Министерство образования и науки Украины

Одесский национальный университет имени И.И.Мечникова

Кафедра экспериментальной физики

Отделение медицинской физики

Диагностического и лечебного оборудования

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ОСНОВАННЫЕ НА РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Курсовая работа

студентки ІV курса

физического факультета

Аликсандренко Маргариты Владимировны

Научный руководитель

профессор Ваксман Ю.Ф.

Одесса – 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Суть метода электрокардиографии

1.1 Общие определения и понятия электрокардиографии

1.2 Расширенные диагностические возможности ЭКГ

1.3 Обзор современной аппаратуры электрокардиографии

2. Особенности электроэнцефалографических измерений

2.1 Общие определения и понятия электроэнцефалограммы

2.2 Функциональные пробы

2.3 Аппаратура для электроэнцефалографических исследований

2.4 Обзор современной аппаратуры электроэнцефалографии

3. Миографические исследования

3.1 Общие определения и понятия электромиографии

3.2 Методики обследования, применяемые в электромиографии

3.3 Обзор современной аппаратуры электромиографии

Выводы

Литература

Введение

Человеческий организм с точки зрения физики является чрезвычайно сложной неравновесной системой, открытой к внешним воздействиям, причем, не только физическим, но и информационным. Вместе с тем, среди множества физиологических процессов, протекающих в организме, ряд процессов близки к физическим, то есть они могут быть описаны физическими законами. Например, процесс кровообращения, по сути, является физическим, так как связан: с механической работой сердца (механика); с генерацией биопотенциалов (электричество) и т п. В связи с этим многие медицинские методики лечения и диагностики основаны на использовании физических идей и принципов.

В клинической практике прямое измерение разности потенциалов на самом органе (сердце, мозге, т.п.) трудноосуществимо. Поэтому для оценки функционального состояния органа по его электрической активности используют принцип эквивалентного генератора. Он состоит в том, что изучаемый орган, состоящий из множества клеток, возбуждающихся в различные моменты времени, заменяется моделью единого эквивалентного генератора. Считают, что этот эквивалентный генератор находится внутри организма и создает на поверхности тела электрическое поле, такое же, как и поле, создаваемое органом. То есть распределение потенциалов, порождаемых органов, по поверхности тела, их изменения во времени должны быть близки к потенциалам, порождаемым гипотетическим (воображаемым) генератором.

Метод исследования работы органов или тканей, основанный на регистрации во времени потенциалов электрического поля на поверхности тела, называется электрографией. Два электрода, приложенные к разным точкам на поверхности тела, регистрируют временную зависимость разности потенциалов ∆φ(t), которая называется электрограммой. Название электрограммы указывает на орган, который исследуют. В частности, сердце – электрокардиограмма (ЭКГ); головной мозг - электроэнцефалограмма (ЭЭГ); мышцы – электромиограмма (ЭМГ).

Целью данной работы является изучение диагностических методов, основанных на измерениях электрических полей.

1. СУТЬ МЕТОДА ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ

1.1 Общие определения и понятия электрокардиографии

Среди многочисленных инструментальных методов исследования, которыми в совершенстве должен владеть современный практический врач, ведущее место справедливо принадлежит электрокардиографии. Этот метод исследования биоэлектрической активности сердца является сегодня незаменимым в диагностике нарушений ритма и проводимости, гипертрофий желудочков и предсердий, ишемической болезни сердца, инфарктов миокарда и других заболеваний сердца.

Электрокардиография (ЭКГ) - является неинвазивным тестом, проведение которого позволяет получать ценную информацию о состоянии сердца. Суть данного метода состоит в регистрации электрических потенциалов, возникающих во время работы сердца и в их графическом отображении на дисплее или бумаге. На рис. 1 изображен пример периода электрокардиограммы, где показаны зубцы и сегменты, на которые условно делят период ЭКГ.

Рис. 1. Зубцы и сегменты ЭКГ

Запись производится с поверхности тела пациента (верхние и нижние конечности и грудная клетка).

Изменения разности потенциалов на поверхности тела, возникающие во время работы сердца, записываются с помощью различных систем отведений ЭКГ. Каждое отведение регистрирует разность потенциалов, существующую между двумя определенными точками электрического поля сердца, в которых установлены электроды. Таким образом, различные электрокардиографические отведения отличаются между собой, прежде всего участками тела, от которых отводится разность потенциалов.

Электроды, установленные в каждой из выбранных точек на поверхности тела, подключаются к гальванометру электрокардиографа. Один из электродов присоединяют к положительному полюсу гальванометра (это положительный, или активный, электрод отведения), второй электрод — к его отрицательному полюсу (отрицательный электрод отведения).

В настоящее время в клинической практике наиболее широко используют 12 отведений ЭКГ, запись которых является обязательной при каждом электрокардиографическом обследовании больного: 3 стандартных отведения, 3 усиленных однополюсных отведения от конечностей и 6 грудных отведений.

Стандартные двухполюсные отведения, предложенные в 1913 г. Эйнтховеном, фиксируют разность потенциалов между двумя точками электрического поля, удаленными от сердца и расположенными во фронтальной плоскости – конечностях (рис.2).

Рис. 2. Трехосевая система координат стандартных отведении. Красным цветам показаны оси трех стандартных отведений от конечностей в треугольнике Эйнтховена (а) и в трехосевой системе координат (б).

Усиленные отведения от конечностей (рис.3) были предложены Гольлберегером в 1942 г. Они регистрируют разность потенциалов между одной из конечностей, на которой установлен активный положительный электрод данного отведения (правая рука, левая рука или левая нога), и средним потенциалом двух других конечностей. Таким образом, в качестве отрицательного электрода в этих отведениях используют так называемый объединенный электрод Годьдбергера, который образуется при соединении через дополнительное сопротивление двух конечностей.

Рис. 3. Формирование трех усиленных однополюсных отведении от конечностей. Внизу - треугольник Эйнтховена и расположение осей трех усеченных однополюсных отведений от конечностей

По ЭКГ можно оценить источник (так называемый водитель) ритма, регулярность сердечных сокращений, их частоту. Все это имеет большое значение для диагностики различных аритмий. По продолжительности различных интервалов и зубцов ЭКГ можно судить об изменениях сердечной проводимости. Изменения конечной части желудочкового комплекса (интервал ST и зубец Т) позволяют врачу определить наличие или отсутствие ишемических изменений в сердце (нарушение кровоснабжения).

Важным показателем ЭКГ является амплитуда зубцов. Увеличение ее говорит о гипертрофии соответствующих отделов сердца, которая наблюдается при некоторых заболеваниях сердца и при гипертонической болезни.

ЭКГ весьма мощный и доступный диагностический инструмент, однако стоит помнить о том, что и у этого метода есть слабые места. Одним из них является кратковременность записи – около 20 секунд. Даже если человек страдает, например, аритмией, в момент записи она может отсутствовать, кроме того запись, обычно производится в покое, а не во время привычной деятельности.

1.2 Расширенные диагностические возможности ЭКГ

Для того чтобы расширить диагностические возможности ЭКГ прибегают к длительной ее записи, так называемому мониторированию ЭКГ по Холтеру в течение 24-48 часов. Этот метод позволяет оценить деятельность сердца в условиях обычной активности пациента (реакции сердца на физическую и эмоциональную нагрузки, ритм и проводимость сердца в течение суток, состояние сердца во время сна и т. д.), при этом пациент записывает, в какое время что конкретно он делал (спал, гулял, поднимался по лестнице, ел и т. д.). Это метод непрерывной регистрации электрокардиограммы на магнитную ленту или твердотельный диск за определенный период времени: от нескольких часов до двух суток с последующей обработкой информации на компьютерном дешифраторе.

Также, значительно расширяют диагностические возможности метода электрокардиографии функциональные пробы. Они позволяют выявить скрытые электрокардиографические нарушения, которые по разным причинам не могли быть зарегистрированы при обычном электрокардиографическом исследовании в покое (скрытая коронарная недостаточность, преходящие нарушения ритма). Из всего множества функциональных проб наиболее эффективными являются пробы с дозированной физической нагрузкой, которые применяются с целью выявления скрытой коронарной недостаточности, преходящих нарушений ритма сердца и для установления индивидуальной толерантности больных к физической нагрузке.

Физическая нагрузка, как известно, оказывает разнообразное действие на сердечно-сосудистую систему, вызывая, в частности, тахикардию, умеренное повышение артериального давления, увеличение работы сердца и, соответственно, потребности миокарда в кислороде. У здорового человека это приводит к адекватному расширению коронарных сосудов и увеличению сократимости миокарда. В условиях лимитированного коронарного кровообращения у больных атеросклерозом коронарных артерий увеличение потребности миокарда в кислороде приводит к острой коронарной недостаточности, сопровождающейся приступом стенокардии и изменениями на ЭКГ.

В настоящее время наибольшее распространение в клинической практике получили пробы с дозированной физической нагрузкой на велоэргометре или тредмиле (бегущая дорожка).

Кроме того, проба с физической нагрузкой может быть проведена у больных, подвергшихся операции на сердце, для оценки у них функционального состояния миокарда. ЭКГ может быть использовано для оценки функционального состояния миокарда в динамике при наблюдении за больными, страдающими различными заболеваниями сердца, а также применяться для оценки состояния здоровья, например летчиков и т.д.

1.3 Обзор современной аппаратуры электрокардиографии

Электрокардиографы, как и многие другие диагностические методы заболеваний, бурно развиваются и усовершенствуются. Рассмотрим некоторые новинки среди ЭКГ – аппаратуры.

СASE

СASE — система экспертного класса, основанная на лучших традициях Marquette Hellige и совмещающая в себе ведущие технологии General Electric (рис.4). Прибор оснащен:

· 17" подвижным плоским жидкокристаллическим дисплеем высокого разрешения, стандартной компьютерной клавиатурой и встроенной панелью с функциональными клавишами с подсветкой, что позволяет совместить удобство и простоту в управлении системой, в том числе и при выполнении стресс эхокардиографии, используется ОС Windows.

· Цифровой модуль сбора данных, технология обработки сигналов (последовательное обновление для уменьшения количества артефактов), алгоритмы фильтрации шумов и выравнивания изолинии (FRF фильтр и кубические сплайны) обеспечивают превосходное качество регистрируемого сигнала по 12 или 15 отведениям без ухудшения качества ЭКГ при движении пациента.

· Широкие сетевые возможности обеспечивают обмен данными с информационной сетью Интернет, дистанционный просмотр тестов в режиме реального времени на других станциях. Хранение данных осуществляется на жестком диске с объемом памяти 10 ГБ или в локальной сети.

Рис. 4.Общий вид системы Marquette Hellige СASE

CARDIO SOFT - многофункциональная компьютеризированная система.

Cardio Soft позволяет создать современную кардиологическую рабочую станцию со всем и возможностям и современных методов функциональной диагностики в кардиологии (рис.5).

Вакуумная система аппликации электродов KISS обеспечивает надежную фиксацию электродов и обеспечивает превосходное качество регистрируемой ЭКГ у пациентов, находящихся в движении, а также у тучных пациентов и лиц с обильным волосяным покровом.

Рис. 5.Общий вид системы CARDIO SOFT

Возможна инсталляция программы CADIO SOFT на обычный персональный компьютер. CARDIO SOFT обладает русскоязычным интерфейсом пользователя.

Опции программного обеспечения:

· Стресс тестирование с регистрацией 12—15 отведений. Сохранение данных на жестком диске с возможностью последующего анализа и редактирования. Расширенный анализ сегмента ST. Автоматическое и ручное измерение интервалов ЭКГ. Анализ аритмий по 12 отведениям.

· Анализ альтернансов зубца Т (TWA). Уникальные алгоритмы фильтрации шумов и выравнивания изолинии. Регистрация и анализ ЭКГ покоя. Почтовый ящик ЭКГ. Произвольно настраиваемая пользователем конфигурация рабочего экрана и форматов отчета. Интеграция программы с информационными системами управления отделением и медицинским учреждением.

· АЛЬТЕРНАНС ЗУБЦА Т (TWA) — это числовая характеристика изменений морфологии зубца Т, вызванных нестабильностью миокарда и проявляющихся на ЭКГ в виде чередования комплексов QRS двух различных типов).

· Повышение альтернанса зубца Т при проведении теста с физической нагрузкой является важным прогностическим фактором, который учитывается при оценке риска жизненно опасных аритмий у пациентов, перенесших инфаркт миокарда. Анализ TWA позволяет также дифференцировать пациентов с ишемической болезнью сердца и пациентов с возрастными изменениями ЭКГ.

· ОЦЕНКА АЛЬТЕРНАНСОВ ЗУБЦА T — до недавнего времени единственным методом оценки TWA являлся спектральный метод, основанный на анализе вариаций морфологии зубца T в частотной области. Новая программа, разработанная компанией GE Healthcare Clinical System Devices, предназначена для измерения альтернанса зубца T непосредственно во временной области, что дает ряд преимуществ по сравнению с традиционными методиками).

· Программа TWA компании GE Healthcare Clinical System Devices обеспечивает надежную регистрацию данных и достоверную оценку альтернанса зубца T — параметра, который необходимо учитывать наряду с другими факторами риска, такими как фракция выброса левого желудочка, вариабельность сердечного ритма, поздние потенциалы, дисперсия интервала QT и чувствительность барорецепторов.

В отличие от спектрального метода измерение TWA во временной области не требует поддержания высоких значений ЧСС в течение продолжительного времени, что особенно важно при оценке альтернанса зубца T у пациентов с низкой фракцией выброса левого желудочка. Новая программа не требует применения специальных электродов и нестандартных протоколов стресс-исследований. Благодаря этому ее можно применять в ходе обычных амбулаторных исследований и тестов с физической нагрузкой. Возможность одновременной оценки TWA и анализа сегмента ST. Для отображения результатов TWA-тестировани используется привычный для врачей-кардиологов интерфейс, что облегчает работу с программой и сокращает время, необходимое для ее изучения.

· Турбулентность сердечного ритма (HRT) описывает краткосрочные флуктуации синусового ритма, которые возникают сразу после желудочковой экстрасистолы. Позволяет оценить функцию барорефлекса, ответ на терапиюбета блокаторами. Это доказанный клинически значимый инструмент для выявления предикторов внезапной коронарной cмерти у больных, перенесших ОИМ. HRT является мощным и независимым предиктором смерти у пациентов, перенесших ОИМ после реперфузии. HRT является наиболее сильным ЭКГ - алгоритмом для стратификации риска внезапной сердечной смерти.

2. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1 Общие определения и понятия электроэнцефалограммы

Электроэнцефалография (ЭЭГ-диагностика) - метод исследования функциональной активности мозга, заключается в измерении электропотенциалов клеток головного мозга, которые впоследствии подвергаются компьютерному анализу. Электроэнцефалография дает возможность качественного и количественного анализа функционального состояния головного мозга и его реакций при действии раздражителей, также существенно помогает в диагностике эпилепсии, опухолевых, ишемических, дегенеративных и воспалительных заболеваний головного мозга. Электроэнцефалография позволяет оценить эффективность проводимого лечения при уже установленном диагнозе.

Электроэнцефалограмма - это временная зависимость разности потенциалов между различными участками головы (точками съема). Точек съема может быть от двух до нескольких десятков. Соответственно получают набор ЭЭГ лобной, правой, левой, теменной, прицентральной, затылочной и т.п. частей головы. При этом каждая кривая ЭЭГ измеряется в двух режимах: при закрытых глазах и при открытых глазах.

ЭЭГ отражает интегральную активность громадного числа нейронов коры головного мозга и распространение волн возбуждения в нейронных сетях. Поэтому она имеет вид сложных регулярных колебаний с различными частотами и амплитудами. Для анализа ЭЭГ обычно используют спектральные составляющие этих колебаний, поскольку любое сложное колебание можно разложить на простые синусоидальные колебания разных частот и амплитуд. Таким образом, техника измерений ЭЭГ и их анализа включает в себя ЭВМ и состоит из трех этапов:

1) измерение ЭЭГ (процесс занимает несколько секунд);

2) частотный Фурье-анализ ЭЭГ и построение частотных спектров, в результате чего выделяют частоты основных колебаний, называемые ритмами;

3) построение временного ландшафта, показывающего изменение каждого ритма во времени.

У взрослого бодрствующего человека доминирует α- ритм (колебания с частотой 8 Гц – 14 Гц). Кроме этого наблюдается β - ритм (14 Гц – 35 Гц), γ - ритм (35 Гц – 70 Гц), δ - ритм (0,5 Гц – 3 Гц), θ - ритм (4 Гц – 7 Гц) и другие. По появлению или исчезновению отдельных ритмов судят о характере и степени сдвигов функционального состояния нервных структур мозга. Например, при переходе от бодрствования ко сну α - ритм и β - ритм замещаются более медленными δ - и θ - ритмами. Основные ритмы отсутствуют или ослаблены при тяжёлых формах эпилепсии, опухолях коры больших полушарий. Для моделирования электрической активности мозга в качестве эквивалентного генератора берут совокупность большого количества токовых диполей – токовый мультиполь.

Из изложенного выше следует, что ЭЭГ представляет собой процесс, обусловленный активностью огромного числа генераторов, и, в соответствии с этим, создаваемое ими поле представляется весьма неоднородным по всему пространству мозга и меняющимся во времени. В связи с этим между двумя точками мозга, а также между мозгом и удаленными от него тканями организма возникают переменные разности потенциалов, регистрация которых и составляет задачу электроэнцефалографии.

Анализ ЭЭГ в конечном итоге основывается на выделении характерных типов электрических потенциалов и определении локализации их источников в мозге.

Как уже указывалось, в электроэнцефалографии регистрируют разность потенциалов между двумя точками. С теоретической точки зрения регистрация потенциала какой-либо точки в неискаженном виде возможна в условиях, коша один электрод расположен в непосредственной близости от источника потенциала, а другой бесконечно удален от него. Невозможность реализации этого условия приводит к тому, что в электроэнцефалографии, строго говоря, всегда производят биполярную регистрацию электрической активности, поскольку оба электрода, подсоединяемые к входу усилителя, расположены на теле обследуемого. Однако с практической точки зрения, используемые варианты отведения потенциалов могут быть разделены на монополярные и биполярные.

Монополярным называют такое отведение, когда на одну из входных клемм усилителя подастся электрический потенциал от электрода, стоящего над мозгом, а на другую — потенциал от электрода, установленного на определенном удалении от мозга, или некоторый усредненный потенциал, не обусловленный каким-либо одним локальным источником.

Биполярными называют отведение, при котором к положительной и отрицательной входным клеммам электроэнцефалографического усилителя подсоединяют электроды, стоящие над мозгом.

2.2 Функциональные пробы

Для получения правильной информации при электроэнцефалографическом исследовании необходимо соблюдение некоторых общих правил. Во время исследования положение больного должно быть удобным, мышцы расслаблены. Голова покоится на специальном подголовнике.

Фактически ЭЭГ реагирует на любые внешние воздействия, лежащие выше порога ощущения, однако для их выявления требуются специальные методики, поэтому в клинической практике применяют в основном такие воздействия, которые могут быть выявлены на ЭЭГ простым визуальным наблюдением. Главными из них являются световая и звуковая стимуляция. Для выявления реагирования мозга на внешние воздействия, в частности при исследовании степени сохранности сознания больного, применяют одиночные стимулы в виде короткой вспышки света, звукового щелчка или тона.

Одной из распространенных проб является открывание и


8-09-2015, 20:08