Регистрация биопотенциалов (ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ). Биоточный манипулятор (протезы)

1. Регистрация биопотенциалов (ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ). Биоточный манипулятор (протезы).

2. Методы регистрации электрической активности головного мозга человека

3. Основы электрокардиографии и реографии

4.

В данное время применяется регистрация биопотенциалов
многих органов и систем:
1. Сердца - ЭКГ
2. Головного мозга - ЭЭГ
(электроэнцефалография )
3. Нервных стволов и мышц - ЭМГ
(электромиография )
4. Сетчатки глаз - ЭРГ (электроретинография)
5. Кожных потенциалов - ХРГ (кожное гальваническое реакция )
6. Электрогастрография (ЭГГ),
7. Реография,
8. Плетизмография и др.

5. Биофизические основы электрографии в тканях и органах

6.

Электрический диполь система из двух равных
по величине, но
противоположных по
знаку точечных
электрических зарядов,
расположенных на
некотором расстоянии
друг от друга.

7.

Диполь и его
электрическое поле

8.

Электрография –
регистрация
зависимости от
времени
биопотенциалов,
возникающих при
функционировании
тканей и органов

9.

Задачи электрографии:
1) прямая - выяснение механизма
возникновения электрограммы или
расчет потенциала в области
измерения по заданным
характеристикам электрической
модели органа;
2) обратная (диагностическая) выявление состояния органа по
характеру его электрограммы.

10.

Характеристика
биопотенциалов
Биопотенциалы
Интервал
частот
Амплитуда, мкВ
максимальная
минимальная
ЭКГ
0,2-120
1500-2000
100-300
ЭМГ
3-600
1000-1500
30-40
ЭЭГ
1-300
200-300
5-10

11.

Зависимость
биопотенциала от
времени называется
электрограммой
Электрокардиограмма
Электромиограмма
Электроэнцефалограмма
электроретинограмма

12.

Диагностические методы
электрографии:
Электроэнцефалография (ЭЭГ) –
регистрация биоэлектрической
активности головного мозга.

13.

Диагностические методы
электрографии:
Электромиография (ЭМГ) –
регистрация биоэлектрической
активности мышц.

14.

Диагностические методы
электрографии:
Электроретинография (ЭРГ) –
регистрация биопотенциалов
сетчатки глаза, возникающих в
результате воздействия на глаз.

15.

Диагностические методы
электрографии:
электронейрография
(нервные волокна)
электрогастрография
(желудок)

16.

Диагностические методы
электрографии:
Электрокардиография (ЭКГ) –
регистрация на поверхности
тела биопотенциалов,
возникающих в результате
возбуждения сердечной мышцы.

17. Биоточный манипулятор (протезы).

18.

Биопотенциал сердца образуется в процессе возбуждение клеток его нервно мышечного аппарата. За цикл работы сердца возбуждение распространяется по
различным отделом его нервно-мышечного аппарата с определенной
последовательностью. Поэтому мгновенные значения результирующей разности
потенциалов за цикл работы сердца изменяется как по величине, так и по расположению
точек, между которыми они имеют наибольшие значение.
Из этих значений наибольшим является разность потенциалов между
основанием и верхушкой сердца в направлении так называемой электрической оси
сердца. Это направление приближенно можно считать совпадающим с анатомической
осью сердца.
Регистрация и анализ биопотенциалов сердца с целью изучению о
функциональном состоянии его нервно - мышечного аппарата является одним из
важнейших диагностических методов при сердечно - сосудистых заболеваниях.
Распространение меняющегося потенциала мембран сердца связано с
распространением потенциала действия, выраженного в изменении электрического
поля вокруг сердца. Это поле может быть зафиксировано с помощью электродов,
приложенных к различным точкам поверхности тела. Посредством записи изменений
электрических сигналов во времени можно получить представление о работе сердца и
установить наличие болезни или нарушения в его деятельности. Эта техника
называется электрокардиографией.

19.

Входное устройство снимает биопотенциалы с поверхности тела человека и подает
их на усилитель. Устройство состоит из электродов, кабеля отведения и
переключателя. Кабель отведения представлен набором маркированных проводов
(цветовая маркировка). Каждый провод имеет конкретное назначение. Электроды
изготавливаются обычно из металла и имеют гнезда для подключения проводов
кабеля. Электроды, располагаемые на конечностях, представляют собой
прямоугольные пластинки размером 6X2,5 см, на грудной клетке располагаются
круглые электроды диаметром 15 мм. Первые фиксируют на конечностях
посредством резиновых лент, вторые снабжены присасывающим приспособлением.
Предварительно кожу в местах наложения электродов обезжиривают, чтобы снизить
электрическое сопротивление. Под электроды помещают прокладки из байки или
марли, смоченные теплым изотоническим раствором хлорида натрия.
Усилитель трансформирует малые электрокардиосигналы (0,7-2 мВ) до больших
величин, подлежащих анализу.
Регистрирующие устройства бывают с фотозаписью, чернильной записью, тепловой
записью и записью через копировальную бумагу. Каждое регистрирующее
устройство имеет свои преимущества и недостатки.
Источниками питания могут быть аккумуляторы, батареи и сеть переменного тока.
Большинство современных электрокардиографов являются сетевыми.
Потенциалы отдельных клеток, суммируясь, создающие разность потенциалов,
которые может быть измерена между определенными точками органа или ткани.

20. Реография

Реография — неинвазивный метод исследования
кровоснабжения органов, в основе которого лежит
принцип регистрации изменений электрического
сопротивления тканей в связи с меняющимся
кровенаполнением. Чем больше приток крови к
тканям, тем меньше их сопротивление. Для
получения реограммы через тело пациента
пропускают переменный ток частотой 50-100кГц,
малой силы (не более 10 мкА), создаваемый
специальным генератором.

21.

Принципиальная разработка реографической методики принадлежит Н. Манн
(1937). В дальнейшем методика (электроплетизмография, импедансплетизмография) получила развитие в работах А. А. Кедрова и Т. Ю. Либермана
(1941— 1949) и др. Детальная разработка и внедрение в клиническую практику
метода реографии связано с именами австрийских исследователей W. Holzer, К.
Polzer и A. Marko. Им же принадлежит по существу первая монография
(Rheokardiographie, Wien, 1946), в которой авторы не только осветили
технические стороны метода (электрические схемы аппарата, варианты
генератора переменного тока и др. ), но и представили результаты
клинического использования реографии при различных заболеваниях сердечно
сосудистой системы. Существенный вклад в разработку метода реографии внес
Ю.Т. Пушкарь, создавший отечественную конструкцию аппарата и изменивший
методику регистрации реограммы (прекардильная реокардиография). В
настоящее время доказано клиническое значение применения метода
реографии.
Реограмма — это кривая, отражающая пульсовые колебания электрического со
противления. При увеличении кровенаполнения имеет место возрастание
амплитуды кривой и наоборот, другими словами, регистрируется динамика
импеданса в обратной полярности. На реограмме (рис. 1) различают
систолическую и диастолическую части. Первая обусловлена притоком крови,
вторая связана с венозным оттоком.

22.

Принципиальной основой метода реографии является зависимость изменений
сопротивления от изменений кровенаполнения в изучаемом участке тела
человека. Другими словами, изучаются пульсовые колебания электрического
сопротивления.
Более полное представление о пульсовых колебаниях электрического
сопротивления получают при учете (соотношении) базового сопротивления
исследуемого участка (т. е. суммарного сопротивления тела зондирующему току
с частотой 50—100 кГц). Полный импеданс (сопротивление) состоит из двух
величин, постоянный или базовый импеданс, обусловленный общим
кровенаполнением тканей и их сопротивлением, и переменный или пульсовой
импеданс, вызванный колебаниями кровенаполнения во время сердечного
цикла. Величина пульсового импеданса ничтожно мала и составляет не более
0,5 % общего импеданса. Вместе с тем пульсовой импеданс составляет объект
изучения для реографии.
Регистрация реограмм осуществляется с помощью реографов. Последние
состоят из следующих элементов генератора высокой частоты, преобразователя
«импеданс-напряжение», детектора, усилителя, калибровочного устройства,
дифференцирующей цепочки.

23.

При биполярной методике накладывают 2 электрода, каждый из
которых одновременно является токовым и измерительным,
электроды фиксируют на соответствующем участке тела. Для
снижения контактного сопротивления между электродом и
кожей используются те же приемы, что и при записи ЭКГ. При
использовании тетраполярной методики участок исследования
ограничивают парой измерительных электродов, а возникшее в
них напряжение снимают с помощью другой пары электродов,
расположенных кнаружи по отношению к первой (токовые).
Тетраполярная методика более точна, ибо резко (до минимума)
снижается влияние контактного сопротивления (нет
необходимости накладывать прокладки, смоченные растворами
солей или щелочей, а также пользоваться электродной пастой)
и электродной поляризации. Это позволяет с высокой степенью
точности измерить импеданс глубинных тканей. Кроме того,
достаточно точно получаемые сведения о базисном импедансе
позволяют дать количественную оценку основным
гемодинамическим показателям ударному и минутному объемам
кровообращения.

24.

25.

При качественном анализе учитывается форма кривой, характер анакроты и катакроты,
рельеф вершины (закругленная, заостренная, платообразная, седловидная и др.),
выраженность и количество дополнительных волн, их расположение на нисходящем
колене кривой, наличие или отсутствие пресистолической волны.
Количественный анализ предусматривает определение следующих показателей (рис. 2):
1. Амплитуда систолической волны в мм измеряется от основания систолической волны
до высшей точки реограммы.
2. Амплитуда диастолической волны в мм измеряется от основания диастолической
волны до высшей ее точки.
3. Реографический индекс (систолический — РСИ и диастолический—РДИ)— отношение
систолической (диастолической) волны к стандартному калибровочному сигналу (0,1 Ом
=10 мм), выражается в относительных единицах. Этот показатель характеризует
величину и скорость притока (оттока) крови в исследуемой зоне. Амплитуда кривой
измеряется от изолинии до высшей точки волны.
4. Интервал Q а или время распространения пульсовой волны (ВРПВ) на участке
«сердце — исследуемый орган» в секундах — соответствует периоду напряжения при
фазовом анализе систолы желудочков. Измеряется от начала зубца Q ЭКТ до начала
волны реограммы, связанной с данным сердечным циклом. Интервал Q — а
уменьшается при повышении тонуса или склерозе магистральных сосудов
5. Период или время быстрого наполнения (ВНбыстр ) — от начала подъема
систолической волны реограммы до точки максимальной крутизны на ее восходящем
колене (соответствует проекции вершины основного зубца дифференциальной
реограммы на восходящее колено объемной реограммы). Этот показатель отражает
величину ударного объема и функциональное состояние крупных сосудов.
6. Период или время медленного наполнения (ВНмедл) —от точки максимальной
крутизны на восходящем колене реограммы до ее вершины. Этот показатель
определяется также как разность между ВНмакс. и ВНбыстр. и отражает
функциональное со стояние сосудов среднего и мелкого калибра.

26.

7. ВНбыстр и ВНмедл составляют период максимального наполнения — ВНмакс
(или ?), который измеряется от начала восходящей части кривой до ее
вершины.
8. Амплитудно-частотный показатель (АЧП) — отношение реографического
индекса (РИ) к длительности сердечного цикла R — R. РИ/R — R характеризует
величину объемного кровотока в исследуемой области в единицу времени.
9. Отношение амплитуд систолической и диастолической волн (Ас/Ад) отражает
степень преобладания артериального притока во время систолы над венозным
оттоком во время диастолы.
10. Время общего наполнения (ВНобщ ) — интервал от начала подъема
реограммы отражает общее время систолического притока крови в данную
сосудистую область
11. Продолжительность катакроты (?) в секундах (от высшей точки кривой
реограммы до точки пересечения с изолинией)
12. Отношение времени восходящей части к времени нисходящей (?/?) в
процентах.
13. Отношение времени восходящей части реограммы к длительности
сердечного цикла (?/R-R) • 100 % или к сумме ?+?=Т—как показатель
эластичности и тонуса сосудов.
14. Коэффициенты, отражающие отношение времени быстрого наполнения и
времени медленного наполнения к общей длительности наполнения (ВНбыстр.)
/(ВНобщ ), (ВНмедл )/(ВНобщ ). Следует заметить, что в реографии, как ни в
одном из методов инструментальной диагностики сердечно-сосудистой системы
нет единой методики количественных расчетов и нет единой терминологии. В
каждом конкретном случае врач должен определить объем анализируемых
показателей, который позволил бы при минимальных расчетах получить
оптимальную информацию.

27.

Реография аорты и легочной артерии широко используется в клинической практике. Для
регистрации этих реограмм используют электроды размерами 3Х4 см (активный) и 6Х10 см.
При записи реограммы легочной артерии активный электрод располагают во II межреберье
справа по срединно-ключичной линии, а пассивный — в области нижнего угла правой
лопатки. При записи реограммы аорты активный электрод фиксируют на грудине на уровне
II межреберья, а пассивный на спине в области IV — VI грудных позвонков. Такое
расположение электродов обеспечивает получение раздельной информации о колебании
кровенаполнения левого и правого желудочков сердца и правого легкого. На данных
реограммах различают пресистолическую волну (начинается одновременно с зубцом Q ЭК.Г,
продолжается 0,10—0,15 с и обусловлена кровенаполнением полых вен и предсердий),
систолическую (соответствует началу фазы изгнания в момент открытия полулунных
клапанов) — отражающая кровенаполнение легочной артерии, ее ветвей и аорты. На
систолической волне различают восходящее колено (рис. 3), «а—Ь», оно более крутое на
реограмме аорты), вершину («с»), спуск с инцизурой («d») и дикроту.
За систолической волной следует диастолическая волна («Т»), отражающая время
заполнения желудочков сердца кровью, больших полых вен, отток крови из аорты и
легочных сосудов. Реограмма аорты и легочной артерии используется для расчета
структуры правого и левого желудочков сердца, оценивающей сократительную функцию
миокарда. Сопоставление опознавательных точек объемной и дифференциальной реограмм
дает возмож ность выделить отдельные фазы сокращения желудочков.

28. Электрокардиография

Электрокардиография (ЭКГ) является одним из ведущих
методов инструментального исследования сердечно-сосудистой
системы, который остается наиболее распространенным и
доступным для широкого круга людей. В основе этой методики
лежит регистрация биопотенциалов возникающих в сердце.
Несмотря на достаточную сложность интерпретации
информации получаемой с помощью ЭКГ, есть достаточно
простые методики, позволяющие по биоэлектрической
активности сердца оценить состояние не только сердечнососудистой системы (ССС) но и организма в целом. Последние
достижения, в области регистрации и обработки данных,
позволяют выводить результаты исследования в очень удобной
форме, вплоть до готового диагноза. Однако многие вопросы
касающиеся ЭКГ, до сих пор остаются спорными и не имеют
единого толкования. Поэтому во избежание серьезных
диагностических ошибок, анализ деятельности ССС должен
включать в себя и ряд других методик.

29. Треугольник Эйнтховена

Согласно представлениям
Эйнтховена, туловище
является сферическим
телом, в центре которого
находится электрический
диполь. Области, с которых
регистрируются разности
потенциалов, представляет
собой равносторонний
треугольник, стоящий на
вершине. Плоскость
треугольника располагается
во фронтальной плоскости,
диполь находится в его
центре.

30.

31.

32.

Электроэнцефалография
метод регистрации спонтанных
колебаний электрических
потенциалов, исходящих из
различных структур и отделов
головного мозга, с кожи головы
(ЭЭГ) или непосредственно с
коры (ЭКоГ)

33.

Международная схема расположения
электродов «10-20%»

34.

Функциональные
пробы:
•открывание-закрывание глаз
•импульсные световые
раздражения
переменной частоты и
интенсивности
•звуковые сигналы разной
частоты
•сжимание пальцев
•гипервентиляция
•депривация сна
•запись во сне
•фармакологические пробы

35.

Ритмические ЭЭГ подразделяют на 6 основных
видов, отличающихся по частоте и амплитуде
Дельта-ритм (0,5-3,5 Гц; 250 мкВ; 300-2000 мс)
Тета-ритм (4-7 Гц; 100-150 мкВ; 140-250 мс)
Альфа-ритм (8-13 Гц; 20-60 мкВ; 80-120 мс)
Бета-ритм (14-35 Гц; 20-25 мкВ; 30-70 мс)
Гамма-ритм ( >35 Гц; <15 мкВ)
Сигма-ритм (10-16 Гц )

36.

Методы математического анализа ЭЭГ:
1.Корреляционный анализ:
•автокорреляционный анализ
•кросскорреляционный анализ
2.Спектрально-когерентный анализ

37.

В нервной системе имеются три
формы биопотенциалов
Ритмическую активность,
регистрируемую в форме ЭЭГ
физиологи трактуют неоднозначно
Гипотезы генерации ритмики :
колебания постоянного потенциала
градуальная активность клеток

38.

Схема фрагмента
нейронной сети,
обеспечивающей генез
ритмической ЭЭГ

39.

ЭЭГ здоровых людей
С доминированием альфа-ритма (70-80%)
Без альфа ритма (20-30%)

40.

Применение ЭЭГ в клинической практике :
Диагностика :
•опухолей головного мозга,
•поражений сосудов головного мозга,
•черепно-мозговой травмы,
•эпилепсии,
•воспалительных и паразитарных поражений
головного мозга
Контроль динамики послеоперационного
состояния в ходе лечения

41.

ЭЭГ больного с опухолью
передних отделов дна третьего
желудочка
Диффузные (общемозговые)
нарушения :
нерегулярность альфа-ритма,
доминирование медленных
форм активности дельта- и
тета-диапазонов,
наличие пароксизмальных,
билатеральных групп
колебаний разного периода
Локальные (очаговые)
нарушения :
снижение амплитуды и
нарушение формы альфаколебаний в зоне проекции
растущей опухоли,

42.

Наибольшее значение имеет ЭЭГ при
диагностике эпилепсии
Эпилептические явления на
ЭЭГ
•острые потенциалы
•комплексы пик-волна
•группы
гиперсинхронных
частых колебаний
•ритмичная тета-активность
Изменения ЭЭГ у
большинства больных
регистрируется не только во
время приступа, но и в
межприступный период

43.

Вызванный потенциал
-
электрическая активность любых
структур нервной системы в ответ на
стимуляцию периферических отделов
сенсорных систем (экзогенный ВП)
или возникающая в связи с какими-либо
событиями в мозге (эндогенный ВП)

44.

Основные области применения ВП:
•оценка расстройств зрительного пути
•объективное тестирование функций слуха
•оценка состояния сенсомоторной области
•нарушения коры мозга
•локализация нарушений ствола мозга
•состояние когнитивных функций мозга
•нарушения периферических нервов
•нарушение движений глаз и процессов в сетчатке
•нарушения в проводящих путях спинного мозга

45.

Когнитивный ВП в норме
Идентификация компонентов:
•P2-обычный слуховой ВП
•N2-P3-N3- когнитивная
составляющая ответа (процессы
опознания, дифференцировки,
запоминания и принятия решения)
•ответственными за генерацию
P300 являются таламус, гиппокамп,
лобные доли, теменная область
коры
•есть данные о том, что крутизна
нарастания волны P3 и ее
длительность связаны с объемом
оперативной памяти

46.

Магнитоэнцефалография
мозг генерирует не только
электрические, но и слабые магнитные
волны
напряженность этого поля > чем в
10000000 раз слабее, чем у магнитного
поля Земли
зарегистрировать его можно, только
применяя высокочувствительные
датчики, заполненные жидким гелием
(SQUID=superconducting interference
devices, т.е сверхпроводящие квантовые
интерференционные устройства)
преимущество перед ЭЭГ заключается в
более высоком пространственном
разрешении
в настоящее время используют только в
исследовательских лабораториях

47.

Микроэлектродные
исследования

48.

•Регистрируется активность одиночных нейронов
•Проводится во время нейрохирургических
операций (под местным наркозом)
•Как правило, это операции по деструкции какихлибо структур мозга (например, отдельных
частей базальных ганглиев у больных с
различными формами болезни Паркинсона)
•Микроэлектроды вводят с помощью
специального прибора - стереотакса
(стереотаксические операции)
•Отведение импульсной активности
осуществляется внеклеточными вольфрамовыми
электродами (диаметром 1-2мкм)

49.

Резюме :
Электроэнцефалография - самый
распространенный, безболезненный, безвредный,
неинвазивный метод, позволяющий оценить
суммарную активность головного мозга.
Метод вызванных потенциалов неинвазивный метод, позволяющий объективно
оценивать состояние сенсорных систем
Магнитоэнцефалография - метод,
обладающий высокой пространственной
точностью
Микроэлектродное исследование - метод,
позволяющий оценивать электрическую
активность отдельных нейронов.