Диссертация (1024691), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Длительность QRS интервала не превышает 15-20 миллисекунд.Длительностьинтервалареполяризацииидлительностиинтерваладеполяризации примерно одинаковы, тогда как у человека такая относительная264длительностьинтервалареполяризациисущественнобольше.УМЖпрактически отсутствует пологая начальная часть на кардиокомплексе во времяреполяризации желудочков сердца.Во-вторых, алгоритмы регистрации МКГ у человека и МЖ существенноотличаются в силу физиологических различий исследуемых объектов.
Так, приисследованиях малых животных приемные витки градиентометров СКВИДсистемы размещаются на небольших расстояниях над источником магнитногосигнала - сердцем МЖ. В свою очередь, геометрические размеры источника полянастолько малы, что его можно рассматривать как точечный, даже при такихмалых расстояниях до приемных витков градиентометрической системы. Врезультате, измеренное магнитное поле МЖ обладает намного большейпространственной концентрацией, чем поле сердца человека. С другойстороны,максимальныеамплитудынапряженностиполясердцаМЖзначительно меньше в сравнении с магнитным полем сердца человека.Указанныеособенностиобуславливаютнеобходимостьвыполненияопределенных требований в процессе регистрации и обработки МКГ-данныхмалых животных.1) Поскольку длительность QRS интервала мала, а в его пределах форма ЭКГ(как и МКГ) меняется очень резко, обязательным является этап уточненийположений базовых точек на основе скользящего корреляционного сравнениякомплексов как в пределах записи для одной пространственной позицииизмерительной системы, так и для синхронизации между разными позициями.2) Частотный спектр МКГ-сигналов включает гармоники свыше 100 Гц.Поэтому, чтобы избежать существенных искажений полезных сигналов,необходимо определить частоты узкополосных помех вплоть до 200 Гц и, принеобходимости, использовать наборы узкополосных «пробочных» цифровыхфильтров.
Фильтр низких частот (ФНЧ) можно использовать лишь для частотсреза 200-250 Гц. Для подавления низкочастотных помех, обусловленныхвнешними источниками, эффективным является использование адаптивногосмешивания сигналов измерительных каналов с сигналами референтных каналов265векторного магнитометра.3) Важность этапа усреднения МКГ-кардиоциклов для МЖ значительновозрастает по сравнению с обработкой МКГ человека, т.к. извлекаемый из МКГмалых животных полезный кардиосигнал намного слабее, и отношение«сигнал/помеха» намного меньше. Это требует увеличения длительностизаписи МКГ. Поэтому, если при исследовании МКГ человека обычнойрекомендуемой длительностью записи является 30 секунд, то для МЖ, какпоказалипрактическиеисследования,вкачествеминимальнойможнорекомендовать 1 минуту.4) Анализ наборов усредненных комплексов МКГ МЖ показал, что частотадискретизации при регистрации МКГ должна быть не менее 2000 Гц.Заметим,чтоважнойсоставляющейпрограммногообеспечениямагнитокардиографа для исследования магнитного поля сердца МЖ являетсяразработка и программная реализация алгоритмов дополнительного сглаживанияусредненных кардиокомплексов МКГ на отдельных интервалах или в отдельныхпространственных точках со слабым уровнем сигнала.6.2.2 Магнитометрическая СКВИД-система для регистрации и исследованиямагнитокардиосигналов малых животныхС учетом обсуждавшихся выше особенностей была разработана и созданаопытная четырехканальная (один градиентометрический канал регистрации МКГи референтный XYZ-магнитометр) магнитометрическая СКВИД-система дляисследования МКГ малых животных.
Она прошла успешные клиническиеиспытания при исследовании магнитного поля сердца крыс и мышей в Германии(Franz-Volhard-Klinik и Max-Delbrük Center of Molecular Medicine, Берлин,Германия).СКВИД-система включала в свой состав следующие основные элементы: а)малогабаритный стеклопластиковый криостат объемом 1,2 литра и ресурсомработы двое суток; б) измерительный зонд со СКВИД-датчиком типа «CSblue»266фирмы SUPRACON AG и трансформатором потока в форме аксиальногоградиентометра второго порядка типа «2:4:2» и диаметрами приемных витков 8мм; в) комплект электроники, аналогичный используемым в МКГ-комплексахсерии «МАГ-СКАН»; г) пакет программного обеспечения, специализированныйдля регистрации, обработки и анализа данных МКГ-измерений сердца малыхживотных.Фотографии основных элементов СКВИД-системы для МКГ-исследованиймалых животных представлены на рисунке 6.13.Рисунок 6.13 – Фотография стеклопластикового криостата, измерительногозонда и блоков электроники магнитометрической СКВИД-системы дляисследования МКГ малых животных267Размеры приемных витков градиентометра второго порядка для регистрацииМКГвыбиралисьизусловиянеобходимостиполучитьболеевысокоепространственное разрешение по сравнению градиентометрами СКВИД-системыдля исследования МКГ человека, поскольку размеры сердца крыс и, особенно,мышей, намного меньше размера сердца человека.
Для этого во Franz-VolhardKlinikбылопроведенопространственногоэкспериментальноеразрешениясравнительноедесятиканальнойисследованиеСКВИД-системыдляисследований МКГ человека, которая имела семь «сигнальных» градиентометроввторого порядка типа «1:2:1» с диаметрами приемных витков 19.8 мм и базой,равной 55 мм, и разработанной экспериментальной четырехканальной СКВИДсистемы на базе одного градиентометра второго порядка типа «2:4:2» сдиаметрами приемных витков 8 мм и размером базы, равным 35 мм.Значения коэффициента А преобразования входного магнитного поля вмагнитный поток в СКВИДе у градиентометров обоих систем составляли ~ 2,4нТл/Ф0 и ~ 2,0 нТл/Ф0 для десятиканальной и четырехканальной системсоответственно. В системах использовались два разных типа СКВИД-датчиков созначениями коэффициента преобразования входного тока в магнитный поток 0.9мкА/Ф0 и 0.2 мкА/Ф0, поэтому значительная разница в площадях приемныхвитков градиентометров была компенсирована более высокой чувствительностьюпо входному току использованного в четырехканальной системе СКВИДдатчика,ирезультирующиесигнальныеишумовыехарактеристикиградиентометров получились сравнимыми.
Так, уровень собственных шумовградиентометрических каналов обоих систем был примерно одинаковым исоставлял около 10 фТл/Гц1/2.В эксперименте тестовый сигнал на частоте в несколько Герц подавался свыхода низкочастотного генератора через резистор в два диполя, выполненные ввиде катушек (соленоидов) из тонкого медного провода по 10 витков каждый,намотанных на цилиндрическом основании диаметром 4 мм, и соединенныхпоследовательно.
Диполи размещались в одной плоскости на специальной плате,268расстояние между ними составляло около двух сантиметров, и угол между ихосями был близок к 90 градусам.Далее регистрировалась карта распределения магнитного поля, создаваемогодиполями на квадратной сетке измерений 6×6 точек с шагом 12 мм. Приемныевитки градиентометров размещались на расстоянии ~ 3 см от диполей. Длячетырехканальнойсистемырегистрацияпроводиласьпоследовательнымперемещением градиентометра в каждый из 36 узлов сетки измерений. Длядесятиканальнойсемиканальнойсистемырегистрациикартапересчитываласьмагнитногополяизчетырехпозицийтестовых диполей. Картыраспределения магнитного поля, полученные с использованием обоих СКВИДсистем, представлены на рисунке 6.14.а)б)Рисунок 6.14 – Карты распределения магнитного поля от тестовых диполей,полученные с использованием десятиканальной СКВИД-системы дляисследований МКГ человека (а) и четырехканальной СКВИД-системы,спроектированной для исследования МКГ малых животных (б)Полученный экспериментально результат тестирования наглядно показал, чтоградиентометр с меньшим диаметром приемных витков демонстрирует лучшее269пространственное разрешение - на его карте сигналы от двух диполей разделены.На карте десятиканальной системы отрицательные экстремумы слились.С применением разработанной четырехканальной СКВИД-системы (рисунок6.15) во Franz-Volhard-Klinik в течение года были проведены исследования МКГнескольких сотен крыс весом до 280 грамм, использованных в качествефизических моделей с искусственно выращенными патологиями сердца.
Былитакже проведены тестовые исследования МКГ нескольких десятков мышей весомдо 40 грамм. Исследования проводились без дополнительной магнитнойэкранировки, при этом животные находились в обездвиженном состоянии поддействием анестезии (рисунок 6.16).Рисунок 6.15 – Фотография четырехканальной СКВИД-системы,разработанной для исследования магнитокардиограмм малых животных, иработающей в обычных клинических условиях без дополнительной магнитнойэкранировки270а)б)Рисунок 6.16 – Размещение и фиксация крысы (а) и мыши (б) при проведенииисследований их магнитокардиограмм с использованием разработанной СКВИДсистемыВремя регистрации МКГ животных обычно составляло 1 минуту в каждой из36 точек сетки измерений, покрывавшей площадь 60×60 мм над животным.После сбора МКГ-данных проводились их компьютерная обработка и анализ сиспользованием специального пакета прикладных программ, сходного поструктуре с пакетом «SOFTMAG»На рисунке 6.17 а представлено графическое отображение усредненныхмагнитокардиокомплексов сердца крысы во всех 36 точках сетки измерений.
Нарисунке 6.17 б отображена последовательность карт распределения магнитногополя сердца крысы на QRS-интервале, которая демонстрирует высокое качествополучаемых результатов.Проведенные в Германии исследования показали, что разработанная СКВИДсистема обеспечивает высокое качество регистрируемого МКГ-сигнала крыс иможетбытьуспешноэлектрофизиологиииспользованасердцамалыхвбиомедицинскихживотных,проводимыхисследованияхвобычныхлабораторных условиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
