Диссертация (Биотехническая система окклюзионной многоканальной электроимпедансной локализации периферических венозных сосудов), страница 10

Площадь поперечного сечениярассчитывалась по формуле 1 * 2 * π/ 4, где 1 и 2 -большая и малая осьвены соответственно[68]. На Рисунке 4.4 показаны результаты измененияплощади поперченного сечения вен во время окклюзии.Рисунок 4.4. График изменения площади поперченного сечения вен привенозной окклюзииИсследования на трех венах различной глубины в мягкой ткани иразличного диаметра показали, что площадь поперченного сечения вен привенозной окклюзии изменяется приблизительно в 2 раза. Площадь поперечногосечения увеличилась с 9,3±2 мм2 до 20,3±2 мм2 для вены на глубине 1,8 мм, с2,1±1 мм2 до 3,8±1 мм2 для вены на глубине 0,7 мм, и с 8±2 мм2 до 18,2±2мм2 для вены на глубине 6,1 мм.884.2.Влияние прижатия электродов на изменение электрическогоимпедансаДля обеспечения хорошего контакта электрод кожи и увлеченияконтактируемой площадки требуется прижать электродные системы или еёвыдерживать на коже длительное время, так как за это время происходитстабилизация переходного сопротивления на границе электрод-кожа[69].Однако прижатие электродов системы в свою очередь приводит к сдавлениюсосуда,чтоисследованияхнепозволяетбылоегообнаружено,локализировать.чтоприжатиеПриультразвуковыхдатчикавобластирасположения периферических венозных сосудов приводило к их сдавлению.Исследования, проводимые на добровольцах, для анализа влиянияприжатия электродов на изменение электрического импеданса, показали, чтоприжатие электродов приводило к изменению импеданса как представлено наРисунке 4.5.Рисунок 4.5.

Влияние прижатия на изменение электрического импеданса89Изменение импеданса в результате прижатия электродов по амплитудепревышает изменение импеданса за счет окклюзии, что может маскироватьлокализацию вен.Чтобы исключить возможность сдавления кровеносного сосуда быларазработана новая электродная система, в которой была увеличена площадьтоковых электродов (Рисунок 4.6). Новая электродная система состоит изчетырех каналов, так что можно проводить мониторирование периферическихсосудов по широкому пределу области исследования, уменьшая вероятностьповторного расположения электродной системы в случае не обнаруженнаявены.

Данная ЭС имеет такие же электроды с такими же расстояниями междутоковыми и потенциальными электродами.Рисунок 4.6. Электродная системаДанная электродная система позволяет, проводить измерения без сильногоприжатия и, соответственно, при этом можно получить стабильный сигнал закороткое время с момента установления электродной системы[70-72].904.3.Применение первой производной для анализа экспериментальныхсигналов.Экспериментальные сигналы содержат информацию о физиологическихсобытиях, происходящих во время проведения измерения.

Обнаружение этихсобытий является самым важным этапом при анализе этих сигналов. Прианализе сигналов часто возникает задача их фильтрации, заключающаяся вподавлении шумов.Для фильтрации сигнала использовался сглаживающий адаптивныйфильтр на основе метода наименьших квадратов по правилу k-ближайшихсоседей. Применение фильтров позволяет существенно уменьшить влияниешумов в регистрируемом сигнале. На рисунке 4.7 представлен результатобработки сигнала сглаживающим фильтром[74-80]Рисунок 4.7. Фильтрация экспериментального сигнала сглаживающимфильтромДляболеедетальногоанализаграфикаизмененияимпеданса,формирующего при венозной окклюзии, вычисляют первую производную отсигнала. При этом график показывает скорость изменения импеданса,отражающего скорость кровенаполнения сосудов.91График первой производной изменения импеданса при локализациипериферического венозного сосуда представляет собой отрицательный зубец,формирующийся после венозной окклюзии.

Зубец состоит из нисходящейчасти, вершины, и восходящей части.Отрицательный зубец переходит вгоризонтальную линию.Рисунок 4.8. Анализ первой производной экспериментального сигнала92Отрицательныйзубецпервойпроизводнойотображаетпадениесопротивления при кровенаполнении венозного сосуда. Проекция вершиныотрицательного зубца первой производной на соответствующую часть графикаизменения электрического импеданса при венозной окклюзии представляетсобой точку, при которой скорость кровенаполнения сосуда достигаетмаксимум. Восходящая часть отрицательного зубца первой производнойотражает процесс, при котором наполнение сосуда продолжается, но с меньшейскоростью.Таким образом, каждый сигнал, соответствующего расположения вены,может характеризоваться следующими параметрами:∆ – участок падения сопротивления при быстром кровенаполнениивены,∆– продолжительность быстрого кровенаполнения вены4.4.

Серия экспериментальных исследований на добровольцахЭкспериментальные исследования на добровольцах позволяли установитьмеханизмы формирования электрического импеданса при венозной окклюзии сцелью локализации периферических венозных сосудов.На Рисунке 4.9 представлена методика проведения экспериментальныхисследований локализации периферических вен. ЭС устанавливается наповерхность области предплечья без прижатия, чтобы исключить возможностьсдавления кровеносного сосуда, далее записываются сигналы. Одновременнонакачивают воздух в манжету до 60-70 mm.Hg, чтобы обеспечить венознуюокклюзию, необходимую для динамического изменения импеданса за счетизменения диаметра вены в результаты её кровенаполнения.93Рисунок 4.9.

Методика наложения электродной системы на биообъектНаРисунке4.11показаныграфикиизмененияимпедансаприлокализации периферических венозных сосудов.Обнаруженная вена имеет диаметр 2,3 мм. и находится на глубине 2 мм.от поверхности кожи. Первая производная от сигналов используется дляобнаружения вен по выраженному отрицательному зубцу при венознойокклюзии. Четыре электрических сигнала изменения импеданса, полученных спомощью четырехканальной электродной системы,показывают различныеизменения импеданса в зависимости от расположения вены относительнокаждого измерительного канала. Более чувствительный канал к высокимизменениям импеданса идентифицирует местоположение вены. Например,сигнал 4 на рисунке 7. Эффект инверсии знака приращения импеданса,отраженного на сигналах увеличением значения импеданса во время окклюзии,например сигнал 2, обусловлен расположением вены между смежнымитоковым и потенциальным электродами.На Рисунке 4.12 показаны аналогичные графики изменения импедансапри локализации периферических венозных сосудов для пациента с ожирением.94Такие вены не доступны на ощупь и не видны сквозь кожу пациента, дажепосле применения традиционных методов повышения контрастности вены.Подтверждение расположения сосуда у данного пациента осуществлялось спомощью УЗ.

В результате было обнаружено, что самая поверхностная вена уданного пациента имеет диаметр 2,8 мм и глубину 5,5 мм. Была построенапроекция вены на поверхности кожных покровов и ЭС позиционироваласьотносительно данной вены, как представлено на Рисунке 4.10. Как показано наРисунке 4.12 сигнал 1 определяет местоположение вены. На графикахсоответствующих глубине залегания вены более 3 мм, не наблюдаютсяэффекты инверсии знака приращения импеданса.Рисунок 4.10.

Методика проведения экспериментов95Рисунок 4.11. Результаты клинической апробации метода для веныдиаметра 2,3 мм и глубины 2 мм96Рисунок 4.12. Результаты клинической апробации метода для веныдиаметра 2,3 мм и глубины 2 мм97С целью исследования эффективности разработанных методов и средствбыли проведенные клинические экспериментальные исследования на 11добровольцах.Пациентыимелиразличноетелосложение,глубиназалеганияисследуемых вен в мягкой ткани варьировалась от 1,8 мм до 6 мм и имелиразличные диаметры. Для каждого сигнала, соответствующего расположениювены, находились параметры:∆ – участок падения сопротивления прибыстром кровенаполнении вены, ∆ –продолжительность быстрогокровенаполнения вены.В Таблице 11 приведены численные значения изменений импеданса прилокализациипериферическихвенозныхсосудов,игеометрическиххарактеристик вен, таких как диаметр и глубина.Таблица 11.Результаты клинических исследований на добровольцах.Добровольцы∆Z,Ом∆t,Секh(глубинаd(диаметрZ(базовый),вен), ммвен),ммОм10,6817,81,8-22,5-2,84420,3719,31,8-22,3-2,55930,86124,9-5,22,8-313240,34142-2,32,2-2,54650,688,63,2-3,52,8-388,960,476,55,5-6,22,9-3,112972,768,25,2-6,43,2-3,510583,910,45,2-6,43,5-3,814191,365,25,2-5,92,8-3,2128101,69,25,2-5,92,8-3,2122111,44,21,2-2,12,6-2,881Анализполученныхрезультатовпоказываетэффективностьмногоканального электроимпедансного метода локализации периферическихвенозных сосудов.98∆ – участок падения импеданса для различных пациентов показал, чторазработанный метод является эффективным для пациентов с ожирением, укоторых вены не видны.

Так какданные пациенты часто имеют высокоезначение базового импеданса, это приводит к повышению контрастности вены.Таким образом, падение сопротивления при этом имеет большое значение посравнению с данными, полученными с более поверхностных вен.Одной из важных практических задач является минимизация временидостижения внутривенного доступа. В ходе исследования определено, чтоминимальное достаточное время венозной окклюзии для обнаружения венысоставляет 20-30 секунд.В результате проведенныхисследованийна добровольцахбылоустановлено получено что, венозная окклюзия с давлением в манжете 60-70 ммрт сти временем экспозиции 20-30 сек позволяет повысить точностьопределения проекции венозных сосудов на поверхность предплечья вдиапазоне глубин залегания сосуда до 6 мм для диаметров вен не менее 2 мм на100%.4.5.Рекомендуемые требования к аппаратному обеспечению БТСлокализации периферических венозных сосудовВ результате диссертационной работы была разработана блок-схема БТСдля окклюзионной многоканальной локализации периферических венозныхсосудов (Рисунок 4.13).