Биотехническая система многоканальных электроимпедансных исследований фазовой структуры деятельности сердца, страница 3

Разработаны средства и методы анализа данных, полученных в ходеодновременныхмногоканальныхэлектроимпедансныхиэлектрокардиографических исследований, позволяющие численно измерятьдлительности фаз деятельности сердца в мониторном режиме.2.Разработаныпрограммно-алгоритмическиесредстваиметоды,позволяющие в автоматическом режиме определять вклад от движения ПЖП вУО сердца.3. Результаты работы внедрены в практику научных исследований НИИБиомедицинской техники и учебный процесс факультета Биомедицинскаятехника МГТУ им. Н.Э.

Баумана.Апробацияработыпроведенананаучномсеминарефакультета«Биомедицинская техника» МГТУ им. Н.Э. Баумана, научно-учебногокомплекса «Радиоэлектроники, лазерной и медицинской техники» МГТУим. Н.Э. Баумана.Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:15-й научно-технической конференции «Медико-технические технологии настраже здоровья» (Португалия, Мадейра, 2013); 16-й научно-техническойконференции «Медико-технические технологии на страже здоровья» (Греция,Кефалония,2014);17-йнаучно-техническойконференции«Медико-технические технологии на страже здоровья» (Крым, пос. Партенит, 2015);VIII Russian German Conference on Biomedical Engineering (Санкт-Петербург,2012); «1st Russian German Conference on Biomedical Engineering» (Germany,Hannover, 2013); «10th Russian German Conference on Biomedical Engineering»(Санкт-Петербург, 2014); «11th Russian German Conference on BiomedicalEngineering» (Germany, Aachen, 2015); «12th Russian German Conference on14BiomedicalEngineering»(Суздаль,2016);международномконгрессеКардиостим-2016 (Санкт-Петербург, 2016).Публикации.По материалам работы опубликовано 16 печатных работ, из них 6 врецензируемых журналах и изданиях из перечня ВАК РФ.

Общий объем0,96 п.л.Объем и структура диссертации.Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общихвыводов, списка литературы и приложений. Основное содержание работыизложено на 127 страницах, содержит 56 рисунков, 18 таблиц. Списоклитературы включает 70 библиографических источников.Автор выражает глубокую признательность и благодарность научномуруководителю доктору технических наук, профессору С.И.

Щукину запостоянную и всестороннюю помощь.15ГЛАВА 1. ПРЕДПОСЫЛКИ К РАЗРАБОТКЕ АППАРАТНОПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА МНОГОКАНАЛЬНЫХЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФАЗОВОЙ СТРУКТУРЫДЕЯТЕЛЬНОСТИ СЕРДЦАВ большинстве случаев в потоке пациентов в медицинских учрежденияхдля оценки состояния ССС человека применяют только электрокардиографы итонометры. Однако такие методы позволяют разово оценивать артериальноедавление и электрическую активность сердца.

Только на протяжениидлительного периода времени можно рассчитывать на получение информации,достаточной для построения теорий о возможных нарушениях в работе сердца.В случае возникновения признаков отклонений в правильности работы сердцамогут применяться стресс-системы и системы длительного мониторинга.Стресс-системы позволяют в короткие сроки оценить возможности адаптацииорганизма пациента к физическим нагрузкам.

При некоторых заболеванияхприступы могут возникать именно при физическом или эмоциональном стрессе[27]. В свою очередь холтеровские мониторы также позволяют повыситьточность и чувствительность электрокардиографии при выявлении нарушенийв деятельности сердца. Помимо этого системы удаленного мониторингапозволяют улучшить состояние пациентов: люди реже обращаются вмедицинскиеучреждения,лучшесебячувствуют,становятсяболееуверенными, так как чувствуют, что они находятся под присмотром [28].Более сложные системы, позволяющие визуализировать структурывнутренних органов, применяются значительно реже. Второе место по частотеиспользования при ведении больных кардиологического профиля занимаютультразвуковые методы диагностики (УЗИ).

УЗИ позволяет визуализироватьструктуру внутренних органов, движение тканей в области исследования,движение крови и жидкостей, определять гемодинамические параметры ССС и16т.д. Такой неинвазивный метод диагностики открыл врачам возможностьвидеть и измерять внутренние структуры сердца. Однако существуютособенностипроведениятакихпроцедур.Однойизнихявляетсяневозможность получения данных при наличии костной ткани вблизи датчика.Эта особенность накладывает требования ко всей методике: при исследованиисердца необходимо располагать датчик между ребрами пациента. Учитываяэтот факт, а также анатомические особенности расположения сердца человека,врач далеко не всегда может получить данные о состоянии правых отделовсердца.Для детального анализа состояния стенок сердца и работы отделов сердцамогут применяться МРТ или КТ.

МРТ позволяет более подробно рассматриватьсостояние сердца, однако для массового применения методика не подходит, таккак является дорогостоящей и для проведения одного обследования требуетсяболее 30 минут. Анализ полученных изображений порой осложняетсяневысокимкачествомкартинок.Автоматическиесистемынастройкиисследований, улучшения качества полученных изображения и расчетаобъемныхпоказателейтребуютобязательнойпроверкирезультатовмедицинским персоналом.Мультиспиральная компьютерная томография позволяет добиватьсяизображений очень высокого качества, но для этого требуется использованиевведениявкровьпациентаконтрастирующеговещества.Результатыисследования позволяют детально изучить состояние сердца пациента, а такжеизмерять все объемные параметры деятельности сердца.На сегодняшний день ни одна методика исследования, кроме ЭКГ, непозволяет в мониторном режиме следить за показателями деятельности сердца.Возможным решением такого недостатка медицинской техники в практикемедицинских учреждений являются электроимпедансные методы измерения.Такие системы позволяют оценивать показатели электрической и механическойдеятельности сердца в режиме реального времени.

Основным недостатком17таких методов являются невысокая и непостоянная абсолютная точностьизмерений. В результате электроимпедансные методы развиваются медленнее,нежели методы визуализации внутренних структур организма пациента.Важным моментом диагностики является необходимость контролядинамики изменения состояния или показателей деятельности ССС.

В такомслучае повышается вероятность выявления истинных причин развития какоголибо отклонения от нормы и более раннего проведения каких-либо действий поустранению проблемы или лечению заболевания. Электроимпедансные методывотношениивозможностииудобствамониторированияпараметровдеятельности сердца уступают только ЭКГ исследованиям.Если рассматривать разовые исследования в ситуациях, когда нетребуется мониторный режим работы оборудования, то в диагностикесостояния отделов сердца следует отметить, что врачи уделяют меньшевнимания правым отделам сердца из-за сложности проведения их диагностики.В клинической практике структура и функция ПЖ оценивается в основномкачественно, а не количественно [29]. В результате ограниченность илисложность методик приводят к снижению количества данных по деятельностиправых отделов сердца, что может сказываться на эффективности выявленияотклонений, связанных с работой малого круга кровообращения и системыдыхания человека.Также в исследованиях деятельности сердца основное вниманиеуделяется механической деятельности желудочков.

В то время, как информацияо фазовой структуре деятельности предсердий крайне редко используется входе ЭхоКГ исследований.1.1. ЭлектрокардиографияЭлектрокардиографияпредназначенадляизученияэлектрическойактивности сердца. В большинстве случаев используются 12 стандартных18отведений [30]: 3 – по Эйнтховену, 3 – усиленных по Эйнтховену, 6 – грудных.На Рис. 1.1 представлена обобщенная схема расположения электродов на телепациента.Рис.

1.1. Стандартное расположение электродов при проведенииэлектрокардиографического исследованияТакой метод диагностики применяется в качестве основного методаисследованиядеятельностисердцапациента.Позволяетпроводитьоднократные измерения, а также следить за состоянием сердца в мониторномрежиме. Служит в первую очередь для качественной и количественной оценкираспространения электрического импульса по тканям сердца. Позволяетопределять ритм сердца и аритмии.Положительными сторонами такого метода измерения являются:простота измерений;возможность контроля состояния сердца в режиме реальноговремени;выявление любых видов аритмий, в том числе жизнеопасных;возможность локализации областей ишемии миокарда.19Негативными сторонами являются:не предоставляет данных об объемных параметрах деятельностисердца;не позволяет в явном виде определять механические проблемы вработе отделов сердца;не позволяет выявлять локальные изменения в структурах сердца;отсутствует возможность оценки общей гемодинамики сердца;точность определения локализации ишемии миокарда очень низкая.ЭКГ диагностика распространена за счет сравнительно низкой стоимостиаппаратуры при обеспечении врача большим количеством точной информации.Отдельным направлением ЭКГ диагностики является Холтеровскоемониторирование.

Холтероваская система максимально автоматизирована ипозволяет выявлять большинство отклонений в работе сердца при обычном дляпациента образе жизни.Для получения более полного представления о состоянии ССС пациентавместе с ЭКГ исследованием необходимо проводить измерение артериальногодавления.С помощью электрокардиографии можно определить, в каких областяхесть нарушение проводимости электрического импульса тканями. Однако такойподход не позволяет оценивать изменения в гемодинамике сердца.1.2. Ультразвуковое исследование (ЭхоКГ)ЭхоКГ один из наиболее часто применяемых методов диагностики сердцачеловека.

Ультразвуковые системы позволяют оценивать структуру тканейсердца, размеры отделов сердца, скорости потоков крови и многое другое.Однако из-за особенностей используемой в методике энергии для анализасостояния сердечной мышцы необходимо располагать датчик между ребрами.Ограничения в локализации датчика в совокупности с анатомическими20особенностями расположения органа в грудной клетке человека не позволяютрассматривать сердце со всех сторон.Основными зонами расположения УЗ датчика на грудной клеткепациента выделяют следующие [31, 32]: левая парастернальная, праваяпарастернальная, верхушечная (апикальная), субкостальная, супрасернальная.На Рис. 1.2 представлены вышеперечисленные области локализации УЗдатчика.Рис. 1.2.

Области расположения УЗ датчика1 – левая парастернальная, 2 – верхушечная, 3 – субкостальная,4 – супрастернальная, 5 – правая парастернальная, 6 – надключичные позицииПоложительными сторонами УЗИ можно выделить следующие:возможность в режиме реального времени увидеть движениевнутренних структур органов человека;можно оценить состояние структур тканей;можно количественно оценить размеры внутренних полостей итканей;доплеровские методы измерения позволяют оценивать скоростьдвижения крови;возможностьнеинвазивнопараметры деятельности сердца.определитьгемодинамические21Отрицательные стороны ЭхоКГ:ограниченность обзора;невысокая четкость границ тканей;очень высокие требования к опыту и умениям врача;высокая стоимость оборудования;необходимостьналичиянесколькихдатчиковсразнымипараметрами;отсутствиевозможностимониторированиягемодинамическихпараметров деятельности сердца.Погрешность измерения гемодинамических параметров для ЭхоКГсоставляет до 15%.