Электроды для реографических исследований

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Исследование кровотока органов

1. Цель лабораторной работы:

- освоение методики проведения исследования кровообращения с помощью реоанализатора "Диамант".

2. Состав используемого оборудования:

- комплекс КМ-АР-01, комплектация "Диамант-Р", персональный компьютер.

Теоретическое введение

Исследованиями многих авторов показано, что электропроводность живой ткани определяется, главным образом, переносом заряда ионами растворенных солей, поэтому ее рассматривают, преимущественно, как ионный проводник. При пропускании электрического тока через живую ткань она ведет себя, как комплексное сопротивление, включающее в себя активную (омическую) и реактивную (емкостную) компоненты, поэтому электрическое сопротивление тканей имеет резистивно-емкостную природу.

Полное электрическое сопротивление тканей - импеданс - является среднеквадратичной суммой активной и реактивной компонент электрического сопротивления:

где Z - импеданс; R - резистивное сопротивление;

X - емкостное сопротивление.

Активная компонента тканей определяется преимущественно ионной проводимостью, реактивная - в основном имеет емкостный характер и обусловлена возникновением поляризационной емкости в момент прохождения тока, в связи с неоднородностью тканей и большим количеством клеточных мембран.

Не вдаваясь в подробности механизмов проводимости тока в живых тканях отметим, что импеданс ткани зависит от протекающего тока и чем больше частота тока, тем меньше импеданс, причем, главным образом, за счет уменьшения емкостной компоненты.

Активное (омическое) сопротивление снижается до известного предела, за которым сопротивление тканей практически перестает изменяться

Технические основы реографии

Максимальная величина электропроводности живых тканей отмечается в области относительно низких частот тока - около 1000 Гц, но при этих условиях чрезвычайно велико влияние сопротивления кожных покровов, которое вносит искажения в результаты измерений, приводит к существенным колебаниям уровня реоволн, не связанных с пульсовыми приращениями объема крови и, кроме того, вызывает неприятные ощущения у обследуемых. В связи с этим применяется ток более высокой частоты. Диапазон частот, применяемых в импедансных методах исследования, колеблется от 1 кГц до 1000кГц, при этом частоты от 1 до 30 кГц и от 200 до 1000 кГц применяются, главным образом, для количественной оценки жидкостных пространств организма, а частоты от 20 до 200 кГц - для исследований центральной, периферической и органной гемодинамики.

При применении различных реографических методик используются и различные частоты. Так, например, по мнению Х.Х. Яруллина, наиболее качественные записи реоэнцефалограмм (РЭГ) получаются в диапазоне частот от 100 до 175 кГц, тогда как для интегральной реографии тела (ИРГТ) пригодны частоты от 25 до 40 кГц, причем попытка использования в ИРГТ других частот неминуемо приводит к ошибочным результатам.

В используемом реографическом комплексе "Диамант - Р" используются следующие рабочие частоты зондирующего тока: 28кГц, 115кГц и 230кГц.

Основные схемы измерения импеданса

В настоящее время применяются два основных способа измерения импеданса: мостовой - биполярный способ (рис. 1) и четырехэлектродный - тетраполярный способ. У каждого способа есть свои достоинства и недостатки.

Так, положительным свойством мостовой схемы является большой коэффициент модуляции сигнала на входе усилителя и небольшой уровень шумов и дрейфа. Вместе с тем, при использовании этого способа необходимо проводить балансировку моста при каждом исследовании, что увеличивает его продолжительность, отмечается влияние переходного сопротивления электрод - кожа на точность измерений и появление артефактов записи при самых незначительных движениях пациента.

Рис. 1. Принципиальная схема моста Уитстона

(биполярный метод)

Четырехэлектродный способ регистрации реограмм (рис. 2) почти полностью исключает влияние переходного сопротивления на точность измерений, обеспечивает более равномерное распределение тока в тканях, значительно более устойчив к движениям, имеет более низкое, чем при биполярном способе, взаимовлияние каналов при одновременной регистрации реограмм на разных участках тела. Кроме того, модификация тетраполярного способа - фокусирующая реография - позволяет получить данные о кровотоке в глубоко расположенных органах и тканях.

Рис. 2. Схема регистрации грудной реограммы

(тетраполярный метод)

В используемом реографическом комплексе "Диамант - Р" используются как биполярный, так и тетраполярный способы измерения.

Электроды для реографических исследований

В практике реографии используются электроды, различающиеся как по материалу, из которого они изготовлены, так и по форме и размерам. Чаще всего электроды изготавливают из олова, свинца, алюминия, серебра, латуни, бронзы и других металлов. Однако следует иметь в виду, что алюминиевые, медные, латунные электроды быстро окисляются и могут изменять свои характеристики, оловянные электроды нестойки к многократному изгибанию и часто дают трещины, серебряные электроды дороги. Удовлетворительные результаты можно получать, применяя медные электроды покрытые другими металлами, например, луженые оловом, посеребренные или с хлорсеребряным покрытием. Очень желательно, чтобы электроды имели несколько шероховатую поверхность, так как в этом случае существенно снижаются помехи, связанные с движениями пациента.

Следует отметить, что после каждого исследования электроды должны быть тщательно вымыты или протерты спиртом, особенно после применения электродной пасты, так как высохшие остатки пасты и кожных выделений могут изменить характеристики электродов и, соответственно, приводить к неверным результатам исследований.

Площадь электродов также имеет значение, особенно при биполярном способе регистрации реограмм и зондирующем токе частотой менее 80 кГц. В этом случае плотность тока в непосредственной близости от электродов будет значительно больше, чем на удалении от них, изменения импеданса рядом с электродами будут более выражены и глубокая регистрация кровенаполнения будет затруднена. При применении тока с частотой более 100 кГц величина электродов не имеет существенного значения, начиная с площади 2,5 кв. см, так как явления поляризации в этом случае практически отсутствуют, поверхностная плотность тока уменьшается за счет увеличения глубинной плотности. При использовании тетраполярного способа регистрации величина электродов не имеет столь существенного значения, как при биполярном способе. В используемом реографическом комплексе "Диамант - Р" используются преимущественно ленточные электроды (ИРГТ, РВГ и ТРГ), однако для реоэнцефалографии используются круглые электроды. Для снятия отведения ЭКГ могут использоваться как ленточные электроды, так и зажимы-крокодилы.

Виды исследований

Реоанализатор предназначен для исследования кровообращения в конечностях, мозгового кровотока, центральной гемодинамики во взаимосвязи с изменениями дыхательной системы и состояния водного баланса организма человека, для диагностики и контроля эффективности лечебно-профилактических мероприятий в кардиологии, пульмонологии, анестезиологии и реанимации, спортивной медицине, при скрининговых обследованиях населения и в других областях здравоохранения. Основные возможности: автоматическая обработка реограмм. Используемый комплекс "Диамант - Р" реализует четыре методики:

РЭГ - реоэнцефалография;

РВГ - реовазография;

ТРГ - торакальная реография;

ИРГТ - интегральная реография.

Также комплекс позволяет снимать перечисленные методики при использовании функциональных проб. Комплекс позволяет рассчитать более семидесяти показателей: ударные, минутные объемы крови, ударный и сердечный индексы, ЧСС, показатели гемодинамической обеспеченности, количество внеклеточной, внутриклеточной, общей жидкости и др.

Реография — метод диагностики, при котором исследуется кровоток как в конкретных органах и тканях, так и во всем организме в целом. Суть реографии заключается в графической регистрации с помощью специального прибора — реографа — изменений электропроводимости органа, вызванных пульсовыми колебаниями тока крови. Среди всех структур нашего организма кровь обладает наивысшей электропроводимостью.

В зависимости от расположения электродов на пациенте различают следующие виды реографии:

1. Центральная реография (реография аорты, легочной артерии)

2. Органная реография:

Реопульмонография - заключается в регистрации электрического сопротивления тканей легких, применяется при бронхолегочной патологии.

Реоэнцефалография - определяет тонус и эластичность сосудов головного мозга, измеряя их сопротивление току высокой частоты, слабому по силе и напряжению. Позволяет также определить кровенаполнение отделов головного мозга, диагностировать характер и локализацию его поражений.

Для исследования суммарного кровенаполнения больших полушарий применяется фронто-мастоидальное (FM) или фронто-окципитальное отведение (FO). Кроме этого, применяются окципито-мастоидальное (ОМ) и окципито-париетальное отведения.

Реовазография — метод исследования кровообращения в конечностях. Существуют две методики: продольная (электроды накладываются на крайние точки исследуемого участка конечностей — проксимально и дистально) и поперечная (электроды располагаются на одном и том же уровне напротив друг друга). Наиболее признанной и обоснованной является первая методика. При биполярной реовазографии накладывают два электрода при тетраполярной - четыре. Электроды представляют собой полоски из токопроводящего материала (свинцовые и др.) шириной 5— 10 мм.

Интегральная реография тела - метод основан на регистрации суммарного пульсового измерения электропроводности всего тела при пропускании переменного тока (30кГц) в последовательной цепи: руки – туловище - ноги. Интегральная реограмма является суммарной пульсовой плетизмограммой всей артериальной системы в целом.

Реограмма — это кривая, отражающая пульсовые колебания электрического сопротивления (рис. 3). При увеличении кровенаполнения имеет место возрастание амплитуды кривой и наоборот, другими словами, регистрируется динамика импеданса в обратной полярности. На реограмме различают систолическую и диастолическую части. Первая обусловлена притоком крови, вторая связана с венозным оттоком. Для получения реограммы через тело пациента пропускают переменный ток, малой силы (не более 10 мкА), создаваемый специальным генератором.

Рис. 3. Схематическое изображение реограммы и характеристика составляющих ее компонентов:

I — реографическая волна; а — длительность восходящей части волны, характеризующая период полного раскрытия кровеносного сосуда (a1 — время быстрого кровенаполнения, а2 — время медленного кровенаполнения);

h1, h2, h3 — амплитуды участков реографической волны, отражающие тонус сосудов; β — длительность восходящей части дополнительной реографической волны;

Т — период волны. II — первая производная реограммы, получаемая при математическом анализе формы реографической волны

При наличии у больного атеросклероза сосудов головного мозга наблюдается снижение пульсового притока крови, повышение тонуса мозговых сосудов. На реограмме отмечается сглаживание конфигурации волн, аркообразный вид или вид «плато» вершины, исчезновение или уменьшение дополнительных волн на катакроте (рис. 4).

Рис. 4. Реограмма в норме (1) и при атеросклерозе (2)

Принцип работы реографа

Принцип работы реографа заключается в следующем: от генератора высокой частоты реографа с помощью электродов через исследуемый орган пропускается ток высокой частоты (рис. 5). При этом на исследуемом участке (органе) возникает падение напряжения. Изменения кровенаполнения в исследуемом органе приводят к изменениям его импеданса и пропорциональным изменениям амплитуды высокочастотного напряжения. После усиления с помощью детектора и фильтров выделяется низкочастотная составляющая, представляющая собой реографический сигнал (реограмму).

Рис. 5. Структурно-функциональная схема

одноканального стационарного реографа

Основные блоки в структурной схеме прибора:

ü ЗГ – задающий генератор;

ü ИТ – источник тока;

ü ТР – трансформатор;

ü ТЭ1, ТЭ2 – токовые электроды;

ü БО – биообъект;

ü ИЭ1, ИЭ2 – измерительные электроды;

ü ИУ – инструментальный усилитель;

ü Д – детектор пиковый;

ü ФВЧ – фильтр верхних частот;

ü ФНЧ1, ФНЧ2 – фильтры нижних частот;

ü АЦП – аналогово-цифровой преобразователь;

ü МК – микроконтроллер;

ü БГР – блок гальванической развязки;

ü М П – микропроцессор;

ü М – монитор;

ü ИП – источник питания.

Генератор зондирующего тока пропускает ток через биологический объект. Токовые электроды служат для пропускания электрического тока. Измерительные электроды служат для регистрации электрического сопротивления тканей, через снятие биопотенциалов.

Электрические сигналы, имеющие биологическую природу очень малы, поэтому для дальнейшей обработки информации необходимо усилить сигнал, снятый с БО. Для этого используется инструментальный усилитель.

Пиковые детекторы применяются для определения пиковых значений входного колебания. Фильтр нижних частот с частотой среза 30 Гц и фильтр верхних частот с частотой среза 0,05 Гц необходимы для выделения полосы частот, информативных в реографии.

Для записи, обработки результатов и передачи их в персональный компьютер (ПК) необходимо использовать микроконтроллер. Гальваническая развязка обеспечивает сопряжение выходного сопротивления генератора с входным сопротивлением биологического объекта.

Данная схема отображает принцип работы одноканального реографа. Используемый комплекс "Диамант - Р" является четырехканальным. Отличие принципа его работы состоит в том, что для одновременного и синхронного снятия сигналов с четырех отведений необходимо также наличие коммутатора, который будет представлен в схеме перед усилителем.

Методика выполнения ИРГТ

Электроды для интегральной реографии устанавливаются дистально, на конечности. При установке следует добиваться плотного прилегания электродов к коже. Не следует смазывать электроды токопроводящими пастами (только физраствором). К контактным штырькам электродов подключаются кабели отведений, имеющие двойные «крокодилы» с цветной оплеткой. Присоединение кабелей производится в соответствии с цветной маркировкой (рис. 6).

Кардиосигнал регистрируется в любом стандартном отведении (желательно использовать II отведение - левая нога - правая рука). При этом электроды ЭКГ можно подсоединить как к ленточным реографическим электродам (на штыри, где расположены красные потенциальные электроды), так и с помощью черного и красного электродов -"крокодилов".

Рис. 6. Порядок установки электродов ИРГТ

Методика выполнения РВГ

Устанавливают электроды на соответствующие области рук и ног согласно методике (рис. 7). Исследование проводится в положении пациента лежа на спине. Чаще выполняется РВГ нижних конечностей. Ноги необходимо освободить от одежды. После предварительного обезжиривания кожи спиртовым раствором на ноги накладывают ленточные электроды, которые соединяются с регистрирующим прибором с помощью кабеля отведений с маркировкой "РВГ". Прибор выполняет запись реовазограммы и расчёт основных её количественных показателей.

Рис. 7. Порядок установки электродов РВГ

(снятие четырех отведений предплечье - голень)

Электроды, расположенные на левых конечностях пациента, подключаются к отводам кабеля, обозначенным желтой и зеленой метками, а к электродам, расположенным на соответствующих частях правых конечностей - отводы кабеля с красной и черной метками. Кардиосигнал регистрируется в любом стандартном отведении.

Методика выполнения РЭГ

Устанавливают электроды на соответствующие области головы согласно методике (рис. 8). На отводах кабеля РЭГ в местах разветвления имеются цветовые метки: желтая и красная. Контакты, отходящие от желтой метки, подключаются к электродам на левой стороне головы, а контакты, отходящие от красной метки, подключаются к электродам на правой стороне головы, при этом: контакты красного цвета подключаются к фронтальным электродам, контакты черного (зеленого) цвета подключаются к мастоидальным электродам, контакты желтого (белого) цвета подключаются к окцепитальным электродам. Кардиосигнал регистрируется в любом стандартном отведении.