard limp leads อาศัยรูปสามเหลี่ยมที่มีหัวใจอยู่ตรงกลางที่เรียกว่า Einthoven’s triangle ใช้มุมทั้งสามของรูปสามเหลี่ยมเป็นตำแหน่งวางขั้วไฟฟ้า คือ แขนขวา แขนซ้าย และขาซ้าย ดังแสดงในรูปที่ 2 Einthoven ศึกษาพบว่า ถ้าวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าออกมาได้ 2 leads แล้ว จะสามารถหาค่าความต่างศักย์ของ lead ที่ 3 ได้ standard leads ประกอบด้วย

1.1 Lead I ได้จากการวางขั้วลบไว้บนแขนขวาและขั้วบวกไว้บนแขนซ้าย เมื่อเปรียบเทียบทิศทางของการวิ่งของคลื่นไฟฟ้าหัวใจแล้วขั้วที่อยู่บนแขนขวาจะเป็นลบมากกว่าแขนซ้าย บันทึกที่ได้จึงมีค่าเป็นบวก

1.2 Lead II วางขั้วลบไว้บนแขนขวาและขั้วบวกไว้บนขาซ้าย บันทึกที่ได้เป็นค่าบวกเนื่องจากคลื่นไฟฟ้าหัวใจวิ่งลงมาทางขาซ้ายมากกว่า

1.3 Lead III วางขั้วลบไว้บนแขนซ้ายและขั้วบวกบนขาซ้าย ในทำนองเดียวกันบันทึกที่ได้เป็นบวกเช่นกัน
ถ้าเอาทิศทางทั้ง 3 leads มาต่อกันก็จะได้รูปสามเหลี่ยมเรียกว่า Einthoven’s triangle แต่ถ้าลากตัดกันที่จุดใดจุดหนึ่ง จุดที่ตัดกันเรียกว่าจุดศูนย์ (zero point) แต่ละ lead จะทำมุมกัน 60 องศาพอดีและถือว่าเป็นระบบอ้างอิง 3 แกน (triaxial reference system)

2. การบันทึกโดยใช้ขั้วไฟฟ้าขั้วเดียว

2.1 Limb leads ของการบันทึกโดยใช้ขั้วไฟฟ้าขั้วเดียว เนื่องจากวางขั้วไฟฟ้าวิธีนี้เกิดความต่างศักย์น้อยมาก จำเป็นต้องมีการขยายบันทึกที่ได้เพื่อให้การวิเคราะห์หัวใจชัดเจนยิ่งขึ้น หรือเรียกว่า augmented limb leads ซึ่งจะขยายได้ประมาณร้อยละ 50 ใช้อักษรนำหน้าว่า ‘a’ การยันทึกแบบนี้จะเป็นการบันทึกใน frontal plane ประกอบไปด้วย

2.1.1 Lead aVR คือ augmented unipolar right arm lead ได้จากการวางขั้วบวกไว้บนแขนขวา

2.1.2 Lead aVL คือ augmented unipolar left arm lead ได้จากการวางขั้วบวกไว้บนแขนซ้าย

2.1.3 Lead aVF คือ augmented unipolar left leg lead ได้จากการวางขั้วบวกไว้บนขาซ้าย

จะเห็นว่าแกนของ limb leads จากการบันทึกโดยใช้ขั้วไฟฟ้าขั้วเดียวคือเส้นตรงที่ต่อจุดจากแขนขวา แขนซ้าย และขาซ้าย นำทั้ง 3 แกนมาวางตัดกันจะตัดกันที่จุดกึ่งกลางของ Einthoven’s triangle ทุกๆ แกนจะทำมุมกัน 60 องศา ใช้เป็นระบบอ้างอิง 3 แกนเหมือนกัน ถ้าเอาระบบอ้างอิง 3 แกนทั้ง 2 ระบบมารวมกันจะได้ระบอ้างอิง 6 แกน (hexaxial reference system) ซึ่งแต่ละเส้นหรือแต่ละแกนทำมุม 30 องศา โดยถือว่าขั้วบวกของ lead I เป็น 0 องศา ขั้วลบเป็น 180 องศา ขั้วบวกของ lead aVF เป็น +90 องศา ส่วนขั้วลบเป็น +270 องศา หรือ -90 องศา ตามลำดับ

2.2 Chest leads เป็นการบันทึก horizontal plane ใช้อักษร ‘V’ แทนมาจากคำว่าเวคเตอร์ (vector) ตำแหน่งของการวาง lead อยู่บริเวณหน้าอกตรงกับตำแหน่งหัวใจเรียกว่า precordial area บันทึกที่ได้เป็นการวัดความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นทั้งหมดในวงจรศักย์ไฟฟ้าหัวใจในขณะนั้น การวางขั้วไฟฟ้า โดยการเสนอแนะจาก American Heart Association มีดังนี้

2.2.1 Lead V1 ได้จากการวางขั้วไฟฟ้าไว้ที่ช่องซี่โครงที่ 4 ด้านขวาของกระดูกอก

2.2.2 Lead V2 ได้จากการวางขั้วไฟฟ้าไว้ที่ช่องซี่โครงที่ 4 ด้านซ้ายของกระดูกอก

2.2.3 Lead V3 ได้จากการวางขั้วไฟฟ้าไว้ที่แนวกึ่งกลางระหว่างตำแหน่งของ V2 กับ V4 ด้านขวาของกระดูกอก

2.2.4 Lead V4 ได้จากการวางขั้วไฟฟ้าไว้ที่ช่องซี่โครงที่ 5 แนวกึ่งกลางกระดูกไหปลาร้าซ้าย

2.2.5 Lead V5 ได้จากการวางขั้วไฟฟ้าไว้ที่ช่องซี่โครงที่ 5 ตามแนวด้านหน้าของรักแร้ (left anterior axillary line)

2.2.6 Lead V6 ได้จากการวางขั้วไฟฟ้าไว้ที่ช่องซี่โครงที่ 5 ตามแนวตรงกลางของรักแร้ (mild axillary line)

รูปประกอบจะนำมาเพิ่มเติมให้ในภายหลังครับ เพื่อความเข้าใจมากยิ่งขึ้น ในตอนนี้ก็ขอให้ศึกษาเป็นแนวทางคร่าวๆไว้ก่อน

การบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจ

              หลังจากรู้หลักการทำงานของหัวใจแล้ว ว่าเกิดคลื่นไฟฟ้าจากหัวใจขึ้นมาได้อย่างไร สิ่งที่ควรจะต้องรู้ต่อไปคือ การนำคลื่นไฟฟ้าหัวใจนั้นมาบันทึก และแสดงผล ต่อไปนี้คือทฤษฎีและหลักการเพียงเล็กน้อย อาจจะน่าเบื่อซักหน่อย แต่เป็นสิ่งที่นักทำเครื่อง EKG ทุกคนควรทราบ สำหรับผู้ที่ใฝ่หาความรู้ใหม่ๆอยู่เสมออย่างพวกคุณ คงไม่น่ามีปัญหาอยู่แล้ว

              การบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจ ต้องบันทึกลงกระดาษเฉพาะซึ่งมีลักษณะเป็นตารางสี่เหลี่ยมเล็กๆ (ruled or graph paper) มีขนาดความกว้างและยาวด้านละ 1 มิลลิเมตร. โดย 10 ช่องเล็กของแกนตั้งเท่ากับ 1 มิลลิโวลต์ และ 5 ช่องเล็กของแกนนอนเท่ากับ 0.2 วินาที

              การบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจ กระดาษจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วได้ 2 ขนาด คือ 50 มม./วินาที และ 25 มม./วินาที การบันทึกโดยทั่วไปจะใช้ความเร็วกระดาษ 25 มม./วินาที

              สำหรับความสูง (height) และความลึก (depth) ของคลื่นไฟฟ้าหัวใจที่ใช้วัดค่าความต่างศักย์ มีหน่วยเป็น มิลลิเมตร

What is EKG?

คลื่นไฟฟ้าหัวใจเป็นการบันทึกผลรวมของ action potential ของหัวใจ เนื่องจาก action potential ของเซลล์หัวใจสามารถแผ่กระจายไปยังทุกส่วนของร่างกาย เราจึงสามารถบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจได้ไม่ว่าจะวางขั้วไฟฟ้า (electrode) ไว้ที่ส่วนไหนของร่างกาย บันทึก (record) ที่ได้เรียกว่า “คลื่นไฟฟ้าหัวใจ (electrocardiogram, ECG หรือ EKG)”

จุดกำเนิดการทำงานของหัวใจเริ่มต้นตรงบริเวณผนังด้านหลังของหัวใจห้องบนขวา ซึ่งเป็นตำแหน่งของ Sinoatrial node หรือ SA node โดยSA node จะผลิตคลื่นไฟฟ้า จากนั้นคลื่นไฟฟ้าจะแผ่กระจายไปทั่วห้องหัวใจทั้งห้องบนขวาและซ้ายทำให้หัวใจห้องบนบีบตัว เรียกว่า atrial depolarization การบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจระยะนี้จะได้คลื่น P จากนั้นคลื่นไฟฟ้าจะส่งต่อมายัง Atrioventricular node หรือ AV node ซึ่งสัญญาณจะถูกหน่วงเวลาให้ช้าลงชั่วครู่ก่อนจะส่งสัญญาณไฟฟ้าต่อลงไปข้างล่าง เพื่อปล่อยให้เลือดไหลผ่านลิ้นหัวใจ Atrioventricular value ลงสู่หัวใจห้องล่าง

หลังจากนั้นคลื่นไฟฟ้าจะส่งผ่านทาง AV node, bundle of His และ purkinje fibers ตามลำดับ ทำให้เกิดการกระตุ้นกล้ามเนื้อหัวใจด้านล่างจึงเกิดการบีบตัวในที่สุด ระยะนี้การบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจจะได้คลื่น QRS complex จากภาพจะสังเกตเห็นว่า ในกลุ่ม QRS complex คลื่น Q เป็นคลื่นหัวกลับ (downward) คลื่นแรก คลื่น R เป็นคลื่นหัวตั้ง (upward) คลื่นแรก คลื่น S เป็นคลื่นหัวกลับที่ตามหลังคลื่นแรก (คลื่น R)หลังคลื่น QRS complex จะมีส่วนพักระยะสั้นๆ เรียกว่า ST segment ซึ่งส่วนนี้จะอยู่ในแนวระนาบเดียวกับ base line แล้วจึงต่อด้วย คลื่น T ซึ่งเป็นระยะพัก (repolarization) ของหัวใจห้องล่าง ในระยะนี้ แต่ละเซลล์ของกล้ามเนื้อหัวใจกลับมีประจุไฟฟ้าลบเกิดขึ้น และอาจจะเริ่มวงจรการเกิด depolarization

สามารถดูรูปประกอบได้จาก http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e5/ECG_principle_slow.gif

------------------------------------------------------

Electrocardiogram is the result of action potential from heart. Because action potential can distribute to any part of body. So you can place electrode anywhere on body to record electrocardiogram

The beginning of heart process started from Sinoatrial node or SA node. SA node will produce electricity and then this electricity distribute all of right atrium and left atrium to make systole , called atrial depolarization. After that this electricity will flow to Atrioventricular node or AV node and wait for venticle ready.

When electricity go through AV node. It will be sent to bundle of His and purkinje fibers to make systole again

You can see illustration from:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e5/ECG_principle_slow.gif

EKGlism VS Senior Project

กลับมารายงานตัวอีกครั้ง กับทีมงาน EKGlism หลังจากโปรเจคเล็กๆที่มีผลลัพธ์อยู่ด้านล่าง ซึ่งจะเห็นได้ว่า มีแต่สัญญาณรบกวน 50 Hz เข้ามาปนจนมองไม่เห็นสัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจ แต่กับ senior project ครั้งนี้ นอกจากจะมีการพัฒนาวงจร filter แล้ว ยังมีการออกแบบวงจร isolate เพื่อ สร้างความปลอดภัยให้กับผู้ป่วย และใช้ A/D card เพื่อนำมาแสดงผลบนคอมพิวเตอร์ด้วยโปรแกรม MATLAB ซึ่งก็ต้องเขียน code ของ MATLAB เพื่อรับสัญญาณจาก A/D card และสร้าง GUI ขึ้นมา เพื่อให้เป็นอินเตอร์เฟส ในการควบคุมโปรแกรม


วงจร isolate คืออะไร? วงจร isolate คือวงจรที่แยกผู้ป่วยออกจากระบบไฟฟ้าทั้งหมดที่ใช้ในเครื่อง EKG จะไม่มีกระแสไฟฟ้า 220 V หรือ กระแสไฟฟ้าที่เป็นอันตรายไหลเข้าสู่ร่างกายผู้ป่วยได้ แต่สัญญาณ EKG ของ ผู้ป่วย จะสามารถไปยังวงจรขยายได้ตามปกติ อธิบายแบบนี้ พอจะนึกภาพออกมั้ยครับ


รายละเอียดทั้งหมด จะทยอยอธิบายให้ฟังทีละเรื่องครับผม รับรองได้ว่า แม้แต่นักศึกษาปี 1 ก็สามารถวัดคลื่นไฟฟ้าหัวใจได้

--------------------------------------------------------------------

EKGlism team is coming back. After our miniproject that have the result shown below this post. You can see many 50Hz noise (or 60Hz in USA) in the result so you can't see the true EKG from this.

But now , with our senior project. Other than notch filter , we must design ISOLATE circuit to provide safety for patient. Especially we use A/D card to display on computer so we must programming code in MATLAB to receive data from A/D card and build GUI for interface of program.

More detail will be explain soon.

ผลลัพธ์ EKG

สรุปการทำงาน

หลังจากที่ล้มเหลวในครั้งแรก เรากลับมาใหม่ด้วยข้อมูลที่แน่นกว่าเดิมมาก เราหยุดการค้นหาวงจรต่างๆในกูเกิล แต่เรากลับมามองที่อุปกรณ์ของเราเอง สิ่งที่เรามีคือ AD623 ซึ่งเป็น Instrumentation Amplifier ตัวหนึ่ง เราเริ่มศึกษา Data sheet ของ AD623 อย่างจริงจัง สิ่งที่เราทำเป็นอย่างแรกคือ ศึกษาวงจรพื้นฐาน (www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/AD623.pdf )

นี่คือวงจรพื้นฐานแบบ Dual Supply ของ AD623 ต่อจากนั้นเราจึงคำนวณหาวิธีต่อให้ได้ gain ตามที่เราต้องการ

พวกผมต้องการ gain = 1,000 จำเป็นจะต้องต่อ Rg ที่ขา 1 และ ขา 8 ขนาด 100 Ohm แต่หากเราขยาย 1 พันเท่า ในทีเดียว จะทำให้สิ่งที่เราได้มีแต่ noise ผมจึงต้องใช้ AD623 2 ตัว มาต่อเข้าด้วยกัน โดยให้ตัวแรก มี gain = 10 และตัวที่ 2 มี gain = 100 ค่า Rg ดูได้จากตาราง จะทำให้การขยายมีประสิทธิภาพมากขึ้น

หลังจากที่ต่อวงจรขยายจนเสร็จ เราทดสอบว่าสามารถขยายได้จริงหรือไม่ด้วยการจ่าย input ด้วย function generator โดยเครื่องฟังก์ชัน เจเนเรเตอร์ ของพวกผมสามารถจ่ายไฟได้ต่ำสุด คือ 50 mV หากขยาย 1000 เท่า จะได้ output = 50V ซึ่งเกินไฟเลี้ยงที่เราจ่ายให้ AD623 เพียงแค่ 6V เราจึงต้องใช้หลักการแบ่งแรงดัน เพื่อลดขนาดของ input ให้เหลือเพียง 1mV และเมื่อทดลอง ก็ปรากฎ แอมปลิจูดของ output เป็น 1V จริง

ถือว่าวงจรของเราประสบความสำเร็จในขั้นแรก แต่เมื่อเราจะเริ่มทำการต่อ ตัวนำสัญญาณไฟฟ้าเข้ากับวงจรจริงๆ สิ่งที่ปรากฎขึ้นบน ossilloscope ก็คือ กราฟของสัญญาณรบกวนที่มีความถี่ 5oHz เมื่อลองวัดเข้ากับหัวใจจริงๆ แทบไม่เห็นความแตกต่าง หรือแทบจะเรียกได้ว่าไม่มีอะไรเกิดขึ้น สิ่งที่ปรากฎบน ossilloscope ยังคงเป็น สัญญาณรบกวน

การแก้ปัญหาวิธีแรกที่พวกผมใช้ คือการต่อ simple low-pass filter มี fc = 40Hz

ด้วยตั้งใจว่าจะกำจัด noise ที่เกิดขึ้นได้แน่ แต่สิ่งที่เราได้ ก็ทำให้เราผิดหวัง เพราะในหน้าจอของ ossilloscope ยังคงปรากฎ noise นี้อยู่ เพียงแต่เปลี่ยนจาก สัญญาณที่เป็น pulse หรือกราฟสี่เหลี่ยม ให้กลายเป็นคลื่นไซน์

เราทำการค้นหาวิธีกำจัด noise ชนิดนี้อย่างมาก ทั้งเปลี่ยนสายไฟที่ใช้ต่อตัวนำสัญญาณไฟฟ้า จากแต่เดิมเป็นสายทองแดงธรรมดา เปลี่ยนมาเป็นสายไฟที่มี shield (สายไมโครโฟน) หาซื้อเจลที่ใช้ทา ก่อนที่จะวัดสัญญาณการเต้นหัวใจ แต่สุดท้ายก็ได้มาฟรี ๆ จากโรงพยาบาล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ขอขอบคุณมา ณ ที่นี้ด้วยครับ

เราทำการศึกษามาเรื่อยๆ จนได้มารู้จักกับ notch filter ฟิลเตอร์ตัวนี้ เป็นฟิลเตอร์ชนิด Band-reject filter มีการออกแบบในหลายๆแนวทาง มีทั้งที่เป็นเครื่องสำเร็จในการกำจัดสัญญาณรบกวน 50Hz แต่ที่พวกผมเลือกมาคือวงจร Active filter ที่หา ออฟแอม ได้ในประเทศไทย

ในวงจรนี้คือ Notch filter 50Hz แต่ TL074ACN เราเปลี่ยนเป็น TL074CN-TI แทน เพราะหาซื้อได้ง่ายกว่า ผลจากการต่อฟิลเตอร์ชนิดนี้ ทำให้สัญญาณรบกวนมีขนาดเล็กลงมาก ถึงแม้มันจะไม่หายไปเลย แต่มันก็ทำให้พวกผมรู้สึกดีขึ้นมาก จากการพยายาม เราตัดสินใจวัดสัญญาณการเต้นหัวใจขึ้น ossilloscope โดยที่ยังเหลือสัญญาณรบกวนชนิดนี้อยู่ ผลลัพธ์ที่ได้จะแกว่งไปมา ระหว่างสัญญาณของหัวใจ กับสัญญาณรบกวน ความถี่ที่ได้จะมีตั้งแต่10 Hz - 5oHZ และกราฟที่ได้ก็จะผสมกัน อาจจะทำให้อ่านได้ไม่ชัดเจน แต่นี่คือผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลอง และศึกษาเป็นเวลานาน