Физические основы электрографии.
• В данное время применяется регистрация биопотенциалов многих органов и систем:
1. Сердца – ЭКГ
2. Головного мозга – ЭЭГ ( электроэнцефалография )
3. Нервных стволов и мышц – ЭМГ (электромиография )
4. Сетчатки глаз – ЭРГ (электроретинография )
5. Кожных потенциалов – ХРГ (кожное – гальваническое реакция )
6. электрогастрография (ЭГГ),
7. реография,
8. плетизмография и др.
Входное устройство снимает биопотенциалы с поверхности тела человека и подает их на усилитель. Устройство состоит из электродов, кабеля отведения и переключателя. Кабель отведения представлен набором маркированных проводов (цветовая маркировка). Каждый провод имеет конкретное назначение. Электроды изготавливаются обычно из металла и имеют гнезда для подключения проводов кабеля. Электроды, располагаемые на конечностях, представляют собой прямоугольные пластинки размером 6X2,5 см, на грудной клетке располагаются круглые электроды диаметром 15 мм. Первые фиксируют на конечностях посредством резиновых лент, вторые снабжены присасывающим приспособлением. Предварительно кожу в местах наложения электродов обезжиривают, чтобы снизить электрическое сопротивление. Под электроды помещают прокладки из байки или марли, смоченные теплым изотоническим раствором хлорида натрия.
Усилитель трансформирует малые электрокардиосигналы (0,7-2 мВ) до больших величин, подлежащих анализу.
Регистрирующие устройства бывают с фотозаписью, чернильной записью, тепловой записью и записью через копировальную бумагу. Каждое регистрирующее устройство имеет свои преимущества и недостатки.
Источниками питания могут быть аккумуляторы, батареи и сеть переменного тока. Большинство современных электрокардиографов являются сетевыми.
Потенциалы отдельных клеток, суммируясь, создающие разность потенциалов, которые может быть измерена между определенными точками органа или ткани.
Биопотенциал сердца образуется в процессе возбуждение клеток его нервно – мышечного аппарата. За цикл работы сердца возбуждение распространяется по различным отделом его нервно-мышечного аппарата с определенной последовательностью. Поэтому мгновенные значения результирующей разности потенциалов за цикл работы сердца изменяется как по величине, так и по расположению точек, между которыми они имеют наибольшие значение.
Из этих значений наибольшим является разность потенциалов между основанием и верхушкой сердца в направлении так называемой электрической оси сердца. Это направление приближенно можно считать совпадающим с анатомической осью сердца.
Регистрация и анализ биопотенциалов сердца с целью изучению о функциональном состоянии его нервно – мышечного аппарата является одним из важнейших диагностических методов при сердечно – сосудистых заболеваниях.
Распространение меняющегося потенциала мембран сердца связано с распространением потенциала действия, выраженного в изменении электрического поля вокруг сердца. Это поле может быть зафиксировано с помощью электродов, приложенных к различным точкам поверхности тела. Посредством записи изменений электрических сигналов во времени можно получить представление о работе сердца и установить наличие болезни или нарушения в его деятельности. Эта техника называется электрокардиографией.
Электрокардиография
Электрокардиография (ЭКГ) является одним из ведущих методов инструментального исследования сердечно-сосудистой системы, который остается наиболее распространенным и доступным для широкого круга людей. В основе этой методики лежит регистрация биопотенциалов возникающих в сердце. Несмотря на достаточную сложность интерпретации информации получаемой с помощью ЭКГ, есть достаточно простые методики, позволяющие по биоэлектрической активности сердца оценить состояние не только сердечно-сосудистой системы (ССС) но и организма в целом. Последние достижения, в области регистрации и обработки данных, позволяют выводить результаты исследования в очень удобной форме, вплоть до готового диагноза. Однако многие вопросы касающиеся ЭКГ, до сих пор остаются спорными и не имеют единого толкования. Поэтому во избежание серьезных диагностических ошибок, анализ деятельности ССС должен включать в себя и ряд других методик.
Треугольник Эйнтховена
Согласно представлениям Эйнтховена, туловище является сферическим телом, в центре которого находится электрический диполь. Области, с которых регистрируются разности потенциалов, представляет собой равносторонний треугольник, стоящий на вершине. Плоскость треугольника располагается во фронтальной плоскости, диполь находится в его центре.
.
Реография — неинвазивный метод исследования кровоснабжения органов, в основе которого лежит принцип регистрации изменений электрического сопротивления тканей в связи с меняющимся кровенаполнением. Чем больше приток крови к тканям, тем меньше их сопротивление. Для получения реограммы через тело пациента пропускают переменный ток частотой 50-100кГц, малой силы (не более 10 мкА), создаваемый специальным генератором.
Принципиальная разработка реографической методики принадлежит Н. Манн (1937). В дальнейшем методика (электроплетизмография, импеданс-плетизмография) получила развитие в работах А. А. Кедрова и Т. Ю. Либермана (1941— 1949) и др. Детальная разработка и внедрение в клиническую практику метода реографии связано с именами австрийских исследователей W. Holzer, К. Polzer и A. Marko. Им же принадлежит по существу первая монография (Rheokardiographie, Wien, 1946), в которой авторы не только осветили технические стороны метода (электрические схемы аппарата, варианты генератора переменного тока и др. ), но и представили результаты клинического использования реографии при различных заболеваниях сердечно сосудистой системы. Существенный вклад в разработку метода реографии внес Ю.Т. Пушкарь, создавший отечественную конструкцию аппарата и изменивший методику регистрации реограммы (прекардильная реокардиография). В настоящее время доказано клиническое значение применения метода реографии.
Реограмма — это кривая, отражающая пульсовые колебания электрического со противления. При увеличении кровенаполнения имеет место возрастание амплитуды кривой и наоборот, другими словами, регистрируется динамика импеданса в обратной полярности. На реограмме (рис. 1) различают систолическую и диастолическую части. Первая обусловлена притоком крови, вторая связана с венозным оттоком.
Принципиальной основой метода реографии является зависимость изменений сопротивления от изменений кровенаполнения в изучаемом участке тела человека. Другими словами, изучаются пульсовые колебания электрического сопротивления.
Более полное представление о пульсовых колебаниях электрического сопротивления получают при учете (соотношении) базового сопротивления исследуемого участка (т. е. суммарного сопротивления тела зондирующему току с частотой 50—100 кГц). Полный импеданс (сопротивление) состоит из двух величин, постоянный или базовый импеданс, обусловленный общим кровенаполнением тканей и их сопротивлением, и переменный или пульсовой импеданс, вызванный колебаниями кровенаполнения во время сердечного цикла. Величина пульсового импеданса ничтожно мала и составляет не более 0,5 % общего импеданса. Вместе с тем пульсовой импеданс составляет объект изучения для реографии.
Регистрация реограмм осуществляется с помощью реографов. Последние состоят из следующих элементов генератора высокой частоты, преобразователя «импеданс-напряжение», детектора, усилителя, калибровочного устройства, дифференцирующей цепочки.
При биполярной методике накладывают 2 электрода, каждый из которых одновременно является токовым и измерительным, электроды фиксируют на соответствующем участке тела. Для снижения контактного сопротивления между электродом и кожей используются те же приемы, что и при записи ЭКГ. При использовании тетраполярной методики участок исследования ограничивают парой измерительных электродов, а возникшее в них напряжение снимают с помощью другой пары электродов, расположенных кнаружи по отношению к первой (токовые). Тетраполярная методика более точна, ибо резко (до минимума) снижается влияние контактного сопротивления (нет необходимости накладывать прокладки, смоченные растворами солей или щелочей, а также пользоваться электродной пастой) и электродной поляризации. Это позволяет с высокой степенью точности измерить импеданс глубинных тканей. Кроме того, достаточно точно получаемые сведения о базисном импедансе позволяют дать количественную оценку основным гемодинамическим показателям ударному и минутному объемам кровообращения.
При качественном анализе учитывается форма кривой, характер анакроты и катакроты, рельеф вершины (закругленная, заостренная, платообразная, седловидная и др.), выраженность и количество дополнительных волн, их расположение на нисходящем колене кривой, наличие или отсутствие пресистолической волны.
Количественный анализ предусматривает определение следующих показателей (рис. 2):
1. Амплитуда систолической волны в мм измеряется от основания систолической волны до высшей точки реограммы.
2. Амплитуда диастолической волны в мм измеряется от основания диастолической волны до высшей ее точки.
3. Реографический индекс (систолический — РСИ и диастолический—РДИ)— отношение систолической (диастолической) волны к стандартному калибровочному сигналу (0,1 Ом =10 мм), выражается в относительных единицах. Этот показатель характеризует величину и скорость притока (оттока) крови в исследуемой зоне. Амплитуда кривой измеряется от изолинии до высшей точки волны.
4. Интервал Q а или время распространения пульсовой волны (ВРПВ) на участке «сердце — исследуемый орган» в секундах — соответствует периоду напряжения при фазовом анализе систолы желудочков. Измеряется от начала зубца Q ЭКТ до начала волны реограммы, связанной с данным сердечным циклом. Интервал Q — а уменьшается при повышении тонуса или склерозе магистральных сосудов
5. Период или время быстрого наполнения (ВНбыстр ) — от начала подъема систолической волны реограммы до точки максимальной крутизны на ее восходящем колене (соответствует проекции вершины основного зубца дифференциальной реограммы на восходящее колено объемной реограммы). Этот показатель отражает величину ударного объема и функциональное состояние крупных сосудов.
6. Период или время медленного наполнения (ВНмедл) —от точки максимальной крутизны на восходящем колене реограммы до ее вершины. Этот показатель определяется также как разность между ВНмакс. и ВНбыстр. и отражает функциональное со стояние сосудов среднего и мелкого калибра.
7. ВНбыстр и ВНмедл составляют период максимального наполнения — ВНмакс (или ?), который измеряется от начала восходящей части кривой до ее вершины.
8. Амплитудно-частотный показатель (АЧП) — отношение реографического индекса (РИ) к длительности сердечного цикла R — R. РИ/R — R характеризует величину объемного кровотока в исследуемой области в единицу времени.
9. Отношение амплитуд систолической и диастолической волн (Ас/Ад) отражает степень преобладания артериального притока во время систолы над венозным оттоком во время диастолы.
10. Время общего наполнения (ВНобщ ) — интервал от начала подъема реограммы отражает общее время систолического притока крови в данную сосудистую область
11. Продолжительность катакроты (?) в секундах (от высшей точки кривой реограммы до точки пересечения с изолинией)
12. Отношение времени восходящей части к времени нисходящей (?/?) в процентах.
13. Отношение времени восходящей части реограммы к длительности сердечного цикла (?/R-R) • 100 % или к сумме ?+?=Т—как показатель эластичности и тонуса сосудов.
14. Коэффициенты, отражающие отношение времени быстрого наполнения и времени медленного наполнения к общей длительности наполнения (ВНбыстр.) /(ВНобщ ), (ВНмедл )/(ВНобщ ). Следует заметить, что в реографии, как ни в одном из методов инструментальной диагностики сердечно-сосудистой системы нет единой методики количественных расчетов и нет единой терминологии. В каждом конкретном случае врач должен определить объем анализируемых показателей, который позволил бы при минимальных расчетах получить оптимальную информацию.
Реография аорты и легочной артерии широко используется в клинической практике. Для регистрации этих реограмм используют электроды размерами 3Х4 см (активный) и 6Х10 см. При записи реограммы легочной артерии активный электрод располагают во II межреберье справа по срединно-ключичной линии, а пассивный — в области нижнего угла правой лопатки. При записи реограммы аорты активный электрод фиксируют на грудине на уровне II межреберья, а пассивный на спине в области IV — VI грудных позвонков. Такое расположение электродов обеспечивает получение раздельной информации о колебании кровенаполнения левого и правого желудочков сердца и правого легкого. На данных реограммах различают пресистолическую волну (начинается одновременно с зубцом Q ЭК.Г, продолжается 0,10—0,15 с и обусловлена кровенаполнением полых вен и предсердий), систолическую (соответствует началу фазы изгнания в момент открытия полулунных клапанов) — отражающая кровенаполнение легочной артерии, ее ветвей и аорты. На систолической волне различают восходящее колено (рис. 3), «а—Ь», оно более крутое на реограмме аорты), вершину («с»), спуск с инцизурой («d») и дикроту.
За систолической волной следует диастолическая волна («Т»), отражающая время заполнения желудочков сердца кровью, больших полых вен, отток крови из аорты и легочных сосудов. Реограмма аорты и легочной артерии используется для расчета структуры правого и левого желудочков сердца, оценивающей сократительную функцию миокарда. Сопоставление опознавательных точек объемной и дифференциальной реограмм дает возмож ность выделить отдельные фазы сокращения желудочков.
СОДЕРЖАНИЕ:
КАРДИОМОНИТОРИНГ
ОСНОВНЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КАРДИОМОНИТОРАМ
КЛАССИФИКАЦИЯ КАРДИОМОНИТОРОВ
ОБОБЩЕННЫЕ СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ КАРДИОМОНИТОРОВ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СОСТАВ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
УСТРОЙСТВА СЪЕМА ЭКС В КАРДИОМОНИТОРАХ
УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
ПАРАМЕТРЫ КАРДИОМОНИТОРОВ
РАДИОТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИЙ КАНАЛ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКОГО СИГНАЛА
МЕТОДЫ ГРАФИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
СФИГМОГРАФИЯ
МЕХАНОКАРДИОГРАФИЯ
КАРДИОГРАФИЯ
ЭЗОФАГОКАРДИОГРАФИЯ
ФЛЕБОСФИГМОГРАФИЯ
БАЛЛИСТОКАРДИОГРАФИЯ
ДИНАМОГРАФИЯ
ЭХОКАРДИОГРАФИЯ
ФОНОКАРДИОГРАФИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
КАРДИОМОНИТОРИНГ
ОСНОВНЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КАРДИОМОНИТОРАМ
Длительный опыт разработки и внедрения кардиомониторов (КМ) в клиническую практику позволяет сформулировать ряд медицинских и эксплуатационных требований, которым должны удовлетворять КМ. Некоторые из них противоречивы, а выполнение других затруднено, но перечисленные ниже требования позволят представить себе идеализированный КМ и оценить степень близости реальных КМ — идеальному.
1. Для каждого конкретного типа КМ необходим оптимальный набор диагностических признаков. Избыточность диагностических признаков усложняет программные и аппаратные средства, не повышая эффективности КМ, а в некоторых случаях являясь причиной ошибочной диагностики.
2. Кардиомониторы должны с высокой надежностью обнаруживать особо опасные аритмии (фибрилляцию желудочков). Угрожаемые аритмии по типу случайных событий (экстрасистолии, выпадения QRS-комплексов) не могут быть выявлены с абсолютной точностью, особенно при сложных нарушениях ритм, характеризующимися резкими изменениями амплитуды и форм желудочковых комплексов. Повышение же чувствительности КМ будет сопровождаться увеличением числа ложных тревог. Эксплуатационная документация должна содержать сведения о качестве обнаружения аритмий в контролируемых условиях.
3. Сигнализация тревоги в КМ должна быть дифференцирована по степени опасности для больного и различаться характером звука и цветом табло. Желательно предоставить врачу возможность выключения сигнализации по аритмиям, не имеющим значения для данного больного или присутствующим у него постоянно. Это позволит уменьшить число ложных тревог и исключить лишнее эмоциональное напряжение дежурного персонала.
4. Уровень помех в электрокардиосигнале (ЭКC) должен контролироваться и при превышении им допустимого предела индицироваться на передней панели КМ. Зашумленные участки ЭКС должны исключаться из анализа аритмий. К помехам следует отнести очень малый и очень большой уровни входного сигнала, затрудняющие его обработку.
5. В КМ должен быть детектор нарушений в системе отведений (отрыв электрода, увеличение переходного сопротивления .кожа — электрод).
6. Необходимо обеспечить правильную работу КМ во время электрической стимуляции сердца, когда артефакт стимула может восприниматься как желудочковый комплекс. Желательно, чтобы КМ обнаруживал интерференцию ритмов и неэффективную стимуляцию.
7. Кардиомонитор должен иметь выход текущего ЭКС для записи на кардиографе электрокардиограммы (ЭКГ) и выход запомненных фрагментов ЭКС по сигналу тревоги для анализа причин, вызывающих этот сигнал. Регистратор ЭКГ в этом случае должен включаться автоматически.
8. Должна быть обеспечена возможность работы КМ в автоматизированной системе оперативного врачебного контроля (АСОВК) путем передачи данных в центральный пост (ЦП) наблюдения.
9. В КМ должна применяться автоматическая начальная установка ряда параметров (усиление ЭКС, стабилизация изолинии, центровка ЭКС в динамическом диапазоне, исходные пороги разделения классов аритмий и т. п.), позволяющих начинать работу с прибором сразу после включения.
10. Необходимо применение наглядных средств отображения информации, позволяющих компоновать данные обработки ЭКС в удобной и выразительной форме (например, цветных дисплеев телевизионного типа).
11. Кардиомонитор должен иметь устройства документирования текущей и накопленной информации о сердечном ритме (получения «твердых» копий необходимых данных).
12. Необходимо обеспечить самоконтроль КМ в .момент включения и в процессе работы без перерыва в обработке ЭКС с сигнализацией о неисправностях.
13. Конструкция КМ, его элементная база и схемные решения должны предусматривать длительный непрерывный режим работы, обеспечивая высокие показатели надежности.
14. Для сокращения времени ремонта в КМ должны применяться автоматические методы поиска неисправностей при помощи встроенных программных и аппаратных средств.
15. Кардиомонитор должен иметь защиту от повреждения при воздействии на больного дефибриллирующим импульсом.
16. Так как во время лечения возможны внутрисердечные вмешательства (эндокардиальная электрическая стимуляция сердца) и нарушения кожных покровов (инъекции, капельницы и т. п.), то КМ должны быть наполнены по высшему классу защиты от поражения электрическим током больного и обслуживающего персонала (класс II, тип CF).
17. Необходимо добиваться наилучшего соотношения стоимость — эффективность, учитывая, что в палате интенсивной терапии может находиться от 6 до 12 кардиомониторов.
Кроме перечисленных основных медицинских и эксплуатационных требований на КМ распространяются государственные и отраслевые стандарты на электронные медицинские приборы, регламентирующие показатели качества, диапазон изменения параметров и погрешности измерений. Разработка оптимальных по свои функциям КМ осложняется тем, что не существует типового состава оборудования палаты интенсивного наблюдения и
КМ либо имеют избыточность в своем составе, либо оказываются в неукомплектованном виде. Наиболее целесообразен путь разработки всей АСОВК, рассчитанной на различное число больных.
КЛАССИФИКАЦИЯ КАРДИОМОНИТОРОВ
Разнообразное применение КМ в медицинской практике привело к определенной специализации приборов. Кардиомониторы можно разделить на виды и группы, отличающиеся друг от друга контролируемыми параметрами, эксплуатационными свойствам методами обработки и представления информации. Предлагаемая классификация является в какой-то мере условной, но дает представление о сферах применения и особенностях КМ: амбулаторные (носимые), скорой помощи, клинические, тестирующие, реабилитационные, санаторно-курортные.
Амбулаторные КМ используются в стационаре и после выписки из стационара для контроля таких изменений состояния сердечной деятельности за весь период суточной активности, которые не могут быть выявлены во время непродолжительного ЭКГ-исследования в покое. На основании полученных данных производится выбор и дозировка лекарственных препаратов и определение допустимых физических нагрузок. Малые габаритные размеры, масса и автономное питание позволяют носить КМ на себе с укрепленными электродами 24 ч.
В кардиомониторе Холтера ведется непрерывная запись ЭКС на магнитную ленту с очень малой скоростью (1 мм/с). Для этого производится трансформация низкочастотного спектра ЭКС область частот, регистрируемых магнитным носителем. Обычно применяется широтно-импульсная и реже амплитудная или частотная модуляции ЭКС. Кассета с записью просматривается кардиологом при помощи специального устройства со скоростью, превышающей скорость записи в 60-120 раз. В дальнейшем метод Холтера был усовершенствован путем автоматического машинного скоростного анализа ЭКС. Обычно диагностируются основные типы аритмий и параметры смещения ST-сегмента.
Применение в амбулаторных КМ полупроводниковых запоминающих устройств и микропроцессоров позволило провести автоматический анализ аритмий и смешения сегмента ST непосредственно в приборе с запоминанием патологических фрагментов ЭКС. Удобство КМ с полупроводниковой памятью заключается в том, что данные обработки ЭКС можно получить оперативно в любой момент времени, и запуск может быть осуществлен самим больным при плохом самочувствии или во время сердечного приступа.
Кардиомониторы скорой помощи предназначены для контроля состояния сердечной деятельности, восстановления утраченного или нарушенного ритма сердца на дому и в машине скорой помощи. Все КМ позволяют вести наблюдение ЭКГ, измерять частоту сердечных сокращений (ЧСС), проводить дефибрилляцию или стимуляцию сердца. Кардиомониторы должны работать от аккумулятора машины, внутренней батареи и от сети. Масса КМ около 5-8 кг.
Клинические КМ предназначены для стационаров и могут в зависимости от назначения быть нескольких типов.
1. Кардиологические КМ применяются в палатах интенсивного наблюдения за кардиологическими сольными в острый период заболевания. Основное назначение КМ — сигнализация о нарушениях ритма и проводимости сердца. Такие КМ обычно работают в автоматизированной системе оперативного врачебного контроля за несколькими больными.
2. Хирургические КМ применяются во время операций на сердце и сосудах и в послеоперационных палатах. В отличие от остальных типов КМ измеряют ряд дополнительных параметрон кровообращения и дыхания (систолическое, среднее и диастолическое кровяное давление; минутный объем сердца; периферический пульс; температуру тела; газовый состав и т. д.). Особенностью хирургических КМ является использование в основном прямых методов измерения параметров.
3. Акушерские КМ устанавливаются в родильных залах, предродовых палатах и в отделениях интенсивного ухода за новорожденными. Кардиомониторы применяются при патологиях сердечно-сосудистой системы рожениц и контроля за новорожденными. Кардиомониторы матери и плода позволяют измерять ЧСС матери и плода по прямому ЭКС и доплеровскому эхокардиосигналу, обнаруживать нарушения ритмов и измерять силу маточных сокращений. Кардиомонитор для новорожденных (переношенных, недоношенных и травмированных в родах) и детей до двухлетнего возраста, страдающих воспалением легких, измеряет ЧСС, частоту дыхания и сигнализирует о нарушениях ритма сердца и остановках дыхания.
Тестирующие КМ предназначены для функциональной диагностики состояния сердечно-сосудистой системы здоровых и больных людей. Они позволяют автоматизировать процесс ЭКГ-исследований под нагрузкой под нескольким отведениям и определять газовый состав выдыхаемого воздуха. Обычно КМ поставляются с велоэргометрами или бегущей дорожкой для дозировки нагрузки.
Реабилитационные КМ необходимы для контроля сердечно-сосудистой системы в условиях возросших нагрузок и проверки эффективности назначенных лекарственных препаратов. Для этой цели возможно применение амбулаторных КМ, но более удобно, пользоваться мониторированием по радиоканалу или телефону. На больном укрепляется передатчик ЭКС с электродами, и ЭКС преобразуется в частотно-модулированный сигнал (для радиоканала) или в частотно-модулированный акустический сигнал (для передачи ЭКС по телефону). Анализ ЭКС ведется кардиологом или автоматически в центре наблюдения.
Санаторно-курортные КМ находят применение в кардиологических санаторных для контроля лечения, особенно в бальнеологических условиях; при грязе- и светолечении, лечебных ваннах и других процедурах. Электроды ЭКГ могут быть опущены в ванну и не крепиться на больном. Для дозировки нагрузки (терренкур) может быть использован КМ, который выдает сигнал тревоги при уходе ЧСС за установленные пределы.
Из всех перечисленных типов КМ самое важное значение имеют клинические КМ для палат интенсивного наблюдения. Кроме того, их устройство наиболее сложно и включает в себя элементы остальных типов КМ. Поэтому далее будут рассматриваться только клинические КМ для палат интенсивного наблюдения.
ОБОБЩЕННЫЕ СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ КАРДИОМОНИТОРОВ
Несмотря на большое разнообразие КМ, все они могут бы описаны одной обобщенной структурной схемой (рис. 1). Электрокардиосигнал с электродов поступает в блок усиления и преобразования, который усиливает его до уровня, необходимого для его обработки. Блок ограничивает спектр частот входного сигнала с целью повышения помехоустойчивости и надежного выделения информативных признаков ЭКС и производит его дискретизацию (аналого-цифровое преобразование), если в дальнейшем предполагается цифровая обработка сигнала. При использовании беспроводного канала связи между больным и КМ электрокардиосигнал с электродов модулирует генератор передатчика, размещенного на больном. Принимаемый сигнал с приемника поступает в блок усиления и преобразования.
Усиленный и преобразованный в цифровую форму ЭКС (если предусматривается цифровая обработка сигнала) поступает в блок обработки, где в соответствии с принятыми алгоритмами аналоговым или цифровым методами производится: обнаружение QRS-комплексов или R-зубцов, классификация QRS-комплексов на нормальные и патологические. Идентифицированные комплексы QRS и значения интервалов RR поступают в блок формирования диагностических заключений. На основании полученных данных по алгоритмам выделения аритмий формируются соответствующие диагнозы.
Диагностические заключения сравниваются в блоке формирования сигналов тревоги с порогами, установленными для сигнализации. Электрокардиосигнал и диагностические заключения о характере аритмий индицируются в блоке отображения информации.
В зависимости от технического исполнения КМ могут быть инструментальными и вычислительными.
Запись ЭКГ
R
Блок
L Блок усиления и Блок формирования Блок отображения
преобразования обработки диагностических информации
N заключений
Блок
Передатчик Приемник формирования
сигналов тревоги
Рис. 1 Обобщенная структурная схема кардиомониторов
Инструментальные КМ исторически были первыми. Они характеризуются полностью аппаратными средствами реализации, использующими аналоговые методы обработки ЭКС и отображения информации. В инструментальных КМ могут быть использованы цифровые средства отображения и измерения параметров, основанные на «жесткой» логике, т. е. без возможности изменения программ обработки, свойственной вычислительной технике на основе ЭВМ. Упрощенная структурная схема инструментального КМ приведена на рис. 2
Отобра-
Запись ЭКГ Блок разверток жение
ЭКГ
R
ЧСС
L Пороговое Формирователь Измеритель
Усилитель устройство R-зубца ЧСС
N Измеритель-
ный прибор
Блок Установка Блок установки
фильтров порога пределов ЧСС и
сигнализации
Рис. 2 Структурная схема аналогового кардиомонитора
В инструментальных КМ применяются аналоговая обработка ЭКС, основанная на обнаружении R-зубцов методом частотной и амплитудно-временной селекции. Этот метод обладает высокой помехоустойчивостью, но вносит в ЭКС значительные искажения, что не позволяет достоверно дифференцировать нормальные и патологические желудочковые комплексы. Поэтому КМ такого типа в основном позволяют вести наблюдение ЭКГ по экрану ЭЛТ, измерять ЧСС и классифицировать фоновые нарушения ритма по установленным порогам для ЧСС. Примером такого КМ может служить ритмокардиометр РКМ-01.
Рассмотренные КМ не позволяют классифицировать аритмии по типу случайных событий, многие из которых можно обнаружить на основании автоматического анализа RR-интервалов. Применение цифровых схем на жесткой логике в блоке формирования диагностических заключений (см. рис. 1) позволило создать простой КМ — ритмокардиоанализатор РКА-01, который позволяет обнаруживать экстрасистолы и выпадения QRS-комплексов.
В кардиосигнализаторе КС-02 экстрасистолы и выпадения.. QRS-комплексов обнаруживаются путем преобразования интервалов в амплитуду пилообразного напряжения и сравнения ее с пороговыми значениями.
Инструментальные КМ имеют ограниченные функциональные и технические возможности и на настоящем этапе не удовлетворяют, медицинским задачам.
Вычислительные КМ позволяют решать значительный круг медицинских, технических и эксплуатационных задач при помощи, ЭВМ, т. е. программным способом, что позволяет расширять классы обнаружения аритмий за счет усложнения алгоритмов. Функции вычислительной техники в КЧ сводятся к цифровой обработке ЭКС, анализу данных обработки, отображению результатов анализа и управлению прибором. В качестве ЭВМ используются встроенные аппаратные средства вычислительной техники: однокристальные одноплатные микроЭВМ и микропроцессорные системы.
Наиболее простой путь реализации вычислительных КМ — это применение в них одноплатных функционально законченных микроЭВМ. На рис. 3 приведена структурная схема КМ на основе двух микроЭВМ.
Усиленный ЭКС дискретизируется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и в цифровом виде поступает на вход микроЭВМ1. В этой микроЭВМ осуществляется операция сжатия исходного описания. Оно уменьшает количество отсчетов в 10-15 раз, что снижает требования к быстродействию аппаратных средств и позволяет синтезировать простые структурные алгоритмы обнаружения QRS-комплекса, выделения его характерных точек. Сжатое описание ЭКС поступает в микроЭВМ2. МикроЭВМ2 выполняет все последующие процедуры анализа аритмий: измерение RR-интервалов; изменение параметров QRS-комплексов; классификацию по их форме на нормальные и патологические; обнаружение аритмий и возможных помех. Программы наблюдения вводятся в микроЭВМ2 посредством клавиатуры КМ. Выходы МикроЭВМ2 соединяются с блоком интерфейса, осуществляющего связь с центральным постом (ЦП), и блоком формирования результатов анализа. В удобной для врача форме результаты анализа поступают на устройство отображения данных — электронно-лучевой дисплей телевизионного типа. При возникновении нарушений ритма, опасных для больного, включается сигнализация тревоги.
Поле ввода программ
наблюдения
Описание Диагноз
R QRS
Микро Микро Блок
L Усилитель АЦП ЭВМ 1 ЭВМ 2 интерфейса КЦП
Диагноз
N Запись ЭКГ Блок
сигнализации
Блок формирования
результатов анализа Устройства
отображения
данных
Рис. 3 Структурная схема цифрового кардиомонитора
Применение двух микроЭВМ в вычислительной части КМ продиктовано жестким режимом реального времени при достаточной сложности реализуемых программ л ограниченности объема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), программируемого изготовителем микроЭВМ по заказу пользователя. Более гибким решением является применение вычислителей на основе типовых комплексов интегральных микросхем. Такое выполнение вычислительной части КМ хотя и требует затрат на разработку, но не накладывает каких-либо серьезных ограничений на характеристики КМ и АСОВК.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СОСТАВ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
Электронные устройства (ЭУ) кардиомониторов в самом общем случае представляют собой совокупность аппаратных средств, предназначенных для преобразования, обработки и отображения информации. В нашем случае под информацией понимается электрокардиосигнал (ЭКС) и данные его обработки в кардиомониторах на всех этапах, а также управляющие и тестирующие сигналы. Основной состав ЭУ охватывает широкий арсенал аналоговых и цифровых полупроводниковых схем, обеспечивающих выполнение функций:
* усиления ЭКС при значимых синфазных электрических помехах;
* преобразования ЭКС в удобную для обработки форму;
* анализа ЭКС во временной или частотной областях в реальном масштабе времени;
* накопления и обработки данных анализа;
* оперативного отображения и документирования ЭКС и результатов его обработки;
* дистанционной передачи ЭКС и результатов обработки по каналам связи;
* сопряжения кардиомониторов с автоматизированными системами;
* автоматизации процесса управления прибором;
* самодиагностирования неисправностей.
УСТРОЙСТВА СЪЕМА ЭКС В КАРДИОМОНИТОРАХ
Все устройства съема медицинской информации подразделяют на 2 группы: электроды и датчики (преобразователи). Электроды используются для съема электрического сигнала, реально существующего в организме, а датчик — устройство съема, реагирующее своим чувствительным элементом на воздействие измеряемой величины, а также осуществляющее преобразование этого воздействия в форму, удобную для последующей обработки. Электроды для съема биопотенциалов сердца принято называть электрокардиографическими (электроды ЭКГ). Они выполняют роль контакта с поверхностью тела и таким образом замыкают электрическую цепь между генератором биопотенциалов и устройством измерения.
Автоматический анализ электрокардиосигналов в кардиомониторах предъявляет жесткие требования к устройствам съема — электродам ЭКГ. От качества электродов зависит достоверность результатов анализа, и следовательно, степень сложности средств, применяемых для обнаружения сигнала на фоне помех. Низкое качество съема ЭКС практически не может быть скомпенсировано никакими техническими решениями.
Требования, применяемые к электродам ЭКГ, соответствуют основным требованиям к любым преобразователям биоэлектрических сигналов:
* по точности восприятия сигнала (минимальные потери полезного сигнала на переходе электрод—кожа и сохранение частотной характеристики сигнала);
* идентичность электрических и конструктивных параметров (взаимозаменяемость, возможность компенсации электрических параметров);
* постоянство во времени функций преобразования (стабильность электрических параметров);
* низкому уровню шумов (обеспечение необходимого соотношения сигнал—шум).
* малому влиянию характеристик электродов на измерительное устройство.
Как показало применение первых кардиомониторов, обычные пластинчатые электроды ЭКГ, широко используемые в ЭКГ, не удовлетворяют требованиям длительного непрерывного контроля ЭКС из-за большого уровня помех при съеме.
УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
Устройства отображения медицинской информации в кардиомониторах должны отражать состояние сердечной деятельности по ЭКС, а также вспомогательные сведения о больном и технические данные о работе кардиомонитора. Таким образом, отображенные данные включают:
* априорные данные о больном (фамилия, имя и отчество, номер истории болезни, возраст, пол, дата поступления, анамнез, предварительный диагноз);
* электрокардиосигнал (должен сопровождаться индикацией скорости движения изображения и калибровочным импульсом);
* значения параметров ритма сердца (частота сердечных сокращений, частота экстрасистол, параметры распределения RR-интервалов);
* результаты автоматического анализа аритмий (должны отображаться словами диапазона в той или иной формулировке, принятой для конкретного типа кардиомониторов);
* сигнализацию тревоги при появлении опасных аритмий (обычно индуцируется цветом светового табло с дифференциацией степени опасности);
* текущее время, время появления событий и время начала проводимой терапии и других мероприятий;
* сигнализацию обнаружения QRS-комплекса;
* состояние прохождения сигналов управления и контроля работоспособности прибора;
* сведения о нарушении работы кардиомонитора и локализации неисправности.
Отображаемая информация может носить временный — оперативный — характер, когда предыдущая информация стирается при появлении новой, и характер накопления данных за определенные интервалы времени. В последнем случае устройство отображения должно содержать или использовать внешнее устройство памяти для хранения данных.
ПАРАМЕТРЫ КАРДИОМОНИТОРОВ
Параметры, определяющие качество входных цепей
Наименование параметра
Значение параметра
Влияние параметра, примечания
Входной импеданс, МОм
2,5-10
Степень шунтирования ЭКС
Постоянный ток в цепи пациента через любой электрод, исключая нейтральный, мкА
менее
0,1
Поляризующий эффект
Параметры, характеризующие тракт усилителя ЭКС
Наименование параметра
Значение параметра
Влияние параметра, примечания
Уровень внутренних шумов (размах), приведенный ко входу, мкВ
