Что такое реография какой физический принцип положен в ее основу
Обновлено: 04.07.2024
Плетизмография - это совокупность методов регистрации пульсовых колебаний кровенаполнения исследуемого органа или его участков. Основные факторы, которые определяют характер кровенаполнения, - это работа сердца и сосудистой системы. Для оценки функционирования сердца широко применяется электрокардиография и целая совокупность других методов, физические основы которых рассматриваются в соответствующих разделах медицинской и биологической физики, а о состоянии сосудистой системы отдельных органов важные сведения дает анализ периодических изменений их кровенаполнения.
Это обусловлено тем, что омическое сопротивление тканей сильно зависит от степени их кровенаполнения. Ткани неоднородны по своей структуре, а ток будет всегда идти по пути с наименьшим сопротивлением и прежде всего – по кровеносным сосудам, так как кровь имеет малое удельное сопротивление. Поэтому при увеличении кровенаполнения ткани ее омическая составляющая R импеданса уменьшается, а при уменьшении кровенаполнения – увеличивается. Таким образом, импеданс ткани периодически изменяется с частотой сердечных сокращений.
Омическое сопротивление R ткани определяется, в основном, объемом содержащихся в ней электролитов и, прежде всего, крови. Рассмотрим участок ткани между двумя электродами (рисунок 12). Обозначим расстояние между электродами L, удельное сопротивление исследуемого участка ткани ρ, площадь поперечного сечения проводника (сосудов, т.к. именно по ним в основном идет ток) S, объём проводящей ткани V=L∙S.
Омическое сопротивление проводника определяется известной формулой R=ρL/S . Выражая площадь через объем S =V/L получим:
R= ρ L 2 /V. (4.1)
Как видно из этой формулы, при приливе крови (V увеличивается) активное сопротивление R ткани уменьшается, а при оттоке крови оно возрастает.
Поэтому следовало бы ожидать, что ток, регистрируемый в этой цепи, должен изменяться во времени прямо пропорционально объему V кровенаполнения:
, (4.2)
а зависимость тока от времени I(t) должна повторять зависимость V(t).
Но при технической реализации метода возникает определённое затруднение. На постоянном токе и на токах низких частот проводить измерения нельзя по соображениям безопасности, а на переменном токе сопротивление живой ткани (и сила проходящего через неё тока) определяется полным значением ее импеданса Z, а не только активной составляющей R. Поэтому нужно так реализовать метод, чтобы влияние ёмкостной составляющей импеданса при реографических исследованиях свести к минимуму и добиться выполнения соотношения: Z R.
Электрическая цепь, образующаяся при реографических исследованиях, представлена в виде эквивалентной схемы на рисунке 13. Электроды, подсоединённые проводами к источнику тока, закрепляются на коже пациента через марлевые прокладки, смоченные физраствором или электропроводной пастой. Ток проходит через кожу (под каждым электродом) и исследуемую ткань. Активное сопротивление кожи Rк велико (для чистой сухой кожи оно составляет порядка 1 МОм) и сравнимо с ее ёмкостным сопротивлением Хс, определяемым частотой тока и ёмкостью кожи Ск. Активное сопротивление кровенаполняемой ткани Rтк (которое как раз и изменяется в такт с пульсациями крови в ней) намного меньше ее ёмкостного сопротивления Стк, поэтому последнее можно не учитывать (поскольку Rтк и Стк соединены параллельно).
Если бы для реографии использовался постоянный ток, то из-за большого сопротивления кожи Rк практически невозможно было бы зарегистрировать малые изменения общего высокого сопротивления цепи, вызванные кровенаполнением ткани Rтк. Поэтому для реографии применяют переменный ток частотой 40-150 кГц. На таких частотах ёмкостное сопротивление кожи становиться много меньше её активного сопротивления Rк и меньше сопротивления ткани Rтк , в результате чего общий импеданс Z Rтк. В этом случае эффективное значение силы тока, протекающего по участку ткани между электродами (см. рисунок 13), будет пропорционально объему кровенаполнения этого участка:
Iэф (t) = Uэф / Z Uэф / Rтк Vкр (t) (4.3 )
Итак, использование в реографии переменного тока частой 40-150 кГц позволяет выделить из общего сопротивления цепи переменный компонент ее омической составляющей, обусловленный пульсовыми колебаниями кровенаполнения исследуемой ткани.
Для получения более полной диагностической информации и её дальнейшей интерпретации при реографических исследованиях синхронно с регистрацией изменений импеданса проводится и запись ЭКГ. Пример регистрации указанных показателей представлен на рисунке 14. Период повторения приведенных кривых одинаков, но между ЭКГ и реограммой (РГ) есть сдвиг Δt во времени, определяемый временем распространения пульсовой волны от сердца до исследуемого органа.
Кроме того, часто синхронно записывают ещё и продифференцированную реограмму (ее первую производную). Если реограмма РГ отражает зависимость объёма кровенаполнения исследуемого участка тела от времени, то дифференцированная реограмма (исходя из физического смысла производной) отображает зависимость скорости кровенаполнения от времени.
Цель работы: изучение законов постоянного тока, принципа действия и области применения моста Уитстона.
Приборы и принадлежности: мост Уитстона (действующий макет), терморезистор, фоторезистор.
Теория
Электрическим мостом в технике измерений называют электрический прибор для измерения сопротивлений, емкостей, индуктивностей и других электрических величин. Действие измерительной мостовой схемы основано на методике сравнения измеряемой величины с образцовой мерой. Метод сравнения дает весьма точные результаты измерений, поэтому мостовые схемы получили широкое распространение как в лабораторной, так и в производственной практике.
Классическая мостовая измерительная схема состоит из четырех сопротивлений R1, R2, R3, R4, соединенных последовательно в виде четырехугольника (рис. 1), причем точки А, С, B, D называют вершинами. Ветвь АС, содержащая источник питания, называется диагональю питания. Сопротивления R1, R2, R3, R4, включенные между двумя соседними вершинами, называются плечами мостовой схемы. Схема, представленная на рис. 1, называется мостом Уитстона (R1, R2, R3, R4 – сопротивления, образующие плечи моста, Г – чувствительный гальванометр, E – источник тока). Сопротивления плеч подбирают таким образом, чтобы ток через гальванометр был равен нулю. В этом случае говорят, что мост находится в равновесии. Условие равновесия моста можно получить, используя правила Кирхгофа.
Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю. При этом направленный к узлу ток принято считать положительным, а направленный от узла – отрицательным: Алгебраическая сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от узла (узлом называют точку соединения трех и более ветвей).
Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает.
Второе правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура. Если в контуре нет источников ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю:
Так как ток через гальванометр равен 0, то применяя первое правило Кирхгофа к узлам В и D, можно записать:
Применяя второе правило Кирхгофа к контурам АВD и ВСD, получим:
Разделив почленно равенства (2) и (3) и используя (1), получим условие равновесия моста
Из уравнения (4) можно определить любое из четырех сопротивлений, включенных в плечи, если известны три других сопротивления. Например,
Если взять в качестве сопротивления R1 неизвестное сопротивление, а в качестве сопротивлений магазины сопротивлений, то можно путем подбора сопротивлений на магазинах добиться отсутствия тока в гальванометре и найти по формуле (5) величину искомого сопротивления.
Схема моста Уитстона замечательна тем, что измерительный прибор не должен быть градуирован и что наблюдается не отклонения прибора, а отсутствие отклонений (так называемый нулевой метод). В качестве указателя отсутствия тока может быть взят любой гальванометр без предварительной градуировки, и чувствительность метода зависит от чувствительности гальванометра.
Физические основы реографии. Реограф.
Реография – это клинический метод диагностики, позволяющий исследовать кровенаполнение сосудов той или иной области тканей или органов. Метод реографии основан на использовании значительной разницы в величине удельной электропроводности крови и исследуемых тканей и органов. В момент систолы идёт пульсовая волна и кровенаполнение органа увеличивается, следовательно, возрастает и электропроводность. Во время диастолы кровенаполнение уменьшается и снижается электропроводность органа. Это даёт возможность по изменениям электропроводности, которые происходят синхронно с работой сердца, оценивать кровенаполнение исследуемого органа.
 |
Блок-схема реографа представлена на рис. 2.
Реограф состоит из генератора переменного тока, измерительного моста переменного тока, в одно из плеч которого включен с помощью электродов исследуемый объект, усилителя и регистрирующего устройства. Основной частью реографа является мост переменного тока. Плечи моста состоят из резисторов R1,R2,R3, конденсатора С и объекта Z. К диагонали моста АВ подключён генератор высокой частоты ГВЧ, работающий на частотах 30 – 150 кГц. К другой диагонали СD подключён усилитель. Перед началом измерений производят балансировку моста переменным резистором R3 и конденсатором С.
Условие баланса моста: R1 = R2; Zобъекта= ZR3,C. Реографы – это исключительно чувствительные приборы. Они позволяют зарегистрировать изменение сопротивления органа DR = 0,1 Ом. Каждый раз при выбросе крови в аорту происходит увеличение кровенаполнения участка и его электрическое сопротивление падает.
Рис. 3.Общий вид реограммы.
Эти изменения DZ, DR записываются самописцем в виде реограммы (рис.3). Реограмма имеет вид периодической кривой, согласованной с работой сердца. Ряд параметров этой кривой позволяет судить о патологических явлениях: нарушении циркуляции крови, эластичности сосудистой стенки и т.д.
Реография – неинвазивный метод исследования кровоснабжения органов, в основе которого лежит принцип регистрации изменений электрического сопротивления тканей в связи с меняющимся кровенаполнением. Чем больше приток крови к тканям, тем меньше их сопротивление. Для получения реограммы через тело пациента пропускают переменный ток частотой 50-100кГц, малой силы (не более 10 мкА), создаваемый специальным генератором.
Принципиальная разработка реографической методики принадлежит Н. Манн (1937). В дальнейшем методика (электроплетизмография, импеданс-плетизмография) получила развитие в работах А. А. Кедрова и Т. Ю. Либермана (1941 – 1949) и др. Детальная разработка и внедрение в клиническую практику метода реографии связано с именами австрийских исследователейW.Holzer, К.Polzer иA.Marko. Им же принадлежит по существу первая монография (Rheokardiographie,Wien, 1946), в которой авторы не только осветили технические стороны метода (электрические схемы аппарата, варианты генератора переменного тока и др. ), но и представили результаты клинического использования реографии при различных заболеваниях сердечно сосудистой системы. Существенный вклад в разработку метода реографии внес Ю.Т. Пушкарь, создавший отечественную конструкцию аппарата и изменивший методику регистрации реограммы (прекардильная реокардиография). В настоящее время доказано клиническое значение применения метода реографии.
В зависимости от конкретной клинической задачи меняется зона исследования, и соответственно место наложения электродов. Поэтому различают реографию легких, сосудов мозга (реоэнцефалография), сосудов конечностей (реовазография) и др.
Принципиальной основой метода реографии является зависимость изменений сопротивления от изменений кровенаполнения в изучаемом участке тела человека. Другими словами, изучаются пульсовые колебания электрического сопротивления.
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 величин, постоянный или базовый импеданс, обусловленный общим кровенаполнением тканей и их сопротивлением, и переменный или пульсовой импеданс, вызванный колебаниями кровенаполнения во время сердечного цикла. Величина пульсового импеданса ничтожно мала и составляет не более 0,5 % общего импеданса. Вместе с тем пульсовой импеданс составляет объект изучения для реографии.
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 кнаружи 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.
Запись реограмм производится в теплом помещении через 1,5–2 ч после приема пищи или натощак, в положении лежа на спине после 15–20-минутного отдыха. Одновременно с двумя реограммами (основной и дифференциальной). Записывается ЭКГ во II стандартном отведении и иногда ФКГ в V точке или над верхушкой на одном из среднечастотных диапазонов. Желательно регистрацию реограммы производить на задержке дыхания при неполном выдохе. Запись производят при скорости движения лентопротяжного механизма 25–50 мм/с (реже – 100 мм/с). Необходимо следить за калибровочным сигналом (0,1 Ом=10 мм).
Реограмма – это кривая, отражающая пульсовые колебания электрического со противления. При увеличении кровенаполнения имеет место возрастание амплитуды кривой и наоборот, другими словами, регистрируется динамика импеданса в обратной полярности. На реограмме (рис. 1) различают систолическую и диастолическую части. Первая обусловлена притоком крови, вторая связана с венозным оттоком.
Качественная и количественная оценка реограмм сводится к измерению и описанию амплитудных и временных отрезков кривой, которые отражают состояние тонуса сосудов, их эластичность, величину ударного объема. Кроме того, вычисляются специальные реографические показатели.
При качественном анализе учитывается форма кривой, характер анакроты и катакроты, рельеф вершины (закругленная, заостренная, платообразная, седловидная и др.), выраженность и количество дополнительных волн, их расположение на нисходящем колене кривой, наличие или отсутствие пресистолической волны.
Количественный анализ предусматривает определение следующих показателей (рис. 2):
1. Амплитуда систолической волны в мм измеряется от основания систолической волны до высшей точки реограммы.
2. Амплитуда диастолической волны в мм измеряется от основания диастолической волны до высшей ее точки.
3. Реографический индекс (систолический – РСИ и диастолический – РДИ) – отношение систолической (диастолической) волны к стандартному калибровочному сигналу (0,1 Ом =10 мм), выражается в относительных единицах. Этот показатель характеризует величину и скорость притока (оттока) крови в исследуемой зоне. Амплитуда кривой измеряется от изолинии до высшей точки волны.
5. Период или время быстрого наполнения (ВНбыстр ) – от начала подъема систолической волны реограммы до точки максимальной крутизны на ее восходящем колене (соответствует проекции вершины основного зубца дифференциальной реограммы на восходящее колено объемной реограммы). Этот показатель отражает величину ударного объема и функциональное состояние крупных сосудов.
6. Период или время медленного наполнения (ВНмедл) –от точки максимальной крутизны на восходящем колене реограммы до ее вершины. Этот показатель определяется также как разность между ВНмакс. и ВНбыстр. и отражает функциональное со стояние сосудов среднего и мелкого калибра.
8. Амплитудно-частотный показатель (АЧП) – отношение реографического индекса (РИ) к длительности сердечного цикла R – R. РИ/R – R характеризует величину объемного кровотока в исследуемой области в единицу времени.
9. Отношение амплитуд систолической и диастолической волн (Ас/Ад) отражает степень преобладания артериального притока во время систолы над венозным оттоком во время диастолы.
10. Время общего наполнения (ВНобщ ) – интервал от начала подъема реограммы отражает общее время систолического притока крови в данную сосудистую область
14. Коэффициенты, отражающие отношение времени быстрого наполнения и времени медленного наполнения к общей длительности наполнения (ВНбыстр.) /(ВНобщ ), (ВНмедл )/(ВНобщ ). Следует заметить, что в реографии, как ни в одном из методов инструментальной диагностики сердечно-сосудистой системы нет единой методики количественных расчетов и нет единой терминологии. В каждом конкретном случае врач должен определить объем анализируемых показателей, который позволил бы при минимальных расчетах получить оптимальную информацию.
Расчет указанных фазовых показателей и их условное обозначение следующие:
АС, с – фаза асинхронного сокращения (в секундах) – разность Ас=Т–ИС;
Sm – механическая систола – суммаSm=Е+ИС;
So – общая систола–сумма So=Е+Т.
Vмакс.- максимальная скорость во время быстрого систолического наполнения характеризует сократительную способность миокарда, ударный объем желудочка (на рис.3) это интервал 2. Расчет производится таким образом вершина основного положительного систолического зубца дифференциальной реограммы проецируется на восходящую часть систолической волны объемной реограммы, из полученной точки проводится касательная к восходящей части систолической волны объемной реограммы – гипотенуза прямоугольного треугольника, а катетами его являются взаимно перпендикулярные отрезки, один параллелен оси абсцисс, а другой – оси ординат. Искомый показатель является тангенсом угла, образованного гипотенузой и катетом, параллельным оси абсцисс (катет вертикальный выражается в Ом, а горизонтальный в секундах, поэтому показатель выражается в Ом/с).
По данным реограммы легких можно сделать ряд диагностических выводов.
Легочная гипертония (прекапиллярная) приводит к изменению ряда показателей нарушается фазовая структура систолы правого желудочка, изменяется величина ударного реографического систолического индекса. Повышение систолического давления отражается тенденцией к уменьшению фазы максимального изгнания. Выраженная легочная гипертония приводит к абсолютному снижению реографического систолического индекса. Повышение диастолического давления проявляется удлинением периода напряжения и фазы максимального изгнания. При посткапиллярной гипертонии увеличивается межамплитудный индекс за счет амплитуды диастолической волны. Уменьшение амплитуды систолической волны может быть при снижении ударного объема правого желудочка, прекапиллярной гипертонии, склеротических изменениях легочной артерии и ее ветвей.
Увеличение амплитуды систолической волны обусловлено увеличением ударного объема правого желудочка и может иметь место при некоторых врожденных пороках сердца, артериовенозных фистулах. Полное отсутствие диастолической волны – показатель снижения резервной емкости венозного русла малого круга.
По состоянию гемодинамики малого круга кровообращения различают 3 типа реографических кривых а) гиповолемический – снижена амплитуда, имеются зазубрины на анакроте, нечеткая инцизура на диастолической волне, удлинено время максимального систолического наполнения, б) гиперволемический – высокая амплитуда систолической волны, крутая анакрота и катакрота, плохая выраженность инцизуры и диастолической волны, в) гипертонический – увеличенная амплитуда систолической волны, закругленная вершина, высокое расположение инцизуры.
Реоэнцефалография (РЭГ)–один из вариантов реографического метода исследования, направленный на изучение гемодинамики головного мозга в норме и при патологии. Для записи РЭГ используют упомянутые выше реографы, которые подключают к любому многоканальному самописцу. Электроды представляют собой пластинки круглой формы диаметром 15– 20 мм, с надетыми фланелевыми чехлами, смоченные раствором хлорида натрия. Места наложения электродов обрабатывают спиртом. Условия регистрации и режим работы аппарата такие же, как описаны выше. Обычно используют следующие отведения: фронтомастоидальное, отражающее межполушарную асимметрию и нарушение кровообращения в бассейне внутренней сонной артерии (электроды расположены над бровями и в области сосцевидного отростка за ухом справа и слева); окципитомастоидальное (выявляет локальные изменения в системе позвоночной артерии); лобные и лобно-височные (выявляются нарушения в системе передней мозговой артерии); височно-височные (выявляют нарушения в бассейне средней мозговой артерии) и др. Можно одновременно записывать несколько отведении, но не более трех – четырех.
Рассчитывают и оценивают РЭГ по вышеописанной методике.
При нормальном кровообращении в мозгу межполушарная асимметрия не превышает 10 %, а РИ колеблется в пределах от 1,2 до 1,6. При этом Vмакс.=1,7 Ом/с иVмедл.=0,3–0,4 Ом/с. Если нарушается мозговое кровообращение (стеноз сонной артерии, шок, артериальная гипертония, синдром позвоночной артерии и др.), указанные показатели изменяются в соответствии со степенью дефицита кровотока. Для уточнения характера нарушений кровообращения (органическое или функциональное) проводят лекарственные пробы (нитроглицерин, эуфиллин и др.) и записывают РЭГ в динамике.
Реовазография – метод исследования кровообращения в конечностях. Существуют 2 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 2 электрода при тетраполярной – 4. Электроды представляют собой полоски из токопроводящего материала (свинцовые и др.) шириной 5– 10 мм и другой формы. При динамическом снятии реовазограмм необходимо фиксировать электроды в одном и том же положении. Условия записи реовазограмм, режим работы аппарата, а также анализ количественных показателей такие же, как и при регистрации реограмм других зон. Реовазограммы, записанные на различных реографах, отличаются величиной амплитудных показателей. Поэтому при динамическом обследовании следует пользоваться одним и тем же аппаратом и на нем предварительно отработать нормативные показатели.
Реовазография – высокоинформативный метод диагностики нарушений артериального или венозного кровотока в конечностях (тромбооблитерирующие процессы, атеросклеротическое поражение сосудов, болезнь Рейно и др.).
Интегральная реография. Эта методика основана на изменении базового импеданса. При этом можно измерить базовый импеданс на протяженности всего тела или в каком-нибудь регионе. Существуют несколько зон наложения электродов для изучения регионарного базового импеданса. Наибольшее применение нашли: методика Е.Hoffer (1970), когда размещаются кольцевые электроды в нижней трети правого предплечья и левой голени, и методика М. И. Тищенко (1971– 1973), предусматривающая фиксацию одной пары объединенных электродов в нижней трети обоих предплечий, а другой – в нижней трети обеих голеней. По мнению Hoffer., между величиной интегрального импеданса и общим объемом воды в организме существует линейная зависимость, что выражается следующей формулой:
где В – объем воды, л; Н – рост исследуемого, см; Zs – импеданс тела, Ом. Коэффициент корреляции при этом равен +0,92. Интегральная реография может быть использована для определения ударного объема крови, ибо, как установлено, существует зависимость между базовым импедансом, пульсовым его изменением и объемом крови. На основании такой зависимости Кедров предложил формулу для расчета ударного объема крови по интегральной реограмме туловища:
М. И. Тищенко предлагает такую формулу для вычисления ударного объема крови:
гдеVs – ударный объем;L – рост обследуемого, см, h – максимальная амплитуда кривой, мм; К – амплитуда калибровочного сигнала 0,1 Ом, D – продолжительность диастолы; Т – сердечный цикл, с.
Полученные данные умножают на коэффициент 0,275 для мужчин и 0,247 для женщин.
Проведенные Б. И. Мажбичем и Т. П. Шевченко (1984) исследования по уточнению природы интегральной реограммы тела указывают на то, что интегральная реограмма является не чем иным, как реограммой конечностей, а определение величины сердечного выброса левого желудочка по методике Тищенко носит эмпирический характер.
МетодW. Kubicek (1966), предусматривающий расположение токовых электродов на шее и грудной клетке, при сравнении с прямыми методами определения ударного объема (Фика, термодилюции и др.) дает почти 100 % совпадение данных и получил наибольшее признание. Его следует применять в лечебно-профилактических учреждениях. Тетраполярная реограмма, регистрируется с применением импедансного кардиографа или реоплетизмографа. Одновременно регистрируют дифференциальную реограмму и ФКГ (для контроля). Ударный объем рассчитывают по формуле:
Физиологические изменения электропроводности биологических тканей обусловлены, в первую очередь, колебаниями кровенаполнения в процессе дыхания, за счёт насосной функции сердца и при регуляции сосудистого тонуса. Для исследования указанных изменений широко применяют метод импедансной реографии (реоплетизмографии).
Импедансная реография (реоплетизмография) – метод графической регистрации изменения импеданса исследуемого сегмента, органа или ткани при изменении его кровенаполнения, например, под действием пульсового кровенаполнения, на частоте в диапазоне от 50 кГц до 200 кГц силой тока 1-3 мА.
Значение силы тока определяется требуемым значением отношения сигнал/шум и допустимыми плотностями тока, не вызывающими нежелательных эффектов в виде реакции нервных и мышечных волокон и других.
Метод импедансной реографии позволяет дать характеристику артериальному кровенаполнению исследуемого участка тела, состоянию тонуса и эластичности артериальных сосудов, оценить венозный отток, состояние коллатерального кровообращения и микроциркуляции. Билатеральные исследования позволяют установить наличие обструкции кровотока при асимметрии реографических данных.
При анализе реографических сигналов определяют несколько десятков временных, амплитудных параметров, дифференциальных, интегральных параметров и относительных индексов. Для выявления информативности отдельных параметров и их комплексов помимо вероятностно-статистических методов анализа накопленных в процессе реографических исследований клинических данных применяют методы имитационного моделирования кровообращения и механизмов формирования реографических сигналов. Физическое моделирование с помощью гидродинамических стендов существенно более трудоемко и затратно, по сравнению с имитационными математическими моделями. В основе имитационного математического моделирования лежит феноменологическое сходство гемодинамических процессов с процессами протекания электрического тока по форме уравнения, связывающего основные параметры переноса: объёмный кровоток и разность давлений для гемодинамики (закон Пуазейля), ток и напряжение для электрической цепи (закон Ома).
Импедансная реография широко используется для измерения большого числа параметров кровотока, однако при максимальном упрощении рассматриваемого биологического объекта, точность метода низка. Современные исследования в импедансной реографии направлены на повышение точности расчётных параметров кровотока за счёт эмпирических коэффициентов, учитывающих индивидуальные конституциональные особенности испытуемого, за счёт усложнения модели биологического объекта и биофизической модели формирования сигнала реограммы.
Цель работы: освоение имитационного подхода при моделировании механизмов формирования сигналов импедансной реографии на примере реовазографии, освоение методов анализа сигналов для решения обратных задач: оценки информативности реовазографических параметров и расчёта физиологических параметров.
Основы метода импедансной реографии
Упрощённая модель биологического объекта для вывода основного реографического уравнения была предложена Swanson ещё в 1976 году. В основе лежит представление исследуемого участка тела, например, нижней конечности, в виде цилиндра (рис. 1). При этом были приняты следующие допущения: 1) распределение артерий, кровенаполнение, по исследуемому объёму тканей равномерное, что может сильно нарушаться при патологии; 2) удельное сопротивление крови (ρкр) постоянно; в действительности ρкр уменьшается при движении крови по сосудам, зависит от величины гематокрита (объёмного процентного содержания форменных элементов в единице объёма крови) и частоты зондирующего тока; для частоты тока порядка 100 кГц ρкр составляет 1,35-1,5 Ом×м; 3) линии тока параллельны артериям, т.е. оси модельного цилиндра; области суставов, где нарушается третье допущение, при измерениях не затрагиваются.
 |
а) б)
Рис. 1. Схемы наложения электродов при биполярной (а) и
тетраполярной (б) импедансной реографии
Различают биполярную и тетраполярную импедансную реографию. В биполярной реографии используют два электрода (рис. 1, а) для пропускания переменного тока через участок биологической ткани или органа и для измерения импеданса разности потенциалов исследуемого участка (разности потенциалов). При тетраполярной схеме измерений (рис. 1, б) применяют четыре электрода, два из которых – токовые (зондирующие), два других – измерительные.
Биполярная методика дешевле и проще в реализации и практическом применении, однако, имеет следующие недостатки:
- плотность тока в тканях выше вблизи электродов, чем на удалении, что вызывает вклад импеданса тканей вблизи электродов в общий измеряемый импеданс с бóльшим весом, чем вклад импеданса других, более удалённых тканей и вносит дополнительную погрешность в расчётные параметры;
В импедансной реографии для определения параметров кровотока чаще применяют тетраполярную методику регистрации. При этом отношение расстояния (l) между измерительными электродами к расстоянию (L) между токовыми электродами, как правило, не превышает 0,6 (l/L£0,6) для обеспечения необходимой точности измерения параметров кровотока при учёте других источников погрешности.
Основной задачей метода реографии является определение изменения объёма крови в исследуемом участке тела вследствие пульсового кровенаполнения. Зависимость между изменением объема крови в исследуемом участке (dV) и изменением электрического импеданса (dZ) этого участка при зондировании электрическим током допустимых частоты и величины называется основным реографическим уравнением. При выводе данного уравнения делается допущение, что общий импеданс (здесь и в дальнейшем имеется ввиду электрический импеданс) исследуемого участка тела, конечности, может быть представлен в виде параллельного соединения двух составляющих (рис. 2): переменного импеданса (Zкр) и постоянного импеданса (Zтк). Значение Zкр определяется объемом и пассивными электрическими свойствами крови в исследуемом участке. Значение Zтк при фиксированных параметрах зондирующего тока отражает импеданс всех других тканей (жировой, мышечной и др.) без учета их кровенаполнения.
Согласно схеме рис. 2, общий импеданс исследуемого участка, конечности, (Z) определяется как
Продифференцируем выражение (1) по времени. В процессе исследований, в том числе под действием пульсового кровенаполнения, составляющая Zтк не изменяется, то
где Zкр рассчитывается по формуле однородного проводника.
где под l понимают размер зондируемой области, например, определяемый расстоянием между кольцевыми измерительными электродами, наложенными на нижнюю конечность – ногу человека – при тетраполярной импедансной реографии; S – эквивалентная площадь сечения кровеносных сосудов V – объём крови в исследуемой области; ρкр – удельное сопротивление крови человека.
Подставив выражение (3) в выражение (2), получим
Выражение (4) называется основным реографическим уравнением, позволяющим оценивать изменения объёма крови по измеряемым значениям электрического импеданса исследуемого участка тела и изменениям импеданса во времени, например, под действием пульсового кровенаполнения. Уравнение (4) требует введения поправочных коэффициентов в случае невыполнения принятых при выводе допущений, когда форма исследуемого участка далека от цилиндрической, участок не однороден по своим пассивным электрическим свойствам, электроды не являются кольцевыми, схема наложения электродов не соответствует симметричной тетраполярной схеме и т.д.
Выражение (4) может быть использовано при любых частотах воздействующего тока. При частотах зондирующего тока 50 кГц – 200кГц, используемых в импедансной реографии, влияние поляризационных эффектов мало, и биологические ткани можно рассматривать в виде активного сопротивления. В этом случае в выражении (4) вместо импеданса Z используют близкие по величине значения активного сопротивления R и его изменения во времени dR.
Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Реография. Презентация на заданную тему содержит 13 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!
Реография Реография — неинвазивный метод исследования кровоснабжения органов, в основе которого лежит принцип регистрации изменений электрического сопротивления тканей в связи с меняющимся кровенаполнением. Чем больше приток крови к тканям, тем меньше их сопротивление. Для получения реограммы через тело пациента пропускают переменный ток частотой 50-100кГц, малой силы (не более 10 мкА), создаваемый специальным генератором.
Реография Реография — бескровный метод исследования общего и органного кровообращения, основанный на регистрации колебаний сопротивления живой ткани организма переменному току высокой частоты. При реографическом исследовании через участок тела человека пропускают переменный ток высокой частоты и малой силы. Ток создается определенным генератором, частота тока до 500 кГц, сила — не более 10 мА. Токи указанной частоты безвредны для организма и не ощущаются исследуемым. Живые ткани организма являются хорошими проводниками электрического тока. Электропроводность различных тканей неодинакова и зависит от особенностей строения данной ткани. Имеют значение содержание электролитов, белков, поляризационные свойства тканей. Наибольшей электропроводностью обладают кровь, спинномозговая жидкость, наименьшей — кожа, кости. Проходя через ткань, переменный ток встречает сопротивление (величина, обратная электропроводности).
Полное сопротивление (импеданс, Z) слагается из омического (R) и емкостного (Сх) компонентов: Полное сопротивление (импеданс, Z) слагается из омического (R) и емкостного (Сх) компонентов: Емкостное сопротивление возникает в результате поляризации в основном кожи и костной ткани и может быть достаточно высоким. Омическое (активное) сопротивление обусловлено колебанием ионной проводимости жидких сред (кровь). При реографии важно зарегистрировать колебание омического сопротивления. Применение высокочастотного переменного тока (100 — 1000 кГц) практически исключает влияние емкостного сопротивления. Но не рекомендуется использовать токи свыше 500 кГц, так как в противном случае сглаживаются различия в электропроводности крови и окружающих тканей. Для реографии при накожном расположении электродов наиболее приемлемым является диапазон частот от 100 до 500 кГц, при этом сопротивление тканей определяется преимущественно омической составляющей импеданса.
Реограф. Основа реографа — генератор электрического тока и насадка для перевода проведенных измерений в графическую форму. Реограмма записывается с помощью металлических электродов, накладываемых на целевые участки тела. Перед реографией между электродом и поверхностью тела пациента помещают тканевую прокладку, пропитанную раствором натрия хлорида (это улучшит их взаимный контакт), а саму кожу протирают спиртовым раствором, чтобы снять жировую пленку.
Основоположники реографии Принципиальная разработка Н. Манн (1937) А. А. Кедров и Т. Ю. Либерман (1941— 1949) Клиническая практика - W. Holzer, К. Polzer и A. Marko (Австрия 1946) Ю.Т. Пушкарь – отечественный аппарат (прекардильная реокардиография)
Реограмма Реограмма имеет вид синусоиды с более крутым подъемом, характеризующим артериальный кровоток, и плавным спуском, который, в свою очередь, является отображением венозного кровотока. Чтобы досконально проанализировать состояние кровотока, при проведении реографии необходимо снять множество таких кривых. Опытный врач-диагност обратит внимание на регулярность кривой (сходство между несколькими кривыми) и ее форму, наличие и количество дополнительных кривых в нисходящей фазе. Так, например, при вегетососудистой дистонии и аритмиях соседние кривые бывают разными по форме. Помимо внешних характеристик кривых, врач решает еще несколько математических задач: по специальным формулам рассчитывается реографический индекс, для которого установлен определенный интервал, при выходе за пределы которого можно судить о наличии патологии, и еще несколько показателей (амплитудно-частотный показатель, показатель венозного оттока, время распространения пульсовой волны).
Показатели реограммы реографический индекс (РИ) – отношение амплитуды реограммы h к величине стандартного калибровочного импульса hк. РИ характеризует величину пульсового кровенаполнения. время восходящей части волны а, характеризующее полное раскрытие сосуда. период реограммы Т, соответствующий длительности сердечного цикла реографический коэффициент (РК) – отношение длительности восходящей части к периоду реограммы (норма – 10% – 15%)
Виды реографии Реоэнцефалография (РЭГ) - исследование кровенаполнения сосудов головного мозга. Реовазография - исследование заболеваний периферических сосудов, сопровождающихся изменениями их тонуса, эластичности, сужением или полной закупоркой артерий. Реогепатография - исследование кровотока печени. Позволяет судить о процессах, происходящих в сосудистой системе печени: кровенаполнении, очагах поражения, особенно при остром и хроническом гепатите и циррозе Реомиография - исследование кровенаполнения работающих мышц.
Читайте также: