Сердечные электрограммы записывают разницу потенциалов, регистрируемую между двумя электродами в течение сердечного цикла. Все электрограммы, используемые в клинической практике — это дифференциальные записи от одного источника, соединенного с анодом (положительным электродом), и второго, соединенного с катодом (отрицательным электродом), усилителя записи.
Наружная ЭКГ представляет собой запись электрической активности сердца в целом, тогда как внутрисердечные электрограммы, записанные с катетера-электрода, демонстрируют только электрическую активность (фазу 0 потенциала действия) сердечной ткани, расположенной в непосредственной близости от него.
Униполярные электрограммы демонстрируют разницу потенциалов между электродом, расположенным в непосредственной близости от области исследования (исследующий электрод), и индифферентным электродом (электрод сравнения), удаленным от сердца (так что на нем сигнал не регистрируется совсем, или регистрируется слабый сигнал от сердца).
В практической деятельности в качестве индифферентного электрода используется центральный терминал Уилсона. Например, грудные отведения наружной ЭКГ регистрируют униполярные записи, в которых в качестве индифферентного электрода используются объединенные через резистор высокого сопротивления электроды обеих рук и левой ноги.
Биполярные электрограммы демонстрируют разницу потенциалов между двумя электродами, расположенными в разных местах, и рассчитываются как алгебраическая разница между двумя униполярными электрограммами (при использовании общего электрода сравнения).
Электрод является проводником тока, который используется для обеспечения непосредственного контакта с сердцем и преобразования ионных токов в электрические сигналы, которые могут быть зарегистрированы электронными устройствами. Эти сигналы обычно очень слабые и требуют обработки с целью возможности их интерпретации. С этой целью используются усиление и фильтрация сигналов.
а) Сравнение аналоговых и цифровых записей. Внутрисердечные электрограммы записываются с помощью усилителей, имеющих высокое сопротивление на входе (более 1010 Ом), с целью уменьшения нежелательных электрических помех и обеспечения высокого качества записи. Аналоговые регистраторы напрямую усиливают сигнал записывающего электрода, регистрируя спайк на дисплее осциллоскопа и записывая его на бумагу или магнитную ленту.
В настоящее время повсеместно аналоговые системы заменяются цифровыми, использующие аналогово-цифровой преобразователь (А/D), который переводит амплитуду потенциала, регистрируемого в каждой отдельно взятой точке в единицу времени, в число, значение которого сохраняется. На качество цифрового сигнала влияют частота дискретизации и точность измерения амплитуды.
Наиболее часто используемые цифровые регистраторы измеряют сигнал каждую миллисекунду (т.е., частота дискретизации 1000 Гц), что представляется достаточным для практического использования при проведении активационного картирования. Более высокие частоты дискретизации могут потребоваться для лучшего качества регистрации высокочастотных сигналов из системы Пуркинье или из инфарктных зон. Такие записи требуют наличия мощного компьютерного процессора и большого объема памяти (из-за большего размера сохраняемых файлов).
б) Усиление сигнала. Амплитуда внутрисердечной электрограммы обычно мала: от 25 мкВ (в рубцовых зонах) до 5 мВ (с электрода поверхностной ЭКГ). В связи с этим требуется усиление сигнала (увеличение вольтажа), которое достигается с помощью электронных (вольтажных) усилителей, которые могут в 10 000 раз увеличить сигнал для его отображения и облегчения интерпретации.
Однако на записываемый сигнал часто накладываются помехи и прибор может усиливать их тоже. Чтобы этого избежать, необходима фильтрация сигнала. Для увеличения соотношения между амплитудой регистрируемого сигнала и помехами электронный усилитель (дифференциальный или измерительный) повышает разницу между вольтажом двух сигналов, при этом он искусственно «вырезает» сигналы, вольтаж которых совпадает с шумом.
Следует отметить, что чрезмерное усиление сигнала может приводить к значительной его обрезке.
в) Обрезка сигнала по амплитуде. Обрезку сигнала по амплитуде (клиппирование) используют, когда амплитуда электрограммы исследуемой зоны (например, пучка Гиса) меньше амплитуды электрограммы окружающих тканей (например, сигнала от желудочков), и для ее интерпретации необходимо значительное усиление. В таком случае обрезка сигнала по амплитуде устраняет чрезмерно усиленные окружающие сигналы (которые не должны отображаться в полной степени) и обеспечивает фокус на интересующее исследователя отклонение электрограммы (рис. ниже).
Обрезка регистрируемых сигналов по амплитуде (клиппирование). На обоих изображениях представлена регистрация сигналов одного и того же сердечного сокращения. Слева сигналы электрограммы пучка Гиса (His) и коронарного синуса (CS) обрезаны по амплитуде. На электрограмме коронарного синуса предсердная и желудочковая осцилляции имеют одинаковую амплитуду и на электрограмме пучка Гиса регистрируется желудочковая осцилляция малой амплитуды. Справа представлены истинные (не обрезанные) сигналы электрограмм коронарного синуса и пучка Гиса. На электрограмме коронарного синуса амплитуда предсердной осцилляции больше желудочковой, а на электрограмме пучка Гиса регистрируется желудочковая осцилляция очень большой амплитуды. Abldist — дистальный авиационный; Abluni — авиационный униполярный; CSdist — дистальный коронарный синус; Hisdist — дистальная электрограмма пучка Гиса; HRA — верхний отдел правого предсердия; RVA — верхушка правого желудочка
Важно отметить, что при использовании этого метода теряется возможность идентифицировать амплитуду и время внутреннего отклонения (время активации) сигналов, которые были обрезаны.
г) Фильтрация сигнала. Фильтрация усиливает одни фрагменты частотного спектра, тогда как другие (ненужные) удаляет. Диапазон частот, которые не подвергаются фильтрации, часто называют полосой пропуска. Фильтр высоких частот оставляет частоты выше заданного лимита (т.е. убирает низкие частоты), тогда как фильтр низких частот действует наоборот.
Сигналы поверхностной и внутрисердечной электрограммы содержат различные частоты и поэтому требуют разных параметров фильтрации. Биполярные внутрисердечные электрограммы обычно фильтруются на частоте от 30 до 500 Гц, тогда как униполярные — на частоте от 0,05 до 500 Гц.
Сигналы поверхностной ЭКГ удовлетворительного диагностического качества обычно фильтруются на частоте от 0,05 до 100,0 Гц. Хотя большая часть энергии находится в диапазоне от 0,1 до 20,0 Гц, минимальный порог частоты составляет 0,05 Гц для лучшего воспроизведения сегмента ST (ценой большего дрейфа изолинии), а верхний — 100 Гц — для лучшего воспроизведения высокочастотных компонентов зубцов P-QRS (ценой повышения восприимчивости к помехам от сети с частотой 50-60 Гц).
Верхний порог в 100 Гц не позволяет детально оценить морфологию зубцов Р и комплекса QRS (важных для картирования аритмии), так же, как и идентифицировать высокочастотные фрагменты комплекса Р-QRS (например эпсилон-волну). Из-за помех от переменного тока, мышечных подергиваний и подобных относительно высокочастотных воздействий, иногда требуется запись поверхностной ЭКГ в более низком частотном диапазоне или использование режекторного фильтра.
Режекторный фильтр обеспечивает удаление помех от сети частотой 50-60 Гц. При мониторировании ЭКГ обычно используют фильтрацию в диапазоне частот от 0,5 до 40 Гц.
1. Фильтрация высоких частот. Высокочастотная фильтрация позволяет передавать сигналы выше заданной частоты (пороговой или угловой частоты) в неизменном виде и удалять или значительно уменьшать амплитуду сигналов ниже заданной частоты. Если записи внутрисердечных электрограмм не подвергаются фильтрации, то отмечается смещение сигнала вверх-вниз по мере колебания потенциала при смене фаз дыхания, движениях катетера и при различной степени контакта катетера с поверхностью сердца.
Для биполярных электрограмм обычно используют высокочастотные фильтры с угловой частотой между 10 и 50 Гц с целью уменьшения дрейфа изолинии. Фильтрация может искажать морфологию электрограммы и уменьшать ее амплитуду. Биполярный сигнал становится многокомпонентным с включением дополнительных пиков. В целом высокочастотная фильтрация проявляется дифференциацией сигнала таким образом, что высота спайков регистрируемого сигнала более пропорциональна скорости изменения трансмембранного потенциала, нежели его амплитуде.
Униполярные сигналы обычно фильтруются на частоте от 0,05 до 0,5 Гц с целью устранения дрейфа изолинии и помех от напряжения постоянного тока, который по определению имеет частоту 0 Гц. Фильтрация на высокой угловой частоте (например, 30 Гц) изменяет морфологию униполярного сигнала так, что он перестает отражать направление распространения волны возбуждения, а наличие или отсутствие комплекса QS не может использоваться для определения места наиболее ранней активации.
Тем не менее, при фильтрации униполярного сигнала его информативность в отношении измерения локального времени активации не теряется. В ходе картирования постинфарктных и рубцовых зон миокарда, где амплитуда сигнала очень низкая и может быть маскирована большими по амплитуде far-field сигналами, высокочастотная фильтрация униполярного сигнала (на 30 Гц) способствует уменьшению far-field сигнала и улучшает детекцию исследуемого.
2. Фильтрация низких частот. Низкочастотная фильтрация ослабляет частоты, превосходящие угловую (обычно это 250-500 Гц). Ее использование может быть полезным для уменьшения высокочастотных помех без существенного влияния на электрограммы, записываемые с помощью медицинских систем, в которых большая часть сигнала имеет частоту менее 300 Гц.
Уменьшение частоты фильтрации менее 250 Гц не рекомендуется, т.к. это приводит ослаблению высокочастотных составляющих электрограммы, которые необходимы для записи сигналов near-field (от пучка Гиса, системы Гиса-Пуркинье и легочных вен), а также сигналов от рубцовых зон медленного проведения с фракционированным сигналом высокой частоты.
3. Фильтрация полосы сигнала. Установка высокочастотного фильтра на 30 Гц, а низкочастотного — на 300 Гц, определяет диапазон частот, которые не будет ослабляться (так называемая фильтрация полосы сигнала).
4. Режекторная фильтрация. Режекторный фильтр обеспечивает особый вид фильтрации полосы сигнала с ослаблением частот в диапазоне 50-60 Гц для уменьшения электрических помех переменного тока. Важно отметить, что режекторная фильтрация может существенно ослабить внутрисердечные сигналы, такие как near-field потенциалы АВ или быстро меняющиеся фракционированные потенциалы.
Кроме того, режекторная фильтрация может вызывать «закругление» простых биполярных сигналов, представляя их фракционированными. Это имеет особое значение при картировании фракционированных потенциалов в ходе ЖТ и ФП.
