2.2. Баллистокардиография
Баллистокардиография – метод графической регистрации реактивных механических движений тела человека, обусловленных сокращениями сердца и перемещением крови в крупных артериях.
На регистрируемой кривой – баллистокардиограмме (БКГ) – отражаются колебания тела, вызванные систолой сердца, гидравлическим ударом крови о дугу аорты, и элементы легочного ствола. Амплитуда волн БКГ в систолической фазе пропорциональна энергии сердечного выброса. Однако механизм передачи движений сердца и крови в сосудах всему телу сложен.
Для баллистокардиографии предложено две модели механических систем:
1.Тело – неподвижное основание. Реализация этой модели называется прямым методом баллистокардиографии (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Прямой метод баллистокардиографии
2. Тело – подвижная платформа – система подвески – неподвижное основание. Реализация данной модели называется непрямым (косвенным) методом баллистокардиографии (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Косвенный метод баллистокардиографии
В приведенных моделях можно выделить действие следующих сил (жирным шрифтом обозначены векторные величины):
а) вынуждающая сила, обусловленная сердечной деятельностью, МСwС , где МС - масса сердца, wС - ускорение центра тяжести сердца;
б) силы реакции: МТwТ – для первой модели, (МТ + МП)wП – для второй модели, где МТ , МП – массы тела пациента и подвижной платформы, а wТ , wП – ускорения тела и платформы соответственно;
в) тормозящие (демпфирующие) силы, препятствующие движению тела (силы трения): βvТ , βvП - для первой и второй моделей, где vТ, vП – скорости тела пациента и платформы соответственно;
г) силы эластичной отдачи (упругие силы), вызывающие возврат систем в исходное положение: DхТ , DхП – для первой и второй моделей, где хТ, хП – перемещения тела пациента и платформы соответственно.
Учитывая эти основные действующие силы, можно записать следующие уравнения движения:
МСwС = МТ wТ + βvТ + DхТ – для первой механической модели и, соответственно, прямого метода баллистокардиографии;
МСwС = (МТ + МП)wП + βvП + DхП – для второй модели и косвенного метода баллистокардиографии.
В зависимости от преобразующих свойств применяемого датчика или способа обработки сигнала можно зарегистрировать информацию, пропорциональную скорости, ускорению или перемещению исследуемого объекта.
Измерительные системы, в которых не регистрируют перемещение общего центра тяжести тела пациента, называются сейсмическими. К сейсмическим системам относят все реализации первой модели.
При использовании второй механической модели «идеальные» условия регистрации будут в случае, когда связь платформы с телом пациента во много раз больше, чем связь платформы с неподвижным основанием. Тогда перемещение тела вместе с платформой полностью зависит от сил, сообщаемых сердечно-сосудистой системой, а уравнение движения для второй модели приобретает вид
МСхС ≈ (МТ + МП)хП .
В этом случае движение тела и платформы соответствует перемещению центра тяжести. Баллистокардиографические системы подобного рода получили название динамических.
В случае использования реальных систем подвесок различают четыре типа баллистокардиографических систем: ультранизкочастотная (или апериодическая) – со свободной подвеской; низкочастотная – с мягкой подвеской (пружины); высокочастотная – с жесткой подвеской (упругие стержни); прямая – с жесткостью подвески, настолько большой, что вторая модель вырождается в первую. Считают также, что низкочастотная, высокочастотная и прямая системы относятся к сейсмическому типу измерительных систем.
Согласно законам механики тело, перемещающееся в пространстве, имеет шесть степеней свободы, поэтому для полной характеристики перемещений необходимо минимум шесть ориентированных устройств съема.
Методами баллистокардиографии могут исследоваться и отдельные части тела. Такое направление получило название локальной баллистокардиографии. Выделяют следующие ее варианты:
- сейсмокардиография – регистрация вибраций грудной клетки;
- кинетокардиография – регистрация колебаний грудной стенки в диапазоне частот 1…10 Гц;
- динамокардиография (как метод исследования рассмотрим ее более подробно).