Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Методы интраоперационного мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Методы интраоперационного мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы"

ГТ8 ОД

1 июл яз;

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ АРМЕНИЯ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ им. Л.А.ОРБЕЛИ

на правах рукописи

КРИСТОСТУРЯН РУБЕН ЕРВАНДОВИЧ

МЕТОДЫ ИНТРАОПЕРАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ

О- - 00.09 - Физиология человека и животных

Автор е.фер ат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ЕРЕВАН - 1997

Работа выполнена в Институте хирургии им.А.Микаеляна МЗ РА (директор - доктор мед. наук, профессор Г.С.Тамазян).

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор

Г.С.Тамазян.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Х.О.Нагапетян капдидат технических наук

О.А.Мкртчян

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт курортологии и физической медиципы МЗ РА.

Защита состоится1997 г. в № часов на заседании специализированного совета 023 но физиологии человека и животных в Институте физиологии им.Л.А.Орбели HAH РА (375028, г.Ереван, ул.бр.Орбели,22).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии им.Л.А.Орбели HAH РА.

Автореферат разослан " f$" ¿¿/ff^l 997 г.

Ученый секретарь специализированного

Совета, кандидат медицинских наук ^^ШЛ^/ Э.Г.Костанян

2

Rueuusubh яиъптьзпнэзиъ QhSnH93ni-bbbPh imU3hb U^UIblThli LU.OPPbL.nf шйф 3)h2hnLnQhU3h hbUShSIUS

Ôbnuiq.p[i hnuiilrnQgnil ePhUSnUSÍttP3Ub WlhPbb bP4Ub1h

UhPS-Ubni3U5hb RUUlWUPQh 4heUMh bbP4hPU=iUSUMUb 1/nbhSnPhbQh baUbUijbbP

Q.00.09.-Uiupryu L l)bDrçiuûfiûbpfi

^ЬйишршйшЦшй qfimnLpjnLÜQbpfi рЬЦйшбпф qtiinuiliiuG iuuin|itíuiú[i hiujgiíujG uuinbûuufunuiupjujCi

UblülWhP

bPb4Ub-1997

U2fmumuiGg[] ljujmujpilb[ t Ub U.lJfißiujbuiuO|i uiGi|. «JJipuipriLcfnLpjiuû fiûuinhinnLinruiî (inGopbG' p.q.q., ицрпфЬипр í.U.fDuiúuiqjujG):

Q|iiniul}iuû оЬ^шфир1 " р02Цш1|шй qtiumpjiuGGbph qnl|innp,

Uniugiumuip l|iuqúiuljbpi4niR|ni.G' ^ Ub lirupnpiniupiuGnipjujG L ф^ЭДшЦшй p^LuljUiürupjujG qfiiniuhbwujqnmiul|iuG ^йиифтпил

^ 41111 L.U.Oppb[m шйф bfiQ.hnLuqhuJJh hQuinfiinnunfi 023 üiupqru L ЦЬ+GquiGhGbph ф^пц^ш^ t5uiuúiuq|"iimjugi|ujó funphpqfi üfiumruú (375028, bpLiuG, Oppb|ji bqp. ф. 22):

UuibGuj|iinurupjujG|] l|UipbLh 1óuiGnpiuúui|. ЧЯ ЧШ L.U.Oppb[riL шйЦ. bfiqfininqfiiujfi hGuinfiumuih qptuqiupiuGruCi:

Ubqúmqhpi] шгашрЦшб t " 1997 р.

l/uiuüuiqhmiuljiuG kinphpqfi QfrmiuliuiG ршринигцир, pc^uiljiuû

qhinni.pjruGGbp|i pb^Guióni' t.Q.MnuutuiGjuiü

'ПшгшпОшЦшй ßGqrtfiiüuifunuübp'

ujpn^bunp, я.и.виииазиь

ЦЬйишршйш^шй qfimrupjnt.(jübpfi

qnl|innp, lu.S.biuhiuujbuijuiû.

inb|iiGhljujljtJuG q|iinrupjniüübp|i pbliûujôni, 3.3.Ulipin¿juiú:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы.

Особая роль в приспособлении организма к операционной травме принадлежит системе кровообращения, главное назначение которой состоит в снабжении органов и тканей кровью в строгом соответствии со степенью их функциональной активности. Функция кровообращения при операционной травме изменяется в зависимости от вида хирургической травмы, объема кровопотери, влияния анестетиков, регулируемой вентиляции легких и других приемов и средств анестезиологического обеспечения (Шалимов A.A. и соавт.,1977).

Основные компенсаторные реакции кровообращения включают изменения максимального и минимального артериального давления, минутного объема кровообращения и ударного объема сердца, тонуса мышечных артерий, объема циркулирующей крови. Эти параметры характеризуют функцию кровообращения и являются критериями для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы (Wiggers C.J., 1962).

Сравнительный анализ изменений артериального. давления, минутного объема кровообращения, тонуса периферических артерий и объема циркулирующий крови позволяет заключить, что между этими показателями существуют сложные взаимосвязи.

Круг задач, решаемых анестезиологом во время хирургической операции, достаточно широк и разнообразен, причем нередко ему приходится проводить анестезию в условиях недостатка качественной информации, полагаясь на свой опыт, и принимать жизненно важные решения в условиях острого дефицита времени (Уваров Б.С., Волков A.A., 1975; Бунятян A.A., 1988).

Мониторный контроль объемных показателей сердечно-сосудистой системы и состояния сосудистого тонуса не проводится в виду отсутствия соответствующих методов. Кроме этого отсутствуют методы комплексного представления информации анестезиологу и хирургу для адекватной оценки состояния сердечно-сосудистой системы в удобной форме. ...

Цель и задачи исследования.

Целью настоящей работы явилась разработка методов исследования сердечно-сосудистой системы, применительно к условиям интраоперационной диагностики и исследование методов комплексной оценки и графического моделирования состояния сосудистой системы во время операций.

В соответствии с поставленной целью, основные задачи исследования были сформулированы следующим образом:

1. Разработка интра- и постоперационных методов определения объемных показателей состояния системы кровообращения при мониторинге центральной гемодинамики. Основа - неинвазивный метод импедансной реоплетизмографии в сочетании с электрокардиографией и автоматизированной обработкой медико-биологической информации.

2. Обоснование метода определения параметров тонуса мышечных артерий для применения его в условиях операционной. Его математический синтез и клиническая проверка.

3. Создание комплексных показателей и информационных графических моделей для оценки состояния сердечно-сосудистой системы для быстрого принятия решений во время хирургических вмешательств.

Научная новизна и практическая значимость.

Впервые разработаны методы интраоперационного мониторинга объемных показателей и состояния сосудистого тонуса с применением компьютерной реографии и моделирования биологических объектов, а также созданы комплексные показатели сердечно-сосудистой системы.

Применение мониторинга объемных показателей и сосудистого тонуса в сочетании с методом комплексной оценки состояния сердечно-сосудистой системы необходимо для адекватного анестезиологического и хирургического обеспечения на всем протяжении операции.

Апробация работы.

Работа апробирована на заседании Ученого Совета Института Физиологии им.ЛА.Орбели 19 мая 1997 г. и Института Хирургии им.АМикаеляна 14 июня 1996 г.. Основные результаты работы доложены и обсуждены на Всесоюзных конференциях "Биомедкибернетика" (Ленинград, 1986), "Измерения в медицине" (Москва, 1986), Итоговых научных сессиях филиалов ВНЦХ АМН СССР (Иркутск, 1986,1987, Ереван 1989).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 8 работ и получено одно авторское свидетельство.

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 126 страницах, состоит из введения,' обзора литературы, результатов собственных исследований и обсуждений, выводов и списка литературы. Указатель литературы содержит 102 источника.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. В исследованиях методов определения объемных показателей гемодинамики использовалась теория импедансной электроплетизмографии и методы автоматизированного определения экстремумов и характерных точек регистрируемых физиологических кривых.,

2. Для построения математической модели сегмента конечности человека использованы методы математического и физического моделирования биологических объектов.

3. Для адекватного отражения свойств прн математическом моделировании биообъекта применялась теория механики и гидродинамики крупных кровеносных сосудов и теория распределения электрического потенциала в исследованиях пассивных электрических свойств биообъектов.

4. Использование аппарата математической физики в задаче оптимизации и анализа основного уравнения математической модели.

5. Для обоснования метода комплексной оценки состояния системы применялась теория биотехнических систем в сочетании с методами компактного отображения физиологических данных.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Метод компьютерной реографии.

Развитие медицинской электроники с внедрением в клиническую и исследовательскую практику сложнейшей аппаратуры, которая позволяет получить сведения о недоступных ранее физиологических процессах, а также методы математической обработки, не могут не сказаться на основных подходах к лечению больного. . ,

Сочетание аппаратных . и вычислительных средств с обработкой физиологической информации становится необходимым при разработке, новых методов, позволяющих не только убыстрить процесс съема и обработки информации, но и получать принципиально новую информацию.

На основе анализа различных методов исследования кровообращения - как инвазивных: прямой метод Фика, термодиллюция, метод разведения красителя и др., так и непнвазивных: сфигмография, артериапьная осциллография, фотоплетизмография, реография, - выявлено, что , наиболее приемлемой методикой можно считать реографию, в сочетании с современными методами обработки информации, для решения задач интраоперационного мониторинга.

Метод реографии, а точнее, импедансной реоплетизмографии, основан на измерении модуля полного сопротивления исследуемого участка при пропускании через него высокочастотного тока. Развитие метода позволило дать

ему строгое физическое и физиологическое обоснование. Это обстоятельство легло в основу количественной интерпретации метода, причем в области зависимости измеряемого импеданса от объема крови (или объекта) (Kubicek W.G., etal, 1966; Nyboerj., 1950):

dV/V = - dZ/Z (1)

В настоящее время реография применяется для исследования многих органов и систем организма (Бисярина В.П. и соавт. 1986; Полищук В.И., Терехова Л.Г., 1983; Палеев Н.Р., КаевицерИ.М.,1975; Плепис О.Я.,1988; Poster J.M. & Swan I.D.,1987; Francisk K.L., et al, 1987). Причем разработано множество методик и расчетных формул для обработки регистрируемых кривых и сигналов.

Однако эти исследования затруднены в условиях операционной и в задачах мониторных исследований, так как ручная обработка кривых занимает длительное время и "поударная" обработка кривых невозможна. С другой стороны генез кривой позволяет получать довольно точную интерпретацию данных. Поэтому для задач мониторинга системы кровообращения разработаны следующие методы исследования регионарной, периферической и центральной гемодинамики. Применение компьютера в данном случае позволяет получить в итоге не "количественный" эффект (ускорение процесса обработки данных), а "качественный" - обеспечение мониторинга во время длительных лечебных процессов, к каковым можно отнести оперативное вмешательство и постоперационный период. Необходимо отметать, что процесс обработки физиологического сигнала довольно сложен. По своей физической сути реоплетизмограмма представляет собой электрический сигнал с довольно большим динамическим диапазоном (присутствие в спектре трех составляющих) и подвержен сильным помехам (различные артефакты, наводка.промышленной частоты и т.д.). Поэтому фильтрация сигнала, усиление и др., служащие для выявления информативных участков на кривых, необходимо доверить компьютеру. Это становится возможным лишь в случае преобразования этого сигнала в последовательность цифр (аналого-цифровое преобразование). К тому же сам процесс обработки довольно сложен, поэтому основные требования, предъявляемые к компьютеру - это его быстродействие, наличие достаточного объема памяти и адекватное математическое (программное) обеспечение для работы его в "реальном масштабе времени". Под руководством автора созданы алгоритмы, программные модули и аппаратные средства для удовлетворения вышеупомянутых требований. Для упрощения в дальнейшем все подробности аппаратной и программной реализации разработанных методов будут опускаться. Подразумевается, что практически любой алгоритм обработки физиологического сигнала возможно осуществить. Основной упор будет

делаться на физиологическое обоснование методов и их клиническое применение.

Применение компьютерной обработки позволило значительно убыстрить процесс обработки кривых, а также проводить автоматизированный отбор данных, связанный с различного рода артефактами. Эти приемы делают получаемую информацию воспроизводимой, что значительно объективизирует получаемые клинические результаты. Результатом исследований явилась разработка методов и аппаратов, реализующих эти методы, для оценки параметров органного и периферического кровообращения.

Компьютерный Реогепатограф - автоматизированный микропроцессорный комплекс для обработки реогепатограмм в реальном масштабе времени. Прибор позволяет исследовать функциональное состояние печени и параметры портального кровообращения.

Методика, заложенная в аппарат, - тетраполярная фокусная реография с током зондирования 1 мА и частотой 50 кГц. Компьютерный Реогепатограф обеспечивает отображение кривых реогепатограммы (РГГ) и электрокардиограммы, а также производит расчет и отображение на экране монитора следующих параметров: реографический индекс, As/K; амплитуда диастолы; период подъема систолической волны, а; период спуска систолической волны, Ь; период и амплитуда дикротической волны РГГ, с и Ар; отношения а/Ь, а/с, b/с; тоническое напряжение, As/Ap; артериальный приток печени, v=kpsdZ; объем крови в печени, V; минутный объем артериального притока в печени Vm=vHR.

Клиническое применение аппарата в течение 6 лет позволило выявить закономерность при отдельных состояниях патологий печеночного кровообращения: холестатическом синдроме, синдроме воспаления и функциональных нарушениях. Сопоставляя результаты с общепринятыми печеночными пробами, выявлено, что патологические изменения параметров при проведении компьютерной реогепатографии опережают биохимические тесты нв 10-14 дней [Гарибян и соавт.,1996, Приложение 1].

Другой аппарат - Компьютерный реогистерограф проводит аналогичные исследования в области матки. Прибор позволяет вскрыть на ранних стадиях патологии сосудистой системы беременных женщин, особенно систем кровообращения плода. В исследованиях беременных регистрируется также электрокардиограмма плода, что расширяет его диагностическую интерпретацию. Применяемая методика съема информации - совмещенная биполярная реография и электрокардиография.

Компьютерный реоэнцефалограф - аппарат для комбинированных исследований центрального и периферического (мозгового) кровообращения.

Метод оценки параметров центрального кровообращения будет описан ниже. Параметры мозгового кровообращения рассчитываются для отведений F-M и ОМ слева и справа. Благодаря совмещению стандартной трансторакальной реошзетизмографии и реоэнцефалографии методика позволяет проводить корреляцию изменений центрального и периферического кровообращения, вызванных психологическими стрессами и процессами онтогенеза и патогенеза периферических и магистральных сосудов.

Однако большой интерес в последнее время приобретает использование метода импедансной реографии для исследований центральной и легочной гемодинамики в аспекте неинвазивных способов определения ударного объема сердца и минутного объема кровообращения, а также некоторых производных величин, играющих крайне важную роль в общей картине поведения гемодинамики в процессе оперативного вмешательства.

Быстрое развитие метода в этом направлении привело к появлению уже общепризнанных методик определения ударного объема сердца и минутного объема кровообращения, а также расчетных формул, основанных на законе Ома, распределении электрического импеданса исследуемой зоны и, конечно, эмпирических данных. Реализация этих методик нашла отражение в создании ряда устройств и методов определения сердечного выброса и минутного объема кровообращения. И защитники метода и критики, предпочитающие инвазивные методы определения объемных показателей, сходятся во мнении, что мониторные (длительные) исследования с применением реографии являются на сегодняшний день наиболее приемлемыми, так как динамические изменения показателей дают корреляцию до 0,99, а применение инвазивных методик не позволяет проводить "поударные" исследования, например, определить зависимость сердечного выброса от фаз дыхания ( Звягинцев В.В., и соавт,, 19ВЗ; Poster J.M. & Swan I.D., 1987; Gutmann J., 1980; Morin J.E. et al, 1986; Sauchez R. & Jeldez R„ 1985; Kubicek W.G., 1974; Zhang Y„ et al., 1985; Francisk K.L., et al, 1987; и др.).

Разработанный нами метод компьютерной реографии лег в основу устройства "RHEOS-Ol".

Исследован новый метод расчета dZ, отличающийся от методик Nyboer и Kubicek. В основу модернизированного способа легло предположение, что скорость оттока в глубоко диастолической области кривой постоянная величина, а приток крови в артериальное русло равен нулю. Распространяя это предположение на период быстрого наполнения кривой, амплитуда реограммы получает приращение dZOTr, откуда артериальный 'приток определяют по

выражению:

dZ = dZpe0 + dZOTr (2)

Метод труднореализуем дня ручной обработки кривых, однако при применении современных методов обработки сигналов, аналого-цифрового преобразования, цифровой фильтрации позволяет в реальном масштабе времени вводить в вычислительное устройство (компьютер) неискаженные (свободные от артефактов) реограммы, выделяя автоматически (без участия исследователя) информативные участки. Выделение информативных признаков облегчается наличием "пилот-сигнала" - электрокардиограммы, снимаемой с тех же электродов. Устройство производит поударное и усредненное определение следующих показателей:

1. Ударный объем сердца ( Stroke volume).

2. Сердечный индекс (Stroke index).

3. Минутный объем кровообращения (Cardiac output).

4. Минутный индекс (Cardiac index).

5. Центральный объем крови (Total blood volume).

6. Время форсированного изгнания (Forceal expulsion time).

7. Частота сердечных сокращений (Heart rate).

8. Частота дыхания (Respiration rate).

Сердечный индекс и минутный индекс есть отношения соответственно сердечного выброса и минутного объема кровообращения к площади тела, рассчитываемого по формуле Дюбуа-Дюбуа. Центральный объем крови -показатель количества крови "между электродами" при проведении трансторакальных исследований принимается, что он отражает объем крови в легких - очень важный показатель недостаточности или, наоборот, отечных явлений в легких во время операций и постоперационного периода.

Результаты довольно длительного клинического применения RHEOS-Ol указывают на клиническую ценность метода и устройства как в операционных исследованиях, так и в условия функциональных исследований. Такие исследования позволяют оценивать волемическое состояние сердечно-сосудистой системы и в частности легочного кровообращения, а также вести адекватные процедуры при оперативных вмешательств: премедикация, наркозное пособие, искусственная вентиляция легких, экстракорпоральное кровообращение и т.д. . .

Метод мониторинга параметров тонуса. , -Синтез математической модели сегмента конечности.

Рассмотрим анатомическое строение сегмента конечности (плечо, бедро) человека длиной L (Рис. 1). Сегмент содержит четыре основные области: кожа и подкожные ткани, мышцы, магистральная артерия (a.brachialis, a.femoralis) и кость и сухожилия. По (Anderson F.A.Jr., 1984) в среднем эти области имеют

(по объему) от всего объема

следующее процентное содержание рассматриваемого сегмента: Артерия (область <31) Кожа и подкожные ткани (область <32) Мышцы (область <33) Кость и сухожилия (область <34) Под областью С>3 понимаем также другие кровеносные сосуды, не играющие роли в функционировании модели: артериолы, капилляры (микроциркуляторное русло), венулы и вены. Неучет их в модели обусловлен незначительным вкладом в изменения объема сегмента в течение кардиоцикла.

I

0,2-0,4% 13,6% 59,8% 26,8%

другие кровеносные модели: артериолы,

Рис.1. Модель сегмента конечности (анатомическое-строение).

Поведение кровеносного сосуда как целого определяется его ;упругими свойствами (интегральные или учитывая составляющие media), силами, действующими на стенку артерии изнутри (грансмуральное давление, его изменения, гидростатическое давление, обусловленное расположением артерии по вертикали относительно уровня сердца) и из вне - атмосферное давление, а также геометрическими параметрами сосуда.

Теперь необходимо сделать основные допущения и упрощения модели:

1. Отсутствие бифуркаций. Длина сегмента L меньше длины артерии, поэтому, учитывая выбранную область сегмента (предплечье или бедро) предполагаем, что она - единственная в сегменте.

2. Ткаии (области), окружающие артерию, не обладают вязкоупругими свойствами и несжимаемы. Изменения объема артерии равно изменению объема сегмента.

3. Сегмент представляется цилиндром, внутрн которого параллельно оси' проходит слабо коническая артерия. Отклонения от параллельности - менее 2% и в расчетах не участвуют.

4. За время кардиоцикла при изменениях объема артерии отношение h/d не меняется. Это допущение связано с несжимаемостью материала сосуда, с коэффициентом Пуассона, равным 0,5.

5. Отношение h/d остается постоянным для данного сосуда и в процессе онтогенеза, а также незначительно изменяется при патологиях.

6. Длина сегмента много больше диаметра сосуда.

7. Свойства артериальной стенки (механические) не меняются в диапазоне физиологических возмущений последней.

8. Нелинейностью свойств артерии можно пренебречь, так как выполняется условие и/с«1, где и и с соответственно линейная скорость и скорость волны.

9. Кровь - несжимаемая ньютоновская жидкость. Его движение, механические свойства определяются лишь инерционными силами и пренебрежимо меньше зависят от вязкости. Число Рейнолъдса Re для артерий данного калибра бывает равным 100-1000.

10. Длины волн распространения в артерии много больше L, что означает, что относительные изменения поперечного сечения артерии AA/Aq не зависят от

продольной координаты X, т.е. эти изменения одинаковы на всем протяжении сегмента (в момент времени t).

Сделанные выше допущения позволяют применить известное в биогидродинамике уравнение Моенса-Кортевега (Pedly T.J.,1980):

C2=Eh/xd (3)

где С - скорость распространения пульсовой волны, Е - модуль упругости Юнга. Кроме того существует зависимость скорости распространения пульсовой волны от растяжимости D - величины, определяющую зависимость изменения поперечного сечения артерии от изменений давления:

D = АА/АоАР (4)

где AA/Aq - относительное изменение площади поперечного сечения артерии при изменении пульсового давления ДР.

Таким образом набор параметров D, С и Е определяет степень тонического напряжения артериальной стенки и служит адекватным показателем состояния сосудистого тонуса.

Рассмотрим данный сегмент с несколько иной позиции, в аспекте пассивных электрических свойств биологических объектов.

Используя допущения, сделанные выше, представим сегмент конечности со всеми его областями как проводники, обладающие ионной проводимостью, реактивной и активной составляющей полного импеданса, но разными геометриями и изменениями этих геометрий, обладающими разными удельными сопротивлениями и диэлектрическими постоянными.

Продолжим"перечень допущений модели:

11. Пренебрежение реактивной составляющей импеданса кров».

Это допущение основывается на довольно подробном изучении импеданса крови при а- и р-дисперсияХ;

12. Удельное сопротивление зависит от температуры и гематокрита. Эта зависимость может быть выражена следующими уравнениями:

р(Т)= р(37)+ 1.5(37-Т) (5)

р(Нш) = р(47%) Нш/47 (6)

где р(Т) - удельное сопротивление крови при Т=10-42^0,р(37) - удельное сопротивление крови при 370с, а р(Нгп) - значение удельного сопротивления крови при гематокрите, равном Нш.

Согласно вышесказанному, представим сегмент конечности в виде электрически соединенных параллельных импедансов (Рис.2). При этом Ъ\ -импеданс исследуемой артерии (участок (31), 22 - импеданс кожи и подкожных тканей (участок С>2), ЪЪ - импеданс мышечных тканей, микроциркуляторного русла и венозной сети сегмента (участок <33), ТА - импеданс кости и сухожилий (участок <34).

а г

яг

05

<Э*

Я*

Я

Рис. 2. Модель сегмента конечности (параллельные импедацсы). .

; Учитывая допущения о конусности артерии, зависимости удельного

сопротивления крови от температуры и гематокрита, а также, учитывая только

активные свойства импедансов, для сегментов (51-<34 получим:

Л

га) кл 47 к,&0.8 к„<?

где G(t) - общий адмиттанс (проводимость), который является обратной величиной импеданса (сопротивления) сегмента.

Возвращаясь к гидродинамическому аспекту модели, пользуясь определением растяжимости, представим:

A(t)=A0(DAp+l) (8)

Итак, получаем основную общую формулу, предложенной модели, учитывающую механические и электроимпедансные свойства сегмента конечности:

Ат

GW-

(9)

где под Ар(1) понимается разность между мгновенным давлением р(1) и диастолическим:

Др(1) = р(1)-Р^а5{ (10)

Кроме того: О - растяжимость и через нее можно определить другие параметры тонуса - СРПВ и Модуль Юнга.

На первый взгляд выражение (9) кажется громоздким и труднореализуемым. Однако современные вычислительные средства вместе с электронной аппаратной, реализующей съем, фильтрацию, усиление, аналого-цифровое преобразование и ввод в компьютер большого количества сигналов, позволяет производить все эти преобразования, вычисления конечных результатов, обрабатывать их для адекватного представления в реальном масштабе времени.

С другой стороны учет многих факторов предложенной модели намного повышает точность получаемых данных, а следовательно, повышает их клиническую ценность и адекватно отражает состояние сердечно-сосудистой системы как в стационарных исследованиях, так и в динамических -интраоперацнонных и реанимация.

Подробный анализ членов, входящих в основное уравнение модели, а также анализ размерностей позволил определить расчетные выражения для применения метода. Причем получены выражения для использования модели и метода как в условиях интраоперационного мониторинга, так и для кабинетов функциональной диагностики (неинвазивный вариант) при исследовании реакции сосудистого тонуса нате или иные функциональные воздействия.

\ПГГ ооМг<?-г

D-

b - ¿i02j

Верификация метода оценки параметров тонуса.

Проверка метода определения состояния сосудистого тонуса проводилась в лабораторных условиях на трех здоровых испытуемых. Измерения артериального давления проводились косвенным сфигмоманометрическим способом каждую минуту в течение всего времени исследования. Регистрация реоплетизмограмм проводилась реоплетизмографом РПГ2-02, подключенным к блоку аналого-цифрового преобразователя. Преобразователь через специальный интерфейсный блок был подключен к микрокомпьютеру PDP. Программное обеспечение написано на языке Assembler. Таким образом измерения проводились для каждого сердечного цикла каждую минуту в течение полминуты, затем в каждой серии значения усреднялись и сравнивались с "контрольными" измерениями. В качестве контрольных использовалась классическая методика определения СРПВ: пелотные сфигмодатчики были установлены на лучевой и сонной артериях в местах, где наилучшим образом пальпируется пульс. Синхронная регистрация сфигмограмм и определение СРПВ проводилось устройством "ИСКРА-СФГ" [Попечителев с соавт. 1985]. Эти измерения также проводились в течение полминуты каждую минуту исследования. Данные об СРПВ поступали на вход компьютера через интерфейс. Исследование дшлось 15-20 минут. Испытуемые находились в покое в состоянии лежа. Проводилась весьма известная фармакологическая проба с нитроглицерином.

Подобные исследования проведены у больных с разными типами патологий как с нагрузкой, так и в покое. Материал, собранный у 40 больных указывает на хорошую корреляцию метода по сравнению с классическим. Коэффициент корреяляции динамический составил 0,98, а для абсолютных значений - 0,87.

Интересны также результаты экспериментов, полученных во время хирургических вмешательств:

Больной А., 17 лет, диагноз: Стеноз митрального клапана. Операция: митральная комиссуротомия. Измерения проводились во время вводной части наркоза. Параметры тонуса (скорости распространения пульсовой волны, касательного модуля Юнга и растяжимости) определялись по описанной выше методике. Возрастная норма значений скорости распротсранения пульсовой волны для мужшин С, рассчитывается по формуле В.Л.Карпмана: С = (8 В +

425) + 50 [сш/с], где В - возраст, и служит для ориентира изменений полученных значений. Результаты мониторинга показаны на рис. За.

б С

а)вводной наркоз

б) после коррекции Рис.3. Мониторинг параметров тонуса.

Измерения показывают, что до наркоза (участок ОА) значения Б уменьшены относительно диапазона возрастной нормы (соответственно,значения С - увеличены). Это уменьшение объясняется тем, что для данной патологии должно наблюдаться усиление тонического напряжения мышечных артериальных стенок. После применения фторотанового наркоза наблюдалось вначале умеренное, а затем довольно выраженное увеличение степени тонического напряжения стенок артерий - уменьшение растяжимости и увеличение скорости распространения пульсовой волны (участок АВ). Введение затем дополнительно тиопентал-натриевого наркоза компенсировало увеличение тонуса и растяжимость увеличивалась до приемлемых значений (участок ВС).

Измерения проводились дальше. После комиссуротомии артериальное давление повышено, измерения указывают на снижение тонического напряжения - повышение растяжимости и уменьшение скорости распространения пульсовой волны (рис. 36, участок ОА). Введение вазодиллятаторов приводит к нормализации тонуса, вместе с этим естественно падает артериальное давление до приемлемых значений (участок АВ).

Метод комплексной оценки состояния сосудистой системы Информация, получаемая анестезиологом во время операции, может быть избыточной и сложной. Разобраться в потоке цифр зачастую ему помогает больше интуиция и опыт, чем объективные данные.

Однако, рассматривая процесс хода оперативного вмешательства с точки зрения системотехники, необходимо отметить, что описание ее большим числом параметров - это неотъемлемая часть сложной системы. С другой стороны из той же теории вытекает, что полное описание таких систем возможно лишь введение комплексных показателей, отражающих поведение системы и осуществлять, что более важно, прогноз ее изменений.

Такими комплексными характеристиками могут быть пространственно-временные отображения процессов деятельности, регуляции определенных систем или организма в целом.

Поэтому для решения задачи рассмотрим метод, основанный на векторном отображении результатов исследования - метод радиалыю-круговых диаграмм. Такая диаграмма - центроидный графический символ (ЦГС), представляет собой фазовое изображение состояния изучаемой системы и описывается уравнением:

р(фп)=1сАп

Г= фп=2тсп/К+фп (13)

фп =2л<1/Т>

где п = 1,2,3,.- порядковый номер измерения. В частном случае это может быть число циклов сердечных сокращений или выборка из определенного числа циклов. Ап - измеряемый параметр; к - масштабный коэффициент, А =

1,2,3,...,О/К, Э - число дискретизации окружности. Полученное изображение (Рис.4) представляет собой фигуру, образованную последовательностью дуг окружностей, радиусы которых равны соответственно значениям кАп.

о

Полученные при этом замкнутые фигуры служат хорошими критериями различных состояний параметра или в системы в целом, так как любое изменение (функциональное или органическое) системы (функциональные пробы, стресс, например, вызванный хирургической травмой, патологический процесс) приводит к существенному изменению радиально-круговых диаграмм по форме и размерам.

Помимо наглядности представления результатов измерений, метод ЦГС позволяет описать поведение системы неизвестными и ранее неиспользуемыми показателями. В качестве таких показателей можно назвать площадь полученных фигур Б, их периметр Ь, координаты "центра тяжести" и его смещение относительно центра формирования фигуры:

8 = тт/ыЕ к^А? (14)

Ь = (15)

ь/

(16)

С = (СХ2 +Су2)1/2

Кроме того Б = и Ь = 4тгц (17)

где ц/2 - среднее значение квадратов, а ц - среднее арифметическое.

Таким образом, измеряя периметр и площадь фигуры, можно легко определить такие важные характеристики изучаемого процесса, как его среднее значение и среднее значение его квадратов, которые соответственно характеризуют статическую составляющую процесса и его суммарную интенсивность. Среднее значение квадрата *)/2, в свою очередь есть сумма квадрата статической составляющей р и динамической (флуктуационной) составляющей, определяемой дисперсией процесса а2. Действительно, из математической статистики известно, что

1|/2 = ц2 + а2 (18)

Откуда выражение для дисперсии, выраженное через площадь и периметр, определяется как

с2 = (8-12/1б)/л; (19)

Кроме того интерес представляет также отношение периметра к площади фигуры: Ь/8 = 4цЛ|/2 (20)

которая выражает вариационную характеристику процесса.

Рассмотренные показатели возможно распространить и на совокупность параметров, определяющих поведение системы. В частности в задаче изучения поведения сердечно-сосудистой системы в ходе хирургического вмешательства на изменения артериального давления могут влиять как величина . тонуса мышечных артерий, так и сердечный выброс или минутный (объем кровообращения).

Предложенные методы поударного определения параметров тонуса и объемных показателей сердечной деятельности в сочетании с методом комплексной оценки позволят проводить адекватное анестезиологическое обеспечение операций на всех ее стадиях. .1

Полученные таким образом данные могут составить банк данных, который при должной математической и статистической обработке может сам явиться информационной графической моделью поведения сердечно-сосудистой системы в целом. Причем такие модели (наподобие экспертных) должны быть "обучаемыми" и самообучаемыми" но мере накопления информации в банке.

ВЫВОДЫ

1. Мониторинг объемных показателей и состояния тонуса артерий в интраоперашюнных ■ исследованиях необходим для адекватного анестезиологического обеспечения на всем протяжении операции. Исследования неинвазивных и инвазивных методов определения этих показателей указывают, что импедансная реоплетизмография, ввиду своей физической и физиологической детерминированности, наиболее приемлема для решения этой задачи.

2. Для интраоперационных исследований объемных показателей центральной гемодинамики, разработан метод мониторинга ударного объема сердца, минутного объема кровообращения и их производных. Реализован метод определения подобных показателей для периферического и регионарного кровообращения.

3. Для выявления степени влияния сосудистого компонента адекватной реакции системы кровообращения во время хирургических вмешательств создан., метод определения параметров тонуса артерий. на основе математической модели - сегмента конечности человека. Проведен математический анализ модели.

Проведена клиническая апробация метода.

4. Разработаны комплексные показатели и информационные графические модели оценки состояния сердечно-сосудистой системы.

5. Применение мониторинга объемных показателей системы кровообращения и сосудистого тонуса в сочетании с методом комплексной оценки состояния сердечно-сосудистой системы позволит проводить адекватное

анестезиологическое и хирургическое обеспечения на всех этапах оперативного вмешательства.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Алимян Э.С. ,Кристосгурян P.E., Казарян Л.Г. Диагностическое устройство по некоторым психологическим и физиологическим показателям оператора./ЛГезисы докладов Первой республиканской конференции по медицинской технике и кибернетике.- Ереван, 1984, с.92-94.

2. Попечителев Е.П., Дядькин В.М., Кристостурян Р.Е.Исследования сосудистого тонуса при профилактических обследованиях.//Проблемы создания технических средств для массовой диспансеризации населения.-Москва, 1985, с.68- 70.

3.Кристостурян P.E. Комплексные оценки состояния сосудистой системы. // "Бионика и биомедкибернетика".-Ленинград, 4.5, 1986,-с.66-68.

4. Гайдес М.А., Шердукалова Л.Ф., Кристостурян P.E. Мониторный контроль кровотока в малом круге кровообращения. // "Актуальные вопросы реконструктивной и восстановительной хирургии.IY итоговая сессия СФ ВНЦХ АМН СССР" .- Иркутск, 1986, с.93-94. .

5. Попечителев Е.П., Кристостурян P.E. Микрокомпьютерная аппаратура для исследования сосудистой системы с использованием информационных графических моделей.// "Измерения в медицине и их метрологическое обеспечение. 8 Всес. конф.".- Москва, 1986, с.79.

6. Гайдес М.А., Шердукалова Л.Ф., Кристостурян P.E. Мониторный контроль функции внешнего дыхыния и легочного кровообращения во время кардиохирургических операций.// "Актуальные вопросы реконструктивной и восстановительной хирургии. Y итоговая научная сессия СФ ВНЦХ АМН СССР",- Иркутск, 1987,4.1 ,с.99-100.

7. Гайдес М.А., Кристостурян P.E. Микрокомпьютерная система для оценки модуля упругости артериальной стенки.// "Актуальные вопросы реконструктивной и восстановительной хирургии. Y итоговая научная сессия СФ ВНЦХ АМН СССР",-Иркутск, 1987,4.2,с.16. '

8. Попечителев Е.П., Кристостурян P.E., Гайдес М.А. Новый метод мониторинга состояния тонуса мышечных артерий во время хирургических вмешательств.// "Кровообращения, метаболизм и функции органов при реконструктивных операциях",- Ереван, 1989, с. 133-134.

9. Кристостурян P.E., Гайдес М.А. Способ измерения эластичности стенки артерий в условиях хирургических вмешательств.// A.c. No 1704758, А61/В5.02, приор.24.04.89 зарег. 15.09.91 г .

UhPS-UU10U3hb ÍUUUMUnQh 4h6l№ bbP^hPURlISUMUb IWbhSflPhbAh bnUbUUbbP . UU®fl®UQhP

SlIjujl ш2(ишшшй£с О^рЦшй t ufipm-iuDnpujj|iû hmúujl|ujpqfi ф1бш1||1 ОЬрфршЬшлииЦшО Ьг\шОшЦйЬр|1 hbuiiiiqninnLúGbpfiG:

ПрщЬи hfiúüujL|LuQ hbuuuqnuiúuiG Ь|\шйии1] рйтрфид U úiuGpiuúuiuGnpbG й2ш1|фи0 t tiúiqbri.ujGuujj|iG nbnu|ibinhqi5nqpui:j>tiiuû, про htuGirfiuuiünuS t huipúujp U 5>tiqtininq.huij|i тЬишЦЬифд. Ь^йДпрфий: húujbrvujüuuujfiG 0bnLmbwfiqúnqpui3>tiLuG U Ijnúuijruinbpuijhú i|bp|niôùiuû huuwni.l| úbpnqGbpQ pnijL шфд^С h|iúúujtlnpbi linúuynunbpujjtiG пЬпцршЭДшф Ьцшйш1щ: U2iul|ilujó ЬО IjbûmpnGuiljUiG, щЬр^фЬрЬМ U. ' nbq|uiGiup ' hbúnrtfiüui6hl|ujj|i hbiniuqninúiuG bniuGuiljGbp, npnûp шйй^гшщЬи (únG|\innp|iGq|i nbctjiúrnO) pruji. bG uiiuijiu прпгЬ[ uppin-iuGnpiujpG

hiuúuiljujpqh ôuiilui|uijt)0 ¿шфшй^ОЬрц' qmpUh бшЦшш. úbl) рпщЬпиЗ 2p2ujûujimpjuuû бш^ищ U прпг шршшг\р1ш1. ¿иифшй^гОЬр: Mr»úu|jnnnhpm][\G nbnqpuj^tmiG U lujq. Ьг\шйш1ф hfiùujQ i[piu итЬг^ЭДшб uiup£bp[i IjjipiunruÚQ 5-6 шшрфи пйршдЕПиЗ G2nn3 bG GpuiGg ЦфС^шЦшй tuptfbßo:

ЦтЬцЙфид t úuipbi3ujmfil|Ui^ujG únqb[, npQ Glíiupiuqpniú t úiiinryiLijbpjnLjpfi úp Ьшш1[ш0[1 IjbQuuihpripnqfiGiuCíp^^Q U щцлфЦ t|bljuiptul|uiG

Ьшш1|шй[)2йЬро: <Hiuinu]ptliuó bG Иш|Зшщшшши[ишО tluupljuJÓGbp U pujguihiujiniliuft t i5nqb[.p hfidûiuliuiû piuGuiâUQ, про lupiniutuujmnLú t fiúujbrvuiGuh U йЬ|ишй|11)ш1(ш0 huiuil)rupjniGübpfi úfigU bqujö (juiiliq: RfiúGuilituG puiGtuâUh útuGpuiúuiuG hbuiuiqninnLwnLÛûbpQ pmjL т^Ьдрй h|iúGiiHtnpbi tfljuiGuijfiG quipljbpujl|Gbpfi innGniuti ilhömlit» únGfiuinptiGqf bqujGuiljQ: Ujrç bfiuiGuitjQ hûiupt^npnipjmG t muiLfí uuiujGiul hbinUjuiL ¿шфшй^ОЬр^ úbámpjruGGbpc' qiuptjiujfiG uiLfipfi wiupuiáútuG uipuiqni.pjni.GQ, 3niGqfi йпгртщ], tuGnpfi щшиф iuniu<5qujl)iuüni.pjnLGß:

Uniuguiplj^tuà U hbmuiqnui^uiá t uhpmuiGnpiujhû haii3ujLfUJpqfi ljníiii|ibl|uiujfiG qGiuhiuinui^ujQfi briiuüuiljGbphg úbljQ: bpui hfiúfini_i} ßüljujö t nuirjf)W(.-2PS>UiGLUjt>G rtfiluqpuJi5Gbp|i ljajnntgniú[!, npnúg hixii3ujp inpilniü t npuiljiuljmG U ßuiüiuljuiljujG ilbptnLdnLpjnLÛo: ишшд^шд щшш^ЬрйЬро Ijuipnri bG uipuuugnii{b[. прщЬи [iG4>npi5iugfinG чршфМ i5nrçb|Gbp, npnGp hûiupu^nprupjniG bG inuj¡j)u l|UiG|uuJuibub[ hiui5uit)ujpq|> 4|i6ujLj(i фпфп^ш^шСОЬрс: