RB Skill / PhysioECG

Как формируется электрокардиограмма

От распространения возбуждения по миокарду до потенциалов на электродах. Пространственная модель связывает процессы в сердце с сигналами стандартных отведений.

01 / Постановка

Сердце, проводящая система и торс

В модели определены геометрия желудочкового миокарда, контакты проводящей системы и позиции электродов. Электрические источники распределены в объёме: форма каждого отведения получается из общего поля, а не задаётся независимо.

Торс и сердце, расположение электродов конечностей и грудных отведений — Расположение электродов

Объёмная постановка

Единая система электрических источников

Терминальные контакты проводящей системы задают начальные события желудочковой активации. Далее фронт распространяется по сетке миокарда, а распределённые источники формируют потенциалы в проводящем торсе.

Узлы миокарда118 499

Терминальные контакты1 034

Частота дискретизации500 Гц

Параметры расчётной сетки PhysioECG9.

1ГеометрияМиокард и торс

2КонтактыИсточники ранней активации

3LATВремя прохождения фронта

4Мембранный источникПространственные токи

5ЭлектродыПроекция на поверхность тела

612 отведенийРазности потенциалов

02 / Желудочковая деполяризация

Распространение электрической активации

Локальное время активации (LAT) показывает, когда фронт возбуждения достигает каждого участка желудочкового миокарда. Последовательность иллюстрирует распространение фронта от ранних контактов до поздних областей желудочков.

Последовательные стадии возбуждения. Схематическое представление, не результат расчёта LAT.

Иллюстративный фронт через 30 миллисекунд — Последовательные стадии возбуждения. Схематическое представление, не результат расчёта LAT.

Ход возбуждения

Терминальные контакты проводящей системы задают ранние точки входа импульса в миокард. На этом этапе ещё не определяется форма комплекса QRS.

Как получают поле LAT

Для каждой вершины сетки вычисляется момент достижения фронта с учётом путей распространения и направленной скорости проведения. Из этой последовательности получают объёмную картину деполяризации, которая затем участвует в формировании источников электрического поля.

Что видно на ЭКГ

Уже начальные активированные участки могут создавать электродные потенциалы. По мере вовлечения миокарда изменяются амплитуда, знак и направление суммарной проекции QRS. Длительность фронта нельзя устанавливать по одной локальной точке.

Контрольные события PhysioECG9 RIGHT №485 — 202,827 мсRIGHT №486 — 209,701 мспервый LEFT — 212,602 мс

Один исследовательский расчёт: LAT от 202,827 до 312,368 мс (109,5 мс). Временные подписи к изображениям относительные.

03 / Источник сигнала

Как электрическая активность миокарда достигает электродов

После определения времени активации рассчитывают распределение мембранного потенциала. Изменение потенциала в пространстве создаёт электрические источники; проводимость тканей и геометрия торса определяют, какое напряжение возникнет в каждой точке регистрации.

Связь между клеточным состоянием и полем

Каждый участок миокарда активируется в своё время. Пространственно неоднородное состояние ткани создаёт токи, которые распространяются через объёмный проводник. Электрод воспринимает суммарное поле, а не сигнал отдельной клетки.

Локальное состояние

V_m(x, t) = AP_x(t − LAT(x))

Время активации задаёт сдвиг потенциала действия участка.

Потенциал в точке регистрации

φ_e(t) = ∫_Ω L_e(x) · J_s(x,t) dΩ

L_e — чувствительность электрода к источникам в объёме; J_s — эквивалентная плотность источникового тока.

Принцип регистрации: пространственно распределённые источники формируют различные потенциалы в точках A и B. Схема геометрии условная; рассчитанные поля PhysioECG здесь не изображены.

В стандартной ЭКГ отведения формируются из разностей электродных потенциалов. Их расчёт приведён в следующем разделе.

04 / Электроды

Формирование двенадцати отведений

Стандартные отведения рассчитываются как разности электродных потенциалов. Их морфология взаимосвязана, поскольку каждый канал является проекцией общего электрического поля.

Конечности

I = LA − RA
II = LL − RA
III = LL − LA

Усиленные

aVR = RA − (LA + LL)/2
aVL = LA − (RA + LL)/2
aVF = LL − (RA + LA)/2

Грудные

V_i = C_i − WCT
WCT = (RA + LA + LL)/3

Схема трёх отведений (не расчётная ЭКГ)

05 / Изменение параметров

Что меняет форму ЭКГ

При изменении электрического источника, последовательности проведения или реполяризации изменяются длительность и морфология наблюдаемого сигнала.

Частота

Изменение сердечного цикла влияет прежде всего на интервалы между комплексами; форма волн зависит от сопутствующих электрофизиологических процессов.

Очаг возбуждения

Другая точка входа возбуждения меняет направление фронта и пространственную проекцию QRS.

Проведение

Задержка распространения в части желудочкового миокарда меняет порядок активации и может увеличивать длительность комплекса.

Реполяризация

Различия восстановления электрического состояния миокарда отражаются на форме сегмента ST и зубца T.

Применение в RB Skill

Генератор формирует учебные сценарии по заданным параметрам ЭКГ. PhysioECG описывает пространственное происхождение электрического сигнала. Представленные карты активации схематические; они не являются результатами расчётного прогона.

Раздел генерации ЭКГ

Использованные модели и научные источники

Модель желудочкового миокарда: геометрия Rodero (1,5 мм); проводящий торс S4 (около 5 мм); деревья терминальных контактов Гиса–Пуркинье. Точные библиографические данные исходных моделей требуют сверки с исходными архивами.

Референс визуального представления: Gillette et al., A personalized real-time virtual model of whole heart electrophysiology (2022).