Биотехническая система многоканальных электроимпедансных исследований фазовой структуры деятельности сердца, страница 9

Чувствительность электроимпедансной электродной системык смещению ПЖП сердца при ее смещении с шагом 10 ммВ результате проведенных экспериментов установлено, что для наиболееэффективногопочувствительностикперемещениюПЖПизмеренияэлектродная система должна быть смещена на расстояние от 15 до 25 ммотносительно ПЖП в сторону удаления от желудочков.652.4. Определение чувствительности электродных систем к перемещениюграниц предсердийНа следующем этапе проведены вычислительные эксперименты в средеконечно-элементного анализа Ansys [65, 68].

Версия программного продуктаAnsys 16. Трехмерные модели созданы в среде автоматизированногопроектирования T-Flex 14.Целью моделирования являлось определение влияния перемещениясвободных стенок предсердий и перемещения ПЖП на электроимпедансныеизмерения.Схема модели представлена на Рис. 2.12.Рис. 2.12. Модель сердца, состоящая из предсердий и желудочковНа Рис. 2.12 представлены: I – токовые электроды, U – потенциальныеэлектроды, hж – глубина залегания желудочков, hп – глубина залеганияпредсердий, Dж – диаметр модели желудочков, Dп – диаметр моделипредсердий, L – расстояние между серединами моделей предсердий ижелудочков, ρ1 – удельное сопротивление мягких тканей, ρ2 – удельноесопротивление крови в сердце, 2а – расстояние между токовыми электродами,662b – расстояние между измерительными электродами, y – смещение серединыэлектродной системы относительно ПЖП.В Таблице 7 представлены значения параметров модели.Таблица 7.Значения параметров модели сердцаПараметрЗначениеРазмер электродной системы (расстояние между токовыми140х70электродамиХрасстояниемеждуизмерительнымиэлектродами), ммРазмер желудочка Dж, мм100Глубина залегания желудочка hж, мм30Размер предсердия в диастолу Dпд, мм50Размер предсердия в систолу Dпс, мм40Глубина залегания предсердия hп, мм60Расстояние между центрами сфер L, мм60Удельное сопротивление первого слоя ρ1, Ом*м5Удельное сопротивление включения ρ2, Ом*м1,35Начальное расположение середины электродной системынад ПЖПВ ходе эксперимента проводились измерения изменения электрическогоимпеданса, в первом случае вызванного смещением ПЖП на 10 мм в сторонупредсердий, во втором – уменьшением радиуса модели предсердий на 10 мм.Выявлено, что смещение ПЖП и движение стенок предсердий,одинаковыепоамплитуде,вызываютблизкиепомодулю,норазнонаправленные изменения электроимпеданса, измеряемого с помощьюэлектродной системы, расположенной над предсердиями.С помощью системы конечно-элементного анализа Ansys проведеноисследование с целью определения локализации электродной системы67относительно ПЖП, позволяющей достигать наибольшей чувствительностиизмерений импеданса к перемещению ПЖП.

Результаты исследованияпредставлены на Рис. 2.13.ΔХпер, ммРис. 2.13. Чувствительность электроимпедансных измерений к перемещениюПЖП ΔХпер на 10 мм при условии смещения электродной системы (шаг 10 мм).Начальное положение электродной системы: середина системы – над ПЖПВрезультатечувствительностибылоквыявлено,двигательнойчтодляактивностиполученияпредсердий,наибольшейсмещениеэлектродной системы относительно ПЖП должно составлять от 17 до 23 мм всторону от желудочков.2.5.

Определение локализации электродных систем на грудной клетке дляоценки перемещения границ предсердийВ проведенных экспериментах не учитывается многослойность структуртканей, окружающих сердце. Поэтому дальнейшим шагом исследований сталоопределение локализации электроимпедансных электродных систем на груднойклетке здоровых добровольцев, позволяющая с наибольшей чувствительностью68оцениватьдеятельностьпредсердий.Результатыэкспериментовбылипредставлены в статье [59].Эксперименты проводились на здоровых добровольцах.

Анатомические игемодинамическиепараметрыдобровольцевприведенывтаблице2.Определение проекции границ сердца на поверхность грудной клеткиосуществлялось при помощи данных МРТ исследований.Используемоеоборудование:многоканальнаяэлектроимпеданснаясистема РЕО-32 (Рис. 2.14), технические характеристики которой представленыв Таблице 3.Рис. 2.14.

Внешний вид многоканальной электроимпедансной системы«РЕО-32» во время проведения исследованияВ ходе проведения экспериментов применялись электродные системы сразмерами 120х60 и 140х70 мм. Другие размеры электродных систем прикартировании предсердий не рассматривались в виду того, что при большихразмерах в электроимпедансный сигнал вносят большой вклад активныеструктуры в области сердца – желудочки, аорта, легочная артерия.

Размещениеэлектродных систем разных размеров проиллюстрировано на Рис. 2.15.69а)б)Рис. 2.15. Наложение локализаций электродных систем разных размеров наМРТ снимок сердца здорового добровольца. а) – проекция электроднойсистемы 120х60 мм на сердце, б) – проекция электродной системы 160х80 насердцеСхема расположений электродных систем на грудной клетке здоровыхдобровольцев в ходе исследований представлена на Рис. 2.16.Рис. 2.16. Схема расположения электродных систем во времяэксперимента по определению оптимального расположения электродныхсистем для оценки фазовой структуры деятельности предсердий. Стрелкамиобозначены смещения электродных систем в ходе экспериментовПоследовательностьпроведенияэкспериментовиособенностирасположения электродных систем на грудной клетке здоровых добровольцевуказаны в Таблице 8. Представленная последовательность проведенияэкспериментов выдерживалась при использовании электродных систем разного70размера.

Погрешность определения расстояния между серединой электроднойсистемы и проекцией границы правого предсердия по крови составила ±2 мм.Таблица 8.Характеристики локализации электродных систем при проведенииэкспериментов№УсловноеРасстояние междуУгол наклонаэкспе-расположениесерединой электроднойэлектродной сборки криментапо Рис. 2.16системы и границейанатомической осиправого предсердия, ммсердца, град.1-41-10, 0, 10, 20905-82-10, 0, 10, 20909-123-10, 0, 10, 209013-164-10, 0, 10, 207517-205-10, 0, 10, 206021-246-20,-10, 0, 103025-287-20,-10, 0, 100Характерное изменение пульсового импеданса на полезном предсердномсигнале представлено на Рис. 2.17.По результатам проведенных исследований [59, 64] на здоровыхдобровольцахполучено,чтолокальныйминимумпрекордиальногоэлектроимпедансного сигнала попадает в промежуток времени от середины Рзубца до середины интервала PQ на электрокардиограмме.

На Рис. 2.17 началосистолы предсердий отмечено пунктирной вертикальной линией 1 в конце Рзубца на ЭКГ на основании анализа полезного предсердного сигнала.Вертикальнаялиния2показываетразличиевобнаруженииначаламеханической систолы предсердий при анализе полезного и исходногопрекордиальных сигналов, которое по результатам исследований может71приводить к отклонениям в определении начала механической систолы вдиапазоне 10 - 30 мс.Рис.

2.17. Характерное изменение пульсовой компоненты импеданса,полученное при расположении электродной системы в области проекцииправого предсердия на поверхность грудной клеткиКритерием оптимальности выбора локализации электродной системыявляется определение наиболее выраженного события на электроимпедансномсигнале в период сердечного цикла от Р зубца на электрокардиограмме доначала систолы желудочков. Выраженность пика характеризуется амплитудойлокального изменения сигнала.В соответствии с критерием оптимальности было определено, что длянаиболее эффективной оценки активности предсердий и ПЖП необходиморасполагать предсердную электродную систему под углом от 20 до 60 канатомической оси сердца и на расстоянии 10-30 мм между серединойэлектроднойсистемыДопустимаяобластьиприклапаннойрасположенияобластьюпредсерднойправогопредсердия.электроднойсистемыпредставлена на Рис.

2.18.Анализ электроимпедансных данных показывает, что в момент началамеханической систолы предсердий на полезном предсердном сигнале,полученном с помощью электродной системы, расположенной в соответствии сРис. 2.18, наблюдается характерное изменение сигнала – локальный минимум.72Установлено, что регистрируемое таким образом начало механической систолыпредсердий соответствуют данным, полученным в ходе МРТ исследований.Рис. 2.18. Допустимая область расположения электродной системы для анализадеятельности правого предсердия, представленная на МРТ изображенииУчитывая, что смещение ПЖП на 1 мм и перемещение стенок предсердийна 1 мм вызывают близкие по амплитуде изменения электрического импеданса,а также характерное изменение на предсердном реокардиографическом сигналев момент начала механической систолы предсердий, наибольший вклад визменение регистрируемого электроимпедансного сигнала во время активнойфазы сокращения предсердий оказывает перемещение ПЖП.2.6.

Выводы к главе 21.Параметрыторакальнойэлектроднойсистемыдолжнысоответствовать параметрам предсердной электродной системы.2.Наибольшее влияние на изменение электроимпедансных измеренийоказывает перемещение ПЖП.3.Длядостижениянаибольшейчувствительностиэлектроимпедансных измерений к смещению ПЖП необходимо смещатьсередину электродной системы относительно приклапанной области нарасстояние от 10 до 30 мм в сторону от желудочков.734.Минимальный размер электродной системы составляет 120х60 мм.5.Максимальный размер электродной системы составляет 150х75 мм.6.Дляучетакровенаполнениямягкихтканейнеобходимоиспользовать торакальную электродную систему, расположенную под правойключицейгруднойклеткипациентаподуглом45±15˚относительноанатомической оси тела человека.7.

На основании результатов экспериментальных исследований в средеконечно-элементного анализа Ansys, а также того, что изменение полезногопредсердного сигнала в систолу предсердий соответствует изменениям сигнала,вызванным смещением ПЖП в сторону от верхушки сердца, определено, чтонаибольший вклад в изменение полученного электроимпедансного сигнала вовремя фазы механического сокращения предсердий оказывает перемещениеПЖП.74ГЛАВА 3.