Принципы проектирования БТС для реографии

Определение целевого назначения и класса проектируемой БТС. Реография (от греч. rheos — течение, поток и grapho — пишу) — неинвазивный метод исследования кровообращения в различных частях тела. Этот метод основан на регистрации изменений комплексного электрического сопротивления (импеданса) тканей при протекании токов высокой частоты в связи с меняющимся кровенаполнением. Чем больше приток крови к тканям, тем меньше их сопротивление.

Изменения импеданса возникают в результате пульсовых колебаний притока крови в сосудах вследствие периодического поступления в исследуемый участок пульсовой волны давления, генерируемой.

Рис. 12.61. Блок-схема электрокардиографа.

сокращениями сердца. Регистрируются именно колебания кровенаполнения, а постоянный поток крови и неподвижная депонированная кровь не дают пульсаций и не могут быть исследованы с помощью реографии.

Использование постоянного тока исключено, поскольку происходит образование токсичных веществ под электродами (электролиз). Поэтому применяют переменный ток с частотой.

30…150 кГц.

Частоты до 10…20 кГц вызывают неприятные ощущения. Кроме того, в этом диапазоне значений частот проявляется поляризация электродов. При частотах более 250 кГц разница в сопротивлении между жидкими средами и остальными компонентами тканей отсутствует. Это и обусловливает применение в реографии частот 30… 150 кГц, причем для исследования конечностей (реовазография) рекомендуют частоты 30…50 кГц, для более глубоких структур (почек, головного мозга) — более 80 кГц, для реоодонтографии — 100 кГц.

Сила тока, создаваемого специальным генератором, не должна превышать нескольких миллиампер (1…2 мА, реже до 10 мА). Важна не общая величина, а плотность тока, поэтому при использовании электродов большей площади допустим и больший ток. Напряжение на электродах обычно составляет 1…2 В.

Реограмма — графическое отображение изменений импеданса тех или иных участков тела в результате пульсовых колебаний притока крови в этих участках. Другими словами, изучаются пульсовые колебания электрического сопротивления.

Реограф — аппарат для измерения и регистрации реограмм.

Полный импеданс состоит из двух величин: постоянного, или базового, импеданса, обусловленного общим кровенаполнением тканей и их сопротивлением, и переменного, или пульсового, импеданса, вызванного колебаниями кровенаполнения во время сердечного цикла.

Более ясное представление о пульсовых колебаниях электрического сопротивления получают при учете базового импеданса исследуемого участка. Пульсовый импеданс ничтожно мал и составляет не более 0,5 % полного импеданса. Однако именно пульсовый импеданс является объектом изучения реографии.

Разработка принципов метода реографии принадлежит Н. Манну (1937). В дальнейшем этот метод (электроплетизмография, импеданс-плетизмография) получил развитие в работах А. А. Кедрова и Т. Ю. Либермана (1941 — 1949) и др. Детальная проработка и внедрение в клиническую практику метода реографии связано с именами австрийских исследователей В. Хольцера, П. Польцера и А. Марко. Им же принадлежит, по существу, первая монография — «Реокардиография», изданная в Вене в 1946 г., в которой авторы не только осветили технические стороны метода (электрические схемы аппарата, варианты генератора переменного тока), но и представили результаты клинического использования реографии при различных заболеваниях сердечно-сосудистой системы. Существенный вклад в усовершенствование метода реографии внес Ю. Т. Пушкарь, создавший отечественную конструкцию аппарата и изменивший методику регистрации реограмм (прекардильная реокардиография). В настоящее время клиническое значение метода реографии не вызывает сомнений.

Реографию применяют для исследования состояния сердечнососудистой системы и выявления патологий, связанных как с системной гемодинамикой в целом, так и с нарушениями тонуса отдельных сосудов.

В зависимости от конкретной клинической задачи меняется зона исследования и соответственно место наложения электродов.

В зависимости от расположения электродов реографию подразделяют на центральную и органную.

К центральной реографии относятся:

• • прекардиальная;
• • реография аорты;
• • реография легочной артерии.

Органная реография включает в себя:

• • реовазографию (РВГ) — исследование кровоснабжения конечностей;
• • реоэнцефалографию (РЭГ) — изучение кровотока головного мозга;
• • реоофтальмографию (РОГ) — исследование кровотока глаза;
• • реопульмонография (РПГ) — парциальное изучение кровотока и одновременной вентиляции в различных участках легких;
• • реогепатографию (РГГ) — единственный неинвазивный метод исследования кровотока печени;
• • реоренографию (РРГ) — исследование почечного кровотока;
• • реоутерографию (РУГ) — изучение кровотока в матке и органах малого таза;
• • реографию предстательной железы (РПрГ) — метод количественного исследования кровоснабжения этой железы.

Цель проектирования реографов — разработка методов и средств неинвазивного исследования гемодинамики различных частей тела.

Реографы относятся к классу диагностических БТС (см. рис. 12.1), так как в основе реографии лежит регистрация изменения импеданса тканей исследуемых частей тела при прохождении через них тока высокой частоты. Диагностику состояния пациента осуществляют на основе полученной реограммы.

Схема взаимодействия рсографа с биообъектом и получения информации о нем. Реограммы регистрируют с помощью реографов двух типов: биполярных и тетраполярных.

Конструкция биполярных реографов предусматривает наложение на какой-либо участок тела двух электродов, между которыми пропускают переменный ток высокой частоты (рис. 12.62). Одновременно записывают изменение сопротивления на исследуемом участке тела.

Рис. 12.62. Схемы наложения электродов при использовании биполярного реографа:

а — на руке (У — плечо; 2 — предплечье; 3 — кисть; 4 — палец); 6 — на ноге (У — голень; 2 — стопа; 3 — палец) ,.

Недостаток этих реографов — сравнительная неравномерность электрического поля в тканях, прилежащих к электродам. При этом в зону электродов попадают ткани с заведомо неравномерной плотностью электрического поля. Биополярный реограф не позволяет точно измерить базовый импеданс (погрешность может превышать его значение). Кроме того, использование такого реографа требует тщательной подготовки кожи и наложения электродов. Реограф весьма чувствителен к электрохимическим явлениям на электродах, на кривой выражены волны дыхания.

Преимущество биполярных реографов заключается в том, что наличие двух электродов дает возможность исследовать практически любой участок тела.

В последнее время большое распространение получили тетраполярные реографы. В отличие от биполярного тетраполярный реограф гораздо проще в эксплуатации и устойчивее к помехам. В этом реографе существуют токовая и измерительная цепи.

На некотором расстоянии от исследуемого участка размещают электроды, через которые пропускается зондирующий ток (рис. 12.63). Зондирующие электроды создают равномерное электрическое поле. По краям исследуемой области устанавливаются два измерительных электрода, между которыми определяется разность потенциалов, возникающая на этом участке.

Измерительные электроды позволяют более точно регистрировать сопротивление тканей и соответственно количественно оценивать объемный кровоток в них. При использовании тетраполярного реографа два электрода служат для пропускания электрического тока, а еще два — для электрического сопротивления тканей.

Рис. 12.63. Схема наложения электродов при использовании тетраполярного реографа:

L — расстояние между токовыми электродами; / - расстояние между измерительными электродами; г — радиус исследуемого участка В последнее время получают распространение компьютерные реографы. Преимущества компьютерных реографов — возможность выбора частоты зондирующего тока по желанию исследователя и фильтрация помех, что позволяет проводить мониторинг и брать различные функциональные пробы.

Реовазография — регистрация кровенаполнения различных сосудистых областей. Наибольшее практическое значение имеет РВГ сосудов нижних конечностей. В этих случаях для записи РВГ используют лентообразные электроды. Измерительные электроды располагают так, чтобы между ними оказалась исследуемая область (см. рис. 12.63).

В соответствии с общей схемой БТС (см. рис. 11.3) токовые электроды представляют собой зондирующее устройство Z, измерительные — датчик D, сигнал X (t) с которого подается на преобразователь Р, а затем на монитор М Для исследования кровотока головного мозга примененяют РЭГ. Оптимальная частота зондирующего тока при проведении РЭГ — 80… 150 кГц. Именно при таких значениях сводится к минимуму эффект поляризации, возникающий на границе электрод — ткань, что дает возможность просканировать биообъект более глубинно.

Разработка РЭГ была начата К. Польцером и Н. Шурфильдом, а термин «реоэнцефалография» был предложен К. Дженкнером в 1957 г.

В качестве доказательства несостоятельности метода реографии его противники традиционно пытаются обосновать экстракраниальный (внемозговой) генез РЭГ-кривой.

По их мнению, изменения импеданса обусловлены влиянием внемозгового кровотока. Основной аргумент при этом сводится к большому сопротивлению костей черепа, препятствующему прохождению зондирующего тока.

Так, А. А. Кедров, обсуждая возможность применения импедансного метода в оценке кровотока головного мозга, отмечал: «…с наружно расположенных электродов внутричерепной кровоток не регистрируется и реограммы отражают только кровообращение в околочерепных сосудах».

Однако еще в 1961 г. Г. Курнет пришел к выводу, что кость не является существенным препятствием для прохождения зондирующего тока, поскольку обладает в основном емкостным сопротивлением. Удельный импеданс обескровленной и неживой кости достигает 4000 Ом-см, но импеданс живой кости черепа намного меньше — около 200 Ом-см, так как сопротивление костей зависит от количества крови и форменных элементов.

Следовательно, кости черепа, обильно пронизанные (васкуляризированные) «чудесной сетью» (rete mirabile) сосудов, не препятствуют прохождению зондирующего тока в полость черепа и отражению на РЭГ колебаний интракраниального (внутримозгового) импеданса.

В некоторых исследованиях были неудачно выбраны биологические модельные организмы.

Так, П. Фридман на основании данных значительного снижения амплитуды РЭГ у кошек при пережатии наружной сонной артерии сделал вывод, что РЭГ отражает состояние кровообращения в бассейне наружной сонной артерии. Такая точка зрения ошибочна, так как не учитывает особенности мозгового кровообращения кошек, у которых внутренняя сонная артерия развита слабо и кровоснабжение мозга в основном осуществляется из наружной сонной артерии через «чудесную сеть» сосудов.

Применение фокусирующей гетраполярной методики РЭГ позволяет прозондировать биообъект более глубинно и получить наиболее точную информацию о состоянии церебрального кровотока в различных областях мозга. Этот метод предпочтительнее называть реосканография головного мозга (РеоСГМ).

РеоСГМ указывает на то, что данным методом исследуется именно кровоток головного мозга путем его сканирования током высокой частоты и регистрации импеданса, изменяющегося при прохождении этого тока через исследуемую область мозга. Для остальных методов целесообразно использовать аббревиатуру РЭГ.

При проведении РЭГ проводится сканирование двух основных бассейнов: внутренней сонной артерии (фронтомастоидальное (F-M) отведение) и вертебро-базиллярного бассейна (окципито-мастоидальное (О-М) отведение) (рис. 12.64). Это основные отведения.

Рис. 12.64. Отведения при проведении РЭГ.

Кроме основных, существуют и дополнительные отведения. Они позволяют избирательно судить о состоянии бассейнов передней (ПМА), средней (СМА) и задней (ЗМА) мозговых артерий, а также о состоянии экстракраниального кровотока в общей сонной (ОСА) и позвоночных (ПА) артериях.

Для оценки состояния кровоснабжения преимущественно в бассейне ПМА применяют (см. рис. 12.64) лобное (F-F|), лобноцентральное (F-C) и лобно-височное (F-T) отведения. При оценке состояния гемодинамики в бассейне СМА используют теменновисочное (Р-Т), роландо-височное (R-T), теменно-центральное (Р-С) отведения. Окципито-париетальное (О-P) отведение отражает состояние гемодинамики преимущественно в системе ПА.

Реоэнцефалография выгодно отличается от транскраниальной ультразвуковой допплерографии (ТК УЗДГ), которая характеризует кровоток на уровне конкретного участка магистрали исследуемой артерии и не дает данных о кровотоке на уровне концевых разветвлений этого сосуда. Реоэнцефалография позволяет исследовать весь бассейн того или иного сосуда, включая магистральные артерии и микроциркуляторное русло, а также косвенно судить о состоянии венозной гемодинамики.

Возможности ТК УЗДГ в отношении оценки оттока крови из полости черепа и особенно диагностики внутричерепной гипертензии ограниченны. Исходя из сказанного выше, можно сделать вывод, что «золотым стандартом» среди неинвазивных методов определения кровотока при исследовании экстракраниальных сосудов является УЗДГ. При изучении интракраниальной гемодинамики определенные преимущества имеет РЭГ.

Создание базы данных о свойствах биообъекта. Вербальная модель биообъекта. Реограммы, снятые на различных участках тела, сходны по своей форме. Это естественно, поскольку генезис возникновения этого сигнала имеет одну и ту же природу — прохождение пульсовой волны по сосудистой системе исследуемого участка. В связи с этим диагностическая расшифровка реограмм имеет общий характер для различных видов органной реографии.

Электрическое сопротивление тканей зависит от содержания в них крови (площади сечения сосудов), скорости ее движения и.

Рис. 12.65. Вид реограммы.

числа эритроцитов. Во время прохождения пульсовой волны значения этих величин возрастают, а импеданс уменьшается (рис. 12.65). Кривая напоминает сфигмограмму, перевернутую вершиной вниз.

На реограмме также выделяют восходящую и нисходящую части, инцизуру, дикротическую волну и ряд дополнительных волн (позднюю систолическую и диастолическую).

Волны реограммы связаны не столько с кровенаполнением сосудов того или иного размера и даже не с балансом притока и оттока в них, сколько с суммой вторичных колебаний, вызванных множественными отражениями пульсовой волны от бифуркаций и сужений сосудов различного размера.

Если разветвления сосудов неизменны, то их диаметр может зависеть от тонуса и регуляторных реакций сосудов, имеющих мышечный слой в своей стенке, что и вызывает изменения суммарного пульсового колебания в сосудистой системе и обусловливает форму реограммы.

Для сохранения физиологического смысла кривых их записывают в перевернутой полярности, чтобы они соответствовали кровенаполнению. Особый интерес представляет скорость изменения кровенаполнения, которая может определяться путем получения первой производной импеданса по времени (аппаратное или цифровое дифференцирование).

Сопротивление плотных тканей в 5−10 раз выше, чем крови и ликвора, а воздух в альвеолах совсем не проводит ток, поэтому базовый (торакальный) импеданс грудной клетки изменяется при дыхании. Пульсовые колебания торакального импеданса определяются в основном пульсацией сосудов корней легких, полых и легочных вен, количеством крови в полостях сердца, особенно в предсердиях.

В полости черепа большое значение приобретают именно изменения скорости кровотока и его перераспределение между артериальным и венозным руслом. Движение ликвора обычно менее существенно, поскольку его период значительно дольше пульсового колебания.

Базовый импеданс также имеет определенное значение. Так, при скоплении (застое) крови или иной жидкости в какой-либо области импеданс этой области понижается, чго позволяет установить, например, угрожающий отек легкого, гидроторакс, асцит и отслеживать их динамику. При этом не нужно записывать кривую, поскольку импеданс выводится на стрелочный или цифровой индикатор реографа.

При тетраполярной грудной реографии значение базового импеданса ниже 20 Ом указывает на повышенное содержание жидкости в грудной клетке.

Известно, что движение крови в сосудах определяется наличием градиента давления в сосудах. Основное поступательное движение жидкости от центра к периферии в артериальном звене обусловлено в среднем более высоким давлением в аорте и более низким в мелких артериях. Это представление лежит в основе двухкомпонентной модели движения крови по сосудам и приближенно отображает механизм кровотока. Двухкомпонентная модель является некоторым конкретным временным срезом процесса в целом. При этом за эталон обычно принимают максимальное мгновенное значение систолического или диастолического давления.

Использование максимальных мгновенных значений артериального давления в трактовках механизма кровотока дает качественно правильную картину процесса в разных частях организма. Однако движение крови в сосудах имеет пульсирующий характер.

Пульсируют артериальное давление, объем кровенаполнения сосудов, объемная скорость кровенаполнения, линейная скорость.

Рис. 12.66. Формы пульсограмм поперечного сечения артериального сосуда (а) и артериального давления (б).

и, самое главное, градиент артериального давления — ведущий механизм движения артериальной крови. Визуальное сравнение кривых давления, кровенаполнения сосудов и градиента давления показывает, что сходства между ними мало.

Практически идентичны по форме пульсограммы давления крови, кровенаполнения органа и поперечного сечения артериального сосуда в конкретной области (рис. 12.66).

Кривые градиента давления (измеренного на входе и выходе соответствующего участка сосудистой системы) визуально имеют сходство с объемной и особенно с линейной скоростями крови. Этот факт очень важен для понимания закономерностей кровотока в организме.

Интересно сравнить пульсограммы артериального давления, полученные в эксперименте с помощью зондирования, на участках сосудистой системы в нескольких точках аорты путем совмещения их во времени (рис. 12.67).

Рис. 12.67. Изменение формы пульсограмм артериального давления по мере удаления места регистрации от центра к периферии.

Форма волн давления по мере перемещения от центра к периферии изменяется существенно. Разумеется, волна все больше и больше запаздывает, но, кроме того, она становится все круче и круче, а ее амплитуда возрастает по мере удаления от сердца.

Увеличение амплитуды давления прослеживается до третьего уровня ветвления сосудов, т. е. до диаметра 2 мм. По мере роста амплитуды систолической волны диастолический зубец снижается и практически исчезает, а на его месте появляется довольно пологий скат (диастолическая волна имеет вид гладкого нисходящего склона). В периферических отделах этот процесс сопровождается постепенным возрастанием амплитуды с формированием своеобразного диастолического зубца, отличающегося от привычного более поздним появлением и гладким переходом от такой же гладкой инцизуры. Реограмма, записанная с периферических отделов (с пальцев или с шейки мочевого пузыря), визуально имеет те же очертания.

Подробнее следует остановиться на градиенте давления. Как было упомянуто выше, градиент, как и артериальное давление, пульсирует. Биомеханика этого процесса проанализирована в монографии Б. Фолькоу (1971).

Распространение пульсовой волны от центра к периферии приводит к тому, что в некоторый момент давление в дистальном отделе превышает давление в проксимальном отделе и вызывает обратный кровоток в артериях. Обратный кровоток обычно появляется в тех местах, где при сильном положительном отражении пульсовой волны образуются пики пульсовых волн.

Зависимость между пульсовым давлением и его градиентом может быть рассмотрена на модели двух функциональных состояний сосудов — вазоспазма и вазодилатации (сокращения и расслабления мышц стенки сосудов).

Очевидно, что колеблющийся характер градиента давления не может обеспечить непрерывный поступательный характер перемещения масс крови даже в пределах одного сердечного цикла. Поскольку давление и его градиент изменяются во времени, то, естественно, это имеет отношение и к движению крови (рис. 12.68).

Рис. 12.68. Взаимоотношение между артериальным давлением (я), линейной скоростью крови в артерии (б) и расходом (в).

Связь амплитуды приращения пульсового артериального давления Ар и амплитуды убылиAZ базового импеданса исследуемого участка тела может быть представлена формулой Г. М. Яковлева (1972):

где СО — ударный объем сердца; W — периферическое сопротивление; Z — базовый импеданс исследуемого участка; Adcp — среднединамическое артериальное давление; С — длительность сердечного цикла; Е — модуль упругости артериальных сосудов; L — межэлектродное расстояние; р_уд — удельное электрическое сопротивление крови; К — поправочный коэффициент для различных сосудистых областей.

Набор входящих в (12.16) величин отражают стандартные показатели реограммы, связанные с работой сердца (ударный объем сердца, минутный объем крови, длительность сердечного цикла); электрические характеристики исследуемого участка, его кровенаполнение и тонус сосудов (базовый импеданс участка, изменение импеданса). По отклонению значений указанных выше величин от нормальных осуществляется составление заключения о наличие или отсутствии патологий, ставится диагноз.

Как ясно из формулы (12.16), амплитуда реограммы зависит от десяти параметров. Каждый из параметров характеризуется достаточно большими индивидуальными колебаниями. Но в статистическом массиве изменения одних величин компенсируются изменениями других. В результате существующие нормальные значения амплитуды убыли -AZ для разных сосудистых областей и участков тела человека укладываются в определенный диапазон нормы. Этот диапазон используют для оценки амплитуды реограммы конкретных пациентов.

Реовазографическая кривая имеет все характерные черты реографических кривых различных участков тела. Некоторые особенности реовазограммы связаны, главным образом, с «периферийностью» ее формирования. Отсюда и меньшая выраженность элементов кривой. Так, на реовазограмме, по сравнению с другими реограммами, менее четко просматривается начало подъема рео;

волны (оно более закруглено), хуже дифференцируется инцизура, слабее выражена поздняя систолическая волна. Однако на нормальной, качественно записанной реовазограмме все эти элементы должны достаточно четко выявляться.

На реограммах можно выделить (рис. 12.69) первую систолическую, вторую систолическую, диастолическую, пресистолическую волны; инцизуру.

Первая систолическая волна возникает в результате взаимодействия нагнетаемого во время сердечной систолы объема крови в артериальное русло и сопротивления этого отдела сосудистой системы.

Вторая систолическая волна представляет собой отражение от бифуркации аорты, поэтому она не встречается или крайне ослаблена на реовазограмме нижних конечностей и реоплетизмограмме.

Рис. 12.69. Зависимость изменения базового импеданса AZ исследуемого участка от времени регистрации t (реовазограмма):

С| - первая систолическая волна; Сг — вторая систолическая волна; D — диастолическая волна; Р — пресистолическая волна; I — инцизура (докритический зубец d отсутствует) Диастолическая волна появляется вследствие отражения от самого периферического отдела артериального дерева, мельчайших артерий и артериол. По мере потери эластичности артерий на формирование диастолической волны все сильнее влияют дополнительные волны отражения от более проксимальных отделов артериального русла.

Инцизура — впадина между систолической и диастолической волнами — формируется с позиции физики как случайное явление. Ее глубина зависит от формирования и встречи этих волн.

Пресистолическая волна имеет двоякий генез, трудно дифференцируемый на практике. В ряде случаев пресистолическая волна — результат затухающих гармонических колебаний, возникающих в сосудистом русле вслед за ударным нагнетанием в него фракции сердечного выброса. Иногда пресистолическая волна образуется вследствие ретроградной венозной пульсации, связанной с сокращением предсердий.

Для выявления наличия и степени изменений реограммы при патологии необходимо иметь базу данных о характеристиках нормальной реограммы. В табл. 12.8 приведены нормальные значения показателей реовазограммы нижних конечностей.

Таблица 12.8. Значения показателей реовазограммы нижних конечностей.

Примечание. В числителе приведены значения показателей для голени, в знаменателе — для стопы.

При анализе кривых (см. рис. 12.69) оценивают форму и сравнивают фактические значения показателей с теми, какими они должны быть в норме. Следует отметить, что эти значения можно использовать при применении аппаратуры с частотой зондирующего тока.

100… 120 кГц и постоянной времени более 3 с.

Разработка этих норм ориентирована в основном на ручную обработку реограмм и расчет показателей. В связи с этим некоторые значения показателей не имеют привычного статистического выражения, как, например, среднее значение ± стандартное отклонение, а представлены таким образом, чтобы облегчить визуальные анализ реовазограммы и оценку фактических показателей по сравнению с нормальными.

Для сравнения в табл. 12.8 даны некоторые значения показателей по Т. В. Максимову, которые примерно соответствуют указанным нормальным значениям.

Такой показатель как импеданс, в силу больших индивидуальных анатомических различий конечностей, не имеет жесткого числового интервала и не может быть представлен в виде примерного диапазона значений.

Не следует искать патологию в тех случаях, когда фактические значения импеданса выходят за рамки указанного диапазона значений.

Высота положения инцизуры в нормах представлена такими значениями, которые легко оценить визуально. Так, в норме инцизура на реовазограмме голеней должна располагаться между двумя границами: нижняя соответствует границе между нижней и средней третями амплитуды реографической волны; верхняя — уровню середины систолической волны. Поэтому показатель d составляет 0,3…0,5 амплитуды основной волны.

Аналогично показатель d на реовазиограмме стопы также легко оценить визуально, поскольку диапазон нормальных значений находится между нижней четвертью и верхней половиной амплитуды реографической волны. Просто можно определить соотношение между амплитудами медленного и быстрого наполнения, поскольку граница между ними расположена примерно посредине времени наполнения. В связи с этим нормальные значения этих амплитуд даны как половина времени наполнения.

Фактическое определение угла, а практически не нужно. При исследовании алгоритма визуального определения крутизны анакроты и скорости лентопротяжного механизма 50 мм/с анакрота располагается в верхней трети прямого угла, разделенного на три части, т. е. более 60°.

Коэффициент асимметрии К_ас показывает, насколько амплитуды реографических волн на реограммах одной конечности отличаются о такой же амплитуды на реограммах симметричных участков противоположной конечности, %:

где ^max,^min — максимальная и минимальная амплитуды основной волны.

На рис. 12.70 приведена типичная реовазограмма и показано измерение ее основных амплитудных и временных показателей.

При анализе реовазограммы определяют следующие временные показатели.

Рис. 12.70. Типичная реовазограмма.

Время наполнения пульсовой волны /" (?i + ?₂) — время от начала подъема кривой до вершины основной волны.

Время быстрого наполнения t^_H (?б_Н или Е) — время от начала подъема реографической волны до точки перехода быстрого наполнения в медленное.

Время медленного наполнения /_м «(?_м «или ?₂) — время от момента окончания быстрого наполнения до вершины основной волны. Время наполнения представляет собой сумму времени быстрого и медленного наполнения.

Длительность сердечного цикла (??-интервал) — время от начала подъема одной волны до начала подъема следующей волны. Аналог этого времени — расстояние между пиками положительных волн на первой производной реовазограммы (и, вообще, это — время от любой четко выраженной точки на одной реографической волне до аналогичной точки на следующей волне). Необходимость определения такого показателя возникает при расчете должной фазы изгнания. Поскольку длительность сердечного цикла является косвенным выражением частоты сердечного ритма, а частота сердечного ритма — основным механизмом регулирования минутного объема кровообращения, то самостоятельной диагностической значимости этот показатель для оценки локального кровенаполнения не имеет.

Время распространения пульсовой волны (Jq) — показатель, который может иметь определенную диагностическую значимость. Его определяют при синхронной регистрации реовазограммы и ЭКГ, измеряют от зубца Q ЭКГ до начала подъема реографической волны. Считается, что данный показатель отражает время пробега пульсовой волны по артериальному руслу выше исследуемого участка. В основном так оно и есть. Однако, во-первых, этот показатель ничего не говорит о состоянии сосудов в исследуемом участке, является основным предметом исследования при РВГ, а во-вторых, он неоднороден по своей природе (состоит из двух временных интервалов с разным физическим содержанием). С одной стороны, в этот показатель действительно входит интервал, за который пульсовая волна пробегает от сердца до исследуемого участка, с другой — начальная часть времени распространения пульсовой волны включает в себя период напряжения миокарда, который к скорости пробега волны не имеет никакого отношения. Скорость пробега пульсовой волны к исследуемому участку увеличивается или уменьшается только при изменении большей части артерий, расположенных выше исследуемого участка (например, при распространенном и выраженном атеросклерозах). При выраженном атеросклерозе всегда имеет место и кардиосклероз, который удлиняет период напряжения. Уменьшение времени распространения пульсовой волны сопровождается увеличением периода напряжения миокарда. Поэтому даже при выраженных явлениях распространенного атеросклероза нельзя получить ожидаемого укорочения времен распространения пульсовой волны.

Время опорожнения — время от вершины основной волны до начала подъема волны следующего цикла. Определение этого показателя совершенно бессмысленно, так как основную часть катакроты занимает период диастолы — самый вариабельный период сердечного цикла, полностью зависящий от частоты сердечных сокращений.

Время от начала подъема пульсовой волны до инцизуры также не несет диагностической значимости. Во-первых, потому, что этот период отдаленно представляет собой аналог фазы изгнания, т. е. элемент фазовой структуры сердечного цикла (низкой степени точности), не являющегося предметом исследования РВГ. Во-вторых, постепенное увеличение этого интервала по сравнению с истинной длительностью фазы изгнания, по мере удаления места регистрации реовазограммы от центра к периферии, лишает смысла определение этого показателя даже в целях оценки фазы изгнания.

Перечислим амплитудные показатели, определим при анализе реовазограммы.

Амплитуда реографической волны А — высота вершины основной волны над изолинией.

Реографический индекс — отношение амплитуды основной волны к амплитуде калибровочного сигнала: РИ = А I А_к,_с.

Высота инцизуры над изолинией самостоятельного и независимого от других показателей значения не имеет. Однако ее измерение необходимо для расчета производных показателей.

Амплитуда быстрого наполнения - высота над изолинией точки на реографической кривой, являющейся границей между быстрым и медленным наполнением.

Амплитуда медленного наполнения - часть амплитуды основной волны после вычитания из нее амплитуды быстрого наполнения. Так же, как и амплитуда быстрого наполнения, имеет ограниченное значение, необходима для расчета производных показателей.

Кроме того, определяют производные и скоростные показатели. К производным показателям относится дикротический индекс (ДКИ) — отношение амплитуды инцизуры к амплитуде основной волны.

По своему содержанию чрезвычайно важны следующие скоростные показатели.

При автоматизированной обработке реограммы автоматизированные реографы определяют скорость быстрого наполнения Оь_м по амплитуде первой производной. Упрощенно скорость максимального наполнения можно найти как отношение амплитуды быстрого наполнения ко времени быстрого наполнения.

Поскольку скорость в период медленного наполнения постоянно уменьшается, будем говорить лишь о ее среднем значении. Представление о средней скорости периода медленного наполнения v_MH можно получить, разделив амплитуду медленного наполнения на его время.

Качественная характеристика реограммы сводится к описанию отдельных элементов реографической волны: крутизны анакроты; формы вершины; положения инцизуры; наличия и выраженности дополнительных волн; общего характера катакроты.

На нормальной реовазограмме голени (рис. 12.71, а, I) видно несколько закругленное начало подъема, четко дифференцируется граница между периодами быстрого и медленного наполнения, регистрируется более закругленная, чем на реограммах других локализаций, вершина. Может присутствовать (хотя и не всегда явно выраженная) рудиментарная поздняя систолическая волна. Хорошо выявляется округлая инцизура, не имеющая, как в некоторых других реограммах, острого отрицательного пика, а также отчетливая диастолическая волна, после которой могут быть одна, две или более слабо выраженные, но, несомненно, видимые мелкие дополнительные волны.

Рис. 12.71. Формы основной 1 и дифференциальной 2 реовазограмм здорового человека:

а — нижних конечностей (I — голень; II — стопа); б — верхних конечностей (I — предплечье; II — кисть) Нормальная реовазограмма стопы отличается от реовазограммы голени большей амплитудой основной волны и четкой выраженностью дикротической волны. Чаще наблюдается более низкое положение инцизуры (рис. 12.71, а, II).

Реовазограммы верхних конечностей с меньшей длиной сосудистых бассейнов и ближе расположенных к сердцу обладают большей выраженностью черт «центральных» реограмм, чем реовазограммы нижних конечностей. Как правило, реовазограммы предплечий и кистей имеют четкое начало подъема, более заостренные вершины основных волн, крутую анакроту, отчетливые дополнительные волны.

Интересная и важная особенность реовазограмм предплечий (иногда и кистей) — наличие между поздней систолической и диастолической волнами дополнительной короткой, более высокочастотной, чем остальные, отчетливо выраженной волны. Природа этой волны не ясна.

После вершины катакрота быстро снижается примерно до половины основной волны и совокупность поздней систолической, дополнительной и диастолической волн образует участок реограммы, принимающий близкое к горизонтальному направление. Это представляет собой другую особенность реовазограммы предплечий (рис. 12.71, б, I).

Реовазограммы кистей по форме близки к реовазограммам предплечий, при этом дополнительная волна между поздней систолической и диастолической волнами регистрируется значительно реже.

Существенная особенность реовазограмм кистей — чрезвычайная изменчивость и непостоянство формы реограммы в динамике (даже за короткий промежуток времени), большая зависимость формы от трудно учитываемых факторов (температуры и влажности окружающего воздуха, влияния атмосферных воздействий непосредственно перед исследованием, состояния вегетативной нервной и эндокринной систем, психоэмоционального состояния и др.). Преобладает высокое положение инцизуры, как правило, в верхней половине амплитуды основной волны.

Можно лишь предполагать, что эти особенности реовазограммы связаны с наличием в кистях шунтовых сосудов, участвующих в регуляции теплообмена между тканями и окружающей средой.

Анализ биообъекта, выбор вектора состояния и метода количественного описания биообъекта. Расчет комплекса реографических параметров (КРП) проводят в соответствии с видом реограммы.

Вектор состояния биообъекта определяется следующими компонентами:

• • ударным выбросом сердца fa,
• • минутным объемом кровиfa,
• • базисным сопротивлением fa,
• • продолжительностью сердечного цикла fa,
• • удельным периферическим сопротивлением fs;
• • амплитудой систолической волны^б-

Таким образом, вектор состояния имеет вид / = (/[,…,/^)^т биообъекта.

Создание физической и математической моделей. Изменение базового импеданса участка тела человека вызвано пульсовым кровенаполнением этого участка. Пульсации кровяного русла происходят под действием градиента давлений, обусловленного работой сердца и тонусом сосудов.

Представим конечность в виде модели сети сосудов, расположенных в мягких тканях (рис. 12.72).

Рис. 12.72. Сеть сосудов нижней конечности и гемодинамическая модель выделенного участка сосудистого русла:

p_iypj - давления на входе и выходе, Па; Gy_it Gvj — объемные расходы на входе и выходе, м³/с; R_nMn R_TCMj — гемодинамические сопротивления сосудов, Н с/м⁵; C_reMI, Cnuj- гемодинамические емкости сосудов, с м⁵/Н Для рассмотрения выделим отдельный участок сосудистого русла.

Основные допущения модели:

• 1) использование метода интегральных или сосредоточенных параметров, т. е. все показатели привязаны к одной пространственной точке; это допущение следует из конечной скорости пульсовой волны на периферии;
• 2) поток крови в сосуде имеет ламинарный характер;
• 3) линейная зависимость между изменениями объема и давления С = ДК/Др.

Проведем отображение гемодинамических величин в электрические: р -> U, В, — напряжение; Gy —> /, А, — ток; /?—>/?, Ом, — сопротивление; С —> С, Ф, — емкость.

Связь между этими величинами имеет следующий вид:

где U — напряжение; / - электрический ток; /?_эл, /?_гсм — электрическое и гемодинамическое сопротивления участка ноги; С_эл, C_reM — электрическая и гемодинамическая емкости; р — давление; Gy — объемный расход; к_экв - электрохимический эквивалент вещества; / - длина сосудистого участка; р_к — плотность крови; р_уд — удельное электрическое сопротивление крови; г — радиус сосуда; г) — вязкость крови; х — коэффициент Пуассона; Е — модуль упругости первого рода сосудистой стенки; h — толщина сосудистой стенки; е — диэлектрическая проницаемость среды; во — электрическая постоянная.

Эквивалентная электрическая модель выделенного сосудистого участка ноги приведена на рис. 12.73, а.

Рис. 12.73. Эквивалентные электрические модели выделенного сосудистого участка ноги (а) и кровоснабжения (б):

U (t) — электрический эквивалент изменения давления; /?_а, /?_в, /?_ш — электрические эквиваленты реосопротивления артерий, вен и шунтов; г₆ — электрический эквивалент реосопротивления белков; С" С_в — электрические эквиваленты объемной емкости артерий и вен Запишем систему дифференциальных уравнений, описывающих обобщенный сосудистый участок:

Эквивалентная электрическая модель кровоснабжения нижней конечности приведена на рис. 12.73, б.

Конструирование целевой функции. Параметры целевой функции имеют отношение к различным частям БТС. Для технического звена — это, прежде всего, обеспечение достоверности регистрации сигнала. Сюда же входят характеристики линии связи, ее способность с минимальными искажениями передавать полученный сигнал, коэффициенты ослабления синфазного сигнала (Косс), преобразования синфазного сигнала в дифференциальный (А'дцф), качества фильтрации сигнала (Аф), отношение сигнал — шум (s_c-_m). Качество съема информации характеризуется качеством электродов, количественным критерием может служить напряжение поляризации электрода (U_n0л). К цифровой части БТС предъявляются требования по временным характеристикам, по времени обработки информации (/_оСр). В совокупности техническое устройство характеризуется стоимостью ©. Оптимальными можно принять следующие значения перечисленных величин: А_осс = 200 дБ; А_диф = 0; Аф = АГ_Ф (q, /_норм), где q — неравномерность в полосе пропускания (q —" 0); /_норм — нормированная полоса пропускания; Аф =.

= 0; 5_С__Ш = 0, t/пол = 0 мВ; и_р —> 0; С = 500 долл.

Тогда целевая функция имеет вид.

Регуляризация (проверка правильности) и параметрическая идентификация модели БТС. Решение обратной задачи сводится к определению отклонения ДА" вектора состояния от нормы по имеющимся значениям реографических показателей (см. табл. 12.8). Для различных патологических состояний найдем (при расчете воспользуемся усредненными данными): А — амплитуду реографической волны (AZ); ДКИ — дикротический индекс; ДСИ — диастолический индекс; /" - время наполнения; Z — базовый импеданс.

Отклонение вычисляют по формуле.

При атеросклерозе перечисленные показатели имеют следующие значения: А = 0,06 Ом; ДКИ = 0,9; ДСИ = 0,9; /" = 0,17 с; Z = = 210 Ом. Тогда АХ² = 0,25 + 0,3136 + 0,0009 + 0,25 + 0,0036 = = 0,82; АХ= 0,90.

Значения показателей при тромбофлебите составляют: А = = 0,06 Ом; ДКИ = 0,8; ДСИ = 1,2; /" = 0,11 с; Z= 230 Ом. Отсюда A*² = 0,49+ 0,0009+ 0,16+ 0,7396= 1,39; АХ = 1,18.

Приведенные расчеты показывают отклонение вектора состояния от нормы. При различных патологических состояниях эта величина может быть больше или меньше единицы.

Описание структуры и проектирование БТС. В техническое устройство (рис. 12.74) входят токовые и измерительные электроды, блоки аналоговой обработки и преобразования сигнала, цифровой обработки сигнала, отображения информации.

В зависимости от вида реографии используются электроды различной формы и размеров, которые зависят от удобства применения в каждой конкретной области.

Для головы применяют круглую форму электродов диаметром 15…30 мм, для печени и легких — прямоугольную размерами 40… 100 мм, для конечностей — ленточные электроды шириной 5…10 мм.

На голове сложно разместить электроды диаметром более 30 мм. На грудной клетке при РПГ для охвата большей части легочной паренхимы задний электрод рекомендуют использовать (ранее его называли пассивным) большей площади. В случае массивного телосложения иногда следует применять электроды еще большей площади, а у детей — меньшей. Эти рекомендации носят не абсолютный характер.

Рис. 12.74. Структура диагностической реографической системы.

Сравнение результатов измерения реопульмонографии для двух вариантов — пары одинаковых электродов размером 40×60 мм как спереди, так и сзади, и двух электродов, из которых задний традиционно больших размеров, — существенных различий в результатах не выявило. Добиться плотного прилегания к телу электродов с большой площадью не всегда удается: если электроды выполнены из мягкого металла, то края их загибаются. Когда электроды изготовлены из жесткого металла, то вседствие неконгруэнтности поверхностей электрода и грудной клетки также отмечается их частичное прилегание.

Встречается тенденция к уменьшению площади используемых электродов. Например, в РЭГ иногда пользуются электроэнцефалографическими электродами площадью около 5 мм². Существенного различия в амплитудных значениях с исследованиями, выполненными с традиционными электродами, не выявлено. Однако при малой площади электродов появляются дополнительные сложности в виде повышенного дрейфа базового импеданса, т. е. повышения уровня артефактов. Кроме того, чрезмерное снижение площади реографических электродов нежелательно по причине повышения плотности электрического тока в зоне соприкосновения с кожей (особенно со слизистыми оболочками рта, глаза и т. д., например при реографии глаза, одонтореогфафии), так как это сопровождается раздражающим действием и выделением ощутимой теплоты.

Как показывает опыт, оптимально отработанные размеры реографических электродов, обычно рекомендуемые в соответствующих руководствах, хоть и необязательны, но вполне целесообразны.

Достоверность реографического измерения кровенаполнения органа во многом зависит от качества наложения электродов. Основное условие записи реограммы — обеспечение надежного контакта с кожей. Это достигается плотным прижатием электрода к коже. Снижение сопротивления осуществляется путем использования марлевых или фланелевых прокладок, пропитанных солевым раствором, а также специальных электропроводных паст.

Повторные многократные наложения электродов на одну и ту же область показали относительную стабильность значений базового импеданса. Установлено, что при использовании только смоченных солевым раствором электродов (на модели РЭГ) и среднем значении базового импеданса 250 Ом колебания не превышали 5 Ом.

При обработке же спиртом среднее значение базового импеданса составляет 180 Ом, а его колебания при повторных наложениях — 25 Ом. Эти колебания зависят от количества повторных протираний и продолжительности процедуры. После однократного протирания она равнялась в среднем 220…230 Ом, а после пятикратного иногда снижалась до 140 Ом. Процедуру обезжиривания кожи трудно унифицировать.

Таким образом, недостаточный учет биофизических особенностей, заложенных в основу реографии, приводит к диагностическим недоразумениям, что собственно и наблюдалось на определенном историческом этапе становления метода. Разочарование в методе наступало как в результате несовершенства реографических приборов, так и в недостаточной подготовленности пользовательской аудитории.

Реовазограмму регистрируют с различных участков верхних (плечи, предплечья, кисти, пальцы) и нижних (бедра, голени, стопы, пальцы) конечностей (см. рис. 12.62).

Прямоугольные плоские или ленточные охватывающие электроды накладывают на проксимальный и дистальный участки исследуемой части конечности. Для записи с предплечья электроды располагают в области локтевой ямки и лучезапястного сустава на его внутренней поверхности, а для голени — в области подколенной ямки и голеностопного сустава. Расстояние между электродами на пальцах должно быть не менее 3−4 см. Исследование проводят строго в симметричных зонах.

Для определения интенсивности периферического кровообращения, состояния тонуса сосудов и степени развития коллатерального кровообращения применяют РВГ (см. рис. 12.64). Использование функциональной РВГ позволяет выявить несостоятельность клапанов поверхностных и глубоких вен нижних конечностей.

Блок регистрации и обработки данных включает в себя аналоговую и цифровую части. Аналоговая часть состоит из каскада входных усилителей, амплитудного детектора, фильтров, микроконтроллера, АЦП, источника питания, калибратора, генератора тока высокой частоты, кабелей и разъемов.

В цифровую часть входит микропроцессор (компьютер) с соответствующим программным обеспечением.

Для предоставления необходимой врачу информации служит монитор, который визуализирует результаты расчета программы. К программному обеспечению предъявляют следующие требования: удобный интерфейс и наиболее полное отображение полученных результатов, на базе которых врач делает определенное заключение о состоянии сердечно-сосудистой системы конкретного пациента.