L'ECG90A è un cardiografo costruito dalla cinese Contec, in Italia viene commercializzato da Gima e venduto su diversi portali on-line. Ho provato un modello acquistato on-line per circa 350 euro (novembre 2020).

Gima ha fatto personalizzare la produzione aggiungendo il proprio logo sulla scatola e sul manuale. Il manuale (in fondo a questa pagina il PDF) è anche in italiano, ma lascia molto a desiderare in quanto a completezza di informazioni. Questa pagina nasce proprio per integrare ciò che non è documentato.

Il cardiografo è in grado di acquisire le 12 derivazioni standard, ma viene pubblicizzato come 3 canali. Il motivo è che il nastro di carta è molto stretto e si possono stampare al massimo tre tracciati contemporaneamente. La stampa delle 12 derivazioni avviene eventualmente in quattro sezioni consecutive, producendo una nastro di notevole lunghezza! Si può tuttavia scaricare i tracciati sul PC e per me questa è la caratteristica più interessante.

Lo strumento è molto sensibile, ma “cattura” molto rumore. Devo tuttavia fare qualche prova in più, stando magari attento agli apparecchi elettrici accesi nelle vicinanze e provando una messa a terra più seria. Internamente si possono attivare tre tipi di filtri: AC50Hz, EMG25Hz e DTF, ma per le poche prove che ho fatto credo che si ottengano risultati migliori acquisendo il dato senza filtri e poi pulendo il rumore con software specializzato sul PC.

Un cardiografo a 12 derivazioni produce 12 grafici dell'attività elettrica del cuore; ogni grafico offre la vista da una diversa angolazione dell'attività cardiaca.

Una derivazione si chiama così perché, dal punto di vista elettrico, è il collegamento di due elettrodi in parallelo ad un circuito esistente (il campo elettrico generato dal muscolo cardiaco) in modo da “derivarne” parte della corrente. Le correnti derivate dal campo elettrico del muscolo cardiaco vengono opportunamente amplificate, acquisite da un convertitore analogico-digitale (ADC) e tradotte in un grafico.

Alcune derivazioni (dette bipolari) sfruttano due elettrodi, altre (dette unipolari) usano un solo elettrodo rispetto ad un elettrodo neutro di riferimento.

Con un triangolo di tre elettrodi è possibile costruire tre derivazioni bipolari. Gli stessi tre elettrodi possono essere usati anche come tre derivazioni unipolari (rispetto all'elettrodo neutro di riferimento). Infine altri sei elettrodi costituiscono altrettante derivazioni unipolari usando sempre lo stesso elettrodo neutro di riferimento. Ecco quindi il totale di 3 + 3 + 6 = 12 derivazioni ottenute con 3 + 6 + 1 = 10 elettrodi.

Nella seguente tabella le derivazioni misurabili dall'ECG 90A:

Le cosiddette derivazioni periferiche degli arti sono generalmente rilevate con elettrodi posti alle estremità degli arti (polso, caviglia). Lo stesso segnale può essere intercettato anche alla radice dell'arto stesso (spalla, inguine), ma la forma dell'onda differisce nei due casi, rendendo di fatto i due tracciati non comparabili fra loro [3].

Queste derivazioni DI, DII e DIII, utilizzano i tre elettrodi periferici coppia a coppia.

Queste derivazioni unipolari avL, avR e avF, dette anche di Goldberger, utilizzano i tre elettrodi periferici rispetto all'elettrodo neutro comune. In queste derivazioni il segnale viene amplificato (da cui il nome augmented voltage) per essere confrontato con le bipolari.

Sono derivazioni unipolari toraciche (chest), dette anche derivazioni di Wilson. Misurano l'attività cardiaca sul piano trasversale (orizzontale). Gli elettrodi sono identificati con le sigle C1, …, C6 (elettrodi chest) secondo lo standard IEC (International Electrotechnical Commission) oppure con le sigle V1, … V6 (voltage) secondo lo standard AHA (American Heart Association).

La grandezza del segnale ECG è misurata in mV (millivolt); di solito è nel range 0.1 - 2 mV. L'interfaccia pelle-elettrodi può generare interferenze nell'ordine dei 200-300 mV, per questo è necessario un buon contatto elettrico utilizzando l'apposito gel.

Il segnale ECG può essere disturbato da diversi tipi di rumore, l'ECG 90A dispone di alcuni filtri software che è possibile applicare sul segnale acquisito; vedere in proposito il menu Sample illustrato più avanti. Qui di seguito una panoramica sui tipi di rumore che è possibile attenuare.

Alternating Current, corrente alternata. Se si ha il sospetto che l'apparecchio possa ricevere interferenze dalla rete elettrica (in genere da apparecchi elettrici accesi nelle vicinanze), si può attivare un filtro sulla frequenza relativa. In Italia la rete elettrica a 220 volt è a 50 Hz (per altri paesi vedere Standard elettrici nel mondo). Si tratta di un filtro notch (Filtro elimina banda) che elimina (attenua) solo i segnali a tale frequenza.

Il segnale di un elettrocardiogramma (ECG) prodotto dal miocardio può essere contaminato dai segnali elettromiografici (EMG) prodotti dai muscoli. Questo avviene ad esempio in un tracciato acquisito durante esercizio fisico oppure in presenza di tremori. Il cuore produce segnali a circa 1 Hz, i muscoli possono produrre segnali nel range 5 - 50 Hz, ma anche fino a 10 kHz. Se si ha il sospetto di una tale contaminazione, si può attivare uno dei due filtri EMG a 25 o 35 Hz. Si tratta di filtri passa basso con delle controindicazioni: oltre a modificare l'ampiezza del segnale, potrebbero degradare le componenti QRS dell'elettrocardiogramma.

La DFT (Discrete Fourier Transform, trasformata discreta di Fourier) è un metodo che può essere utilizzato per togliere (attenuare) il rumore da un segnale; funziona molto bene per rumori che presentano una certa regolarità. Per calcolare la DFT si utilizza l'algoritmo FFT (fast Fourier transform).

Il dispositivo dispone di sette tasti fisici e di un touch screen. Questo l'utilizzo generico dei tasti fisici:

	—	In genere asssociato all'azione Menu oppure Conferma.
	On/Off	Accensione e spengimento (tenere premuto per tre secondi), oppure azione Conferma.
	---	In genere asssociato all'azione Indietro oppure Stampa.
	Frecce	Tasti di movimento.

Collegando l'apparecchio spento alla sua alimentazione (12 V) si illumina l'icona che indica lo stato di carica della batteria:

Tenendo premuto il tasto On per tre secondi l'apparecchio si accende e si pone automaticamente nella schermata del tracciato ECG:

Premendo ripetutamente il tasto On si passa alla visualizzazione di una, tre, sei oppure tutte le dodici derivazioni:

Nella barra superiore troviamo:

BPM	Icona cuore con il ritmo cardiaco in battiti al minuto.
Elettrodi	In sequenza compaiono, in rosso, le etichette degli elettrodi scollegati seguite dalla scritta OFF: Le etichette sono LA, RA, LL, RL, V1, …, V6. Il significato è Left e Right Arm (braccio sinistro e destro), Left e Right Leg (gamba sinistra e destra) e i sei elettrodi precordiali. L'apparecchio non è in grado di rilevare il singolo elettrodo scollegato poiché le derivazioni bipolari coinvolgono due elettrodi, ecc.
HH:MM	Ora corrente. L'ora e la data si impostano dal menu Time.
F	Icona filtri: toccare per accedere alla selezione rapida dei filtri. I filtri possono essere impostati anche dal menu Sample.
USB	Icona USB: stato della connessione USB.
microSD	Icona microSD: toccare per vedere lo stato della microSD.
Batteria	Icona batteria: mostra lo stato di carica.

Nella barra inferiore troviamo dei pulsanti attivabili al tocco:

La scala dell'asse X può assumere i valori: 6.25, 12.5, 25 oppure 50 mm/s. La scala dell'asse Y può assumere i valori di 2.5, 5, 10 e 20 mm/mV.

ATTENZIONE: Le scale impostata per gli assi X e Y influiscono solo sulla visualizzazione del tracciato, ma non influiscono sul tracciato memorizzato su scheda SD; i dati vengono sempre acquisiti a 800 Hz e il moltiplicatore dell'asse X è sempre 0.005 mV.

Utilizzare i tasti freccia per evidenziare l'icona desiderata e il tasto On per selezionarla:

Nel caso in cui il tracciato sia affetto da qualche tipo di rumore, è possibila attivare alcuni tipi di filtro sul segnale ECG acquisito. Vedere sopra il paragrafo Filtri sul tracciato ECG. Questi in sintesi i filtri applicabili:

È possibile applicare i filtri sia dal menu Sample che toccando l'icona F nella schermata ECG:

Il filtro è applicato alla forma d'onda prima di essere visualizzata e stampata ed anche prima di essere eventualmente salvata su scheda microSD. Quando si visualizza un tracciato salvato si dovrebbe ricordare quali filtri erano attivi al momento della registrazione.

ATTENZIONE! Quando si stampa un tracciato salvato su microSD viene scritto sul bordo della stampa quali sono i filtri correntemente attivi nel menu Sample, che potrebbero essere diversi da quelli attivi al momento della registrazione! Nelle figure sotto si vede la stampa di due tracciati acquisiti su scheda SD e stampati successivamente. Il primo è stato registrato senza alcun filtro, il secondo con tre filtri attivi: AC50Hz, EMG25Hz e DFT. La stampa effettuata dopo l'acquisizione riporta l'etichetta NONE per entrambi, il che non è vero per il secondo tracciato:

I formati di stampa disponibili sono:

Il numero N di secondi che vengono stampati dipende dal parametro Auto Strip impostabile nel menu Print (default 3 secondi).

Nella figura che segue un esempio di stampa in formato 3×4, con Auto Strip di 3 secondi. Sul bordo della stampa si trova evidenziata la scala X di 25mm/s, la scala Y di 10mm/mV e il filtro attivo EMG25Hz:

La seguente immagine riporta l'inizio di una stampa formato 2×6, con filtri EMG25Hz e DFT attivi:

Nella stampa formato 1×12 è possibile utilizzare la scala Y più ampia di 20mm/mV:

In questo schermata si imposta la data e l'ora dell'apparecchio, che verrà stampata sull'elettrocardiogramma. Utilizzare i tasti freccia destra e sinistra per spostarsi sul campo da modificare, i tasti su e giù (oppure + e - sul touch screen) per cambiare il valore. Il tasto - (oppure Ok sul touch screen) per accettare le modifiche, il tasto — (oppure Back sul touch screen) per tornare indietro senza memorizzare le modifiche.

Sul fianco destro dell'apparecchio troviamo un alloggiamento per una microSD protetto da uno sportellino in gomma. Abbiamo utilizzato la scheda microSD fornita in dotazione da 8 Gb, formattata FAT32.

Toccando l'icona microSD nella schermata ECG vengono visualizzate le informazioni sulla scheda, non è chiaro il motivo per cui vengono indicati meno di 4 Gb liberi:

Dal menu principale si accede al menu Archive, qui vengono mostrati gli eventuali tracciati memorizzati:

Dallo schema delle derivazioni raffigurato nel manuale (figura qui a fianco), si potrebbe pensare che l'apparecchio sia in grado di acquisire alcuni tracciati collegando solo alcuni elettrodi; ad esempio per la derivazione DII dovrebbe bastare collegare il polso destro e la caviglia sinistra (elettrodi rosso e verde). In realtà l'apparecchio continua a segnalare elettrodo scollegato (OFF) finché non si collega almeno anche l'elettrodo neutro di riferimento alla caviglia destra (nero). Con tre elettrodi collegati scompare il segnale di RA OFF, ma l'acquisizione della traccia non funziona; in pratica è necessario collegare tutti i quattro elettrodi periferici per iniziare a tracciare le sei derivazioni DI, DII, DII, avR, avL e avF. Le derivazioni precordiali sono invece indipendenti l'una dalle altre: è sufficiente aver collegato l'elettrodo neutro di riferimento e il relativo elettrodo V1, …, V6 per avere il tracciato.

Il cardiografo viene fornito con elettrodi a pinza per le cosiddette derivazioni periferiche, da posizionarsi ai polsi e alle caviglie (vedere schema nella figura a fianco). Come spiegato sopra lo stesso segnale può essere intercettato anche alla radice dell'arto (ma la forma dell'onda differisce nei due casi), in tal caso è possibile utilizzare elettrodi monouso a bottone, acquistando gli opportuni adattatori da banana a clip.

Dopo aver collegato gli elettrodi, nella schermata ECG si verifica che il tracciato sia ben visibile. L'apparecchio provvede in modo automatico a centrare la traccia sull'asse Y; ovviamente ogni disturbo, soprattutto quelli causati dall'attività muscolare, possono provocare uno spostamento verso l'alto o verso il basso del grafico, che si tuttavia si aggiusta automaticamente in pochi secondi. Premendo il tasto On si passa alla visualizzazione di una, tre, sei o dodici tracce contemporanemante.

Con i pulsanti del touch screen si imposta la velocità della carta (mm/s), l'ampiezza del grafico (mm/mV) e il formato di stampa. Ovviamente la modalità più evoluta si ottiene selezionando il formato Store, cioè il salvataggio del tracciato su scheda SD invece della stampa diretta su carta: in questa modalià il pulsante Print diventa pulsante Start. È importante sapereche velocità e ampiezza impostate non influiscono sul tracciato memorizzato su scheda: la frequenza di campionamento sarà sempre 800 Hz e la risoluzione in ampiezza di 0,005 mV.

Discorso a parte è l'impostazione dei filtri. L'apparecchio è ovviamente molto sensibile al rumore elettrico dell'ambiente, ad esempio abbiamo constatato come un notebook acceso a pochi metri di distanza crea un forte rumore nel segnale acquisito. Con il pulsante F del touch screen è possibile attivare fino a tre filtri, dei quali però non vengono forniti dettagli nella documentazione.

ATTENZIONE: L'impostazione del filtro influenza il tracciato memorizzato su scheda SD e non è possibile sapere quali erano le impostazioni del filtro al momento della registrazione. Pertanto il mio consiglio è quello di lasciare i filtri disattivi quando si utilizza il metodo store ed eventualmente applicare i filtri opportuni nella successiva fase di analisi del tracciato, utilizzando dei software che consentano questa operazione.

Negli esempi che seguono l'elettrocardiografo era in presenza di un forte disturbo elettrico (notebook acceso a due metri di distanza). Nella prima immagine il tracciato registrato senza filtri attivi:

Nelle tre figure che seguono sono stati attivati i filtri AC50Hz, EMG25Hz e DFT singolarmente:

Nelle prove effettuate l'apparecchio è stato sempre alimentato con la batteria interna (quindi senza aver collegato l'alimentatore AC-12V in dotazione). Il collegamento del cavo giallo/rosso di terra non ha mostrato alcuna variazione sulla qualità dei grafici.

Il software fornito in dotazione all'ECG90A è proprietario (non open source) e funziona solo con MS-Windows. Per questo motivo ho scritto un programma alternativo in grado di interpretare i file ECG, stamparli in PDF, esportarli in formato CSV, EDF e SCP-ECG. Il software è libero e gratuito, è scritto in Python e può funzionare sia in ambiente GNU/Linux, Windows e MacOS. Potete scaricarlo dal repository GitHub https://github.com/RigacciOrg/ecg-contec.

Il cardiografo viene fornito con il software ECG Synchronous v1.3.7 per Windows. Lo abbiamo installato su una macchina virtuale Windows 10.

Appena si collega il cavetto USB al computer, il cardiografo chiede sul display se si desidera attivare la modalità MASS oppure HID. La modalità può essere impostata anche dal menu System ⇒ USB-Mode, dove le due modalità sono indicate con Store e Syn rispettivamente. In generale la modalità mass storage presenta il cardiografo al computer some una unità di memoria, dentro la quale è possibile accedere ai casi salvati. Invece la modalità Syn (tecnicamente di tipo HID, human interface device) consente la comunicazione bidirezionale fra computer e cardiografo.

Il software è in grado di esportare i tracciati nel formato XML HL7 aECG, che tuttavia non sembra molto supportato da altri software. Non ci sono funzioni per importare tracciati da altri formati.

Possono essere prodotti dei report in PDF, qui potete scaricare un esempio di tracciato a 12 derivazioni in formato A4 landscape. Il PDF contiene il tracciato in forma di vettore, quindi è possibile ingrandire mantenendo la qualità del grafico fino ad apprezzare il decimo di millimetro. Purtroppo durante l'importazione del file non viene mantenuto il numero progressivo del caso assegnato dal cardiografgo, ma il software assegna un diverso numero seriale. Nel PDF viene riportata la data e l'ora dell'esecuzione del tracciato; tale informazione purtroppo non è disponibile nella schermata di gestione dei casi. Sempre nel PDF viene asserita una frequenza di campionamento di 1000 Hz, che non corrisponde alla realtà: il dispositivo memorizza solo 800 campioni al secondo.

Ovviamente la modalità più interessante è la Syn, che consente sia di trasferire i casi memorizzati dal cardiografo al computer per poterli analizzare e stampare. Inoltre sarebbe possibile anche utilizzare il cardiografo controllandolo direttamente dal programma sul computer. Purtroppo abbiamo avuto gravi problemi di comunicazione fra cardiografo e computer, forse causati dall'uso su emulatore? Il controllo del cardiografo dal PC non ha mai funzionato ed anche il download dei casi ha funzionato solo sporadicamente.

Cliccando sull'icona DownLoad Case si incappa quasi sempre negli errori Send getting info of device failed! e Failed to read the information in device:

Quando invece funziona, viene mostrato l'elenco dei casi salvati sul dispositivo ed è possibile selezionare quelli che si vuole scaricare sul PC:

I casi scaricati vengono elaborati dal programma e salvati nella directory C:\ECG Synchronous V1.3.7\Archive\, una cartella per ogni caso identificata con un numero progressivo. I file di nome ecg.c8k che troveremo in queste cartelle non sono gli stessi che si possono scaricare in modalità usb-storage o prelevare direttamente dalla microSD (che hanno nome del tipo 0000001.ECG); il formato è simile, ma non compatibile. È in corso il reverse engineering del formato.

Abbiamo riscontrato i seguenti problemi (versioni software ECG Synchronous v1.3.7, hardware ECG90A Main Board 1.43, Acquisition M2 Board 0.95):

• Dopo aver effettuato il download di alcuni casi, è possibile visualizzare il grafico (pulsante ECG), ma la funzione Reanalyze non funziona.
• La comunicazione con il dispositivo fallisce molto spesso: non siamo mai riusciti ad attivare la funzione Instant Sample e la funzione DownLoad Case ha funzionato solo in pochissime occasioni (vedi sopra l'errore Send getting info of device failed). Questi problemi forse sono da imputare all'esecuzione in una macchina virtuale Qemu-KVM.

Il programma ECG Synchronous (1.3.7) non funziona in ambiente GNU/Linux (Debian 10) con l'emulatore Wine (4.0).

Questi - in estrema sintesi - i passaggi provati:

# Notice: the program requires MFC 4.2
winetricks mfc42
wine "tmp/ECG Synchronous Simple V1.3.7.exe"
wine ".wine/drive_c/ECG Synchronous V1.3.7/ECG Synchronous V1.3.7.exe"
# Open Database fails. Please check the data file!

Il programma EcgViewer (gratuitamente scaricabile dal sito ecg-soft.com) funziona, ma non ho ancora trovato un metodo per convertire i tracciati salvati dall'ECG90A nei formati supportati da questo software (SCP-ECG, MUSE-XML e altri). L'installazione su Wine funziona con qualche problema di versione Microsoft .NET fra installer e programma vero e proprio:

# Notice: the installer requires .NET 2.0, the EcgViewer requires .Net 4.3
winetricks dotnet20
wine msiexec /i tmp/ecg/exe/EcgViewerInstall/EcgViewerInstall.msi
winetricks --force dotnet45
wine ".wine/drive_c/Program Files (x86)/EcgSoft/EcgViewer/EcgViewer.exe"

Il software ECG Synchronous v1.3.7 funziona con gravi limitazioni in una macchina virtuale Qemu-KVM dove sia installata una versione di Windows (provato Windows 10).

Nella modalità MASS il device apparirà come uno USB storage, questo l'output di lsusb:

Bus 001 Device 007: ID 0483:5720 STMicroelectronics Mass Storage Device

Nella modalità HID verrà indicato un dispositivo con ProductID diverso:

Bus 001 Device 009: ID 0483:5750 STMicroelectronics 

È possibile avviare l'emulatore effettuando il passthrough del dispositivo all'emulatore (l'utente che avvia l'emulatore deve avere tutti i permessi sulla periferica USB):

exec qemu-system-x86_64 -m 4096 -machine accel=kvm \
    -usb -device 'usb-host,vendorid=0x0483,productid=0x5750' \
    -drive 'file=win10_64bit_c.img,format=raw' -boot c

P, QRS, e T sono le componenti di un segnale ECG. Le onde P hanno una frequenza di 0.67 - 5 Hz (pari al ritmo cardiaco), le onde T invece sono nel range 1 - 7 Hz. Infine QRS sono nel range 10 - 50 Hz.

• Manuale GIMA Cardiopocket 33232/ECG90A
• Contec ECG90A Electrocardiograph - ECG File Format

1. ECG Basics
2. Ecg a 12 derivazioni, ecco perché ha 10 elettrodi
3. Ma dove li metti questi elettrodi? - (copia locale)
   • Recommendations for the Standardization and Interpretation of the Electrocardiogram
   • Modified electrode placement must be recorded when performing 12-lead electrocardiograms
   • A new electrode placement method for obtaining 12-lead ECGs
4. Elettrocardiogramma voce su Wikipedia Italia
5. Understanding ECG Filtering - (copia locale)
6. Video tutorial elettrocardiogramma in telemedicina
7. Definizione, precisione e appropriatezza del segnale elettrocardiografico
8. Risposta in frequenza di unelettrocardiografoa scopo diagnostico:scelta, verifica e corretto utilizzo