медицинский диагностический компьютерный комплекс "полиреокардиограф"

Формула изобретения

Медицинский диагностический компьютерный комплекс, содержащий генератор синусоидального тока высокой частоты, выход которого соединен с парой токовых электродов, два канала, каждый из которых содержит по две входные клеммы, соединенные с соответствующими парами потенциометрических электродов и соединенные последовательно дифференциальный усилитель, линейный детектор средневыпрямленного значения, усилитель реоплетизмограмм, первый фильтр нижних частот, первое аналоговое дифференцирующее устройство и второй фильтр нижних частот, а также компьютер, отличающийся тем, что в каждый канал введены дополнительно последовательно подключенные к выходу второго фильтра нижних частот второе аналоговое дифференцирующее устройство и третий фильтр нижних частот, а между каналами включены дополнительно по четыре устройства суммирования и вычитания, подключенные соответственно в каждом из каналов к выходам линейных детекторов средневыпрямленного значения, первых фильтров нижних частот, вторых фильтров нижних частот и третьих фильтров нижних частот, входы и выходы устройства суммирования и вычитания и выходы третьих фильтров нижних частот подключены к соответствующим входам многоканального аналого-цифрового преобразователя, включенного в слот компьютера, при этом дополнительно введены канал формирования фонокардиограммы, содержащий фонодатчик и полосовой усилитель, а также два канала электрокардиограммы, содержащие каждый электроды для снятия биопотенциалов, инструментальный усилитель и фильтр нижних частот, выходы дополнительных каналов подключены к соответствующим входам многоканального аналого-цифрового преобразователя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к приборам для функциональной диагностики, и может использоваться для определения показателей центральной гемодинамики как в покое, так и при проведении функциональных проб, например, ножной изометрической нагрузкой, с параллельным компьютерным расчетом по программе "Полиреокардиография" для определения состояния и резервов сердечно-сосудистой системы человека и диагностики сердечной и коронарной недостаточности, а также для установления типа гипертензивной реакции на нагрузку. При этом устройство позволяет проводить адекватный подбор терапии, оценку его эффективности у больных кардиологического профиля, оптимальный подбор технологии при проведении и постоянной кардиостимуляции и выбор оптимальной частоты стимуляции по гемодинамическим критериям; экспертизу утраты трудоспособности в связи с заболеванием сердечно-сосудистой системы; профилактические обследования больших групп населения с целью раннего выявления заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Наиболее близким аналогом является двухканальный реограф типа РПГ2-02, который предназначен для определения показателей гемодинамики путем измерения импеданса тетраполярным методом (1).

Прибор содержит генератор синусоидального тока частотой 40 кГц, ток от которого поступает на зондируемый участок тела через токовые электроды, общие для двух каналов.

Изменение импедансов производится двумя идентичными каналами, каждый из которых содержит два потенциометрических электрода, дифференциальный усилитель высокой частоты, измерительный блок, выход которого соединен с входом медицинского многоканального регистратора. Измерительный блок содержит линейный детектор средневыпрямленного значения, симметричный выход которого соединен с входом дифференциального усилителя реоплетизмограмм (усилитель низкой частоты) и со стрелочным прибором для отсчета базового импеданса.

С выхода усилителя сигнал поступает на активный фильтр нижних частот с частотой среза 30 Гц и далее на делитель выхода "РЕО". С выхода "РЕО" сигнал поступает на аналоговое дифференцирующее устройство, а после фильтрации и дополнительного усиления подается на делитель "ДИФ".

С линейного детектора сигнал поступает также на усилитель постоянного тока, а затем на выход "ПЛЕТ".

Для установки масштабов записи на регистрирующих устройствах (например, ЭЛКАР, Н-338 и др.) в приборе применен встроенный калибратор, имитирующий колебания сопротивления по синусоидальному закону частотой 1,59 Гц, амплитудой 0,1 и 0,5 Ом относительно базового значения 20 Ом.

Таким образом, указанный прибор для определения показателей гемодинамики содержит высокочастотный генератор, выход которого соединен с парой токовых электродов, и два канала, каждый из которых содержит по две входные клеммы, соединенные с соответствующими парами потенциометрических электродов и соединенные последовательно дифференциальный усилитель, линейный детектор средневыпрямленного значения, усилитель реоплетизмограмм, первый фильтр нижних частот, первое аналоговое дифференцирующее устройство и второй фильтр нижних частот, а также компьютер.

Однако известный прибор имеет ряд существенных ограничений в определении показателей центральной гемодинамики и соответственно в диагностике заболеваний сердечно-сосудистой системы: при регистрации базового импеданса, объемной и дифференцированной реограмм, прибор дает возможность находить ударный объем и его производные: минутный объем крови и сердечный индекс, но при этом отсутствует информация о сократимости миокарда, диастолической функции сердца, в частности о фазовой структуре диастолы, весьма затруднено определение периода изгнания крови из левого желудочка, что отрицательно сказывается на точности вычисления ударного объема, а отсутствие блоков для синхронной регистрации фонокардиограммы (тонов сердца) и электрокардиограммы проводить верификацию получаемых кривых и нахождение необходимых маркеров.

Технический результат изобретения - повышение точности измерений показателей гемодинамики, увеличение числа этих показателей, существенное расширение диагностических возможностей и автоматизация процессов дешифрации получаемых кривых, расчета необходимых показателей и выдачи диагностического заключения.

Технический результат достигается тем, что в диагностическом комплексе, содержащем генератор синусоидального тока высокой частоты, выход которого соединен с парой токовых электродов, два канала, каждый из которых содержит по две входные клеммы, соединенные с соответствующими парами потенциометрических электродов и соединенные последовательно дифференциальный усилитель, линейный детектор средневыпрямленного значения, усилитель реоплетизмограммы, первый фильтр нижних частот, первое аналоговое дифференцирующее устройство и второй фильтр нижних частот, а также компьютер, в каждый канал введены дополнительно последовательно подключенные к выходу второго фильтра нижних частот второе аналоговое дифференцирующее устройство и третий фильтр нижних частот, а между каналами включены дополнительно по четыре устройства суммирования и вычитания, подключенные соответственно в каждом из каналов к выходам линейных детекторов средневыпрямленного значения, первых фильтров нижних частот, вторых фильтров нижних частот и третьих фильтров нижних частот, входы и выходы устройств суммирования и вычитания и выходы третьих фильтров нижних частот подключены к соответствующим входам многоканального аналого-цифрового преобразователя, включенного в слот компьютера, при этом дополнительно введены канал формирования фотокардиограммы, содержащий фонодатчик и полосовой усилитель, а также два канала электрокардиограммы, содержащие каждый электроды для снятия биопотенциалов, инструментальный усилитель и фильтр нижних частот, выходы дополнительных каналов подключены к соответствующим входам многоканального аналого-цифрового преобразователя.

На фиг. 1 представлена структурная схема медицинского диагностического компьютерного комплекса "Полиреокардиограф", а на фиг. 2 - алгоритм формирования диагностического заключения.

Устройство содержит генератор 1 синусоидального тока высокой частоты, выход которого соединен с парой токовых электродов 2. Две другие пары потенциометрических электродов 3 подключены к входам дифференциальных усилителей 4 левого и правого каналов. Оба канала содержат последовательно подключенные к выходам соответствующих дифференциальных усилителей детекторы 5, усилители 6 реоплетизмограммы, первые фильтры 7 нижних частот, первые аналоговые дифференцирующие устройства 8, вторые фильтры 9 нижних частот, вторые аналоговые дифференцирующие устройства 10 и третьи фильтры 11 нижних частот. Выходы детекторов 5, первых фильтров 7, вторых фильтров 9 и третьих фильтров 11 подключены к входам многоканального аналого-цифрового преобразователя 12, который соединен со слотом (разъемом) компьютера 13. Те же выходы соединены соответственно для обоих каналов с аналоговыми сумматорами 14, 15, 16 и 17, а также с аналоговыми вычитателями 18, 19, 20 и 21. Выходы всех сумматоров и вычитателей поданы на аналого-цифровой преобразователь 12. К нему же подключены фонодатчик 22 через полосовой усилитель 23 и выходы двух одинаковых каналов электрокардиограммы, образованных последовательным включением электродов 24 для снятия биопотенциалов сердца, инструментальных усилителей 25 и фильтров нижних частот 26.

Полиреокардиограф работает следующим образом.

На пациента накладываются электроды 2, 3, 24 и устанавливается фонодатчик 22 по ранее опубликованной методике полиреокардиографии (2).

При протекании зондирующего тока, создаваемого генератором 1 по объемному проводнику, образованному грудной клеткой пациента, на потенциометрических электронах 3 создается разность потенциалов, пропорциональная полному электрическому сопротивлению (импедансу) объемного проводника. Базовое (среднее) значение импеданса будет модулироваться переменной составляющей, обусловленной пульсовой волной кровенаполнения грудной клетки. Дифференциальные усилители 4 левого и правого каналов усиливают падения напряжения, возникающие соответственно на левой и правой половинах грудной клетки и модулированные кровотоком, обусловленным насосной функцией сердца. На выходе детекторов 5 присутствуют напряжения, пропорциональные базовым импедансам соответствующих областей грудной клетки. Усилители 6 реоплетизмограммы отфильтровывают постоянную составляющую импедансов и усиливают переменную (модулированную кровотоком) составляющую. Фильтры 7, ограничивая сверху полосу пропускания, уменьшают уровень внутренних шумов и внешних наводок, повышая качество и читабельность кривых, формируют сигнал основной (объемной) реограммы, пропорциональный изменению объема крови в соответствующих половинах грудной клетки. Дифференцирующие устройства 8 и фильтры 9 формируют сигнал, пропорциональный скорости кровотока, а дифференцирующие устройства 10 и фильтры 11 - пропорциональный ускорению кровотоков. На выходах сумматоров 14, 15, 16 и 17 присутствуют сигналы, пропорциональные среднеарифметическим значениям соответственно базового импеданса, объемной, дифференцированной и повторно дифференцированной реограмм, а на выходах вычитающих устройств 18, 19, 20 и 21 - разностям базовых импедансов, объемных, дифференцированных и повторно дифференцированных реограмм левой и правой половин грудной клетки. Фотодатчики 22 и полосовой усилитель 23 формируют кривую тонов сердца, а электроды 24, инструментальные усилители 25 и фильтры 26 - два двухполюсных отведения электрокардиограммы. Наличие в приборе канала фонокардиограммы позволяет проводить верификации реографических кривых на предмет нахождения на них маркеров, нужных для измерения гемодинамических показателей, имеющих размерность времени. Для этих же целей используются кривые двух отведений электрокардиограммы, кроме того они необходимы для диагностики очаговых поражений миокарда. Все вышеперечисленные сигналы (всего - 19), подступившие на вход аналого-цифрового преобразователя, дискретизируются по уровню и будучи преобразованы в цифровой код обрабатываются компьютером с помощью пакета программ "Полиреокардиография". Обработка поступающих на вход компьютера сигналов осуществляется согласно алгоритму, представленному на фиг. 2. Обработанные сигналы визуализируются на экране дисплея в виде кривых или цифровых значений. Мониторирование кривых осуществляется в реальном масштабе времени. Одновременно происходит их сохранение на жестком диске компьютера. Обработка кривых осуществляется в интерактивном режиме по окончании съемки исходного фона или полной съемки, включающей запись исходного фона, несколько ступеней ножной изометрической нагрузки и нескольких стадий восстановления. Продолжительность полной съемки около 30 мин. Выдача диагностического заключения автоматическая. Наличие в устройстве каналов кривых объемной разности, скорости и ускорения кровотоков между левой и правой половинами грудной клетки позволяет мониторировать диастолическую функцию сердца, а именно фазы диастолы левого желудочка - длительность изометрической релаксации, быстрого наполнения, состоящего из двух интервалов - времени ускорения и времени торможения, периода релаксации, медленного наполнения и систолы левого предсердия, включающего время предсердной подкачки. Наличие канала мониторирования реограммы ускорения позволяет провести более точное вычисление периода изгнания крови, определить пик мощности изгнания, гидравлическую мощность сердца, максимальное объемное ускорение изгнания и ряд других показателей, характеризующих насосную и сократительную функцию сердца (3, 4, 5).

Во время проведения медицинских испытаний полиреокардиографа обследовано 431 человек (240 мужчин и 91 женщина) в возрасте от 18 до 59 лет. Выявляемость "немой" ишемии миокарда по сравнению с велоэргометрией выше в 2 раза, с суточным мониторированием ЭКГ - в 1,4 раза, выявляемость ишемической болезни сердца выше в 2,1 раза по сравнению с велоэргометрией и в 5,2 раза по сравнению с суточным мониторированием ЭКГ.

Источники информации:

1. М.И.Гуревич и др. Импедансная реоплетизмография, Киев, Наукова думка, 1982, с.103, рис.59.

2. Думлер А.А., Изометрическая стресс-полиреокардиография в оценке гипертензивной реакции и диагностике сердечной и коронарной недостаточности у больных гипертонической болезнью. Автореферат на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. Пермь, 1995, с.10, 11.

3. Зубарев М.А. и др. Способ определения фазовой структуры диастолы, Патент России N 1600692, 1990, с. 3.

4. Зубарев М.А. и др., Способ определения периода изгнания крови. Патент России N 1671263, 1991, с. 2.

5. Зубарев М. А. и др. Способ определения функционального состояния сердца. Патент России N 1685397, 1991, с. 2.