خلاصه

سیگنال الکتروکاردیوگرام- – ECG ازجمله سیگنالهای حیاتی بدن است که رفتار الکتریکی قلب را توصیف میکند. همچنین اختلالات قلبی روی این سیگنال اثر گذاشته بطوری که با استفاده از سیگنال ECG می توان به این اختلالات پی برد. شبیه سازی سیگنال ECG به ما این امکان را می دهد که ضمن شناخت بهتر رفتار قلب، بتوانیم با تغییر پارامترهای مدل و مشاهده ی اثر این تغییرات نارسایی های قلبی که در سیگنال ECG تغییر ایجاد میکنند را مورد بررسی دقیق تری قرار دهیم. در این مقاله با استفاده از مدل الکتریکی سلول قلبی و مکانیزم تولید سیگنال ECG در قلب ، فرآیند تولید پتانسیل الکتریکی قلبی مدل شده است. به این صورت که سیگنال های اساسی تشکیل دهنده ی ECG تولید شده و با جمع این سیگنال ها ECG نهایی حاصل شده است. از آنجایی که این مدلسازی منطبق بر فعالیت الکتریکی قلب است می توان با تغیر پارامتر ها بیماری های قلبی را نیز شبیه سازی نمود.

کلمات کلیدی: پتانسیل عمل، سیگنال ECG ، سلول قلبی، مدلسازی

.۱ مقدمه

سیگنال الکتروکاردیوگرام (ECG) ازجمله سیگنالهای حیاتی بدن است که اختلالات قلبی روی این سیگنال اثر گذاشته بطوری که توسط ECG قلبی می توان به این اختلالات پی برد. همچنین در دستگاه های ثبت ECG بدلیل حساسیت موضوع لازم است بمنظور کالیبراسیون و حصول اطمینان از صحت عملکرد و سلامت این تجهیزات ، قبل از تست آنها روی بدن انسان ، وسایل روی یک نمونه ی مطمئن تست شوند. بنابراین شناخت و تولید این سیگنال لازم و ضروری به نظر می رسد. سیگنال ECG حاصل فعالیت الکتریکی سلول های قلب است و به طوری که عمل دپلاریزاسیون و رپولاریزاسیون باعث بوجود آمدن این سیگنال می شود. مقداری از جریان های الکتریکی که از پتانسیل عمل های ایجاد شده در عضلات قلبی تشکیل می شود به سطح بدن می رسد که ثبت این جریان های الکتریکی را الکتروکاردیاگرافی و شکل به دست آمده را الکتروکاردیوگرام (ECG) می گویند. تا کنون روش های متعددی جهت شبیه سازی سیگنال ECG بیان شده است که غالب آن ها روش های مبتنی بر توابع ریاضی می باشد [۱]، [۲]، https://www.researchgate.net/publication/researcher/81088895_Yoshinobu_Maeda/[4] Hoshimiya . [3] یک سلول قلبی را توسط یک شبکه سخت افزاری مدل کرده است که این مدل توسط [۵] Yoshinobu کامل تر شده است. ما نیز در این مقاله بمنظور تولید پتانسیل عمل سلول قلبی از این مدل استفاده کرده ایم. هدف در این مقاله ارائه ی یک سیستم عملی مطمئن است بطوری که بتوان بکمک آن چگونگی تولید ECG و همچنین چگونگی وابستگی ECG به پارامترهای مختلف قلبی را مدلسازی کرد و ECG نهایی را تولید نمود. بمنظور مدلسازی دقیق فعالیتهای الکتریکی قلب و همچنین به منظور در اختیار داشتن پارامترهای کنترلی برای تولید ECGهای مطلوب شامل ECG طبیعی و بیمار ، سیگنالهای حاصل از سلولهای قلبی درست مانند بدن انسان به شیوه ای نو با هم جمع شده و ECG نهایی تولید شده است. با تغیر پارامترهای مشخصی درمدار می توان جزئیات سیگنال نهایی را کنترل نمود. در شکل۱ بلوک دیاگرام کلی این مدل آورده شده است.در ادامه مقاله چگونگی تولید پتانسیل عمل سلول قلبی آورده شده است . در بخش سوم مدل الکتریکی سلول قلبی بررسی شده است و در قسمت بعد

The 8th Symposium on Advances in Science and Technology (8thSASTech), Mashhad, Iran. 8thSASTech.khi. ac.ir

چگونگی مدلسازی سیگنال قلبی توضیح داده شده است. در بخش آخر نیز نمونه ساخته شده مدار آورده شده است. در پایان جمع بندی و پیشنهاد کارهای آینده آورده شده است.

شکل :۱بلوک دیاگرام مدار

.۲ پتانسیل عمل سلول قلبی

در یک سلول عضله قلبی سه نوع مختلف از کانال های یونی غشاء نقش مهمی در ایجاد تغیرات ولتاژی پتانسیل عمل دارند که عبارتند از : (۱ کانالهای سدیمی سریع ، (۲ کانالهای کلسیمی- سدیمی آهسته و (۳ کانالهای پتاسیمی. (شکل(.[۶] ((۲ در شکل((۲ پتانسیل عمل سلول قلبی به همراه مراحل مختلف آن نشان داده شده است. به طورکلی غشاء سلول قلبی دارای نشتی جریان سدیمی می باشد که جهت این نشتی جریان که به سمت داخل سلول می باشد ، باعث افزایش تدریجی میزان پتانسیل عمل میشود. این افزایش تدریجی در شکل(-۲ ب) با نام مرحله صفر معرفی شده است. باز شدن کانالهای سدیمی سریع به مدت چند ده هزارم ثانیه با هجوم سریع یونهای مثبت سدیم به داخل غشاء همراه است ، این امر باعث ایجاد شاخه بالارونده نیزه ای در پتانسیل عمل سلول قلبی می شود و مرحله۱ را تولید می کند. باز شدن آهسته کانالهای کلسیمی- سدیمی موجب کاهش پتانسیل غشاء شده و رپلاریزاسیون گذرا را تولید می کند (مرحله.(۲ با ادامه ورود آهسته یون کلسیم ، مرحله ۳ در پتانسیل عمل تشکیل می شود. این مرحله که حدود ۳٫۳ ثانیه طول میکشد بخش مسطح نام دارد. سرانجام ، باز شدن بیشتر کانالهای پتاسیمی موجب انتشار مقادیر زیاد یونهای مثبت پتاسیم به سوی خارج از غشاء می شود و سلول را به حد استراحت آن بازمیگرداند و مرحله۴ را تولید میکند.