Приборы и методы анализа гемодинамики

Цель работы. 1) Изучение импеданса биологических тканей и метода медицинской реографии. 2) Ознакомление с устройством и принципом работой реографа, и снятием реограммы.

Реография

Реография (др.-греч. ῥέος — «поток, течение» и γράφω — «пишу, изображаю») — метод исследования функционального состояния органов и тканей, основанный на графической регистрации полного электрического сопротивления тканей модулированного пульсовыми волнами. Оценка физического состояние исследуемой структуры осуществляется на основе анализа кривых реограмм. Техническое устройство (прибор) предназначенное для записи реограммы получила название реограф.

Чем больше приток крови к тканям, тем меньше их сопротивление. Для получения реограммы через тело пациента пропускают переменный ток малой силы (не более 10 мкА) и частотой 50-100кГц, создаваемый специальным генератором.

В зависимости от исследуемой анатомической структуры различают реографию легких, сосудов мозга (реоэнцефалография), сосудов конечностей (реовазография) и др.

Реография является весьма точным и достаточно чувствительным к функциональным изменениям методом. Современные реографи могут зарегистрировать очень малые изменения сопротивления. Они выполненяются, как правило, в виде приставок к многоканальным регистрирующим устройствам.

Более полное представление о пульсовых колебаниях электрического сопротивления получают при учете (соотношении) базового сопротивления исследуемого участка (т. е. суммарного сопротивления тела зондирующему току с частотой 50–100 кГц). Полный импеданс (сопротивление) состоит из двух составляющих. Одно из них является базовым компонентой импеданса обусловленный фоновым кровенаполнением тканей и их сопротивлением. Переменная компонента - результат модулирования сопротивлений колебаниями пульсовой волны, совершаемые в такт с сердечными циклами. Модулирующая компонента ничтожно мала и составляет не более 0,5-1 % общего импеданса. Вместе с тем пульсовый импеданс является объектом изучения реографического сигнала записываемое реографом.

На основании показаний реографа выводится кривая пульсовых колебаний, называемая реограммой.

Реограмма — это кривая, отражающая пульсовые колебания электрического сопротивления во времени. Реограмма (рис. 1) включает систолическую и диастолическую структуры. (Систола - сокращение сердца, диастола - расслабление). Первая связана с притоком крови, вторая – результат венозного оттока крови. Дифференциальная реограмма (ДРГ), известно как первая производная от реографической волны (см. рис. 1) характеризует скорость изменения кровенаполнения исследуемой ткани, органа. Она нужна для получения сведений о сердечном тонусе и сократительности миокарда.

Рис. 1. Сверху вниз: сигнал электрокардиограммы, фонокардиограммы, реопульманограммы и дифференциального реографического сигнала, одновременно зарегистрированные у здорового человека.

Основными факторами, определяющими геометрию реограммы органа, являются скорость кровотока в органе (при увеличении скорости течения крови удельное сопротивление органа уменьшается), плотность и химический состав крови, толщина и упругость (эластичность) стенок кровеносных сосудов, формы органа.

Качественная и количественная оценка реограмм сводится к измерению и описанию амплитудных и временных отрезков кривой, которые отражают состояние тонуса сосудов, их эластичность, величину объема крови, выбрасываемого сердцем в сосуды в момент его сокращения. Кроме того, вычисляются специальные реографические показатели.

Устройство реографа

Реограф состоят из следующих основных элементов: генератора высокой частоты, преобразователя «импеданс-напряжение», детектора, усилителя, фильтра, калибровочного устройства, дифференцирующей цепочки, регистратора.

Биологические ткани способны проводить электрический ток. Носителями заряда в них являются ионы. Из всех тканей наибольшей удельной электропроводимостью (G), или что то же самое наименьшим удельным сопротивлением (R) обладают ярко выраженные электролиты типа спинномозговая жидкость (0,018  Ом см), кровь (0,006  Ом см ). Жировая, костная ткань, а также сухая кожа обладает низкой электропроводность 0,0007 Ом см,10  Ом см и 10 Ом см соответственно.

Простейшая схема измерения сопротивления того или иного органа, участка тела приведена на рис. 2, а. Здесь I - сила тока, протекающая через участок тела. Измеряется миллиамперметром mA. U - напряжение между электродами. Оно измеряется вольтметром V. Сопротивление R такого рода цепи меняется в такт с сердечными сокращениями и вызвано за изменения колебаниями тока крови (степени кровенаполнения) в сердечнососудистой системе.

Практически изменения сопротивления так малы (десятые доли Ом и меньше), что не могут быть надежно зарегистрированы на фоне немного превосходящего интегрального сопротивления взятого участка тела ( общее сопротивление складывается из сопротивления кожи, межтканевых границ раздела, переходного сопротивления кожа - электрод и др.). Кроме того, истинное сопротивление участка тела на постоянном токе вообще трудно зарегистрировать из-за возникающей поляризации тканей и появления дополнительных зарядов на электродах.

В силу названных причин в медицинской реографии применяется переменный ток частота, которой порядка 100 кГц. При подаче на электроды переменного напряжения (рис. 2б) в цепи исследуемого объекта протекает переменный ток (рис.2б). Импеданс (полное сопротивление) тканей переменному току складывается из омического и емкостного сопротивлений.

В тканях нет структур с индуктивным сопротивлением. Емкостное сопротивление в тканевой цепи обратно пропорциональна частоте тока, это обстоятельство приводит к тому, что в измерениях на больших частотах происходит падение общего сопротивления исследуемого органа или участка тела и оно определяется степенью кровенаполнения органа. Поэтому относительная доля изменения переменной составляющей сопротивления в ходе сердечных сокращений возрастает и ее регистрация облегчается. Причем импеданс складывает из активной составляющей сопротивления R.

Другим важным преимуществом переменного тока является падение с ростом частоты раздражающего действия тока. Величина плотности порогового ощутимого тока в диапазоне частот 50 - 300 кГц возрастает прямо пропорционально частоте тока. На частоте ~ 100 кГц используемой в реографии, величина порогового тока порядка 1 mА/см². Входе реографических обследований плотность тока как правило не превышает 0,2 мА/см² (для этого электроды должны иметь площадь не менее 5 см² каждый). Такой ток, как правило, не ощущается пациентом, а реографическое обследование является абсолютно безвредным и могут быть многократно повторены.

Блок-схема реографа представлена на рис. 3.

Рис. 3 Блок-схема реографа (пояснения в тексте).

Электроды. Качество получения реограмм во многом зависит от электродов. В настоящее время в клинике используются электроды различных размеров и формы, изготовленные из металлов, хорошо проводящих электрический ток и неподверженных коррозии (свинец, олово, латунь, алюминий). Для устранения эффекта поляризации электроды вскрывают тонким слоем серебра. Электроды имеют диаметр 1-1,5 см, толщину 3-4 мм. Кожу в местах наложения электродов протирают спиртом или эфиром. Для лучшего контакта и уменьшения сопротивления кожи места наложения электродов предварительно смазывают электродной пастой или используют прокладки, смоченные физиологическим раствором. Электроды накладывают на прокладки и фиксируют резиновыми бинтами.

При биполярной методике накладывают 2 электрода, каждый из которых одновременно является токовым и измерительным, электроды фиксируют на соответствующем участке тела. Для снижения контактного сопротивления между электродом и кожей используются те же приемы, что и при записи ЭКГ. При использовании тетраполярной методики участок исследования ограничивают парой измерительных электродов, а возникшее в них напряжение снимают с помощью другой пары электродов, расположенных к наружи по отношению к первой (токовые). Тетраполярная методика более точна, ибо резко (до минимума) снижается влияние контактного сопротивления (нет необходимости накладывать прокладки, смоченные растворами солей или щелочей, а также пользоваться электродной пастой) и электродной поляризации. Это позволяет с высокой степенью точности измерить импеданс глубинных тканей. Кроме того, достаточно точно получаемые сведения о базисном импедансе позволяют дать количественную оценку основным гемодинамическим показателям ударному и минутному объемам кровообращения.

Возможности реографии. В силу высокой информативности, малого времени проведения исследования и безопасности для пациента, реография в настоящее время является популярным методом выявления патологий различных органов человеческого организма. Показания к ее применению весьма обширны и включают в себя исследование последствий черепно-мозговой травмы, выявление сосудистой дистонии, снижения сократительной способности миокарда, гепатитов и циррозов печени, различных опухолей и многое другое.

В настоящее время одними из самых распространенных являются сердечно-сосудистые заболевания. Поэтому особенно важна ранняя диагностика заболеваний сердечно-сосудистой системы. Особое значение приобретает изучение центральной гемодинамики (кровообращения) при таких экстремальных ситуациях, как гипертонический криз, кардиогенный шок, инфаркт миокарда и т.д. При этом ведущая роль принадлежит гемодинамическим показателям, таким как ударный объем и общее периферическое сопротивление. Определение гемодинамических показателей проводится инвазивными и неинвазивными методами.

 Инвазивный метод связан с нарушением кожного покрова. Он связан с определенным риском для пациента и не всегда приемлем.

 При неинвазивных способах нарушения кожного покрова не происходит. Эти способы просты для медицинского персонала и необременительны для пациента, поэтому, по возможности, предпочтительней применять неинвазивные методы исследования.

В основном современные реографы относится к числу так называемых многоканальных реографов и имеет множество независимых измерительных канала, которые могут функционировать как совместно, так и в отдельности. Ко входам этих каналов (например 4-х кан.Р.) может быть одновременно подключено 4-х пациента или 4 разных участка тела одного пациента. Все 4 канала питаются одним генератором переменного напряжения и "настраиваются" по очереди с помощью одного индикатора тока. При этом каждый канал имеет два отдельных выхода (с усилителя и с дифференциатора

Если напряжение с выходов канала подать на многоканальный регистратор (например, на кардиополиграф), то на нем можно одновременно наблюдать 4 обычных + 4 дифференциальных реограммы (например, по две реограммы от 4-х участков тела одного пациента), что часто имеет большое значение в комплексной диагностике. С другой стороны, при отсутствии многоканального регистратора напряжение с разных выходов реографа может быть подано на разные (одноканальные) регистраторы, где, например, могут сразу записываться реограммы нескольких пациентов. Такая методика полезна, например, при массовом кардиологическом обследовании населения.

Компьютерная реография.

Рассмотрим специализированный компьютерный диагностический комплекс для регистрации, обработка и анализа реограмм.

Рис. 4. Современные реографы

Назначение:

Комплекс предназначен для диагностики нарушений кровообращения головного мозга, легких, печени, конечностей, органов малого таза и определения показателей центральной гемодинамики по методам Кубичика и Тищенко.

Области применения:

Реографы имеют стационарное и переносное исполнение, могут использоваться:

 - в кабинетах функциональной диагностики в неврологических и психиатрических отделениях,

 - в отделениях реанимации, в нейрохирургии;

 - в диагностических и реабилитационных центрах различных медицинских учреждений,

 - в психоневрологических и наркологических диспансерах,

 - в "полевых" условиях (скорая помощь, медслужба МЧС),

 - "семейными" врачами,

 - для научных исследований в области психофизиологии и экстремальной медицины;

 - в учебных целях в мединститутах, учебных центрах.

Компьютерная реография открывает ранее недоступные новые возможности клинического анализа в автоматическом режиме состояния кровообращения головного мозга, конечностей, различных органов, тонуса артерий распределения, сопротивления, вычисления расчетных величин внутричерепного давления, контроль наряду с традиционными показателями центральной гемодинамики, сократимости миокарда. 

Впервые в мировой практике вычисляется величина внутричерепного давления, и контролируются параметры сократимости миокарда по ее инотропной функции.

Автоматически выявляются нарушения кровообращения в конечностях.

 Отечественные реографы позволяют проводить исследования по всем применяемым методикам:

Реоэнцефалография (РЭГ) – метод неинвазивного исследования сосудистой системы головного мозга, позволяет оценить состояние кровенаполнение в бассейнах головного мозга, выявить изменения тонуса сосудов различного калибра на уровне артерий распределения и сопротивления и установить состояние венозного оттока. Использование метода наиболее информативно при различных вариантах нарушения церебрального кровообращения: атеросклерозе, инсультах как в остром периоде, так и на этапах реабилитации, мигренях, вертебро-базилярной недостаточности при остеохондрозе шейного отдела позвоночника. Метод РЭГ наиболее полезен на этапах контроля эффективности терапии вазоактивными препаратами. Компьютерный вариант РЭГ предоставляет возможность вычислять величину внутричерепного давления и использовать эти данные в оценке эффективности дегидратационной терапии при гипертензионно-гидроцефальном синдроме.

Реовазография (РВГ) – метод неинвазивного исследования сосудистой системы верхних и нижних конечностей. Включение в цикл обследования всевозможных фармакологических проб обеспечивает дифференциальную диагностику функциональных и органических поражений периферических сосудов, что является важным при определении объема терапии при облитерирующих поражениях сосудов нижних конечностей.

Реокардиография (РКГ) – предназначена для количественной оценки параметров центральной гемодинамики, позволяющая оценивать состояние системного кровообращения. Предусмотрено применения как би-, так и в тетраполярных вариантах (по Тищенко, Кубичеку). Вычисляются варианты сердечного выброса (ударный, минутный объемы, систолический индекс и др.), величины периферического кровообращения. С учетом современных достижений включена методика количественной оценки инотропной функции миокарда, что обеспечивает возможность использования метода индивидуального подбора доз кардиотропных препаратов (бета-блокаторов и гликозидов).

Особенности программного обеспечения:

Запись обследования:

Широкий выбор методик реографического исследования .

Возможность автоматической и ручной настройки всех параметров регистрации реограммы

Возможность регистрации любого количества любых функциональных проб с автоматизацией их записи («схемы проб»).

Оперативное управление основными параметрами записи; цифровая фильтрация сигнала для подавления внешних помех, сетевых наводок и дрейфа нуля .

Непритязательность к качеству наложения электродов .

Автоматическая калибровка.

Произвольный выбор длительности записи.

Представляются компьютерные различные варианты реограмм выполненные на диагностическом комплексе (см. рис.).

Рис. 5,6.

Рис.7.

Рис. 8.

 Обработка (анализ) реограмм:

Плавный и постраничный просмотр записи.

Изменение скорости развертки просматриваемых кривых, изменение масштаба.

Автоматическая обработка реограмм с возможностью ручной корректировки:

Разбиение на периоды по ЭКГ или без ЭКГ, на основе самой реограммы.

Расстановка маркеров.

Вычисление параметров по нативной и усредненной реограммам.

Расчет величин внутричерепного давления по данным РЭГ.

Контроль инотропной функции миокарда методом реокардиографии.

Автоматическая генерация экспертного заключения по всем методикам реографии (РЭГ, РВГ, РПГ, РГГ, РКГ), включающего в себя оценку состояния сердечно-сосудистой системы на исследуемом участке. Параметры, по которым был сделан вывод о наличии того или иного синдрома, выделяются в таблице жирным (рис 7)

Представление результатов исследования в виде:

Нативных и усредненных реограмм, их первой и второй производных (рис. 10)

Количественных показателей (рис.6,7,8.)

Цветных карт кровенаполнения и его перераспределения для РЭГ (рис 15)

Автоматически создаваемого иллюстрированного протокола в Word (рис11). Протокол полностью настраивается, как по форме так и по содержанию. 

Рис.9

Рис.10

Рис.11

Рис.12

 База данных пациентов и регистраций:

Стандартный формат базы данных. Импорт и экспорт данных в Excel 2000, Access 2000.

Управление данными.

Поиск и сортировка имеющихся данных.

Упорядочение данных: создание наборов, классификация проведенных обследований.

Телемедицина. Обследования можно отправить по почте. Получить заключения по ранее высланным обследованиям. Запросить обследования по почте с помощью настраиваемого запроса

Архивация и деархивация данных.

Копирование обследований на любые носители, возможность переноса данных на дискетах и т.д.

Автоматизация рутинных операций.

Выдача итоговых отчётов (например, статистика обследований за месяц).

Автоматическое составление в Excel 2000 журнала проведённых обследований, а также технологической карты за любой период времени.

Высочайшая надежность хранения данных и защита от неправильных действий пользователя.

Периодическая проверка данных.

Протоколирование всех важных действий, таких как удаление и модификация.

Хранение данных с помощью ПО, являющегося де-факто промышленным стандартом надежности и отказоустойчивости.

Полная интеграция со всеми программными пакетами МБН.

Рис.13.

Рис.14

Рис.15

В состав каждого комплекса входит :

- 5-ти или 6-ти канальный реограф,

- персональный или блокнотный компьютер,

- комплект РЕО электродов и аксессуары для установки электродов.

Конфигурация комплекса может быть изменена или дополнена следующими элементами:

 - Рабочее место врача (специализированная тележка для монтажа оборудования + кресло врача

- Кресло пациента.

Вопросы для самоконтроля

1. Каким методом, пассивным или активным, является реография?

2. Опасен ли метод реографии для здоровья пациентов?

3. Какую физическую величину измеряют в реографии?

4. Каково электрическое сопротивление организма человека для постоянного тока?

5. Какой ток, постоянный или переменный, используют в реографии? Ответ обоснуйте.

6. Какое устройство используют для точного измерения электрического сопротивления?

7. Объясните принцип работы моста Уитстона.

8. Что называют дифференциальной реограммой? Поясните полезность её анализа.

9. По данной преподавателем реограмме постройте дифференциальную реограмму.

Практическое занятие №5