Способ исследования функционального состояния сердечно-сосудистой системы

Вледельцы патента:

Журавлев Владимир Федорович (RU)

Изобретение относится к бесконтактному исследованию функционального состояния сердечно-сосудистой системы в электромагнитном поле, безвредном для человека. Обследование пациента осуществляют экраном с матрицей датчиков радиоемкостного типа, который последовательно устанавливают в сосудистые зоны различных областей на расстоянии 15-35 мм от поверхности тела. Электромагнитное поле создают с помощью генератора высокой частоты с излучателем мощностью 0,5-20 мВт и частотой 6-24 МГц. Сигналы датчиков после детектирования, фильтрации, усиления и аналого-цифрового преобразования представляют в виде пульсограмм соответствующих сосудистых зон. Данные обследований служат для расчета и анализа показателей центральной и региональной гемодинамики. Способ обладает расширенными функциональными возможностями. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области медицинской техники, в частности к бесконтактному (дистанционному) исследованию центрального и регионального кровообращения в электромагнитном поле.

Известно, что контактные методы в частности реография, реоплетизмография (РПГ) и импедансная РПГ широко используются для исследования нарушений кровообращения и оценки основных показателей кардио- и гемодинамики. Недостаток заключается в том, что необходимо пропускать зондирующий ток частотой 20-200 кГц через исследуемые участки тела пациента [Л1, 2].

Наиболее близким по технической сущности является способ бесконтактного (дистанционного) исследования функций систем организма, в частности функции дыхания, позволяющий дистанционно регистрировать объемы циклов дыхания, оценивать состояние правого и левого легкого, сравнивать параметры верхнего, среднего, нижнего отделов каждого легкого, строить карты визуализации вентиляции легких. Обследования проводятся в пространстве электромагнитного поля с помощью экрана матрицы датчиков (МД) радиоемкостного типа, который устанавливается в область проекции легких и диафрагмы. Электромагнитное поле создается вмонтированным в кресло высокочастотным генератором с излучателем [Л3]

Известный способ не позволяет исследовать функциональное состояние сердечно-сосудистой системы человека, производить расчет и анализ основных показателей гемодинамики, проводить последовательное обследование сосудистых зон различных областей (участков) поверхности тела.

Настоящее изобретение направлено на содание способа с расширенными функциями, осуществляющего исследование как центрального, так и регионального (периферического) кровообращения.

Технический результ изобретения состоит в расширении функциональных возможностей способа за счет бесконтактной (дистанционной) регистрации сигналов пульса (пульсограмм) правых и левых отделов сердца, симметричных зон магистральных сосудов областей туловища, участков конечностей, исследования сосудов головного мозга.

Это достигается тем, что в заявленном способе исследования обследуемого помещают в пространство электромагнитного поля мощностью 0,5-20 мВт и частотой 6-24 МГц (в положении сидя или лежа, в одежде). Измерения проводят с помощью экрана МД радиоемкостного типа, который последовательно устанавливается в сосудистые зоны различных областей поверхности тела на расстоянии 15-35 мм от поверхности. Сигналы датчиков после детектирования, фильтрации, усиления и аналого-цифрового преобразования представлены в виде пульсограмм соответствующих сосудистых зон отделов сердца, магистральных сосудов областей туловища, участков конечностей, полушарий мозга. Вычисляют показатели центральной гемодинамики, такие как частота сердечных сокращений (ЧСС), ударный объем (УО), минутный объем кровообращения (МО), сердечный индекс (СИ), скорость распространения пульсовой волны (СРПВ), длительность сердечного цикла (С), электрической систолы (Сэ), общее периферическое сопротивление (ОПС), общая систола (Со); показатели регионального кровотока: индекс периферического сопротивления (ИПС), индекс оттока (ВО) измерительный индекс (ИИ), индекс эластичности (ИЭ), скорости распространения пульсовой волны отдела (СРПВо), длительность механической систолы (См), период напряжения (ПН), фаза асинхронного сокращения (Фас), фаза изометрического сокращения (Фис), период изгнания (ПИ), фаза быстрого изгнания (Фби), фаза замедленного изгнания (Фзи) и др; показатели асимметрии левого и правого отделов сердца; показатели состояния мозговой гемодинамики.

Способ также позволяет исследовать гемодинамику сосудистых зон различных областей поверхности тела с помощью двух, трех и более экранов МД. Сущность способа иллюстрируется чертежами.

Фиг.1а - расположение экранов МД1, МД2, МД3 в положении сидя, режим одновременного обследования области груди, симметричных участков правой и левой голени и мозгового кровообращения. При этом экран МД1 для исследования мозгового кровообращения конструктивно выполнен в форме шлема.

Фиг.1б - блок-схема устройства, реализующего заявленный способ.

Генератором 1 радиочастоты с излучателем создается пространство электрамагнитного поля мощностью 0,5- 20 мВт и частотой излучения 6-24 МГц в которое помещают пациента 2 в положении сидя в кресле или лежа на медицинской кушетке. Устройство состоит из экранов с матрицей датчиков 3 (Мдi), канала связи 7, узла синхронизации 8, блока питания 9, АЦП-преобразователя 10, встроенного в компьютер 11, механизма наведения. В корпусе экрана МДi 3 размещены матрица датчиков 4, блок детектеров 5, многоканальный усилитель 6. Блок питания и узел синхронизации предназначены соответственно для питания, синхронизации работы электронных схем (i-1. 3).

Механизм наведения 12 выполняет установку экранов МДi в сосудистые зоны различных областей поверхности тела в соответствии с компьютерной программой обследования пациента. Механизм наведения состоит из блока управления 13, подъемников 14i, узлов перемещения 15i, узлов поворота 16i и датчиков контроля 17. Предусмотрен режим калибровки [Л3]

Обследование проводится при задержке дыхания на полувыдохе, запись должна обеспечивать не менее 6-9 циклов, пригодных для анализа, ЭКГ записывают во II стандартном отведении. Колебания пульса пациента модулируют параметры электромагнитного поля, образуется многомерное, распределенное пространство этого поля, параметры каждого участка которого пропорциональны амплитуде колебания стенки отдела органа или сосуда и способны отражать региональную гемодинамику исследуемой зоны. Высокая чувствительность, избирательность устройства и защищенность приема от воздействия внешних помех зависит от правильного выбора конструкции экрана, схемы матрицы и устройства.

Сигналы с датчиков после детектирования, фильтрации, усиления и аналого-цифрового преобразования пропорциональны амплитудам пульсовой волны и отражают региональную гемодинамику зон исследования.

Фиг.1в, 1г - обследование с помошыо экрана МД 44. Размерность типовых измерительных матриц экрана Мдi 2×2, 4×2, 4×4 (3×2, 3×4, 4×6, 6×6), размерность специализированных матриц произвольна - 33, 45.

Фиг.2 - исследование области сердца, 4-канальные дистанционные пульсограммы (ДПГ) симметричных зон области сердца, показатели центральной гемодинамики.

При исследовании сердца экран МД устанавливается в область проекции отделов сердца на грудную стенку, причем верхние датчики экрана МДi должны располагатся на уровне второго межреберья симметрично середине грудины слева и справа. Соответственно датчики, расположенные во второй, третей и четвертой строках экрана, должны перекрывать измерительные зоны четвертого, шестого межреберья, область реберной дуги. Расстояние от экрана МД до передней стенки туловища (L) при обследовании грудной стенки определяется режимом измерения пульса и выбирается в диапазоне 15-45 мм. Методики диагностики отрабатывалась на тест-фантомах. С помощью группы добровольцев удалость провести проверку возможностей применения предлагаемого способа, отработать программы оценки состояния сердечно-сосудистой системы. Ниже представлены примеры распечатки данных обследования, полученные с помощью предлагаемого спрособа (кривые и цифровые величины).

Фиг.3а - исследования симметричных зон областей груди и симметричных участков левой - правой голени в положении сидя. Экраны МД1, МД2 устанавливаются в соответствующие сосудистые зоны. Файлы а4, s2 позволяют провести расчет величины СРПВ по отмеченной временной задержке.

Фиг.3б - исследование нижних конечностей, обследование симметричных зон левой и правой голени, ДПГ-кривые при задержке дыхания (7), спокойном дыхании (8), в норме (а4) и патологии, атеросклероз правой голени (ав1).

Фиг.4а - исследование области сердца, нарушение гемодинамики правых (ki5) и левых (br12) отделов сердца. Файл ki5 - легочное сердце, файл br12 - скрытая аортальная недостаточность.

Правым отделам соответствуют левые зоны проекции сердца на грудную стенку (легочный ствол), а левым отделам сердца - правые (дуга аорты).

Программное обеспечение предлагаемого способа позволяет для ДПГ k- зоны строить дифференцированную пульсограмму (ДДПГ) и таблицу показателей гемодинамики в составе: ИИ, ИЭ, ИПС, ВО, См, ПН, Фас, Фис, ПИ, Фби, Фэи, ИИ - измерительный индекс дистанционной пульсографии, (k-1,.16).

Фиг.4б - анализ ДПГ зон 15 и 14 - второе межреберье слева и справа. Для расчета ударного объема используются симметричные ДПГ-

- кривые левых и правых зон второго и четвертого межреберья, амплитуда которых пропорциональна выбросу крови в аорту и в легочную артерию.

УО-2/3-Qml·T1=2/3·Qr·Tr

Tr, Tl - время изгнания,

Qml, Qr - максимальный поток во время систолы,

dV/dt - Qm, V - объем грудной клетки.

Qm=К пр·Um, Um=(U1m+U2m+U3m+U4m)/4,

Uim - максимальная амплитуда ДПГi - зоны проекции сердца,

Кпр - коэффициент зависит от массы тела, окружности грудной клетки, L, роста, пола, возраста и др.

Фиг.5а - восьмиканальная ДПГ сердечной области, ЭКГ. По данным зон второго и четвертого межреберья (кривые 1. 4) вычисляем ПИ, УО, ЧСС, МО, используя данные роста и массы пациента, производим расчет параметров цетральной гемодинамики СИ, ОПС, А. С, Со [л.4]. По запросу пользователя для каждой зоны вычисляют показатели ИЭ, ИИ, ИПС, ВО, См, ПН, Фас, Фис, ПИ, Фби, Фзи, др. осуществляют сравнение с должными величинами. Вычисляют отношение величин показателей левых Вл и правых Вп отделов (Вл/Вп - показатели асимметрии). Способ может работать в различных режимах и быть укомплектован одним, двумя, тремя и более экранами МД, которые устанавливаются в сосудистых зонах различных областей поверхности тела, для исследования состояния камер сердца и гемодинамики отделов туловища, конечностей и полушарий мозга. Базовый комплекс N 1 содержит один экран МД (4×4), который позволяет, в последовательном режиме, в положении лежа, проводить исследования сосудистых зон отделов грудной и брюшной полости, таза, спины, шеи, симметричных участков обеих бедер, правой и левой голени.

Фиг.5б - исследование сосудистых зон областей грудной (V73), брюшной полости (V75), таза (V77) и бедер (V712). Исследование проведено базовым комплексом n 1 в положении лежа в режиме последовательного перемещения (сканирования). Форма кривых позволяет анализировать гемодинамику магистральных сосудов в направлении от центра к периферии. Специализированные комплексы предлагаемого способа могут быть укомплектованы двумя, тремя и четырьмя экранами МД. Для исследования мозгового кровообращения используется криволинейная конструкция экрана МД (в виде шлема).

Фиг.6а - исследование мозговой гемодинамики. ДПГ - кривые в симметричных зонах полушарий мозга.

Способ осуществляется следующим образом. В пространстве электрамагнитного поля, генератор с излучателем которого монтируется на внутренней поверхности сиденья кресла (кушетки), проводится обследование пациента в одежде, в положении сидя или лежа. При задержке дыхания колебания пульса модулируют параметры электромагнитного поля.

Установка экранов МД1-МД4 производится компьютерной программой в автоматическом режиме с помощью механизма наведения. Измерительные сигналы поступают на входы матрицы датчиков 4, после чего они детектируются с помощью детекторов 5, усиливаются в усилителе 6 и оцифровываются с помощью АЦП преобразователя 10 встроенного в компьютер 11. Расстояние от экрана МДi до передней стенки туловища при обследовании котролируется на уровне верхних и нижних зон с помощью измерительных щупов, расстоение зависит от настройки аппаратуры, режима измерения и выбирается в диапазоне 15-35 мм. Предусмотрен ручной режим работы механизма наведения 12. Процедура калибровки выполняется однократным перемещением экрана МДi, шаг выбирают в диапазоне 0,1-0,6 мм.

Фиг.6б - устройство в портативном исполнении, реализующее заявленный способ, состоит из тележки, телескопического подъемника, экрана МД1, имеется возможность установки второго экрана МД2 на переносной подставке. В стационарном исполнении комплексы могут быть представлены в виде системы (многофункционального назначения) укомплектованной двумя, тремя и более экранами МД.

Один из вариантов спроектирован в виде капсулы с измерительными датчиками в количестве 64-128.

Преимущества заявленного способа

1. Бесконтактность, отсутствие стимулирующего воздействия на исследуемый орган или магистральный сосуд.

2. Быстрота, возможность экспресс-диагностики и мониторинга.

3. Режим одновременного обследования областей тела. Многоканальность, число каналов от 8 до 128.

4. Обследование в одежде или в белье.

5. Бесконтактное исследование мозгового кровообращения.

6. Доступность. Отсутствие расходных материалов.

7. Открытие направления для новых медицинских разработок.

Простота процедуры обследования позволяет исследовать функциональные нарушения после физической нагрузки, при эмоциональном перенапряжении, стрессе и на фоне фармакологических тестов.

Применение предлагаемого способа для

- диагностики заболеваний сердца и сосудистой системы;

- функциональной оценки показателей кардио- и гемодинамики;

- экспресс-диагностики, профилактических осмотров и мониторинга;

- проведения функциональных проб и аутотренинга;

- выбора лекарственных средств для больного;

- исследований психологического состояния и стресса;

в кабинетах функциональной диагностики, в отделениях кардиологии, в центрах восстановления и в домашних условиях.

Источники информации

1. Импедансная реоплетизмография. М.И.Гуревич, А.И.Соловьев. Киев: Наукова Думка, 1982 г. с.25-27, 112-133.

2. Техника и методика реографии и реоплетизмографии. В.И.Полищук, Л.Г.Терехова. Москва: Медицина, 1983 г. с.84-114

3. Патент на изобретение N 2122344. В.Ф.Журавлев. Москва, 27 ноября 1998 г.

4. Kubicek WC. Impedance pletismography. Patent 3340867 US.

Формула изобретения

1. Способ исследования функционального состояния сердечно-сосудистой системы, заключающийся в том, что обследуемого помещают в пространство электромагнитного поля, создаваемого генератором высокой частоты с излучателем, и устанавливают для исследования экран с матрицей датчиков, отличающийся тем, что экран с матрицей датчиков последовательно устанавливают в сосудистые зоны различных областей на расстоянии 15-35 мм от поверхности тела, сигналы датчиков после детектирования, фильтрации, усиления и аналого-цифрового преобразования представляют в виде пульсограмм соответствующих сосудистых зон и производят расчет показателей гемодинамики, таких как частота сердечных сокращений, ударный объем, минутный объем кровообращения, сердечный индекс, скорость распространения пульсовой волны, длительности сердечного цикла и электрической систолы, общее периферическое сопротивление; показателей регионального кровотока: индекса периферического сопротивления, индекса оттока измерительного индекса, индекса эластичности, длительности механической систолы, периода напряжения, фазы асинхронного сокращения, фазы изометрического сокращения, периода изгнания, фаза быстрого изгнания, фаза замедленного изгнания, показатели асимметрии левого и правого отделов сердца, показатели состояния мозговой гемодинамики; причем используют генератор высокой частоты мощность 0,5-20 мВт и частотой 6-24 МГц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при одновременном обследовании сосудистых зон различных областей используют два, три и более экранов с матрицей датчиков.