Исследуемые биомединские параметры и их диапазон
РЕФЕРАТ
ПО КУРСУ:
ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ЛЕЧЕБНЫХ ВОЗДЕЙСВИЙ
на тему:
| Баллистокардиография | ||
| Выполнил (а) | Вербицкая И.В гр. Э-80 | |
| (фамилия, имя, отчество, группа) | ||
| Проверила | Леонова А. В. « _________» _________________ 2012 г. | |
| Оценка |
Таганрог 2012г.
Содержание
Введение. 3
1. Метод БКГ. 4
2. Объект исследования. 6
3 Исследуемые биомединские параметры и их диапазон. 8
4 Описание метода. 11
5 Аппаратная реализация метода. 15
6 Применение метода. 16
Заключение. 18
Список используемой литературы.. 19
Введение
Баллистокардиография (от греч. balk) — бросаю, kardia — сердце и grapho — пишу), метод исследования механических проявлений сердечной деятельности, выражающихся в смещениях тела человека.
Данный метод,получил распространение в медицинских исследованиях начиная с 1939, после работ американского исследователя А. Старра. Различают два типа баллистокардиографов: непрямые, регистрирующие перемещение подвижного стола, на котором находится исследуемый (движение стола вызывается смещением тела под влиянием выброса крови), и прямые, регистрирующие непосредственные движения тела.
В настоящее время существуют комбинированные баллистокардиографические системы,которые не могут быть отнесены полностью ни к прямым, ни к непрямым баллистокардиографам.
Их создание связано с поисками методов которые обладали бы одновременно преимуществами систем прямой и непрямой баллистокардиографии и были бы лишены их недостатков.Комбинированные баллистокардиографические системы разработаны в СССР Г. Е. Цинцадзе и Р. М. Баевским (см. ниже).
Баллистокардиографы состоят из механической части, воспринимающей движения исследуемого, преобразователя, превращающего эти механического движения в электрическую энергию, и электронной части, усиливающей полученные от преобразователя электрического явления и регистрирующей их.
В зависимости от частотной характеристики различают баллистокардиографы ультранизкочастотные (собственная частота 0,25 и 0,5 гц), низкочастотные (1—4 гц) и высокочастотные (15—30 гц). Обычно регистрируют смещения тела вдоль продольной его оси. Возможно, также регистрировать скорость и ускорение перемещений тела, возникающих в результате сердечной деятельности. Движения записываются в виде кривой — баллистокардиограммы .Изменения баллистокардиограммы указывают на нарушения сердечной деятельности, но не позволяют установить диагноз.
Метод БКГ
Баллистокардиография — метод исследования сердечной деятельности,
сущность которого заключается в графической регистрации весьма малых, не видимых простым глазом смещений тела человека, обусловленных сердечными сокращениями и движением крови в крупных сосудах. Баллистокардиограмма отражает одновременное действие большого числа разнообразных факторов. Она дает представление о конечных итогах деятельности сердца, о том, с какой силой, регулярностью, скоростью совершается выбрасывание крови из желудочков в
большие артериальные стволы, как происходит наполнение сердца во время диастолы. Метод баллистокардиографии дает объективную информацию о состоянии сократительной функции миокарда. Характер баллистокардиограммы зависит от силы сердечного сокращения, ударного объема, скорости систолического изгнания, эластичности стенок крупных сосудов, упругости окружающих тканей и многих других условий. Интегральный характер баллистокардиографической кривой, как правило, не позволяет точно установить, в результате действия какого фактора возникли те или иные отклонения.
В настоящее время существуют различные классификации баллистокардиографических методов. Наиболее распространено деление баллистокардиографии на прямую и непрямую. При прямой баллистокардиографии датчик регистрирующего прибора непосредственно связан с телом исследуемого человека. При непрямой баллистокардиографии регистрируются, перемещения
подвижной платформы, на которой лежит исследуемый. Обычно в качестве классических образцов прямого и непрямого баллистокардиографа приводят аппарат Дока и стол Старра. Однако с точки зрения физики оба эти прибора регистрируют одно и то же явление — сейсмический эффект сердечной деятельности. Группа методов, предназначенных для записи сейсмических явлений,
обусловленных сокращениями сердца и движением крови в крупных сосудах, может быть обозначена общим термином: сейсмокардиография, или сейсмическая баллистокардиография.
Непосредственное изучение перемещений общего и парциальных центров тяжести тела производится с помощью методов динамической баллистокардиографии.
В настоящее время в баллистокардиографии определилось два основных направления.
1. Использование баллистокардиографии для решения задач практической медицины. Сюда относится разработка простых и надежных приборов для регистрации баллистокардиограмм, разработка четких критериев клинической оценки на основе анализа качественных изменений баллистокардиограммы, физиологическое обоснование эмпирических данных, полученных в клинике, применение баллистокардиографии для целей врачебного контроля и т. п.
2. Использование баллистокардиографического метода для количественной характеристики гемодинамических по-казателей. Сюда относятся работы, посвященные физико-математическому анализу баллистокардиографических кривых, експериментальные исследования на животных клинико-физиологические исследования с применением ультранизкочастотной техники.
Силы, обусловливающие перемещения тела в результате сердечного сокращения, связаны с действием разнообразных факторов, главными из которых являются:
1) давление крови по длине сосуда и удар потока крови в местах изгибов сосудистой системы (дуга аорты, бифуркация легочной артерии);
2) реактивная отдача, возникающая вследствие выбрасывания крови из полостей сердца. Обычно проводят аналогию между этими процессами и явлениями,
происходящими при стрельбе. Так, энергия сокращения сердечной мышцы может быть приравнена к энергии пороховых газов, а кровь, выбрасываемая желудочками при систоле, — к снаряду.
Объект исследования
Баллистокардиография является одним из методов, позволяющих бескровным путем исследовать сократительную функцию сердца.
Сердце является главным элементом сердечно-сосудистой системы, обеспечивающим кровоток в сосудах, и представляет собой полый мышечный орган конусообразной формы, располагающийся за грудиной на сухожильном центре диафрагмы, между правой и левой плевральной полостью. Его вес составляет 250–350 г.(рис.1). Отличительной особенностью является способность автоматического действия.
Рисунок 1.
Сердце окружено околосердечной сумкой - перикардом (pericardium), отделяющей его от других органов, и фиксируется при помощи кровеносных сосудов. В перикарде выделяют основание сердца (basis cordis) - задневерхнюю часть, сообщающуюся с крупными сосудами, и верхушку сердца (apex cordis) свободно располагающуюся передненижнюю часть. Уплощенная задненижняя поверхность прилегает к диафрагме и называется диафрагмальной поверхностью (facies diaphragmatica), выпуклая передневерхняя поверхность направлена к грудине и реберным хрящам и называется грудино-реберной поверхностью (facies sternocostalis). Границы сердца сверху проецируются во втором подреберье, справа выступают на 2 см за правый край грудины, слева не доходят 1 см до средне-ключичной линии, верхушка сердца залегает в пятом левом межреберье.
На поверхности сердца имеются две продольные борозды передняя межжелудочковая борозда (sulcus interventricularis anterior) и задняя межжелудочковая борозда (sulcus interventricularis posterior), окаймляющие сердце спереди и сзади, а также поперечная венечная борозда (sulcus coronaris), проходящая кольцеобразно. В последней залегают собственные сосуды сердца.
Сердце разделяется на четыре камеры: правое предсердие, правый желудочек, левое предсердие и левый желудочек. Продольными межпредсердной перегородкой (septum interatriale) и межжелудочковой перегородкой (septum interventriculare) полости предсердий и желудочков разделяются на две изолированные половины. Верхняя камера (предсердие) и нижняя (желудочек) каждой половины сердца отделяются друг от друга предсердно-желудочковой перегородкой (septum atrioventriculare).Стенку сердца образуют три слоя: наружный - эпикард, средний - миокард, внутренний – эндокард.
Эпикард (epicardium) представляет собой часть серозной оболочки, состоящей из двух листов: наружного - перикарда, или околосердечной сумки, и внутреннего (висцерального) - непосредственно эпикарда, который полностью окружает сердце и плотно с ним спаян.Наружный лист переходит во внутренний в месте отхождения от сердца крупных сосудов. Боковыми сторонами перикард прилегает к плевральным мешкам, спереди прикрепляется соединительными волокнами к грудине, а снизу - к сухожильному центру диафрагмы. Между листами перикарда находится жидкость, увлажняющая поверхность сердца и уменьшающая трение при его сокращениях.
Миокард (myocardium) является мышечной оболочкой, или сердечной мышцей, которая работает беспрерывно практически независимо от воли человека и обладает повышенной сопротивляемостью утомлению. Мышечный слой предсердий достаточно тонкий, что обуславливается незначительной нагрузкой. На поверхности желудочков располагаются волокна, обхватывающие сразу оба желудочка. Наиболее толстым является мышечный слой левого желудочка. Стенки желудочков образованы тремя слоями мышц: наружным продольным, средним кольцевым и внутренним продольным. При этом волокна наружного слоя, углубляясь по косой, постепенно переходят в волокна среднего слоя, а те - в волокна внутреннего.
Эндокард(endocardium) плотно срастается с мышечным слоем и выстилает все полости сердца. В левых камерах сердца эндокард значительно толще, особенно в области межжелудочковой перегородки и около отверстия аорты. В правых камерах эндокард утолщается в области отверстия легочного ствола.
Анализ БКГ позволяет выяснить характер ряда интегральных показателей:силу и координированность сердечных сокращений, объем и скорость систолического изгнания, особенности заполнения сердечных полостей во время диастолы, т. е. показателей гемодинамической функции сердца.
Исследуемые биомединские параметры и их диапазон
Нормальная баллистокардиограмма представляет собой кривую с восемью-десятью волнами различной продолжительности и амплитуды.
Рисунок.2 Нормальная баллистокардиограмма.
Характер баллистокардиограммы в значительной степени зависит от способа ее
регистрации. На рис. представлены баллистокардиограммы ускорения, скорости и смещения, зарегистрированные различными аппаратами и сопоставленные во времени друг с другом, а также с электрокардиограммой, фонокардиограммой и кривой пульса сонной артерии.
Рисунок.3
Различают три группы волн: пресистолические, систолические и диастолические.
Пресистолические волны обозначают буквами F и G. Предполагается, что они связаны с систолой предсердий. При полной сердечной блокаде или когда длительность интервала PQ превышает 0,30 секунды, иногда можно наблюдать полный предсердный баллистический цикл. Никкерсон (1949), специально изучавший генез волны H, предложил обозначать предсердные волны строчными буквами h, i, j и k.
Так как обычно интервал PQ не превышает 0,20 секунды, то предсердные волны
перекрываются во времени систолическими волнами и практически могут наблюдаться только волны h и i которые соответствуют волнам F и G по общепринятой терминологии. Волна F направлена вверх и начинается через 0,04—0,05 секунды после начала зубца Р электрокардиограммы. Ее продолжительность 0,10—0,15 секунд. Волна G появляется одновременно с предсердным тоном фонокардиограммы и вершиной электрокардиограммы. Волна G направлена вниз, она по амплитуде меньше волны. Считается, что волна F соответствует
моменту открытия атриовентрикулярных клапанов. Остальные предсердные волны совпадают с систолической волной H. В некоторых случаях увеличение волны H может зависеть от увеличения предсердной волны j,а ее уменьшение может быть связано с тем, что по времени волна H совпадает с направленной вниз глубокой предсердной волной k. Систолические волны обозначаются буквами H, I, J и K. Волна H направлена вверх и начинается через 0,04—0,08 секунды после зубца Q. Генез волны H сложен. Появление волны H связано с движением атриовентрикулярной перегородки вверх в изометрической фазе систолы.
Некоторые авторы, например Гамильтон (1945), связывают эту волну с верхушечным толчком. Большое значение в генезе волны H играют силы предсердного происхождения. Волна есть I результат отдачи при сокращении сердца, она направлена вниз, соответствует раннему периоду
систолы, началу фазы быстрого изгнания. Интервал RI равен 0,10—0,20 секунды, а вершина волны соответствует вершине кривой верхушечного толчка.
Амплитуда волны I равна или несколько больше амплитуде волны H. Волна J
наибольшая, направленная вверх волна баллистокардиограммы. Ее вершина соответствует моменту удара пульсовой волны о дугу аорты и бифуркацию легочной артерии. Вершина волны J совпадает с вершиной каротидного пульса. Волна J появляется в фазе быстрого изгнания и заканчивается в фазе медленного изгнания, она связана с работой обоих желудочков ее форма в значительной степени зависит от координированности сокращений правого и левого сердца.
Амплитуда волны J связана с действием многих факторов, в том числе с систолическим объемом, скоростью изгнания крови, силой сокращения и т. д. (см. ниже). Волна K — наибольшая отрицательная волна баллистокардиографического комплекса, появляется одновременно с началом второго тона фонокардиограммы. Эта волна связана с замедлением скорости кровотока в нисходящей аорте в результате действия периферического сосудистого сопротивления.
Диастолические волны L, M, N и О прежде считались артефактами, добавочными волнами, обусловленными затуханием собственных колебаний тела. В настоящее время доказано, что появление диастолических волн связано с притоком крови при падении внутрижелудочкового давления ниже уровня давления в больших венах (Док, 1953). Волна L направлена вверх и соответствует изометрической фазе диастолы; она связана с движением атриовентрикулярной перегородки в сторону предсердий. Волна М появляется в момент раскрытия атриовентрикулярных клапанов и удара массы крови о стенки желудочка. Волна N обусловлена «гидравлическим ударом» в результате уравнивания давлений в желудочках и предсердиях. Следует указать, что критерии «нормы» и «патологии», принятые в практической баллистокардиографии, почти полностью устраняют возможность ошибок вследствие оценки отклонений, связанных с конституциональными особенностями исследуемого, как патологических. Однако следует иметь в виду, что у лиц с весом тела более 90 кг может в. норме наблюдаться значительное уменьшение амплитуды волн (без изменения их формы). Амплитуда движений тела
при одинаковом по силе сокращении больше у лиц с хорошо развитым подкожножировым слоем и меньше у худощавых людей, что связано с изменением жесткости связи тела с поверхностью.
Описание метода
Любой баллистокардиограф состоит из следующих узлов: 1)воспринимающего устройства;
2) датчика (преобразователь механического параметра и электрический сигнал);
3) фильтра;
4)усилителя;
5) регистрирующего устройства.
Традиционное деление на прямую и непрямую баллистокардиографию в основном связано с характеристикой воспринимающего устройства.
Непрямые баллистокардиографы характеризуются наличием подвижной платформы, которой передаются движения тела исследуемого. Платформы могут быть выполнены в виде: стола или кровати (для производства исследований в положении лежа); площадки для стояния; площадки для сидения (стул). Вес подвижной платформы от 8 до 40 кг. При пассивной нагрузке, равной весу тела ( 60 кг),собственная частота колебаний механической системы стола находится в пределах 8-14 гц. Классический метод калибровки состоит в установлении стандартного отклонения кривой в 1 см при действии силы в 280 г. В последнее время предпочитают калибровку по смещению ( 0, 00002 см смещения платформы на 1 см отклонения записи). Физические явления при регистрации баллистокардиограмм с помощью баллистокардиографического стола Старра. Стол является прибором, воспринимающим вибрации тела и передающим их преобразователю. Амплитуда волн баллистокардионраммы при пользовании столом Старра зависит от веса исследуемого и от степени выраженности у него подкожножирового слоя. Толщина подкожножирового слоя имеет значение как фактор, определяющий жесткость связи между телом и столом. Низкочастотный баллистокардиограф Никкерсона в настоящее время встречается редко.
Считается, что благодаря сильной связи между подвижной и
неподвижной частями стол Старра регистрирует силу, с которой тело исследуемого действует на него. Жесткость связей в столе Никкерсона такова, что она слаба для измерения силы и сильна для измерения перемещений центра тяжести тела.
Прямая баллистокардиография получила наибольшее распространение благодаря своей простоте и доступности. Воспринимающие устройства прямых баллистокардиографов являются одновременно частью датчика. Они жестко соединены с телом исследуемого, являются пассивным элементом колебательной системы и не оказывают существенного влияния на характер записи. Способ записи баллистокардиограмм был предложен Доком и Таубманом в 1949 г. прямую
баллистокардиографию обычно связывают с именем Дока, который первый оценил перспективы ее применения в клинической практике и разработал простые приборы с фотоэлектрическими и электромагнитными преобразователями. Электромагнитный баллистокардиограф Дока состоит из трех частей :
1) планки с двумя катушками положенной на голенях исследуемого
2) укрепленного на штативе магнита, который введен в зазор между катушками;
3) подставки под голенями (деревянный брусок высотой 7—8 см с
округленной полированной верхней поверхностью или мешочек, туго набитый песком).
Рисунок.4 Электромагнитный баллистокардиограф Дока.
А—вид сверху; Б—вид сбоку; М—магнит; К—катушки; П—подставка под ноги; Ш—штатив; Пл—планка; С—конденсатор; а, б—провода к электрокардиографу (по Доку).
Принцип действия прямого электромагнитного баллистокардиографа заключается в том, что планка с катушками движется вместе с голенями, и в результате пересечения магнитных силовых линий витками катушки в последней возникает электрический ток. В физическом отношении прямой баллистокардиограф является механической системой, где роль пружин выполняют ткани тела. При прямой записи баллистокардиограмм датчиками, установленными не на голенях, а на других частях тела, характер регистрируемых кривых несколько изменяется.
Приняты следующие стандартные условия для прямой баллистокардиографии;
1. Исследуемый должен лежать на твердой гладкой поверхности в положении на спине, с подставкой под ногами и небольшой подушкой под головой.
2. Основные физические характеристики при таком способе записи для человека
среднего веса и роста.
а) частота собственных колебаний тела — 4 периода в секунду;
б) коэффициент жесткости (связь тела с поверхностью) — 43 кг/см:
в) демпфирование—0,15 (15% от критического).
3. Калибровка систем прямой баллистокардиографии осуществляется путем измерения
смещения, скорости и ускорения на 1 см записи.
Стандартными считаются: смещение —0,006 см, скорость—0,1 см/сек, ускорение—2см/сек2.
Электромагнитный баллистокардиограф К. П. Бутейко (1959) является наиболее
совершенной конструкцией прямого баллистокардиографа, так как позволяет регистрировать калиброванную баллистокардиограмму ускорения, скорости и смещения. Прибор К. П. Бутейко объединяет в себе достоинства аппаратов Дока и Смита; он состоит из двух частей; датчика скалибровочным приспособлением и электрического распределителя — преобразователя.
Датчик основан на принципе возникновения электродвижущей силы индукции двух
последовательно соединенных катушках при движении между ними постоянного магнита, подвешенного на маятнике. На нижнем конце маятника имеется винт для регулировки амплитуды свободного качания маятника. Кривые смещения и ускорения получаются путем интегрирования и дифференцирования кривой скорости. Амплитуда кривых может регулироваться специальными
потенциометрами, вмонтированными в распределитель. Автором предложены следующие калибровочные единицы для прямой баллистокардиографии; смещение 1 см=50μ, скорость—1 см=1 мм/сек, ускорение —1 см = =50
мм/сек2.
Так же существуют комбинированные баллистокардиографические системы Принцип действия портативного электромагнитного баллистокардиографа состоит в
следующем. Пульсовые движения тела исследуемого передаются верхней площадке аппарата.Смещения верхней площадки относительно нижней возможны только в одном направлении: перпендикулярно плоскости пружин. Поэтому аппарат воспринимает лишь движения, направленные по продольной оси тела. Вместе с верхней площадкой движется и соединенный с нею магнит. Силовые линии движущегося магнитного поля пересекают витки неподвижной катушки и в ней в результате магнитной индукции возникает электрический ток.