22. Приборы для исследования механических характеристик сердца.
Основная функция сердца: поддержание необходимого минутного и ударного объёма кровообращения, путём обеспечения соответствующего давления в сосудистой системе при соответствующей скорости кровотока. Эта функция обычно называется насосной, так как сердечная мышца, по существу, выполняет роль двух насосов, создающих необходимые скорости потока и величины давления в аорте и лёгочной артерии (кинетический и гидростатический эффекты).
Способность сердца совершать полезную работу по перемещению крови в сосудистой системе является основным показателем функционального состояния миокарда. В результате преобразований энергии сердечного сокращения во внешнюю работу сердца обеспечиваются определённые ударный объём и скорость кровотока.
Для практических целей оценку внешней работы сердца удобно проводить с помощью метода баллистокардиографии (БКГ). Этот метод заключается в том, что регистрируются микроперемещения тела человека, возникающие при каждом сердечном сокращении в результате передачи части энергии движения крови через окружающие ткани и скелет всему телу вследствие эффекта «отдачи». Баллистокардиограмму регистрируют с помощью чувствительных датчиков с тела лежащего на спине человека. (Датчик крепится на спину из-за строения тела. Со спины получим максимальный импульс отдачи).
Важное значение в оценке БКГ имеет учёт влияния дыхания на форму и амплитуду волн. Это связано с тем, что на вдохе и выдохе происходят противоположные изменения гемодинамики левого и правого отделов сердца. Обычно дыхательные колебания амплитуды БКГ-комплексов не превышают 30-40%, но в случае нарушения функциональных, энергетических и гемодинамических отношений между факторами притока и изгнания крови дыхательные колебания амплитуды БКГ возрастают.
Оценка БПГ-записей носит экспертный характер и является в значительной мере качественной.
Производится такая оценка в двух направлениях:
1) анализ максимальной амплитуды, которая характеризует условный уровень внешней работы сердца;
2) анализ изменений амплитуды и формы БКГ-комплексов, обусловленных дыханием.
Метод сейсмокардиографии (СКГ) заключается в регистрации с поверхности грудной клетки ускорений, связанных с сердечным сокращением. В полученной записи, наряду с определением фаз сердечного цикла, важное значение придают амплитуде колебательного цикла. Начало этого цикла соответствует началу фазы изометрического сокращения желудочков. Амплитуда цикла коррелирует с максимумом внутрижелудочкового давления и, таким образом, отражает общую работу сердца, то есть характеризует ту энергию, которую генерирует сердечная мышца при каждом сокращении.
Сравнение общей работы сердца (по СКГ) с её внешней работой (по БКГ) позволяет определить коэффициент полезного действия сердца, эффективность расходования энергии на полезную работу по перемещению крови в сосудистом русле (КПД = сигнал БКГ/ сигнал СКГ).
Структурная схема монитора биомеханической активности сердца
В этом мониторе регистрация микроколебаний тела обеспечивается встроенным акселерометрическим датчиком (ДА). Датчик состоит из тонкого стального диска с нанесённой в центре пьезокерамической структурой. С противоположной стороны диска крепится медный груз, колебания которого действием на стальной диск вызывают поляризацию пьезокерамической структуры. Напряжение, возникающее вследствие поляризации, пропорционально отклонению нагрузки от её значения в исходном состоянии. Сигналы с датчика поступают на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), содержащий встроенные мультиплексоры и усилители с программируемым коэффициентом усиления. К АЦП подключён источник опорного напряжения (ИОН). Прибор функционирует под управлением микроконтроллера (МК1). Сигнал сейсмо-баллистокардиограммы сохраняется в энергонезависимой твердотельной памяти (NAND).
Алгоритм основан на том факте, что большую часть времени сигнал незначительно изменяется в пределах соседних отсчетов, поэтому хранить разность амплитуды соседних отсчетов более эффективно, чем ее абсолютное значение.
При регистрации сигнала пациент с помощью ключа (К) самостоятельно может поставить отметку о событии. Это может быть отметка об изменении состояния пациента, о смене этапа при проведении функциональных проб и др. При просмотре сейсмо-баллистокардиограммы установленные метки событий будут синхронизированы с сигналом.
Микроконтроллер отслеживает состояние кнопки генерации «события», обеспечивая строгую синхронизацию времени возникновения события с потоком регистрируемых данных. Для индикации состояния также прибора предусмотрены два светодиода и генератор звуковых сигналов. Передача данных в ПЭВМ осуществляется через оптоэлектронное устройство гальванической развязки (УсГР), второй микроконтроллер (МК2) и контроллер универсальной последовательной шины USB (К USB).
Монитор биомеханической активности сердца может использоваться как для регистрации баллистокардиограмм, так и для регистрации сейсмокардиограмм. В первом случае устройство должно закрепляться на специальном ложе, которое расположено на подвеске. При этом регистрируются перемещения тела пациента, обусловленные выбросом крови в процессе сердечной деятельности. Во втором случае устройство располагается в районе грудной клетки человека (например, в специальном кармане майки), при этом будут регистрироваться движения грудной клетки.
В состав программного обеспечения ПЭВМ входят программы визуализации БКГ и СКГ и программы обработки данных по двум направлениям:
1. Анализ периодических компонентов сигнала для выделения таких циклических параметров, как частота сердечного ритма, частота дыхания;
2. Анализ непериодических компонентов сигнала для выделения, например, параметров кардиоцикла, двигательной активности и др.
В медицинской практике исследование механических характеристик не является основным методом. Однако в сочетании с анализом электрокардиограмм данные о механических параметрах работы сердца создают более полную картину о его функционировании.