2. Биофизические основы метода реографии.

Реография – метод графической регистрации изменений сопротивления живых тканей или органов, обусловленных как пульсовыми, так и медленными колебаниями их кровенаполнения.

Метод реокардиографии применяют для исследования сердечной деятельности, основанный на измерении изменений полного электрического сопротивления грудной клетки, связанных с динамикой кровенаполнения сердца и крупных сосудов в течение сердечного цикла. Применяют реокардиографию для изучения гемодинамики в малом круге кровообращения, фазового анализа сердечного цикла, а также для неизнвазивного определения величины ударного объема сердца.

Изменения импеданса участков живой ткани или органов между электродами измерительной схемы, вызываемые колебанием их кровенаполнения, преобразуются в изменения напряжения на выходе схемы, которые затем усиливаются с помощью электронного усилителя и детектируются в виде реограмм.

Биологические объекты с физической точки зрения являются проводниками особого рода, характеристики которых отличают их от любых других проводников. Биологические системы отличаются от других систем сложностью, вариабельностью элементов электрических характеристик аналогичных объектов и высокой динамичностью, обусловленной необходимостью постоянного приспособления к изменяющимся условиям внешней среды. Живые ткани представляют собой сложную гетерогенную структуру, состоящую из областей с различной проводимостью.

Наибольшую электропроводность имеют спинномозговая жидкость и сыворотка крови, несколько меньшую – цельная кровь и мышечная ткань, значительно меньше электропроводность жировой и соединительной тканей. Плохими проводниками являются роговой слой кожи и костная ткань.

Электропроводность (g) - величина, обратная сопротивлению проводника:

где r – велична, характеризующая электрическое сопротивление.

При исследованиях тканей биологических объектов обычно определяют не электропроводность, а сопротивление электрическому току. Сопротивление проводника выражается формулой:

где ρ – удельное сопротивление, l – длина проводника, s – сечение проводника.

Первые исследования характеристик биологических объектов проводились на постоянном токе и показали, что удельное сопротивление живых тканей измеряется величинами до 10⁵ [Ом*см], что относит их к группе проводников.

Сопротивление участков тела при постоянном токе и электродах площадью 4-5 см² обычно лежит в пределах 5-10 кОм, а при точечных электродах может достигать 100 кОм.

Измерениями установлено, что при прохождении постоянного тока через живые ткани сила тока I₀ не остается постоянной во времени, а сразу же после наложения потенциала начинает непрерывно падать до тех пор, пока не установится на более низком постоянном уровне (I_T). Это объясняется тем, что при прохождении тока через биосистему в ней возникает встречная ЭДС и обусловливает появление в тканях биологической системы поляризационной емкости:

Где Ср – поляризационная емкость, R – сопротивление, I – сила тока, I₀ – начальная сила тока, I_T – конечное значение силы тока.

Изменение силы тока в цепи имеет нелинейный характер, что соответственно свидетельствует о нелинейности сопротивления биологической ткани. Тогда закон Ома для БО записывают в виде:

Где V – разность потенциалов, P(t) – ЭДС поляризации как функция времени.

Поляризационная емкость различных биологических объектов, измеренная при постоянном токе, а также при токе низкой частоты от 50 до 500 Гц достигает больших величин – от 0,1 до 10 мкФ/см².

При пропускании переменного тока через живую ткань в ней возникают также, хотя и в меньшей степени, чем при постоянном токе, поляризационные явления, складывающиеся в основном из внутритканевой поляризации и поляризационных явлений на границе электрод – ткань.

Полное сопротивление живой ткани переменному току определяется суммой активного и емкостного сопротивлений:

Модуль полного сопротивления:

Электрическое сопротивление БО в большой степени зависит от частоты переменного тока. На низких частотах поляризационные явления характеризуются большим значением поляризационной емкости и активного сопротивления. Соответственно с ростом частоты поляризационные эффекты в тканях уменьшаются, а на частотах выше 500 кГц практически отсутствуют.

Рис. 1. Амплитудно-временные параметры РКГ сигнала

(S^/, Т^/ - моменты начала и окончания изгнания, Г₁, Г₂ – зоны соответствующие моментам формирования Q и S зубцов на ЭКГ, PEP – период изометрического сокращения сердца, ELVET – период изгнания крови левым желудочком сердца, A_d – амплитуда первой производной сигнала РКГ, R(B) – R(T) – разность сопротивлений между точками В и Т)

Для регистрации реограмм используют специальные приборы — реографы, выполненные, как правило, в виде приставок к многоканальным регистрирующим устройствам (полиграфам, электрокардиографам). Основными элементами реографа любой модификации являются генератор тока высокой частоты (обычно не менее 30 кГц), подаваемого через токовый электрод к исследуемому участку тела: датчик-преобразователь «импеданс — напряжение», соединяемый с исследуемым участком тела электродом напряжения (потенциальным); детектор; усилитель сигналов датчика-преобразователя; калибрующее устройство с дискретно включаемыми в электрическую цепь стандартными сопротивлениями (0,01; 0,05; 0,1; 0,2 Ом).

В приборах, конструкция которых позволяет регистрировать не только изменения величины импеданса, но и скорость этих изменений (так называемая дифференциальная реограмма), предусмотрена калибровка кривых в размерности Ом/с. В зависимости от конструкции прибора для записи реограмм могут использоваться одна или несколько из применяемых систем отведений: биполярная, при которой токовые и потенциальные электроды совмещены и представлены двумя электродами, накладываемыми на полярные точки исследуемого участка тела; тетраполярная, при которой между двумя отдаленно расположенными на теле токовыми электродами помещают два потенциальных электрода для измерения изменений напряжения на участке тела между ними; фокусирующая, при которой взаимное положение потенциального (центрального) и токового электродов позволяет проводить локальное (фокусированное) исследование глубоко лежащих органов и тканей.

В реографии преимущественно используется тетраполярная схема наложения электродов реже – биполярная.

Рис.2 Биполярная схема наложения электродов.

Рис.3 Тетраполярная схема наложения электродов.

Для записи реограмм используют посеребренные электроды, электроды из алюминия, свинца, нержавеющей стали, меди, латуни, алюминиевой фольги и др. Форма и размер электродов зависят от цели и области исследования. Необходим надежный контакт электродов с кожей для уменьшения переходного сопротивления на границе электрод-кожа; с этой целью рекомендуется обезжиривать кожу под электродами спиртом; целесообразно также применение электродной пасты (смазывание ею нижней поверхности электродов) или помещение под электроды однослойных фланелевых прокладок, смоченных 20% раствором хлорида натрия. При динамических исследованиях важно, чтобы электроды располагались в одних и тех же местах. Запись реограмм производят при скорости лентопротяжки 25—50 мм/с.

3. Обзор существующих систем для реокардиографии.

Реограф "Диамант-Р"(производитель – Россия).

4-х канальный, 3-х частотный реограф "Диамант-Р" для исследования центральной и периферической гемодинамики, жидкостных секторов и структуры тела

 Рассчитывается более 70-ти показателей: ударный и минутный объемы крови; ударный и сердечный индексы; частота сердечных сокращений; показатели гемодинамической обеспеченности; реографический, дикротический, диастолический индексы; длительность анакротической и дикротической фаз; время распространения систолической волны; венозный отток; количество внеклеточной, внутриклеточной жидкости, общее количество жидкости и другие.

Возможности и особенности комплекса: синхронная регистрация, автоматическая обработка реограмм; мгновенное получение синдромальных заключений по выбранным методикам исследований, оценка функциональных проб; контроль динамики изменений состояния пациента; база данных и электронная карта для каждого пациента; принтерная печать на обыкновенную бумагу формата А4; существует возможность "наращивания" комплекса, совершенствования и добавления в комплекс новых методик исследований и новых программных средств.

 

Реограф «Мицар – РЕО» (производитель - Россия)

Комплекс предназначен для проведения клинических исследований системы кровоснабжения методом реографии как в условиях медицинских учреждений, так и при выездных обследованиях. Прибор, комплекты кабелей и электродов, пакет программного обеспечения для Windows позволяют проводить регистрацию и компьютерный анализ реограмм по методикам: реоэнцефалографии (РЭГ), реовазографии (РВГ), тетрополярной грудной реографии (ТГР) по Кубичеку, интегральной реографии (ИРГТ) по Тищенко, реографии лёгочной артерии (РЛА), реогепатографии (РГГ), реоофтальмографии (РОГ) и кардиоритмографии (КРГ) как на стационарном персональном компьютере, так и на портативном компьютере типа Notebook.

Подключение к компьютеру через последовательный (USB) порт. Схема регистрации: биполярная или тетраполярная. Длительность регистрации ограничена только объемом жесткого диска.