Биотехническая система многоканальных электроимпедансных исследований фазовой структуры деятельности сердца, страница 12

3.15), аппроксимирующей стенкижелудочков в области ПЖП.Рис. 3.15. Аппроксимация приклапанной области желудочков усеченнымконусомПо результатам исследования движения ПЖП по данным МРТ былсделан вывод, что размеры секущей №3 можно сохранять в любой моментсистолы, так как это значение вносит небольшую погрешность в измерениеобъема крови в приклапанной области (не более 3% от вклада в УОжелудочков). Для снижения вероятности погрешности, связанной с выборомоператором неверных размеров основания 3, выбрано соотношение 1:3, то естьдлина секущей №3 = длина секущей №1 / 3.Наиболее важным определяемым визуальным параметром являетсязначение диаметра сердца в приклапанной области желудочков.

Погрешностиизмерения оператором объема крови в приклапанной области могут достигать17%.99Для минимизации субъективной погрешности при выборе кривой №1,описывающей клапанную поверхность, в соответствии с Рис. 3.15 расчетударного объема, обеспечиваемого движением ПЖП, должен проводиться последующему алгоритму:1. По данным МРТ выбирается изображение с фронтальным срезомсердца, на котором виден аортальный клапан или клапан легочной артериив конце диастолы желудочков.2. НаМРТизображенииграницажелудочковаппроксимируетсяэллипсом. Длинная ось эллипса близка к анатомической оси сердца(отклонение до 15). В приклапанной области граница эллипса должна бытьвписана в границы внутренних областей желудочков, определяемые по границекрови.3. Определяется секущая из точки А в точку В, параллельная аортальномуклапану. Точка А – максимальный изгиб внешней стенки в области ЛЖ присужении к аорте.

Точка В – точка пересечения вертикальной прямой извершины «треугольника», образуемого при переходе от ПП к ПЖ, с самойсекущей №1.4. Определяется длина секущей АВ (переменная b).5. Сектор эллипса аппроксимируется усеченным конусом. Нижнееоснование – b, верхнее основание – a = b / 3.6. Предполагается,чтоприсокращениижелудочковпроисходитсмещение только основания а на расстояние, равное смещению аортальногоклапана.7. Изменениезначенияобъемакровивприклапаннойобластирассчитывается по формуле (44).(44)100Таким образом, можно выделить данные, которые необходимо получатьоператором вручную на начальном этапе мониторирования:исходное перемещение ПЖП при определенном значении ЧСС;общий диаметр желудочков сердца на фронтальном срезе всоответствии с разработанным алгоритмом.3.12. Результаты измерений по разработанной модели расчета вклада вУО желудочков перемещения ПЖПДля оценки перемещения ПЖП в течение систолы желудочков проведенвычислительный эксперимент с разработанной моделью на основании данныхМРТ исследований 3-х здоровых добровольцев.

В спокойном состоянии былиполучены следующие значения: ЧСС – 70 ± 4 удара/мин, УО – 81 ± 3 мл,перемещение ПЖП – 10,5 ± 0,5 мм. Вычислительная модель имеетпогрешность,сопоставимуюспогрешностьюопределенияУОпоэкспериментальным данным МРТ исследований.Расчетные данные были получены на здоровых добровольцах исопоставлены с данными МРТ исследований. В спокойном состоянии вклад вУО от движения ПЖП составляет 11 ± 1 мл. Точность определения объемовсоставляет не менее 90 %.

Средние значения объемов, которые добавляются вУО от движения ПЖП, представлены в Таблице 12.В результате моделирования по пациенту 2 определено, что приизменениях в механике сокращения стенок миокарда вклад перемещения ПЖПв УО составляет от 12,2 мл до 17,0 мл, что добавляет от 18 до 20% в общийобъем выброса. Таким образом, при увеличении значений УО вкладперемещения ПЖП в сердечный выброс становится более значимым.Увеличение ЧСС на 20% приводит к увеличению перемещения ПЖП на1,8% (с 11,0 мм до 11,2 мм), и вклад движения приклапанной области можетувеличиваться на 0,4%.101При необходимости организма в больших значениях минутного объемакровообращения работают два механизма: увеличение УО и ЧСС [54].Согласно расчетной модели суммарный вклад в УО перемещения ПЖП можетсоставлять до 20 %.Таблица 12.Вклад в УО, вызванный движением ПЖП, на примере пациента №2Перемещение ПЖП,мм / Вклад в УО, мл-20%(59 уд./мин)-10%(67 уд./мин)0ЧСС(74 уд./мин.)+10%(81 уд./мин)+20%(88 уд./мин.)Ударный объем-20%-10%010%20%(63 мл)(70 мл)(78 мл)(86 мл)(93 мл)9,2 / 12,29,8 / 13,010,6 /11,3 /11,9 /14,115,015,810,0 /10,8 /11,5 /12,1 /13,314,315,316,110,1 /11,0 /11,7 /12,4 /13,414,615,516,510,2 /11,1 /11,8 /12,5 /13,514,715,716,610,4 /11,2 /12,1 /12,8 /13,814,916,117,09,3 / 12,39,4 / 12,59,5 / 12,69,6 / 12,7Для учета методической погрешности расчета необходимо учитывать:погрешность измерения перемещения ПЖП по МРТ изображениям– до 1 мм, что может добавлять до 1 мл объема;погрешностьвыбораобластиинтересовдлярасчетовпоразработанному алгоритму – до 1 мл;погрешность упрощения расчета объема приклапанной областижелудочков сердца – до 0,5 мл.102Суммарная методическая погрешность расчета может достигать 23%.Однако суммарная погрешность методики в расчете общего УО составляетоколо 1,5%.В ходе моделирования ЧСС изменялось в пределах от 56 до84 ударов/мин и УО левого желудочка – от 68 до 99 мл.

Для каждого сочетаниязначений ЧСС и УО определено расчетное значение перемещения ПЖП x(t) ирассчитан вклад в УО, обусловленный таким перемещением.В результате вычислительного эксперимента было получено, чтоизменение ЧСС от 56 до 84 ударов/мин при постоянном значении УО левогожелудочка приводит к изменению амплитуды перемещения ПЖП с 10,6 до11,2 мм, а значение объема выбрасываемой за счет движения ПЖП кровиувеличиваетсяна7,5%с14,1до14,9мл.Приминимальныхизрассматриваемых ЧСС, равной 56 уд./мин, и УО, равном 68 мл, перемещениеПЖП составляет 9,2 мм, а вклад в УО левого желудочка – 12,2 мл (18% от УО).При 84 уд./мин ЧСС и 99 мл УО перемещение x(t) составляет 12,8 мм, а вклад вУО – 17 мл (18% от УО).

Максимальный объем вклада в УО от движения ПЖП(20%)достигаетсяпривысокойЧСС(88уд./мин)инаименьшихрассматриваемых значениях УО (63 мл).3.13. Выводы к главе 31. В ходе разработки и исследовании расчетных моделей, описывающихдвижение ПЖП сердца человека, была создана методика, позволяющаяповысить точность определения УО в разных состояниях пациента (разныезначения УО и ЧСС), основанного на электроимпедансном методе измерения,а также с использованием начальных данных МРТ или КТ исследований.Разработанныйметодучитываетвозможностьизмененияамплитудыперемещения ПЖП в зависимости от изменения ЧСС в диапазоне от 55 до95 уд./мин. Расчеты могут быть настроены индивидуально под пациента.1032. Установлено, что перемещения ПЖП при различных условиях можетдостигать от 9,2 до 12,4 мм в течение систолы желудочков.

При этом вклад оттакого движения в общий УО может составлять от 18 до 20%.3.ВычислительнаяпогрешностьюмодельопределенияУОимеетпопогрешность,сопоставимуюэкспериментальнымданнымсМРТисследований.4. Для использования разработанной модели необходима первичная«карта» сердца пациента, и не требуется дополнительного проведения лучевойдиагностикивслучаенеобходимостимониторинга состояния пациента.повторногоисследованияили104ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА БИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИПРАВЫХ ОТДЕЛОВ СЕРДЦАДля проведения исследований с помощью электроимпедансных методовизмерений с целью определения фазовой структуры деятельности отделовсердца необходима многоканальная реокардиографическая система.

В ходепрекордиальных измерений необходимо учитывать кровенаполнение мягкихтканей, а также получать информацию с предсердий и желудочков.На основе анализа информативности полученного предсердного итрансжелудочкового сигналов установлено, что для анализа фазовой структурыдеятельности желудочков сердца необходимо использовать два каналаэлектроимпедансных измерений, один из которых является торакальным инесёт информацию об электропроводимости и кровенаполнении мягких тканей,авторой–трансжелудочковый,вкоторомимеетсядополнительнаяинформация о работе правого и левого желудочков и события предсерднойактивности выражены незначительно. Для детального анализа деятельностипредсердий следует использовать торакальный и предсердный каналыизмерения электрического импеданса.Требованиякпараметрамилокализациямпредсердных,трансжелудочковых и торакальной электродных систем обоснованы в Главе 2.На основании вышеизложенного для исследования фазовой структурыдеятельности сердца требуется 3 электроимпедансных канала и 1 канал ЭКГ(Рис.