КП Валента / 12ОТВ / КП Никушина / Материалы / Полезная литература и источники / МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ
.pdfсердца начинает отклоняться вниз и влево, а затем по мере охвата всё большей массы миокарда левого желудочка он отклоняется всё больше влево.
После систолы желудочков миокард желудочков начинает расслабляться и наступает диастола (реполяризация) всего сердца, которая продолжается до следующей систолы предсердий. Суммарный вектор реполяризации имеет то же направление, что и вектор деполяризации желудочков.
Из вышесказанного следует, что в процессе сердечного цикла суммарный вектор, постоянно изменяясь по величине и ориентации, большую часть времени направляет сверху и справа вниз и влево.
Проводящая система сердца обладает функциями автоматизма, возбудимости и проводимости.
1.Автоматизм – способность сердца вырабатывать электрические импульсы, вызывающие возбуждение. В норме наибольшим автоматизмом обладает синусовый узел.
2.Проводимость – способность проводить импульсы от места их возникновения до миокарда. В норме импульсы проводятся от синусового узла к мышце предсердий и желудочков.
3.Возбудимость – способность сердца возбуждаться под влиянием импульсов. Функцией возбудимости обладают клетки проводящей системы и сократительного миокарда.
Важными электрофизиологическими процессами являются рефрактерность и аберрантность.
Рефрактерность – это невозможность клеток миокарда снова активизироваться при возникновении дополнительного импульса. Различают абсолютную и относительную рефрактерность. Во время относительного рефрактерного периода сердце сохраняет способность к возбуждению, если сила поступающего импульса сильнее, чем обычно. Абсолютный рефрактерный период соответствует комплексу QRS и сегменту RS–T, относительный – зубцу Т. Во время диастолы рефрактерность отсутствует.
Аберрантность – это патологическое проведение импульса по предсердиям и желудочкам. Аберрантное проведение возникает в тех случаях, когда импульс, чаще поступающий в желудочки, застает проводящую систему в состоянии рефрактерности.
Таким образом, электрокардиография позволяет изучать функции автоматизма, возбудимости, проводимости, рефрактерности и аберрантности. О сократительной функции по электрокардиограмме можно получить лишь косвенное представление.
3.1.4. Понятие об электрической оси сердца
Сердце имеет так называемую электрическую ось, представляющую собой направление распространения процесса деполяризации в сердце. Электрическая ось сердца определяется состоянием пучка Гиса и мышцы желудочка и до некоторой степени анатомической позицией сердца. Последнее особенно важно для определения электрической оси здорового сердца.
Электрическая ось в норме направлена от основания к верхушке почти параллельно анатомической оси сердца. Ее направление зависит в основном от следующих факторов: положения сердца в грудной клетке, соотношения массы миокарда желудочков, нарушения проведения импульса к желудочкам и очаговых поражений миокарда. В настоящее время большинство авторов выделяет пять вариантов положения электрической оси сердца, определяемых во фронтальной плоскости: нормальное, вертикальное, отклонение вправо, горизонтальное и отклонение влево. Все эти варианты могут быть выражены количественно в градусах угла α (рис. 3.2).
При нормальном положении электрической оси сердца угол α находится в пределах от +30° до +70°. При вертикальном положении электрической оси, обусловленном небольшим поворотом его вправо, угол α находится в пределах от +70° до +90°. Более значительный поворот электрической оси вправо с углом α от +90° до +180° называется отклонением оси сердца вправо. Значительное отклонение оси сердца вправо обычно встречается при патологии. Оно может наблюдаться при вертикальном положении сердца, блокаде правой ножки пучка Гиса, гипертрофии правого желудочка, инфаркте передней стенки, декстрокардии, смещении вниз диафрагмы (при эмфиземе легких, инспирации).
При горизонтальном положении электрической оси сердца угол α колеблется в пределах от +30° до 0°. Отклонением электрической оси влево считается такое её положение, когда угол α становится отрицательным (когда средний вектор находится между 0° и –90°). Заметное отклонение оси влево обычно встречается при патологии. Оно может быть результатом горизонтального положения сердца, блокады левой ножки пучка Гиса, синдрома преждевременного возбуждения желудочков, гипертрофии левого желудочка, верхушечного инфаркта миокарда, кардиомиопатии, некоторых врождённых заболеваний сердца, смещения вверх диафрагмы (при беременности, асцитах, внутрибрюшных опухолях).
Рис. 3.2. Варианты положения электрической оси сердца, выраженные в градусах угла α
3.2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ МЕТОДА ВЕКТОРКАРДИОГРАФИИ
Векторкардиография представляет собой метод пространственного динамического исследования электрического поля сердца в процессе кардиоцикла. В основе метода лежит принцип получения пространственной фигуры, являющейся графическим изображением изменений величины и направления электродвижущей силы в течение всего сердечного цикла. Известно, что при возбуждении мышцы сердца во все моменты сердечного цикла образуется значительное количество разнонаправленных моментных векторов, оценка каждого из которых невозможна. Это дало основание интегрировать их и при анализе оперировать понятием результирующего вектора сердца, являющегося суммой элементарных векторов каждого момента электрической активности миокарда. В процессе периодов возбуждения и восстановления сердечного цикла измеряют величину и направление результирующего вектора сердца, описывающего в пространстве из предполагаемого центра сердца кривую, названную векторкардиограммой (ВКГ).
В веторкардиографии принята своя система координат, для перехода к которой от обычной декартовой системы координат следует учитывать, что Х = –х, Y = –z, Z = –y (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Декартова система координат xyz и XYZ, используемая в векторном и топографическом анализе ВКГ
Три плоскости XZ, XY, и YZ, образованные этими осями координат, представляются как горизонтальная, фронтальная и сагиттальная плоскости, соответственно.
Существуют два способа представления векторкардиограммы: скалярное и векторное.
3.2.1. Скалярное представление векторкардиограммы
Скалярное представление ВКГ вполне соответствует общепринятому представлению стандартной электрокардиограммы (ЭКГ) в двенадцати отведениях – измеренные сигналы изображаются в виде кривых изменения потенциала во времени для каждого отведения. Основные элементы каждой кривой ВКГ также аналогичны элементам стандартной ЭКГ. На рис. 3.4 представлено упрощённое изображение скалярной ВКГ в одном отведении, содержащее все типичные элементы.
Наибольшее по амплитуде, относительно быстрое отклонение, отражающее процесс деполяризации желудочков сердца, называют комплексом QRS. Комплекс QRS, или желудочковый комплекс, отражает деполяризацию желудочков. Продолжительность его от начала зубца Q до начала зубца S не превышает 0,1 с, и чаще всего равна 0,06 или 0,08 с. Измерение его производится в том отведении, где ширина его наибольшая.
За комплексом QRS следует пологий или почти горизонтальный участок – сегмент S-T, соответствующий началу реполяризации желудочков, который переходит в отклонение, соответствующее конечной, быстрой реполяризации желудочков – зубец Т.
Рис. 3.4. Типичный кардиоцикл скалярной ортогональной электрокардиограммы в отведении Х
После зубца Т в некоторых случаях удается зарегистрировать зубец U. Происхождение его до сих пор не совсем выяснено. Есть основание считать, что он связан с реполяризацией волокон проводящей системы. Он возникает через 0,04 с после зубца Т.
Перед комплексом QRS обычно наблюдается отклонение, которое имеет ровную округлую форму, характеризующее процесс деполяризации предсердий и называемое зубцом Р.
Горизонтальный участок кардиограммы между зубцом Т (или U) одного из кардиоциклов и зубцом Р последующего кардиоцикла обычно используется в качестве истинной изолинии, относительно которой можно измерять значения всех представляющих интерес отклонений. Основные измеряемые параметры скалярной ВКГ – это амплитуда и длительность каждого зубца, а также длительность некоторых характерных комплексов и участков, которые могут включать несколько зубцов и промежутков между ними.
Интервал PQ отражает время, необходимое для деполяризации предсердий и проведения импульса по атриовентрикулярному (АВ) соединению, его называют предсердно-желудочковый интервал. Его измеряют от начала зубца Р до начала желудочкового комплекса – зубца Q или зубца R при его отсутствии. В норме продолжительность интервала Р–Q колеблется от 0,12 до 0,20 с и зависит от частоты сердечных сокращений, пола и возраста исследуемого. Увеличение интервала P–Q характеризуется как нарушение AВ-проводимости.
3.2.2. Векторное представление векторкардиограммы
Векторкардиограмма как в норме, так и при патологии состоит из следующих элементов (рис. 3.5):
1.Изоэлектрическая (нулевая) точка.
2.Петля Р, являющаяся отражением процессов возбуждения миокарда предсердий, на скалярной ЭКГ ей соответствует зубец Р.
3.Петля QRS, являющаяся отражением возбуждения миокарда желудочков, на скалярной ЭКГ ей соответствует комплекс QRS:
−начальное отклонение, соответствующее по времени появлению зубца Q на скалярной ЭКГ;
−тело петли, в котором принято различать нисходящую (центробежную) и восходящую (центростремительную)
части;
−конечное отклонение, соответствующее по времени появлению зубца S на скалярной ЭКГ.
4.Петля Т, являющаяся отражением процесса восстановления (реполяризации) миокарда желудочков. На ЭКГ ей
соответствует зубец Т.
Рис. 3.5. Векторная петля на плоскости и её основные параметры
Интервалы Р–Q, S–Т, Т–Р на ВКГ не видны, так как в моменты, соответствующие отсутствию разности потенциалов, конец вектора сердца возвращается в нулевую точку.
При анализе ВКГ определяют плоскостные и пространственные показатели динамики электрического поля сердца человека.
При анализе плоскостных показателей векторной петли рассматривают проекции петель на координатные плоскости. При анализе векторной петли в каждой плоскости определяют:
−длину и ширину петли QRS и их соотношение;
−отклонение вперед, назад, влево и вправо и их отношения в вертикальной, горизонтальной и сагиттальной плос-
костях;
−величину и направление максимального вектора петель QRS и T;
−величину и направление моментных векторов (обычно моментные векторы определяются через каждые 0,01 с);
−угол расхождения между направлением максимальных векторов QRS и T (∟QRS–T);
−площади петель QRS и T;
−вектор полуплощади (вектор, который делит ВКГ-петлю на две части, равные по площади);
−время переднего и заднего отклонения петли QRS в горизонтальной и сагиттальной плоскостях, верхнего и нижнего отклонения во фронтальной плоскости;
−направление вращения петель QRS и T при формировании петель.
При анализе пространственных показателей ВКГ определяют:
−максимальный модуль вектора в каждом из восьми октантов векторкардиографической системы координат;
−интервалы времени пребывания вектора в определённых октантах;
−степень отклонения формы ВКГ-петли от плоской, или её изогнутости;
−пространственную скорость конца вектора сердца и угловую скорость вектора;
−скорость изменения площади поверхности, ометаемой вектором;
−истинную площадь пространственной ВКГ-петли.
Векторкардиографическое исследование проводится по следующим показаниям:
−ранняя диагностика гипертрофии миокарда желудочков и предсердий;
−диагностика гипертрофии желудочка на фоне блокады правой ножки пучка Гиса;
−диагностика комбинированной гипертрофии желудочков;
−наличие полифазных комплексов QRS в правых грудных отведениях;
−инфаркты миокарда задней локализации;
−мало измененная или нетипично измененная ЭКГ при несомненном заболевании сердца;
−трудно интерпретируемые изменения предсердного и желудочкового комплексов ЭКГ. В табл. 3.1 и 3.2 приведены показатели ВКГ здоровых лиц, полученные Франком.
3.1. Плоскостные показатели ВКГ (на основании исследования 100 здоровых)
Наименование |
Горизонталь- |
Фронтальная |
Сагиттальная |
значений |
ная плоскость |
плоскость |
плоскость |
|
|
|
|
Максимальный |
|
|
|
вектор петли QRS, мВ |
1,12 ± 0,21 |
1,18 ± 0,15 |
1,16 ± 0,12 |
|
|
|
|
Направление, градус |
335 ± 30 |
42,3 ± 7,2 |
5,35 ± 22,3 |
|
|
|
|
Максимальный вектор |
|
|
|
|
|
петли Т, мВ |
0,58 ± 0,18 |
0,46 |
± 0,11 |
0,52 ± 0,12 |
|
|
|
|
|
|
|
Направление, градус |
52 ± 12,5 |
36,2 |
± 10,1 |
146,3 ± 30,2 |
|
|
|
|
|
|
|
Моментные векторы, |
|
|
|
|
|
градус |
|
|
|
|
|
0,01 с |
120 ± 41 |
152 ± 72 |
192 ± 50 |
||
0,02 с |
54 ± 25 |
40 |
± 53 |
150 ± 38 |
|
0,03 с |
12 ± 12 |
36 |
± 12 |
146 ± 22 |
|
0,04 с |
355 ± 20 |
46 |
± 18 |
92 ± 16 |
|
|
|
|
|
|
|
3.2. Пространственные показатели ВКГ |
|
|
|||
(на основании 100 здоровых) |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Наименование значений |
|
|
|
Величины |
|
|
|
|
|||
Максимальный пространственный вектор петли QRS, мВ |
|
1,42 ± 0,25 |
|||
|
|
|
|||
Максимальный пространственный вектор петли Т, мВ |
|
0,58 ± 0,22 |
|||
|
|
|
|
|
|
Пространственный угол QRS–T, градус |
|
|
|
68,7 ± 24,6 |
|
|
|
|
|
|
|
Азимут, градус |
|
|
|
|
392,4 ± 35,3 |
|
|
|
|
|
|
Угол подъёма, градус |
|
|
|
|
50,4 ± 16,2 |
|
|
|
|
|
|
3.3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЛИНЕЙНОГО СИНТЕЗА СТАНДАРТНЫХ ОТВЕДЕНИЙ ИЗ ОРТОГОНАЛЬНЫХ ОТВЕДЕНИЙ ВЕКТОРКАРДИОГРАФИИ
С распространением автоматического анализа ЭКГ очень актуальным становится вопрос уменьшения числа отведений. Для этой цели хорошо подходит методика их восстановления.
Проведём математическое моделирование процесса векторкардиографии. Дипольный эквивалентный электрический генератор сердца (ДЭЭГС) в процессе электрической систолы описывается колебательным контуром. Этот контур включает в себя активное, индуктивное и емкостное сопротивления, а также источник с ЭДС, изменяющейся по закону, который соответствует закону изменения потенциала водителя ритма (рис. 3.6).
Рассмотрим работу ДЭЭГС в процессе электрической систолы. Будем считать, что сердце обладает активным сопротивлением R, индуктивностью L, и ёмкостью С. Так как обычно при диагностике исследуются измерения проекций интегрального электрического вектора (ИЭВ) на выделенные плоскости, рассмотрим в качестве модели ДЭЭГС три взаимно перпендикулярных колебательных контура, расположенных во фронтальной, горизонтальной и сагиттальной плоскостях
(рис. 3.7).
ЭДС Е во всех контурах одинаковы. Для желудочков непосредственным водителем ритма является атриовентрикулярный узел. Так как в процессе кардиоцикла происходит изменение ёмкости С, связанной с циклической частотой, то электрические колебания в ДЭЭГС носят параметрический характер.
R
Е
C
L
Рис. 3.6. Колебательный контур
Рис. 3.7. Схема дипольного эквивалентного электрического генератора сердца
Любой плоскости зависимость дипольного момента D ИЭВ от угла поворота Θ определяется дифференциальным уравнением
d 2 D |
+ D = C |
, |
(3.1) |
|
|||
dΘ2 |
1 |
|
|
|
|
|
где С1 – постоянная величина.
Решением этого уравнения является зависимость вектора дипольного момента от угла поворота и времени, которое удобно записать в виде:
D = A sin 2 (Θ + ϕ)/ 2 + B cos 2 (Θ + ϕ)/ 2 . |
(3.2) |
В формуле (3.2) А и В – постоянные интегрирования, так что С1 = (А + В)/2. Угол ϕ – это угол наклона электрической оси сердца (ЭО) или оси петель вектор-электрокардиограммы. На рис. 3.8 показана векторкардиограмма петель SQR и T, построенная по формуле (3.2).
Угол ϕ принят равным 2,3 рад, что примерно соответствует норме. Положительным считается направление против часовой стрелки.
Проектируя на линию отведения петли (рис. 3.8) на горизонтальное направление – отведение Х векторкардиограммы, можно построить линейную векторкардиограмму по формуле:
Рис. 3.8. Векторкардиограмма в полярных координатах
|
|
|
cos2 (Θ+ϕ)/ 2 |
|
sin2 |
(Θ+ϕ)/ 2 |
|
||
U |
Х |
= kDcosΘ = R |
|
|
−T |
|
|
|
cosΘ , (3.3) |
|
2 |
|
|
2 |
|||||
|
|
cos |
|
|
cos |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где k – постоянный коэффициент, согласующий размерность U и D; R и T – амплитуды зубцов ЭКГ. На рис. 3.9 отображены результаты моделирования отведений векторкардиографии.
Из сравнений формул (3.2) и (3.3), а также рис. 3.9 видна связь проекций длин главных осей петель SQR и T, равных соответственно В и А на линию отведения амплитудами зубцов линейной ЭКГ R и T.
Аналогичнорассуждая, можнополучитьвыражения дляотведенийY иZ:
|
|
|
|
cos 2 |
(Θ + ϕ)/ 2 |
|
sin 2 |
(Θ + ϕ)/ 2 |
|
||
U |
Y |
= kD sin Θ = |
R |
|
|
|
− T |
|
|
|
sin Θ , (3.4) |
|
|
2 |
|
|
2 |
||||||
|
|
|
|
cos |
|
|
cos |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
cos |
2 |
(Θ+ϕ)/ 2 |
|
sin |
2 |
(Θ+ ϕ)/ 2 |
|
||
|
|
−T |
|
|
||||||
UZ = kDcosΘtgϕ R |
|
|
cos |
2 |
|
|
cos |
2 |
cosΘtgϕ. (3.5) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Графики функций, описывающие три ортогональных отведения векторкардиографии, представлены на рис. 3.9.
Х |
Y |
Z |
Рис. 3.9. Результаты моделирования ортогональных отведений векторкардиографии
3.4. МЕТОД СИНТЕЗА СТАНДАРТНЫХ ОТВЕДЕНИЙ ИЗ ТРЁХ ОРТОГОНАЛЬНЫХ
Существует метод линейного синтеза стандартной электрокардиограммы, сигнал каждого стандартного отведения представляют в виде суммы произведений сигналов трёх ортогональных отведений на постоянные коэффициенты. Тогда сигнал любого стандартного отведения в каждый момент времени можно выразить следующим уравнением:
ϕ(t )= LTX Χ (t )+ LTY Y (t )+ LTZ Z (t ),
где X(t), Y(t), Z(t) – сигналы трёх ортогональных отведений в стандартной векторкардиографической системе координат,
показанной на рис. 3.9; LTX, LTY, LTZ – постоянные коэффициенты (i = |, ||, |||, аVL, аVR, аVF, V1, V2, V3, V4, V5, V6 обозначение стандартных отведений). При этом сигналы всех отведений удобно трактовать как потенциалы поля дипольного
электрического генератора, изменяющего на протяжении кардиоцикла свою интенсивность и свою ориентацию, т.е. вектор дипольного момента, а коэффициенты LTX, LTY, LTZ – как компоненты вектора отведения. Для определения этих коэффициентов используют методы, основанные либо на формулировке и расчёте более или менее сложных электродинамических моделей сердца как дипольного электрического генератора и тела как объёмного проводника, либо на экспериментальном исследовании реальных испытуемых и подборе значений коэффициентов из условия наиболее точного приближения стандартной электрокардиограммы при помощи ортогональной для кардиоцикла в целом. Последний, эмпирический подход отличается тем, что коэффициенты учитывают не только собственно дипольный вклад в сигналы стандартных отведений, найденные экспериментально при использовании разных методов синтеза отведений на основе корригированной ортогональной системы отведений Франка (табл. 3.3). Нередко наблюдаются весьма значительные различия между измеренными и синтезированными стандартными электрокардиограммами у конкретных испытуемых, особенно в грудных отведениях. Тем не менее, при использовании постоянных осреднений значений коэффициентов, определении на синтезированной стандартной электрокардиограмме общепринятых параметров и применении к ним общепринятых критериев диагностики удаётся в среднем получить практически такую же точность диагностики, как и при регистрации стандартной электрокардиограммы.
Применив данный метод синтеза к рассмотренной выше математической модели процесса векторкардиографии, были получены следующие результаты для второго отведения (II(x)), для второго грудного отведения (V2(x)) и для отведе-
ния aVR (aVR(x)).
Таблица 3.3
Стандартное |
LX |
LY |
LZ |
|
отведение |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
I |
1,05 |
–0,28 |
0,19 |
|
|
|
|
|
|
II |
0,37 |
1,45 |
–0,14 |
|
|
|
|
|
|
III |
–0,68 |
1,73 |
–0,33 |
|
|
|
|
|
|
АVR |
–0,71 |
–0,59 |
–0,03 |
|
|
|
|
|
|
AVL |
0,87 |
–1,01 |
0,26 |
|
|
|
|
|
|
AVF |
–0,15 |
1,59 |
–0,24 |
|
|
|
|
|
|
V1 |
–0,65 |
–0,67 |
–1,06 |
V2 |
0,06 |
–0,86 |
–1,58 |
V3 |
0,99 |
–0,42 |
–1,50 |
V4 |
1,67 |
–0,13 |
–0,84 |
V5 |
1,53 |
–0,06 |
–0,14 |
V6 |
1,10 |
–0,06 |
0,33 |
Таким образом, мы на собственном опыте убедились в том, что методика восстановления стандартных отведений из трёх ортогональных теоретически обоснована и может быть использована в разрабатываемом устройстве с целью синтеза двенадцати общепринятых отведений из регистрируемых ортогональных на компьютере.
4. ПРИБОРЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ
Используемые в медицинской диагностике технические средства можно условно разделить на три основные категории: инструменты, измерительные приборы и аппаратно-программные комплексы.
Инструменты представляют собой простые механические приспособления для взятия различных проб или для облегчения доступа к исследуемому органу.
Измерительные приборы являются автономными устройствами, которые выполняют измерения значения некоторого клинического показателя и представляют его врачу в удобной для восприятия форме. Примерами таких устройств являются аппараты УЗИ, гастроскопы, лабораторные анализаторы и т.п.
В отличие от этого аппаратно-программные комплексы выполняют не только измерения первичных клинических показателей, но и производят над этими показателями различные и нередко достаточно сложные вычисления и преобразования, выдавая врачу результат уже в виде производных комплексных показателей, функциональных зависимостей или же в форме предварительного словесного заключения.
Измерительные приборы находят применение в двух диаметрально противоположенных областях: 1) там, где измеряемые показатели представляют собой простые переменные и для диагностики достаточно знать их текущее числовое значение; 2) там, где врачу для диагностики необходимо видеть картину внутренних органов, которая по своей сложности и комплексности не поддается вычислительному анализу.
Аппаратно-программные комплексы (часто используется и эквивалентный термин «измерительно-вычислительные комплексы») применяются в тех пограничных областях, которые, с одной стороны, характеризуются показателями, достаточно сложными для непосредственной диагностики, а с другой стороны, там имеется возможность вычислительного (функционального) преобразования этих показателей к виду, более простому для формулировки клинического заключения.
Фактически аппаратно-программные комплексы представляют собой такую интеграцию (сопряжение) измерительного прибора с вычислительным устройством, при которой заложенной в компьютер программой обеспечивается комплексное выполнение четырёх функций:
−управление работой измерительного прибора и сопутствующих ему устройств;
−съём и запоминание показаний измерительного прибора или регистрация данных;
−преобразование и вычислительный анализ зарегистрированных данных;
−представление и вывод полученных результатов в числовой, графической или текстовой форме.
Среди аппаратно-программных комплексов по конструктивному воплощению можно выделить стационарные, мобильные и автономные, а по функциональным возможностям – клинические и исследовательские.
Мобильные системы отличаются от стационарных только тем, что вместо настольного персонального компьютера в них используется портативный компьютер (NoteBook), в связи с чем они вместе с регистрирующими устройствами могут быть размещены в одном портфеле или чемодане, легко транспортируемы и использованы для клинической диагностики вне стационара, на выездах или в полевых условиях.
Автономные системы ещё более компактны за счёт того, что управляющая и вычислительная программа в них реализуется не на персональном компьютере, а на встроенных микропроцессорах в рамках целостного однокорпусного прибора. Однако это ограничивает их функциональные возможности и позволяет встраивать исполнение минимума функций и методик. Нередко при этом ограничиваются только функциями регистрации и визуализации биосигналов (на жидкокристаллическом мониторе и на самописце) с вычислением базовых производных показателей. Обычно в виде автономных приборов выпускаются кардиографы, реографы и спирографы.
Клинические системы ориентированы на выполнение того или иного строго очерченного круга типовых медицинских методик. Несомненным достоинством таких систем является именно их ограниченность, позволяющая максимально упростить работу с ними, сделав её доступной для выполнения вспомогательным медперсоналом, разгружая тем самым врача от рутинной работы. Доведённое до механицизма исполнение стандартных методик с минимумом временных затрат оказывается особенно эффективным при массовых диагностических обследованиях. Основными производителями
отечественных клинических комплексов являются такие известные фирмы, как ВНИИМП-ВИТА (Москва), Геолинк (Москва), МБН (Москва), Медиком (г. Таганрог), Нейрософт (г. Иваново), Рид Цент (СПБ), DX-системы (г. Харьков) и другие.
Здесь следует отметить, что многие отечественные производители аппаратуры (в отличие от зарубежных) для удешевления своей продукции и повышения её конкурентоспособности отказываются от аналоговых фильтров, заменяя их цифровой фильтрацией в реальном времени.
Исследовательские системы в добавление к этому содержат широкий набор управляющих, аналитических, изобразительных и конструкторских программных средств, позволяющих реализовывать разнообразные и новые методики как клинического, так и научно-исследовательского назначения. Поэтому работа с такими системами с полнотой использования предоставляемых возможностей требует повышенной профессиональной квалификации и творческого мышления. В то же время, после реализации конкретной методики она может быть зафиксирована в отдельном файле стандартных настроек, после чего её исполнение по своей трудоёмкости и требованиям к квалификационному уровню персонала будет не существенно отличаться от работы с клиническими системами. Одними из немногочисленных представителей подобных интегрированных аппаратно-программных комплексов являются системы CONAN (Россия) и NeuroScan (USA).
Следует отметить, что развитие вычислительной техники привело к компьютеризации измерений в различных областях медицины. Так, например, современные томографы оснащены как специализированными вычислительными устройствами, управляющими процессом сканирования, так и персональными компьютерами, выполняющими сложные графические преобразования над полученными исходными изображениями. Однако это не соответствует той степени интеграции, которая по вышеприведенному определению вкладывается в понятие аппаратно-программного комплекса. Действительно, этот случай аналогичен съёмке фотографий на цифровую камеру, после чего изображение вводится в
компьютер и посредством какого-нибудь графического пакета редактируется, масштабируется и выводится на принтер. Одной из основных областей развития аппаратно-программных систем, в которой наиболее комплексно и полно
реализуется выполнение ими четырёх вышеперечисленных функций, является функциональная диагностика. Принципиальная особенность этой области состоит в том, что основным объектом анализа являются не точечные и статические измерения состояния организма (как бы сложны и комплексны они не были), а динамические характеристики процессов жизнедеятельности с их изменением во времени. В свою очередь функциональная диагностика базируется на электрофизиологии, которая изучает физиологические процессы посредством их электроизмерения.
4.1. ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФ
Классы электрокардиографов. Электрокардиограф – прибор для регистрации электрокардиограммы. Согласно ГОСТ 19687–74 «Электрокардиографы. Общие технические условия», они делятся в зависимости от точности воспроизведения формы сигнала на 3 класса.
К классу 1 относятся наиболее точные приборы, предназначенные для комплексных исследований сердечнососудистой системы. Они имеют четыре или шесть каналов, используемых также для записи звуков сердца (фонокардиография), пульсовых колебаний сосудов (сфигмография), незначительных перемещений тела, возникающих в результате сокращения сердца и движения крови в крупных сосудах (баллистокардиография) и др. Соответственно приборы класса 1 должны регистрировать без искажений колебания с частотой до 800…1000 Гц, иметь большой набор скорости движения бумажной ленты и другие повышенные характеристики.
Приборы класса 2 имеют обычно один или два канала и предназначены для регистрации электрокардиограммы в ходе диагностического процесса. Наибольшая частота регистрируемых колебаний у этих приборов составляет 70…100 Гц, что позволяет без искажений воспроизводить все характерные особенности биопотенциалов сердца.
Электрокардиографы класса 3 представляют собой портативные одноканальные приборы, предназначенные, в основном, для использования на дому, в условиях скорой и неотложной помощи для быстрого установления состояния больного. Наибольшая частота записываемых колебаний для этих приборов составляет 60…70 Гц. Приборы класса 3 имеют только автономный источник питания либо допускают также питание и от сети переменного тока. Основное требование к этим приборам – малые габариты и масса.
Основные характеристики электрокардиографов и электрокардиоскопов. Выработанные за время развития элек-
трокардиографии стандарты на технические характеристики приборов вполне обоснованы, объяснимы и в совокупности определяют структурный состав и схемотехническое решение основных блоков и узлов электрокардиографов.
Приведём наиболее важные характеристики, диктуемые требованиями ГОСТ и международных стандартов к приборам для измерения биоэлектрических потенциалов сердца.
ГОСТ 19687–89 определяет основные характеристики приборов типа электрокардиографы и электрокардиоскопы. Основные параметры приборов должны соответствовать данным, приведённым в табл. 4.1.
Таблица 4.1
|
Наименование параметра |
Значение |
|
параметра |
|
|
|
|
1. |
Диапазон входных напряжении U, мВ |
От 0,03 до 5 |
2. |
Относительная погрешность измерения |
|
напряжения* и, в диапазонах:
|
от 0,1 |
до 0,5 мВ, %, не более |
±7 |
|
от 0,5 |
до 4 мВ, %, не более |
±7 |
3. |
Нелинейность, %, в пределах: |
|
|
|
для электрокардиографов |
±2 |
|
|
для электрокардиоскопов |
±2,5 |
|
4. |
Чувствительность S, мм/мВ |
2,5*; 5; 10; 20; 40* |
|
5.Относительная погрешность установки чувствительности δS, %, в пределах
6.Эффективная ширина записи
|
(изображения) канала В, мм, не менее |
±5 |
7. Входной импеданс Zвх, МОм, не менее |
40 |
|
9. |
Коэффициент ослабления синфазных |
|
|
сигналов Kс, не менее: |
|
|
для электрокардиографов |
5 |
|
для электрокардиоскопов |
100 000 |
9. |
Напряжение внутренних шумов, |
|
|
приведённых ко входу Uш, мкВ, не более |
28 000 |
11. Постоянная времени τ, с, не менее |
20 |
|
11. Неравномерность амплитудно-частотной |
|
|
|
характеристики (АЧХ) δ в диапазонах |
|
|
частот: |
|
|
от 0,5 до 60 Гц, % |
3 |
|
от 60 до 75 Гц, % |
2 |
12. Относительная погрешность измерения |
|
|
интервалов времени δ т в диапазоне интервалов |
|
|
времени |
от –10 до +5 |
|
|
от 0,1 до 1,0 с, %, не более |
от –30 до +5 |
13. Скорость движения носителя записи |
|
|
|
(скорость развёртки) Vн, мм/с |
±7 |
6. |
Относительная погрешность установки |
25,50 допустимы |
|
скорости движения носителя записи |
|
|
(скорости развёртки) δV,%, в пределах: |
и иные значения |
|
для электрокардиографов |
±5 |
|
для электрокардиоскопов |
±10 |
Схема
компенсации
помехи
–
Рис. 4.1. Блок-схема типичного клинического электрокардиографа
