Биотехническая система многоканальных электроимпедансных исследований фазовой структуры деятельности сердца, страница 8

2.2 – схема расположения сосудов, питающих грудную мышцучеловека.Рис. 2.1. Схема расположения межреберных артерий54Рис. 2.2. Схема расположения артерий, питающих грудную мышцу человекаДляопределениявременныхпараметровнеобходимоучитыватьвозможные фазовые изменения в электроимпедансном предсердном сигнале,вызванные влиянием кровенаполнения мягких тканей.В ходе решения задачи по определению локализации торакальнойэлектродной системы был проведен эксперимент, в котором на грудной клеткепациента располагалось несколько электроимпедансных каналов с размерамиэлектродных систем, соответствующими размеру предсердной электроднойсистемы (Рис.

2.3). Электроимпедансные сигналы были записаны на здоровомдобровольце, данные о котором представлены в сводной Таблице 2.Рис. 2.3. Расположение электродных систем для определения оптимальногорасположения предсердного электроимпедансного канала55В ходе эксперимента были получены электроимпедансные сигналы,представленные на Рис. 2.4.Рис. 2.4. Электроимпедансные сигналы, полученные с торакальныхэлектродных систем, имеющих разную локализациюМаксимальная задержка между сигналами составляет около 20 мс.При этом пульсовое кровенаполнение в первую очередь доходит до мягкихтканей левых областей грудной клетки.

Следует также учитывать, что формысигналов, полученных с торакальных каналов разной локализации, взначительной мере отличаются друг от друга.Поэтому при выборелокализации прекордиальных электроимпедансных измерениях необходимо впервуюочередьобеспечитьмаксимальноесоответствиеархитектурыкровеносных сосудов в области расположения предсердного и торакальногоканалов.Рис. 2.5. Расположение торакальной электродной системы для учета влияниякровенаполнения мягких тканей56На основании наибольшего сходства архитектуры кровеносных сосудовдля учета влияния кровенаполнения мягких тканей и выделения полезногопредсердногоэлектроимпедансногосигналанеобходимоиспользоватьторакальное отведение, расположенное под правой ключицей пациента, какпредставлено на Рис.

2.5. Угол наклона торакального канала должен составлять45±15 относительно анатомической оси тела человека. Параметры такойэлектроднойсистемы(типэлектродов,размерыэлектродов,размерыэлектродной системы) должны соответствовать параметрам предсердныхпрекордиальных электроимпедансных систем.Для большинства пациентов с толщиной подкожно-жирового слоя вобласти локализации электродных систем менее 20 мм учет вклада пульсовогоизменениякровенаполненияжировойимягкойтканейэквивалентенвычитанию пульсовых электроимпедансных сигналов.

Именно такой методполучения и анализа полезных предсердного и желудочкового сигналовиспользовался в данной работе.2.2.Определениетеоретическихтребованийкрасположениюэлектродных систем для анализа правых отделов сердцаДля оценки возможности использования электроимпедансных методовизмерения в анализе деятельности правых отделов сердца и оценкичувствительности электроимпедансных тетраполярных электродных систем кперемещениюиспользованиемстенокпредсердийаналитическогобылирешенияпроведенымоделиэкспериментысполубесконечногопространства со сферическим включением, описанного в работах [35].

Общаясхема модели представлена на Рис. 2.6.На Рис. 2.6 представлены: I – токовые электроды, U – потенциальныеэлектроды, h – глубина залегания включения, R – радиус сферической моделисердца, ρ1 – удельное сопротивление мягких тканей, ρ2 – удельное57сопротивление крови в сердце, 2а – расстояние между токовыми электродами,2b – расстояние между измерительными электродами, y – смещение серединыэлектродной системы относительно середины сферы.Рис.

2.6. Схема сферической модели сердцаВ модели используется симметричная тетраполярная электроднаясистема. Электроды - точечные. Сокращение отделов сердца моделируетсяизменением радиуса сферического включения R. Параметры a, b, h, ρ1 и ρ2считаются постоянными.На первом этапе целью экспериментов являлось выявление размеров ирасположения электродных систем, которые будут наиболее чувствительны кперемещениям стенок предсердий.Электроимпедансныеизмеренияимеютограниченияпопространственному разрешению.

При этом такие методики исследованийявляются интерференционными, то есть на измерения влияют все ткани иорганы, которые располагаются в зоне интереса. Поэтому при увеличенииглубины залегания объекта требуется увеличение размеров электроднойсистемы. В работе [35, 36] показано, что для оценки перемещений границкрови в желудочках необходимо использовать электродные системы срасстоянием между токовыми электродами не менее 100х50 мм. Ограничениемразмеров электродной системы сверху являются размеры непосредственно58самого объекта исследований и наличия сред с динамически изменяемымипараметрамивблизинего.Наиболееамплитуднымидвижениямиприсокращении сердца являются сокращения желудочков.

Учитывая взаимноерасположение предсердий и желудочков, необходимо располагать электроднуюсистему в большей степени над предсердиями.По данным МРТ исследований здоровых добровольцев продольный ипоперечный размеры сердца по крови составляют 114±7,8 х 87±2,2 мм,соответственно, средний продольный размер предсердий составляет 35±3,3 мм.Таким образом, использование электродных систем с размерами,превышающими 150х75 мм, приведет к измерениям, в которые основной вкладбудет вносить движение крови в желудочках. Это, в свою очередь, приведет кпотере информации о движении границ предсердий.Сформулированыпараметрыматематическоймодели,которыепредставлены в Таблице 3.Таблица 3.Параметры математической модели сокращения предсердийПараметрРазмер электродной системы, ммЗначение100х50, 120х60, 140х70Глубина залегания предсердий, мм50, 60, 70Радиус эквивалентной сферы, мм25Изменение радиуса эквивалентной сферы, мм1Сопротивление мягких тканей, Ом*м7Сопротивление крови, Ом*м1,35Измерение электроимпеданса в математической сферической моделисердца осуществляется при помощи уравнения (11) [35].,(11)59где ρ1 – удельное сопротивление мягких тканей, ρ2 – удельноесопротивление крови, a – полурасстояние между токовыми электродами,b – полурасстояние между измерительными электродами, R – радиусэквивалентной сферы, имитирующей предсердия, h – глубина залеганияпредсердий, y – смещение электродной системы относительно центрапредсердий.Чувствительность Se электроимпедансных измерений к движениюпредсердий оценивается с помощью уравнения (12).(12)где ΔZ(ΔR=1мм) – изменение пульсового импеданса при смещении стенкипредсердий на 1 мм, Zдиастола – значение пульсового импеданса в диастолупредсердий.Начальное положение электродной системы – центр сферической моделипредсердий.

Результаты моделирования представлены на Рис. 2.7-2.9.Рис. 2.7. Чувствительность электроимпедансных измерений Se кизменению радиуса предсердий на 1 мм при смещении электродной системы yот начального положения к границе предсердий. Размер электродной системы –100х50 мм. Цифрами обозначены результаты, соответствующие моделям сразной глубиной залегания предсердий: 1 – 50 мм, 2 – 60 мм, 3 – 70 мм60Рис. 2.8. Чувствительность электроимпедансных измерений Se кизменению радиуса предсердий на 1 мм при смещении электродной системы yот начального положения к границе предсердий. Размер электродной системы –120х60 мм. Цифрами обозначены результаты, соответствующие моделям сразной глубиной залегания предсердий: 1 – 50 мм, 2 – 60 мм, 3 – 70 ммРис.

2.9. Чувствительность электроимпедансных измерений Se кизменению радиуса предсердий на 1 мм при смещении электродной системы yот начального положения к границе предсердий. Размер электродной системы –140х70 мм. Цифрами обозначены результаты, соответствующие моделям сразной глубиной залегания предсердий: 1 – 50 мм, 2 – 60 мм, 3 – 70 ммВыявлено,чтодлядостижениянаибольшейчувствительностиэлектроимпедансных измерений к движению стенок предсердий необходиморасполагать электродные системы над предсердиями со смещением от 10до 30 мм от середины предсердий.612.3. Регистрация активности структур отделов сердца на физическихмоделяхЦелью экспериментальных исследований является анализ влияниядвижения ПЖП на электроимпедансные измерения.

Созданы однотипныедвухслойные модели с раздельными объектами, имитировавшими желудочки ипредсердия сердца, с характеристиками, представленными в Таблице 4.Разработанный макет представлен на Рис. 2.10.Таблица 4.Параметры физических моделейПараметрЗначениеМодель 1Модель 2Продольный размер желудочка130 ± 2 мм120 ± 2 ммПоперечный размер желудочка120 ± 2 мм105 ± 2 ммПродольный размер предсердия60 ± 2 мм55 ± 2 ммПоперечный размер предсердия90 ± 2 мм80 ± 2 ммУдельное сопротивление мягких тканей (ρ1)4,3 ± 0,2 Ом*м6,0 ± 0,2 Ом*мУдельное сопротивление крови (ρ2)1,3 ± 0,2 Ом*м1,7 ± 0,2 Ом*м28 мм25 мм55 мм55 мм50 мм50 мм55 мм55 мм140 мм140 ммГлубина залегания фантома: до зоны тупости дожелудочкавплоскостирасположения сборки от поверхности до предсердиядо предсердия в плоскости расположениясборкиРасстояние между токовыми электродами62Таблица 4. ПродолжениеРасстояниемеждупотенциальными70 мм70 ммМатериал электродовAg/AgClAg/AgClДиаметр электродов8 мм8 ммэлектродамиА)Б)Рис.

2.10. Внешний вид физической модели.А) Вид сверху, Б) Вид сбокуДляпроведенияисследованийиспользоваласьмногоканальнаяэлектроимпедансная система РЕО-32. Параметры диагностической системыпредставлены в Таблице 5.Дляколичественнойикачественнойоценкиизмененияэлектроимпедансного сигнала, вызванного перемещением ПЖП, экспериментывключали в себя по 32 измерения.63Таблица 5.Технические характеристики многоканальной электроимпеданснойсистемы РЕО-32ПараметрЗначениеЧисло каналов регистрации прекардиальной реограммы30Число каналов регистрации трансторакальной1реокардиограммыЧисло каналов ЭКГ1Частота дискретизации каналов, Гц500Параметры каналов реограмм:метод измерения…………………………………………………тетраполярныйизмерительный ток………………………………………………1 мА, 100 кГцдиапазон измерения базового импеданса………………………1…250 Омдиапазон изменений пульсового импеданса ………………….. 2 Омприведенный ко входу шум базового импеданса………………50 мОмприведенный ко входу шум пульсового импеданса……………1,0 мОмполоса частот пульсовой реограммы…………………………...0,01…137 ГцПараметры канала ЭКГ:приведенный ко входу шум ЭКГ………………………………..3 мкВполоса частот ЭКГ……………………………………………….0,17…117 ГцСхемапроведенияэкспериментовнафизическихмоделяхбылаидентичной.

Между измерениями модель сердца смещалась на 10±1 мм.Начальное положение ПЖП сердца располагалось на расстоянии 20 мм отсередины электродной системы. Крайние положения середины электроднойсистемы относительно приклапанной области сердца: 20 мм в сторонужелудочков и 50 мм в сторону предсердий. Глубина залегания объектасохранялась постоянной на протяжении всего эксперимента. Полученныерезультаты представлены в Таблице 6 (Рис. 2.11).64Таблица 6.Результаты эксперимента на физических моделяхΔХпер, ммZср , Ом2041,78-1042,1115,2±18,6042,20-17,0±89,2-1042,71-71,7±98,1-2043,06434±224,4-3043,31-29,1±33,6-4043,61-30,3±23,7-5041,7819,4±29,9,%ΔХпер, ммРис. 2.11.