Контрольні запитання та задачі

1. Вкажіть, які припущення теорії Ейнтховена роблять її непереконливою.

2. У чому полягає істотна відмінність між двома розглянутими концепціями генезису ЕКГ?

3. Що таке електричний вектор серця, в яких одиницях він вимірюється, яка його фізіологічна природа?

4. Що таке еквівалентний струмовий диполь серця? Яка його фізіологічна природа?

5. З яких основних блоків складається електрокардіограф?

6. Яким чином пов'язані між собою вимірювання мембранних потенціалів кардіоміоцитів і електрокардіограма?

7. Що таке стандартна чутливість електрокардіографа і яким чином вона встановлюється?

8. Знайдіть потенціалу точки електричного поля диполя (q = 2-10^-6 Кл; l = 2 мм), яка знаходиться на відстані 1 м від центра диполя. Кут між електричним вектором диполя і радіус-вектором дорівнює 60°. Навколишнє середовище - дистильована вода.

9. Визначити потенціал електричного поля струмового диполя, полюси якого віддалені один від одного на 5 мм, з I = 5 мА у точці, яка знаходиться на відстані r - 0,1 м від центра диполя, кут між r та L дорівнює 60°. Середовище - електроліт з питомим опором ρ = 10 Омм.

"Робота з реографом ргч-01"

Мета роботи: вивчити фізичні основи реографії, набути навичок роботи з клінічним реографом, дослідити зв'язок між pмінами об'єму та опору еластичної судини.

Контрольні запитання для підготовки до лабораторної роботи

1. Змінний струм. Імпеданс електричного кола. Поняття про векторну діаграму.

2. Електричні властивості біологічних тканин. Еквівалентна електрична схема. Імпеданс біологічних тканин.

3. Елементи реології. Об'ємна деформація. Об'ємна швидкість плину рідини. Пульсові хвилі. Особливості пульсацій у артеріальних та венозних судинах.

4. Генезис реограми: зв'язок між деформацією та змінами імпедансу, пояснення природи реограми (амплітуди та форми сигналу) за допомогою основних рівнянь реології.

Додаткові теоретичні відомості

Реографія ("рео" - течу, "графо" - пишу) - метод реєстрації деформацій ділянки тіла (зміна об'єму) за змінами його електричних параметрів (опору). До певної ділянки тіла (рука, нога, голова тощо) прикладаються електроди (пластинчасті, точкові, стрічкові тощо), між якими пропускається високо­частотний електричний струм. Робоча частота, на якій реєструються зміни опору реографом, а, отже, і частота струму, набуває значень з діапазону 30-300 кГц. Густина цього струму найбільша в ділянках з великою електропровідністю. Це, здебільшого, кровоносні судини і міжклітинна рідина. Зміна опору ділянки біологічної тканини, таким чином, залежатиме від її кровонаповнення і змінюватиметься відповідно до кардіоциклу.

Основні положення реографії можна спрощено сформулювати таким чином.

1. Зміна об'єму ділянки ∆V пропорційна зміні її електричного опору ∆R: ∆V~∆R.

2. Зміну кровонаповнення органа (ділянки) можна знайти з рівняння нерозривності струменя для нестаціонарного потоку рідини, враховуючи об'ємну швидкість притоку Q_in(t) та відтоку Q_out (t) рідини до даної ділянки: ∆V = ∫ [.Q_in(t) - Q_out (t)] dt

Я кісно ці зміни зображені на рис. 4.23 (крива 1). Припустимо, що в певній ділянці по артеріальних судинах кров рухається з об'ємною швидкістю Q_a(t), а по венозних – Q_в(t), причому за цикл скорочення серця кількість крові, яка поступила до ділянки, рівна кількості, яка залишила ділянку. Враховуючи пульсуючий Q_a(f) і порівняно плавний Q_в(t) кровообіги, бачимо, що зміна об'єму ділянки здійснюється завдяки різниці об'ємних швидкостей Q_а(t) та Q_a(t):

∆Q(t) = Q_a(t)-Q_в(t).

Для проміжку часу [t₁,t₂] об'ємна швидкість Q_a(t)>Qв(t). Отже, об'єм ділянки на цьому проміжку зростатиме, і навпаки, у проміжку [t₂, t_з] об'єм ділянки зменшується, про що свідчить зменшення амплітуди реограми (див. залежність V(t) на рис. 4.23, крива 3).

Крива 2 являє собою диференціальну реограму; вона відображає швидкість зміни об'єму ділянки: dV(t)/dt~dR(t)/dt

3. Об'ємна швидкість рідини визначається рівнянням Гагена-Пуазейля

Q(t) = ∆P(t)/X(r,η),

де ∆P(t) - зміна тиску; X(r, η) - гідравлічний опір, який залежить від радіуса судини г та в'язкості рідини η.

4. Зміну тиску можна оцінити за допомогою рівняння об'ємної деформації ділянки

∆P(t) = χ∆V(t)V₀, .де χ~ модуль об'ємної пружності.

Як видно з цих рівнянь, змінна величина ∆V буде залежати не тільки від того, як змінюються з часом Q_in(t) та Q_out(t), що спостерігається при зміні хвилинного об'єму крові (ХОК) чи ударного об'єму серця, але і при зміні тонусу судин (модуль χ) та їх просвіту (радіус r), які знаходяться під контролем нервової та гуморальної систем організму. Це означає, що одному і тому самому значенню Q (чи ХОК) можуть відповідати різні значення амплітуди реограми, тобто однозначного зв'язку між ∆R/∆t і об'ємною швидкістю кровотоку Q не існує.

Певні клінічні методики дозволяють за змінами опору ∆R судити про зміни об'єму ∆V. Існує декілька методик непрямої оцінки значень Q за опором R. Широко поширена в клініці методика А.А. Кедрова, яка використовує рівності відношень ∆V/V = ∆R/R, де R - опір ділянки; V - її об'єм; ∆V і ∆R - їх зміни відповідно. Ототожнюючи зміну об'єму ∆V з ударним об'ємом серця УО і величину V-з об'ємом тіла V_m, яка є пропорційною до ваги тіла Р ~ V_m, і, знаючи значення Р і ∆R, визначають величину ударного об'єму серця (УО) за такою формулою: УO = kP∆R/R, де k— деякий емпіричний коефіцієнт.

П ринцип вимірювання опору ділянки тканин. Вимірювання змін опору ділянки тіла проводять спеціальним пристроєм реографа, який містить у собі вимірювальний міст (рис. 4.24). В одне з плечей моста увімкнено вимірювальний опір R_x, у друге -магазин опорів – R₁ і R₂, який дозволяє з точністю до 0,5 Ом встановити будь-який опір від 0 до 1100 Ом. Генератор високої частоти (ГВЧ) використовується для живлення моста.

Підсилювач П підвищує рівень сигналу на виході з моста, демодулятор Д виділяє низькочастотну складову сигналу змін опору. Крім цього, реограф містить різні пристрої налагодження, калібровки та живлення вимірювальної схеми. На виході приладу звичайно отримують низькочастотний сигнал, який характеризує синхронну до наповнення зміну опору ділянки тканини, тобто сигнал реограми, або її диференціальну форму (похідну від реограми), що відображує швидкість зміни кровонаповнення ділянки тканин. Зміною величин опорів R₁ і R₂ досягається рівновага моста, тобто рівність потенціалів φ_а = φ_b. У цьому випадку відхилення стрілки індикатора мінімальне, а чутливість приладу - максимальна. Налагодження моста по реактивній складовій струму (завдяки паразитній ємності C) здійснюється за допомогою змінного індуктивного опору Х_n, увімкненого в одне з і плечей моста.

Завдання 1. Підготовка приладу до роботи.

Вивчіть інструкцію з експлуатації реографа РГЧ-01 і підготуйте його до роботи. Згідно з інструкцією проведіть налагодження реографа.

Стислі технічні характеристики та інструкція з експлуатації реографа РГЧ-01

1. Призначення приладу.

1.1. Реограф РГЧ-01 є електронним медичним діагностичним приладом і призначений для вимірювання змін активних опорів складової різних ділянок тіла пацієнта при одночасному вимірюванні абсолютних величин цих опорів. Реєструючими приладами можуть бути електрокардіографи, різних типів поліграфи.

2. Технічні характеристики:

• несуча частота каналів 34 кГц - 79 кГц;

• максимальний коефіцієнт перетворення (чутливість) каналу знаходиться в межах від 25 до 1000 мВ/Ом, диференціального виходу - (20-60) мВ/Ом;

• постійна часу диференціального виходу - не більше 11 мс

• нерівномірність амплітудно-частотної характеристики кожного каналу в межах від 0,2 до 70 Гц ~ не більше 10%;

• діапазон зміни постійної складової активного опору від 30 до 1100 Ом, відносна похибка вимірювання активного опору не перевищує 10%.

• струм у колі при будь-яких положеннях регуляторів не більший за 3 мА.

3. Вказівки про техніку безпеки.

П рилад РГЧ-01 виготовлений по класу захисту II. При експлуатації заземлення не є обов'язковим. Робоче заземлення використовується для зменшення рівня перешкод (шумів).

Для уникнення механічного пошкодження крихких потен­ціометрів і тумблерів — прохання: обертати всі ручки приладу без значних зусиль.

Опис конструкції апарата. Блок каналу реографа винесений і приладу і розміщений на лабораторному столі. На передній панелі каналу (рис. 4.25) розміщені перемикачі калібрувального сигналу 1, перемикач магазину опорів 2 для грубого налагодження моста R₁, змінний резистор R₂ з лімбом відліку для точного налагодження моста 3, регулятор 4 для налагодження моста за реактивною складовою Х_n, регулятор 5 рівня виходу "Рів. Вих.", Гніздо Г для вимірювання калібрувальних резисторів та розняття "Вихід" 6 для увімкнення електродів.

На передній панелі блока живлення (він знаходиться на столі викладача) розташовані вмикач мережевого живлення "Мережа" , перемикач "Баланс каналів" 9, який містить вихід окремого каналу до індикатора, кнопка калібратора 7, при натисканні якої Подається калібрувальний сигнал одночасно всім каналам. На задній панелі блоків розміщені гнізда для виведення сигналу реограми (верхнє гніздо) та її диференціальної форми (нижнє гніздо).

Підготовка приладу до роботи

1. Увімкнення приладу в мережу (встановіть тумблер "Мережа" у положення "увімкнуто").

2. Попередня настройка приладу (виконується у випадку розбалансування каналу, ступінь якого визначається викладачем):

• поставити ручки R₁ та R₂ у положення "0"; регулятор рівня виходу встановити у положення, при якому

• грілка індикатора відхиляється на 3/4 шкали;

• повільно обертаючи регулятор Х_n, встановити (мінімальне) відхилення стрілки.

3. Настройка реографа для зняття реограми (виконується Студентами):

• перевірити підключення електродів до блока реографа з використанням гнізда "Вхід";

• регулятором "Ур. вих" встановити стрілку індикатора на 3/4 шкали;

• лімб регулятора R₁і встановити на позначку 5;

• за допомогою регулятора R₂ провести грубу настройку моста за мінімальним відхиленням стрілки індикатора;

• поперемінним плавним обертанням регуляторів Х_n та R₂ збалансувати міст точніше (спочатку, обертаючи потенціометр, добиваємося мінімуму, потім обертанням R₂ зменшуємо відхилення стрілки; після цього поперемінним обертанням Х_n та R₂ досягаємо найменшого відхилення стрілки, причому для малих відхилень стрілки рівень вихідного сигналу встановлюємо максимальним).

4. Разом із викладачем ручками управління реографа і осцилографа вивести на екран реограму і встановити необхідну чутливість каналу реографа. Для зміни об'єму судини можна використовувати грушу, періодично і легко натискаючи її.

Якщо успішно виконані вказівки, прилад до роботи готовий. Зробіть пробну зміну об'єму трубки введенням 10 мл рідини за допомогою шприца.

Вірно настроєний комплекс має забезпечувати наявність зображення на екрані реограми амплітудою 40-50 мм без очевидних амплітудних викривлень у вигляді плато на реограмі.

Виконавши настройку реографа, запишіть значення опору трубки R_m = 100 R₁ + 10 R₂, де R₁ і R₂ - величини опорів на перемикачі 2 та резисторі 3 (див. рис. 4.25). Запишіть значення об'єму трубки V_m (наведене на макеті судини).

Завдання 2. Експериментальне дослідження залежності зміни опору трубки R_m від зміни об 'ему системи ∆V. Дослідження проводиться на моделі, яка імітує властивості судини. Схематично макет поданий на рис. 4.26.

З міна об'єму системи проводиться за рахунок рідини, витісненої з шприца; частина цієї рідини потрапляє в трубку і викликає зміну її об'єму ∆V_m.

1. Вимірювання амплітуди реограми. Плавним рухом шприца ввести дозований об'єм рідини ∆V, який послідовно дорівнює 10; 7,5; 5 і 2,5 мл - цим об'ємам відповідають позначки на шприці. Для кожного із значень ∆V виміряти амплітуду реограми на екрані осцилографа. Дані занести в графу А (мм) заздалегідь приготованої таблиці.

2. Визначення зміни опору. Для визначення ∆R_m необхідно провести калібровку реографа. З цією метою встановіть значення R_K (рис. 4.25, ручка 1) рівним 0,25 Ом, натисніть кнопку калібровий 7 і виміряйте амплітуду калібрувального сигналу на екрані А_к (мм). Знайдіть чутливість приладу: α = R_к/A_к (Ом/мм). Якщо калібровка не може бути виконана, то треба взяти чутливість комплексу α = 0,05 Ом/мм.

Визначити ∆R_m = αA (Ом).

3. Зміну об'єму трубки ∆V_m для кожного витісненого об'єму рідини ∆V знаходять із співвідношення ∆V_m = V_m(∆R_m/R_m).

За знайденими значеннями ∆V_m визначте відношення ∆V_m/V. Знайдіть середнє його значення. Поясніть зміст одержаного коефіцієнта, враховуючи розподіл рідини між об'ємами макета.

За даними експериментальних досліджень побудуйте графік залежності ∆R_m =f(∆V).

Таблиця. Визначення змін об’єму еластичної трубки

№	Об'єм системи ∆V	10мл	7,5 мл	5 мл	2,5 мл
1.	Амплітуда реограми А [мм]
2.	Опір ∆R [Ом]
3.	Об'єм трубки ∆Vm [мл]
4.	Відношення ∆Vm /∆V