РЕОГРАФИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГЕМОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА СЕРДЦА И АОРТАЛЬНОГО КЛАПАНА

Полезная модель относится к медицине, а именно к приборам инструментальной диагностики в области реографии - исследования кровотока отдельных органов или всего организма путем измерения биоэлектрического импеданса. Полезная модель предназначена для изучения гемодинамических характеристик левого желудочка сердца и аортального клапана.
Наиболее близким аналогом является реограф Р4-02 для биполярной и тетраполярной реографии (Смирнов И.В. Функциональная диагностика. ЭКГ, реаграфия, спирография / И.В.Смирнов, A.M.Старшов.- М.: Эксмо, 2008.- С.143-158). Реограф Р4-02 состоит из генератора переменного электрического тока и имеет четыре канала с различными частотами (40, 50, 70 и 100 КГц), а также собственный электрокардиографический канал. Диапазон измеряемого импеданса - от 10 до 250 Ом, точность измерения - 10%. Как и другие реографы прибор оснащен блоком сопротивлений, выполняющего функцию детектора, усилителя и дифференцирующего устройства (блок сопряжения).
Недостатки: существующий реограф предназначен для исследования гемодинамических параметров сердечно-сосудистой системы в клинической практике, не предназначен для экспериментальных целей, в частности для изучения гемодинамических параметров левого желудочка и клапанов сердца в экспериментальных условиях, является недостаточно точным в измерении базового импеданса (точность измерения 10%), чувствителен к электрохимическим изменениям на электродах, влияниям дыхательной системы, не имеет блоков автоматической регистрации и обработки сигнала. Кроме этого, существующий прибор производит регистрацию биоэлектрического импеданса только на одной из фиксированных частот (40, 50, 70 и 100 КГц) зондирующего переменного электрического тока, применяемых в зависимости от задачи клинического исследования той или иной системы организма человека, или органа.
Технический результат: повышение точности измерения. Это достигается с помощью предложенной реографической установки, состоящей из гидродинамической и электроизмерительной частей. Гидродинамическая часть состоит из рабочей камеры, представляющей собой резиновую грушу, например объемом 200,0 мл, имеющую отверстие в области горловины и соединенную полимерной трубкой с перистальтическим насосом Heidolph PD-5101, помещенную в емкость с водой и измерительной трубкой для оценки изменения объема. Горловина резиновой груши соединена с искусственным клапаном, имитирующим работу аортального клапана сердца. Первый электрод измерительной части установки расположен в области дна резиновой груши, второй в области горловины груши, соединенной с входным штуцером модели клапана сердца. Электроды клапана расположены на входном и выходном штуцерах клапана. Электроизмерительная часть, состоит из генератора синусоидального переменного тока, блока сопряжения, аналого-цифрового устройства, компьютера и электродов, фиксированных на структурах гидродинамической части установки.
Географическая установка изображена на схеме, где на фиг.1 дана ее общая схема, на фиг.2 изображено устройство ее гидродинамической части. Реографическая установка состоит из гидродинамической части (1) и электроизмерительной части, включающей: генератор синусоидального переменного электрического сигнала (2), блок сопряжения (3), аналого-цифровой преобразователь (4) и компьютер (5). Гидродинамическая часть изображена на чертеже (фиг.2) и состоит из перистальтического насоса марки Heidolph PD-5101 (6), резиновой груши, имитирующей левый желудочек сердца человека (7), клапана (8), измерительной емкости с водой для определения изменений объема резиновой груши (9), измерительной трубки (10) и электродов, фиксированных в области дна и горловины резиновой груши (11), а также в области штуцеров клапана (12).
Географическая установка работает следующим образом.
Перистальтический насос гидродинамической части установки (6) нагнетает экспериментальную биологическую жидкость в резиновую грушу (7), объем которой увеличивается при закрытом клапане (8). Скорость нагнетания экспериментальной жидкости может изменяться от 0 до 120 rpm и регулироваться параметрами насоса. При достаточном увеличении давления в резиновой груше происходит открытие искусственного клапана и часть объема экспериментальной жидкости, содержащейся в резиновой груше, проходит через клапан. Объем резиновой груши уменьшается, например на 50 мл, что фиксируется путем определения объема в емкости с водой (9) по показаниям измерительной трубки (10). Снижение давления жидкости в груше приводит к закрытию клапана. В результате непрерывной работы перистальтического насоса, при закрытом клапане, объем груши снова увеличивается одновременно с давлением, и цикл повторяется. Частота открытия искусственного клапана регулируется скоростью работы перистальтического насоса и зависит от усилия пружины, установленной в клапане. Измерение импеданса экспериментальной биологической жидкости между электродами (11, 12) происходит непрерывно в период работы реографической установки, что позволяет оценить гемодинамические эффекты, обусловленные работой искусственного клапана, изменением поперечного сечения резиновой груши, диаметром соединительных трубок, скоростью работы перистальтического насоса.
После включения электроизмерительной части реографической установки сигналы эталонного и измеряемого на электродах сопротивлений гидродинамической части (1), генерированные источником (2) и полученные с блока сопряжения (3), поступают на входы аналого-цифрового преобразователя (4), оцифровываются и передаются в компьютер (5) для записи в массивах данных (фиг.1). По отношению измеряемого сигнала сопротивления к эталонному сигналу в каждый из моментов времени оригинальная компьютерная программа вычисляет величину полного сопротивления и фазовый сдвиг между эталонным и измеряемым сигналами. Поскольку суммарная частота преобразования (дискредитизации) по всем каналам для АЦП SIGMA-ZET 210 равняется 500 кГц, то количество проанализированных экспериментальных точек составляет до 250000 Гц по каждому входу. За счет такого большого количества измерений (и, как следствие, существенного уменьшения величины суммы среднеквадратичного отклонения измеренного сопротивления от среднего значения) обеспечивается высокая точность измерения сопротивления в широком диапазоне частот, токов и фазовых сдвигов входного сигнала. Максимальная погрешность измерения с учетом корректирующих поправок, рассчитываемых и вносимых компьютером по результатам нормировочных тестовых измерений не более 0,1%.
Существенное, по сравнению с ранее использовавшимися методами, повышение точности измерений (до 0,1%) достигается тем, что в широком диапазоне частот (от 20 Гц до 100 КГц) производят измерение не только модуля, но и фазы биоэлектрического импеданса, что позволяет разделить его омическую и емкостную составляющие, а регистрацию сигнала осуществляют в течение времени, достаточного для получения посредством аналого-цифрового преобразования массива измеренных значений, содержащего до 200000 экспериментальных точек (в течение 0,8 секунды), статистическая обработка которых с использованием компьютера, оснащенного соответствующим оригинальным программным обеспечением, позволяет на 1-2 порядка уменьшить среднеквадратичную погрешность измерений.