Диссертация (Биотехническая система окклюзионной многоканальной электроимпедансной локализации периферических венозных сосудов), страница 9

при ρ1= 3 Ом*м.должна составлять не менее 0,01 Ом*м.3.5. Тестирование электродных систем на лабораторном стендеДляопределениявозможностейэлектроимпедансногометодалокализации сосудов, с использованием разработанных электродных систем,были проведены экспериментальные исследования на лабораторном стенде(Рисунок 3.20).Лабораторный стенд имеет следующие параметры: первая средаимитирует мягкую ткань с удельным сопротивлением 3.6 Ом, цилиндримитируеткровеносныйсосуд,изготовленныйизпористогополитетрафторэтилена с гофрированной стенкой и имеющий диаметр 5 мм иудельное сопротивление 1.8 Ом*м.Значения электрического импеданса путем установки системы электродов наповерхность стенда, при этом менялось положение центра электроднойсистемы относительно имитационного сосуда.

Результаты исследованийпредставлены в Таблицах 8 и 9.Рисунок. 3.20.Установка электродной системы на лабораторном стенде1 – электродная система, 2- лабораторный стенд79Таблица 8.Результаты измерений базового импеданса Z, полученные на лабораторномстенде, с использованием электродной системы №1.Zбазовый,ОмОм*мZбазовый,ОмОм*мZбазовый,ОмОм*м129.582.52833.072.82638.563.295227.203.25223.082.7625.623.064339.533.37833.742.88430.562.612ИКТаблица 9.Результаты измерений базового импеданса Z, полученные на лабораторномстенде, с использованием электродной системы №2ZбазовыйОмОм*мZбазовыйОмОм*мZбазовыйОмОм*м170.113.08473.513.23377.043.388271.273.13569.283.04771.373.139375.943.3470,933.1268.373.007ИКДанные в таблицах, отмеченные цветом, соответствуют расположениювенозного сосуда между измерительными электродами соответствующегоканала измерения.Проведённыенастендеисследованияпоказали,чтозначенияэлектрического импеданса минимальны в области расположения сосуда.

Этопозволяет определить его локализацию с использованием представленнойметодики.80Первая электродная система имеет преимущество в том, что онапозволяет определить локализации сосудов по базовому импеданса безпересчета в КС, которое зависит от точности задания геометрическихпараметров электродной системы.

Это является критерием применение второйэлектродной системы для дальнейших исследований на добровольцах.3.6. Выводы к главе 31 На основе математической модели с цилиндрическим включениемсформулированы требования к геометрическим параметрам электродныхсистем, разработаны конструкции электродных систем и макет электроднойсистемы для проведения исследований эффективности МЭМЛПВ.2. На основе разработанной математической модели были проведеныисследования различных электродных систем, рассчитана чувствительностьэлектроимпедансного метода к параметрам ρ1, R, h, сделан вывод о режимеизмерений.3.

Проведены экспериментальные исследования на лабораторном стенде сцелью сравнения результатов, полученных с помощью разработанныхэлектродных систем. По измеренным значениям электрического импедансаполучены значения кажущегося сопротивления, используемые в дальнейшемдля локализации вен.81ГЛАВА 4. КЛИНИЧЕСКАЯ ВЕРИФИКАЦИЯ МЕТОДА ЛОКАЛИЗАЦИИПЕРИФЕРИЧЕСКИХ ВЕНОЗНЫХ СОСУДОВДанная глава посвящена разработке метода локализации периферическихвениисследованиюпараметровэффективностиалгоритмическогообеспечения. При создании методики определения месторасположения веныучитывались возможные глубины залегания вен и их ориентации в мягкойткани.

Таким образом, при электроимпедансном измерении можно получитьпроекцию вены на поверхность кожных покровов.Эти измерения проводились в медико-технологическом центре МГТУ им.Н.Э. Баумана с соблюдением необходимых правил асептики. При этомпроекции венозных сосудов контролировались визуально и с помощью УЗИзмерения проводились на добровольцах путем установки электроднойсистемы на поверхности предплечья как показано на Рисунке 4.1.Предварительно кожа обрабатывалась спиртом для удаления роговогослоя и повышения проводимости.

Во время измерения электродная системаприжимается, чтобы обеспечить хороший контакт электрод кожи. Измерениепроводилось одновременно по всем каналом, и записывались базовые значенияимпеданса.Контроль качества наложения электродов осуществлялся по значениямбазового импеданса. Так как значения базового импеданса должны стремитьсякмаксимальномусходству.Заземленныйдистанционныйэлектрод,располагался в руке или на запястье пациента. В качестве такого электродаиспользовался одноразовый ЭКГ электрод.Результаты проведенных исследований на добровольцах представлены вТаблице10.Данныевтаблице,отмеченныецветом,соответствуютрасположению венозного сосуда.Врезультатеэкспериментальныхисследованийнадобровольцахустановлено, что в некоторых случаях расположение вен соответствуетминимуму значения базового импеданса.82Например, второй эксперимент, соответствующий случаю, когда венарасположенамеждуизмерительнымиэлектродамичетвертогоканала,показывает минимальное значение импеданса по сравнению с другимиканалами.Рисунок 4.1.

Наложение электродной системы на предплечьеТаблица 10.Результаты проведенных исследований на добровольцах.ДобровольцыЗначение импеданса, ОмИК 1ИК 2ИК 3ИК 4154,249,257,755,5254,74946,347353,754,251,552,2488,581,98178,85129127,2131,9134Однако результаты исследования проведенных на 5 добровольцахпоказали, что не всегда область расположения венозных сосудов соответствуютминимумузначенияимпеданса,какэтоустановленоврезультатетеоретических исследований и экспериментов на лабораторном стенде.83Проведенный анализ несоответствий позволил установить, что их причиназаключается в том, что влияние неоднородности электропроводимости мягкихтканей ρ1 в области зондирования электродной системы на величинуизмеряемого импеданса часто бывает сопоставимо с величиной его измененияза счет глубин расположения венозных сосудов.Более того электродная система мониторирует расположение вены понескольким каналом, сдвинутым друг относительно друга на некотороерасстояние.

В результате вариабельность удельного сопротивления мягкихтканей вносит большой вклад в измерение импеданса, который, в свою очередь,снижаетчувствительностьизмеряемыхэлектроимпедансныхданныхклокализации вен.Дляустраненияфакторов,влияющихнавозможностиметодалокализации периферических венозных сосудов по постоянному значениюимпеданса, было предложено измерить динамические изменения импеданса.Кровеносные сосуды, в том числе и вены, меняют свои геометрическиехарактеристики в результате изменения их кровенаполнения. Как была,показано в разделе 1.2, вены в отличие от артерии не имеют пульсации,которые могут отражаться в виде изменения значения импеданса.

Применениеподхода, с помощью которого можно изменить просвет венозного сосудапозволяло бы измерить динамические изменения импеданса, связанные сизменением просвета сосуда. Эти изменения в свою очередь, способствуют еголокализации, и определить его проекцию на поверхность кожных покровов. Всвязи с этим было предложено осуществлять венозную окклюзию дляизмененияпоперечногосеченияисследуемойвенымонтирование изменения импеданса по нескольким каналом.иодновременное844.1.Исследование процессов влияющих на изменение электрическогоимпеданса при локализации венВ рамках разработки метода локализации периферических вен проведеныклинические исследования процессов влияющих на изменение электрическогоимпеданса для его локализации.С целью измерения динамических изменений импеданса в работепроводиласьвенознаяокклюзиядляизмененияпоперечногосеченияисследуемой вены.Принцип венозной окклюзии заключается в том, что поток крови сначалаограничивается, а затем восстанавливается.

Остановка кровотока может бытьдостигнута путем накачивания пневматической манжеты.Венозная окклюзия широко применяется в таких задачах, где естьнеобходимость в измерении изменения объема конечности.Примеромможетбытьвенозно-окклюзионнаяимпеданснаяплетизмография, являющаяся неинвазивным методом для измерения кровотокаконечности и обнаружения венозного тромбоза. Она основана на измеренииэлектрического импеданса при пропускании слабого электрического токамежду электродами, накладываемыми на отдел конечности. Роль проводникатока выполняет кровь в крупных сосудах, что даёт возможность судить осостоянии кровообращения в исследуемой области тела.

Электрическийимпедансисследуемогоучасткатканиобратнопропорционаленкровенаполнению ткани[66,67].Дляпроведениявенознойокклюзиисцельюлокализациипериферических венозных сосудов на плечо устанавливалась манжета, в нейсоздавалось давление, ниже диастолического.

При этом венозный отток кровиограничивался, а артериальный приток продолжался и в результате диаметрвены увеличивался.85На Рисунке 4.2 представлен типичный график изменения импеданса втечение двух минут венозной окклюзии с давлением нагнетания в 60 mm.Hg..Сигнал регистрировался с помощью электродов, установленных на поверхностьпредплечьявместорасположениевенозногососуда.Венозныйсосудрасполагался между потенциальными электродами, соответствующего каналаизмерения.Механизм формирования сигнала при венозной окклюзии, связан сизменением электрического сопротивления в результате изменения во времениобъема кровенаполнения сосуда. Таким образом, при окклюзии, венаперекрывается, и отток крови прекращается, в результате диаметр веныувеличивается за счет возрастания кровенаполнения. В результате уменьшаетсязначения импеданса на сигналах (участок 1).

Рост кровенаполнения приводит кпостепенному повышению венозного давления. Когда оно становится вышеопределенного уровня, восстанавливается отток крови из-за коллатеральногокровотока, спустя некоторое время наступает равновесие, т. е. отток кровиуравновешивается её притоком, кровенаполнение перестает изменяться, чтосоответствует плато на сигнале (участок 2). При выпускании воздуха изманжеты скорость венозного оттока пропорциональна скорости уменьшенияобъёма, это соответствует уменьшению диаметра вены. Это отражается насигнале увеличением импеданса (участок 3).Рисунок 4.2.

График изменения электрического импеданса при венознойокклюзии.86Для оценки изменения диаметра вены в результате окклюзии былипроведенные исследовании с помощью ультразвука. Диаметры вен былиопределены в В-режиме с помощью линейного датчика с частотой 10 МГц.На Рисунке 4.3 представлено ультразвуковое исследование изменения просветасосуда в течение одной минуты венозной окклюзии с давлением нагнетания в60 mm.Hg. Как видно из рисунка изменение просвета сосуда ярко выражено вовремя проведения окклюзии.Рисунок 4.3. Ультразвуковое исследование изменения просвета сосуда, а)перед окклюзией, б) после 30 секунд окклюзии, с) вены после 1 минутыокклюзии87Для определения площади поперечного сечения вены измеряли большуюималую ось в каждом изображении.