Министерство образования и науки Украины
Одесский национальный университет имени И.И.Мечникова
Кафедра экспериментальной физики
Отделение медицинской физики
Диагностического и лечебного оборудования
ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ОСНОВАННЫЕ НА РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
Курсовая работа
студентки ІV курса
физического факультета
Аликсандренко Маргариты Владимировны
Научный руководитель
профессор Ваксман Ю.Ф.
Одесса – 2010
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Суть метода электрокардиографии
1.1 Общие определения и понятия электрокардиографии
1.2 Расширенные диагностические возможности ЭКГ
1.3 Обзор современной аппаратуры электрокардиографии
2. Особенности электроэнцефалографических измерений
2.1 Общие определения и понятия электроэнцефалограммы
2.2 Функциональные пробы
2.3 Аппаратура для электроэнцефалографических исследований
2.4 Обзор современной аппаратуры электроэнцефалографии
3. Миографические исследования
3.1 Общие определения и понятия электромиографии
3.2 Методики обследования, применяемые в электромиографии
3.3 Обзор современной аппаратуры электромиографии
Выводы
Литература
Введение
Человеческий организм с точки зрения физики является чрезвычайно сложной неравновесной системой, открытой к внешним воздействиям, причем, не только физическим, но и информационным. Вместе с тем, среди множества физиологических процессов, протекающих в организме, ряд процессов близки к физическим, то есть они могут быть описаны физическими законами. Например, процесс кровообращения, по сути, является физическим, так как связан: с механической работой сердца (механика); с генерацией биопотенциалов (электричество) и т п. В связи с этим многие медицинские методики лечения и диагностики основаны на использовании физических идей и принципов.
В клинической практике прямое измерение разности потенциалов на самом органе (сердце, мозге, т.п.) трудноосуществимо. Поэтому для оценки функционального состояния органа по его электрической активности используют принцип эквивалентного генератора. Он состоит в том, что изучаемый орган, состоящий из множества клеток, возбуждающихся в различные моменты времени, заменяется моделью единого эквивалентного генератора. Считают, что этот эквивалентный генератор находится внутри организма и создает на поверхности тела электрическое поле, такое же, как и поле, создаваемое органом. То есть распределение потенциалов, порождаемых органов, по поверхности тела, их изменения во времени должны быть близки к потенциалам, порождаемым гипотетическим (воображаемым) генератором.
Метод исследования работы органов или тканей, основанный на регистрации во времени потенциалов электрического поля на поверхности тела, называется электрографией. Два электрода, приложенные к разным точкам на поверхности тела, регистрируют временную зависимость разности потенциалов ∆φ(t), которая называется электрограммой. Название электрограммы указывает на орган, который исследуют. В частности, сердце – электрокардиограмма (ЭКГ); головной мозг - электроэнцефалограмма (ЭЭГ); мышцы – электромиограмма (ЭМГ).
Целью данной работы является изучение диагностических методов, основанных на измерениях электрических полей.
1. СУТЬ МЕТОДА ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ
1.1 Общие определения и понятия электрокардиографии
Среди многочисленных инструментальных методов исследования, которыми в совершенстве должен владеть современный практический врач, ведущее место справедливо принадлежит электрокардиографии. Этот метод исследования биоэлектрической активности сердца является сегодня незаменимым в диагностике нарушений ритма и проводимости, гипертрофий желудочков и предсердий, ишемической болезни сердца, инфарктов миокарда и других заболеваний сердца.
Электрокардиография (ЭКГ) - является неинвазивным тестом, проведение которого позволяет получать ценную информацию о состоянии сердца. Суть данного метода состоит в регистрации электрических потенциалов, возникающих во время работы сердца и в их графическом отображении на дисплее или бумаге. На рис. 1 изображен пример периода электрокардиограммы, где показаны зубцы и сегменты, на которые условно делят период ЭКГ.
Рис. 1. Зубцы и сегменты ЭКГ
Запись производится с поверхности тела пациента (верхние и нижние конечности и грудная клетка).
Изменения разности потенциалов на поверхности тела, возникающие во время работы сердца, записываются с помощью различных систем отведений ЭКГ. Каждое отведение регистрирует разность потенциалов, существующую между двумя определенными точками электрического поля сердца, в которых установлены электроды. Таким образом, различные электрокардиографические отведения отличаются между собой, прежде всего участками тела, от которых отводится разность потенциалов.
Электроды, установленные в каждой из выбранных точек на поверхности тела, подключаются к гальванометру электрокардиографа. Один из электродов присоединяют к положительному полюсу гальванометра (это положительный, или активный, электрод отведения), второй электрод — к его отрицательному полюсу (отрицательный электрод отведения).
В настоящее время в клинической практике наиболее широко используют 12 отведений ЭКГ, запись которых является обязательной при каждом электрокардиографическом обследовании больного: 3 стандартных отведения, 3 усиленных однополюсных отведения от конечностей и 6 грудных отведений.
Стандартные двухполюсные отведения, предложенные в 1913 г. Эйнтховеном, фиксируют разность потенциалов между двумя точками электрического поля, удаленными от сердца и расположенными во фронтальной плоскости – конечностях (рис.2).
Рис. 2. Трехосевая система координат стандартных отведении. Красным цветам показаны оси трех стандартных отведений от конечностей в треугольнике Эйнтховена (а) и в трехосевой системе координат (б).
Усиленные отведения от конечностей (рис.3) были предложены Гольлберегером в 1942 г. Они регистрируют разность потенциалов между одной из конечностей, на которой установлен активный положительный электрод данного отведения (правая рука, левая рука или левая нога), и средним потенциалом двух других конечностей. Таким образом, в качестве отрицательного электрода в этих отведениях используют так называемый объединенный электрод Годьдбергера, который образуется при соединении через дополнительное сопротивление двух конечностей.
Рис. 3. Формирование трех усиленных однополюсных отведении от конечностей. Внизу - треугольник Эйнтховена и расположение осей трех усеченных однополюсных отведений от конечностей
По ЭКГ можно оценить источник (так называемый водитель) ритма, регулярность сердечных сокращений, их частоту. Все это имеет большое значение для диагностики различных аритмий. По продолжительности различных интервалов и зубцов ЭКГ можно судить об изменениях сердечной проводимости. Изменения конечной части желудочкового комплекса (интервал ST и зубец Т) позволяют врачу определить наличие или отсутствие ишемических изменений в сердце (нарушение кровоснабжения).
Важным показателем ЭКГ является амплитуда зубцов. Увеличение ее говорит о гипертрофии соответствующих отделов сердца, которая наблюдается при некоторых заболеваниях сердца и при гипертонической болезни.
ЭКГ весьма мощный и доступный диагностический инструмент, однако стоит помнить о том, что и у этого метода есть слабые места. Одним из них является кратковременность записи – около 20 секунд. Даже если человек страдает, например, аритмией, в момент записи она может отсутствовать, кроме того запись, обычно производится в покое, а не во время привычной деятельности.
1.2 Расширенные диагностические возможности ЭКГ
Для того чтобы расширить диагностические возможности ЭКГ прибегают к длительной ее записи, так называемому мониторированию ЭКГ по Холтеру в течение 24-48 часов. Этот метод позволяет оценить деятельность сердца в условиях обычной активности пациента (реакции сердца на физическую и эмоциональную нагрузки, ритм и проводимость сердца в течение суток, состояние сердца во время сна и т. д.), при этом пациент записывает, в какое время что конкретно он делал (спал, гулял, поднимался по лестнице, ел и т. д.). Это метод непрерывной регистрации электрокардиограммы на магнитную ленту или твердотельный диск за определенный период времени: от нескольких часов до двух суток с последующей обработкой информации на компьютерном дешифраторе.
Также, значительно расширяют диагностические возможности метода электрокардиографии функциональные пробы. Они позволяют выявить скрытые электрокардиографические нарушения, которые по разным причинам не могли быть зарегистрированы при обычном электрокардиографическом исследовании в покое (скрытая коронарная недостаточность, преходящие нарушения ритма). Из всего множества функциональных проб наиболее эффективными являются пробы с дозированной физической нагрузкой, которые применяются с целью выявления скрытой коронарной недостаточности, преходящих нарушений ритма сердца и для установления индивидуальной толерантности больных к физической нагрузке.
Физическая нагрузка, как известно, оказывает разнообразное действие на сердечно-сосудистую систему, вызывая, в частности, тахикардию, умеренное повышение артериального давления, увеличение работы сердца и, соответственно, потребности миокарда в кислороде. У здорового человека это приводит к адекватному расширению коронарных сосудов и увеличению сократимости миокарда. В условиях лимитированного коронарного кровообращения у больных атеросклерозом коронарных артерий увеличение потребности миокарда в кислороде приводит к острой коронарной недостаточности, сопровождающейся приступом стенокардии и изменениями на ЭКГ.
В настоящее время наибольшее распространение в клинической практике получили пробы с дозированной физической нагрузкой на велоэргометре или тредмиле (бегущая дорожка).
Кроме того, проба с физической нагрузкой может быть проведена у больных, подвергшихся операции на сердце, для оценки у них функционального состояния миокарда. ЭКГ может быть использовано для оценки функционального состояния миокарда в динамике при наблюдении за больными, страдающими различными заболеваниями сердца, а также применяться для оценки состояния здоровья, например летчиков и т.д.
1.3 Обзор современной аппаратуры
электрокардиографии
Электрокардиографы, как и многие другие диагностические методы заболеваний, бурно развиваются и усовершенствуются. Рассмотрим некоторые новинки среди ЭКГ – аппаратуры.
СASE
СASE — система экспертного класса, основанная на лучших традициях Marquette Hellige и совмещающая в себе ведущие технологии General Electric (рис.4). Прибор оснащен:
· 17" подвижным плоским жидкокристаллическим дисплеем высокого разрешения, стандартной компьютерной клавиатурой и встроенной панелью с функциональными клавишами с подсветкой, что позволяет совместить удобство и простоту в управлении системой, в том числе и при выполнении стресс эхокардиографии, используется ОС Windows.
· Цифровой модуль сбора данных, технология обработки сигналов (последовательное обновление для уменьшения количества артефактов), алгоритмы фильтрации шумов и выравнивания изолинии (FRF фильтр и кубические сплайны) обеспечивают превосходное качество регистрируемого сигнала по 12 или 15 отведениям без ухудшения качества ЭКГ при движении пациента.
· Широкие сетевые возможности обеспечивают обмен данными с информационной сетью Интернет, дистанционный просмотр тестов в режиме реального времени на других станциях. Хранение данных осуществляется на жестком диске с объемом памяти 10 ГБ или в локальной сети.
Рис. 4.Общий вид системы Marquette Hellige СASE
CARDIO SOFT - многофункциональная компьютеризированная система.
Cardio Soft позволяет создать современную кардиологическую рабочую станцию со всем и возможностям и современных методов функциональной диагностики в кардиологии (рис.5).
Вакуумная система аппликации электродов KISS обеспечивает надежную фиксацию электродов и обеспечивает превосходное качество регистрируемой ЭКГ у пациентов, находящихся в движении, а также у тучных пациентов и лиц с обильным волосяным покровом.
Рис. 5.Общий вид системы CARDIO SOFT
Возможна инсталляция программы CADIO SOFT на обычный персональный компьютер. CARDIO SOFT обладает русскоязычным интерфейсом пользователя.
Опции программного обеспечения:
· Стресс тестирование с регистрацией 12—15 отведений. Сохранение данных на жестком диске с возможностью последующего анализа и редактирования. Расширенный анализ сегмента ST. Автоматическое и ручное измерение интервалов ЭКГ. Анализ аритмий по 12 отведениям.
· Анализ альтернансов зубца Т (TWA). Уникальные алгоритмы фильтрации шумов и выравнивания изолинии. Регистрация и анализ ЭКГ покоя. Почтовый ящик ЭКГ. Произвольно настраиваемая пользователем конфигурация рабочего экрана и форматов отчета. Интеграция программы с информационными системами управления отделением и медицинским учреждением.
· АЛЬТЕРНАНС ЗУБЦА Т (TWA) — это числовая характеристика изменений морфологии зубца Т, вызванных нестабильностью миокарда и проявляющихся на ЭКГ в виде чередования комплексов QRS двух различных типов).
· Повышение альтернанса зубца Т при проведении теста с физической нагрузкой является важным прогностическим фактором, который учитывается при оценке риска жизненно опасных аритмий у пациентов, перенесших инфаркт миокарда. Анализ TWA позволяет также дифференцировать пациентов с ишемической болезнью сердца и пациентов с возрастными изменениями ЭКГ.
· ОЦЕНКА АЛЬТЕРНАНСОВ ЗУБЦА T — до недавнего времени единственным методом оценки TWA являлся спектральный метод, основанный на анализе вариаций морфологии зубца T в частотной области. Новая программа, разработанная компанией GE Healthcare Clinical System Devices, предназначена для измерения альтернанса зубца T непосредственно во временной области, что дает ряд преимуществ по сравнению с традиционными методиками).
· Программа TWA компании GE Healthcare Clinical System Devices обеспечивает надежную регистрацию данных и достоверную оценку альтернанса зубца T — параметра, который необходимо учитывать наряду с другими факторами риска, такими как фракция выброса левого желудочка, вариабельность сердечного ритма, поздние потенциалы, дисперсия интервала QT и чувствительность барорецепторов.
В отличие от спектрального метода измерение TWA во временной области не требует поддержания высоких значений ЧСС в течение продолжительного времени, что особенно важно при оценке альтернанса зубца T у пациентов с низкой фракцией выброса левого желудочка. Новая программа не требует применения специальных электродов и нестандартных протоколов стресс-исследований. Благодаря этому ее можно применять в ходе обычных амбулаторных исследований и тестов с физической нагрузкой. Возможность одновременной оценки TWA и анализа сегмента ST. Для отображения результатов TWA-тестировани используется привычный для врачей-кардиологов интерфейс, что облегчает работу с программой и сокращает время, необходимое для ее изучения.
· Турбулентность сердечного ритма (HRT) описывает краткосрочные флуктуации синусового ритма, которые возникают сразу после желудочковой экстрасистолы. Позволяет оценить функцию барорефлекса, ответ на терапиюбета блокаторами. Это доказанный клинически значимый инструмент для выявления предикторов внезапной коронарной cмерти у больных, перенесших ОИМ. HRT является мощным и независимым предиктором смерти у пациентов, перенесших ОИМ после реперфузии. HRT является наиболее сильным ЭКГ - алгоритмом для стратификации риска внезапной сердечной смерти.
2. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1
Общие определения и понятия электроэнцефалограммы
Электроэнцефалография (ЭЭГ-диагностика) - метод исследования функциональной активности мозга, заключается в измерении электропотенциалов клеток головного мозга, которые впоследствии подвергаются компьютерному анализу. Электроэнцефалография дает возможность качественного и количественного анализа функционального состояния головного мозга и его реакций при действии раздражителей, также существенно помогает в диагностике эпилепсии, опухолевых, ишемических, дегенеративных и воспалительных заболеваний головного мозга. Электроэнцефалография позволяет оценить эффективность проводимого лечения при уже установленном диагнозе.
Электроэнцефалограмма - это временная зависимость разности потенциалов между различными участками головы (точками съема). Точек съема может быть от двух до нескольких десятков. Соответственно получают набор ЭЭГ лобной, правой, левой, теменной, прицентральной, затылочной и т.п. частей головы. При этом каждая кривая ЭЭГ измеряется в двух режимах: при закрытых глазах и при открытых глазах.
ЭЭГ отражает интегральную активность громадного числа нейронов коры головного мозга и распространение волн возбуждения в нейронных сетях. Поэтому она имеет вид сложных регулярных колебаний с различными частотами и амплитудами. Для анализа ЭЭГ обычно используют спектральные составляющие этих колебаний, поскольку любое сложное колебание можно разложить на простые синусоидальные колебания разных частот и амплитуд. Таким образом, техника измерений ЭЭГ и их анализа включает в себя ЭВМ и состоит из трех этапов:
1) измерение ЭЭГ (процесс занимает несколько секунд);
2) частотный Фурье-анализ ЭЭГ и построение частотных спектров, в результате чего выделяют частоты основных колебаний, называемые ритмами;
3) построение временного ландшафта, показывающего изменение каждого ритма во времени.
У взрослого бодрствующего человека доминирует α- ритм (колебания с частотой 8 Гц – 14 Гц). Кроме этого наблюдается β - ритм (14 Гц – 35 Гц), γ - ритм (35 Гц – 70 Гц), δ - ритм (0,5 Гц – 3 Гц), θ - ритм (4 Гц – 7 Гц) и другие. По появлению или исчезновению отдельных ритмов судят о характере и степени сдвигов функционального состояния нервных структур мозга. Например, при переходе от бодрствования ко сну α - ритм и β - ритм замещаются более медленными δ - и θ - ритмами. Основные ритмы отсутствуют или ослаблены при тяжёлых формах эпилепсии, опухолях коры больших полушарий. Для моделирования электрической активности мозга в качестве эквивалентного генератора берут совокупность большого количества токовых диполей – токовый мультиполь.
Из изложенного выше следует, что ЭЭГ представляет собой процесс, обусловленный активностью огромного числа генераторов, и, в соответствии с этим, создаваемое ими поле представляется весьма неоднородным по всему пространству мозга и меняющимся во времени. В связи с этим между двумя точками мозга, а также между мозгом и удаленными от него тканями организма возникают переменные разности потенциалов, регистрация которых и составляет задачу электроэнцефалографии.
Анализ ЭЭГ в конечном итоге основывается на выделении характерных типов электрических потенциалов и определении локализации их источников в мозге.
Как уже указывалось, в электроэнцефалографии регистрируют разность потенциалов между двумя точками. С теоретической точки зрения регистрация потенциала какой-либо точки в неискаженном виде возможна в условиях, коша один электрод расположен в непосредственной близости от источника потенциала, а другой бесконечно удален от него. Невозможность реализации этого условия приводит к тому, что в электроэнцефалографии, строго говоря, всегда производят биполярную регистрацию электрической активности, поскольку оба электрода, подсоединяемые к входу усилителя, расположены на теле обследуемого. Однако с практической точки зрения, используемые варианты отведения потенциалов могут быть разделены на монополярные и биполярные.
Монополярным называют такое отведение, когда на одну из входных клемм усилителя подастся электрический потенциал от электрода, стоящего над мозгом, а на другую — потенциал от электрода, установленного на определенном удалении от мозга, или некоторый усредненный потенциал, не обусловленный каким-либо одним локальным источником.
Биполярными называют отведение, при котором к положительной и отрицательной входным клеммам электроэнцефалографического усилителя подсоединяют электроды, стоящие над мозгом.
2.2 Функциональные пробы
Для получения правильной информации при электроэнцефалографическом исследовании необходимо соблюдение некоторых общих правил. Во время исследования положение больного должно быть удобным, мышцы расслаблены. Голова покоится на специальном подголовнике.
Фактически ЭЭГ реагирует на любые внешние воздействия, лежащие выше порога ощущения, однако для их выявления требуются специальные методики, поэтому в клинической практике применяют в основном такие воздействия, которые могут быть выявлены на ЭЭГ простым визуальным наблюдением. Главными из них являются световая и звуковая стимуляция. Для выявления реагирования мозга на внешние воздействия, в частности при исследовании степени сохранности сознания больного, применяют одиночные стимулы в виде короткой вспышки света, звукового щелчка или тона.
Одной из распространенных проб является открывание и закрывание глаз. При этом возникают изменения ЭЭГ, позволяющие выявить степень контактности обследуемого, уровень его сознания и ориентировочно оценить реактивность ЭЭГ.
Для нанесения световых и звуковых раздражений используют фото- и фоностимуляторы.
Для фотостимуляции обычно используют короткие (порядка 150 мкс) вспышки света, близкого по спектру к белому, достаточно высокой интенсивности (0,1—0,6 Дж). Некоторые системы фотостимуляторов позволяют изменять интенсивность вспышек света, что, естественно, является дополнительным удобством.
Серии вспышек света заданной частоты применяют для исследования реакции усвоения ритма – способности электроэнцефалографических колебаний воспроизводить ритм внешних раздражений. В норме реакция усвоения ритма хорошо выражена на частоте мельканий, близкой к собственным ритмам ЭЭГ. Распространяясь диффузно и симметрично, ритмические волны усвоения имеют наибольшую амплитуду в затылочных отделах.
Фоностимуляторы позволяют давать тон требуемой высоты (обычно от 20 Гц до 16 кГц) и интенсивности, измеряемой в децибелах (дБ). Некоторые системы стимуляторов позволяют давать ритмические серии звуковых щелчков различной громкости.
Такие же серии щелчков можно получать, подавая на громкоговорители электрические импульсы от физиологических электростимуляторов.
Пробы с гипервентиляцией. Другая группа функциональных проб связана с воздействием на внутреннее состояние организма путем изменения его метаболизма, фармакологических или некоторых механических воздействий, изменяющих гемоциркуляцию в мозге. Главнейшей и наиболее распространенной из этих проб является проба с гипервентиляцией. Гипервентиляция проводится обычно в конце исследования. Суть ее сводится к тому, что обследуемому предлагают глубоко, ритмично дышать в течение 3 мин. Обращают внимание на то, чтобы глубина вдоха и полнота выдоха были максимальными. Для достижения максимального выдоха обследуемому предлагают выдыхать так, как при надувании мяча. Частота дыхания должна быть не слишком высокой (обычно в пределах 16 – 20 в 1 мин). Регистрацию ЭЭГ начинают по меньшей мере за 1 мин до начала гипервентиляции и ведут в течение всей гипервентиляции и еще не менее 3 мин после ее окончания.
Указанные пробы представляют собой основные функциональные нагрузки, предъявляемые стандартно в процессе исследования ЭЭГ.
2.3 Аппаратура для электроэнцефалографических исследований
В клинической электроэнцефалографии ЭЭГ отводится с помощью электродов, расположенных на интактных покровах головы и в некоторых экстракраниальных точках. При такой системе регистрации потенциалы, генерируемые мозгом, существенно искажаются вследствие влияния покровов мозга и особенностей ориентации электрических полей при различном взаимном расположении отводящих электродов. Эти изменения отчасти обусловлены суммацией, усреднением и ослаблением потенциалов за счет шунтирующих свойств сред, окружающих мозг.
Электроды для электроэнцефалографии представляют собой металлические либо угольные пластины или стержни различной формы. Обычно поперечный диаметр электрода, имеющего форму диска, составляет около 1 см. ЭЭГ, отведенная скальповыми электродами, в 10-15 раз ниже по сравнению с ЭЭГ, отведенной от коры. Высокочастотные составляющие при прохождении через покровы мозга ослабляются значительно сильнее, чем медленные компоненты. Кроме того, помимо амплитудных и частотных искажений, различия в ориентации отводящих электродов вызывают также изменения фазы регистрируемой активности. Все эти факторы необходимо иметь в виду при записи и интерпретации ЭЭГ. Наибольшее распространение получили два типа электродов - мостовые и чашечковые.
Мостовой электрод представляет собой металлическим стержень, закрепленный в держателе. Нижний конец стержня, контактирующий с кожей головы, покрыт гигроскоп
Чашечковые электроды, имеют форму диска с приподнятыми краями, к которому припаян провод. Чашечка заполняется контактной электродной пастой, содержащей, помимо раствора хлорида натрия, желеобразные связующие и некоторые вещества, размягчающие верхний слой эпидермиса.
Современные электроэнцефалографы представляют собой многоканальные регистрирующие устройства, объединяющие от 8 до 24 и более идентичных усилительно-регистрирующих блоков (каналов), позволяющих таким образом регистрировать одномоментно электрическую активность от соответствующего числа пар электродов, установленных на голове обследуемого.
В зависимости от того, в каком виде регистрируется и представляется для анализа электроэнцефалографисту ЭЭГ, электроэнцефалографы подразделяются на традиционные «бумажные» (перьевые) и более современные — «безбумажные».
В первых ЭЭГ после усиления подается на катушки электромагнитных или термопишущих гальванометров и пишется непосредственно на бумажную ленту. Электроэнцефалографы второго типа преобразуют ЭЭГ в цифровую форму и вводят ее в компьютер, на экране которого и отображается непрерывный процесс регистрации ЭЭГ, одновременно записываемой в память компьютера.
Бумажно-пишущие электроэнцефалографы обладают преимуществом простоты эксплуатации и несколько дешевле при приобретении. Безбумажные обладают преимуществом цифровой регистрации со всеми вытекающими отсюда удобствами записи, архивирования, вторичной компьютерной обработки и др.
У цифровых решений могут иметься неоспоримые достоинства, а также кое-какие недостатки, как ни странно, из этих достоинств и проистекающие. Программное обеспечение цифровых энцефалографов способно к облегчению работы исследователя, прежде всего благодаря автоматизации распознавания ЭЭГ и обобщения ее параметров. В этом же, к сожалению, кроется и западня: энцефалограф - прибор для облегчения работы врача-диагноста, а не замены его. Ввиду этого, стоит опасаться любых систем по "автоматическому вынесению диагноза" на основе, как правило, не самых качественных аппаратов.
Последние пару десятилетий сложно воспринимать всерьез ЭЭГ, записанные с применением "урезанных" вариантов системы. Таким образом, число каналов регистрации на любом серьезном современном приборе никак не может быть ниже 32-х, а для полноценной реализации высококачественной диагностики и вовсе не менее 64-х. Зависимость четкости изображения от числа каналов показана на рис.6.
Отведения с малоканальных систем могут дать даже самому опытному специалисту только приблизительные данные о пространственной локализации регистрируемых явлений. Если же мы говорим о ситуациях, в которых точная локализация патологического очага становится жизненно важной, например, при хирургическом вмешательстве при эпилепсии, то в ход должны идти сверхточные системы со 128, а лучше и 192 каналами регистрации.
Рис. 6. Зависимость четкости модели от числа каналов регистрации.
2.4 Обзор современной аппаратуры
электроэнцефалографии
Электроэнцефалограф «Компакт-нейро» (с видеомониторингом)
Общий вид «Компакт-нейро» изображен на рис.7.
Основные возможности системы:
· Спектральный анализ
· Корреляционный анализ
· Картирование
· Экспресс-анализ длительных записей
· Видеонаблюдение
Отличительные особенности ЭЭГ-системы:
Шестнадцатиканальный классический электроэнцефалограф серии «Нейро-КМ» необходим для проведения стандартного электроэнцефалографического обследования в стационарных условиях. Никаких особенных требований к месту, где проводится регистрация ЭЭГ с помощью данного прибора, не предъявляется. Электроэнцефалограф подключается к компьютеру или ноутбуку по интерфейсу USB и регистрирует биопотенциалы мозга в реальном времени по произвольным или предварительно заданным протоколам обследования в монополярном или биполярном режиме.
Электроэнцефалографическая система с видеомониторингом оснащена профессиональной камерой ночного наблюдения с инфракрасной подсветкой, что позволяет проводить запись видеоизображения параллельно с регистрацией ЭЭГ. Для длительной записи электроэнцефалограф комплектуется специальной электродной системой в виде единого кабеля с электродами и комплекта шапочек разных размеров.
Рис. 7. Электроэнцефалограф «Компакт-нейро»
Технические характеристики:
Электроэнцефалограф
· Количество каналов – 16
· Диапазоны по чувствительности (+/- на всю апертуру) – 10 мкВ, 20 мкВ, 50 мкВ, 100 мкВ, 200 мкВ, 500 мкВ
· Уровень подавления синфазной помехи 50 Гц – не менее 120 дБ
· Уровень собственных шумов – не более 1 мкВ
· Нижнее значение полосы пропускания – 0.4 Гц
· Верхнее значение полосы пропускания – 45 Гц
· Потребляемая мощность – менее 4 Вт
Фоностимулятор
· Длительность звукового импульса – 10 мс - 500 мс
· Громкость воспроизведения звука – До 2 Вт
· Шаг изменения громкости – 0,2 Вт
· Частота заполнения звуковых импульсов – 20 Гц - 5 КГц
· Частота следования импульсов – 0,1 Гц – 50 Гц
Фотостимулятор
· Тип фотостимулятора; светодиодный
· Длительность светового импульса – 10 мс - 500 мс
· Частота следования импульсов – 0,1 Гц – 50 Гц
· Видеосистема
· Разрешающая способность – 500x582 пикс
· Дистанция ИК подсветки – 25 м
· Минимальная освещенность – 0 Lux (ИК подсветка включена)
Nihon Kohden Электроэнцефалограф (ЭЭГ) Neurofax EEG-1100K.
Компания Nihon Kohden является лидером среди японских разработчиков и производителей медицинского электронного оборудования. С момента основания, компания осуществляет разработку и введение в клиническую практику инновационных медицинских технологий.
Технические особенности Электроэнцефалограф (ЭЭГ) Neurofax EEG-1100K (рис.8):
● Высокое качество усиления цифрового сигнала, низкий шум, высокая чувствительность обеспечивают максимальное качество считывания ЭЭГ данных
● Выведение на дисплей 64-х каналов ЭЭГ для визуализации последних 5 минут записи ЭЭГ. Возможность вывода монополярных и биполярных сигналов, а также сигналов правого и левого полушария одновременно с окрашиванием в один из 16 цветов для распознавания и сравнения. Маркировка каждой кривой на экране
● Панель управления всеми функциями системы, дублирующая компьютерное управление (опционально)
● Аннотация событий путем маркирования на дисплее соответствующего места в ЭЭГ и выбор подходящего текста
● Отдельная широкополосная запись каждого канала, с возможностью последующего ремонтажа, фильтрации, установок чувствительности и др.
● Программа анализа MultiView с возможностями картирования напряжений, сравнение амплитуды и фазы между каналами, FFT-частотный анализ, автоматическая детекция сходных форм волн
● EEG-scope - дистанционный мониторинг ЭЭГ через компьютерную сеть с опциональной программой
● Видеокамера для вывода синхронизированного с ЭЭГ изображения пациента на экран для дифференциации эпилептических и нормальных движений (опционально)
● Расширение до 192 канала одновременной записи для исследования эпилептиформной активности и мониторинга при хирургическом лечении эпилепсии
● Фотостимулятор высокой интенсивности с 130-ти мм рефлектором
● Блоки подсоединения электродов на 32/64/128/192 каналов
● Опциональная программа FOCUS-просмотра, анализа, картирования, ремонтажа, фильтрации и спектрального анализа (FFT)
● Сомнография с пульсоксиметрией
● Программа Polysmith-анализа и отчета по ЭЭГ сна для диагностики нарушений сна, синдрома апноэ во сне, синдрома сопротивления верхних дыхательных путей во сне, нарколепсии и др.
Рис. 8. Электроэнцефалограф (ЭЭГ) Neurofax EEG-1100K
3. МИОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1
Общие определения и понятия электромиографии
Электромиография (ЭМГ) - метод исследования, позволяющий регистрировать электрическую активность групп скелетных мышц в состоянии покоя и при произвольном их сокращении. Для проведения исследования в мышцу через кожу вводят игольчатый электрод и регистрируют с помощью осциллоскопа электрический разряд в мышце.
Электромиографическое обследование является примером прикладной нейрофизиологии и, следовательно, функциональным исследованием, отвечающим на определенные клинические вопросы. Прежде всего, это касается патофизиологического состояния нервно-мышечного аппарата и целом с преобладанием поражения тех или иных элементов ДЕ (Двигательная еденица).
В неврологии диагностическое заключение основывается на точном диагнозе. Целью ЭМГ - обследования в клинике является определение точной топики поражения с указанием степени и характера нарушения функции. Большое разнообразие методик, сложность оценки создают значительные трудности в их проведении и интерпретации получаемых данных.
Ход клинического обследования больного можно разделить на несколько этапов, каждый из которых преследует свою цель. Изучение анамнеза и общий осмотр больного дают представление о заболевании и позволяют создать его основную клиническую гипотезу. Параклинические методы, к которым относится и электромиография, дают дополнительные данные, позволяющие повысить достоверность клинической гипотезы. И, наконец, эффективность лечения и динамика заболевания помогают точно определить нозологическую форму страдания. На каждом этапе грамотное назначение ЭМГ - обследования позволяет получить максимум информации при минимальных затратах времени.
В прикладном плане ЭМГ решает следующие задачи:
1. Научно-исследовательские.
2. Диагностические.
3. Прогностические.
4.Контроль эффективности лечения.
Основными целями ЭМГ как метода функциональной диагностики являются:
1. Выявление уровня поражения нервно-мышечного аппарата.
2. Определение топики поражения и распространенности процесса.
3. Определение характера поражения.
4. Определение степени выраженности патологического процесса.
ЭМГ (ЭНМГ) - полимодальный метод исследования, включающий в себя большое количество методик. По способу получения данных, характеру исследования и методам обработки данных в ЭМГ выделяют следующие методики обследования:
1. Интерференционная поверхностная ЭМГ.
2. Стимуляционная ЭМГ.
• Исследование М-ответа и скорости распространения волны по моторным волокнам (СРВм).
• Исследование потенциала действия нерва и скорости распространения волны по сенсорным волокнам (СРВс).
• Исследование поздних нейрографических феноменов (F-волна, Н-рефлекс, А-волна).
• Исследование мигательного рефлекса.
3. Ритмическая стимуляция и определение надежности нервномышечной передачи (декремент-тест)
4. Игольчатая ЭМГ.
• Исследование потенциалов двигательных единиц (ПДЕ).
• Исследование интерференционной кривой с анализом по Виллисону.
5. Магнитная стимуляция.
• Исследование центрального времени моторного проведения.
• Исследование М-ответа и СГВм по глубоко расположенным нервным стволам.
Исходя из вышесказанного, можно дать следующее определение данного метода функциональной диагностики.
ЭМГ (ЭНМГ) - это комплекс методов оценки функционального состояния нервно-мышечной системы, основанный на регистрации и качественно - количественном анализе различных видов электрической активности нервов и мышц.
Это определение, на наш взгляд, стирает различия между ЭМГ и ЭНМГ, которые до сих пор прослеживаются в литературе.
3.2
Методики обследования, применяемые в электромиографии
Интерференционная поверхностная ЭМГ - методика основана на регистрации биоэлектрической активности мышц с помощью поверхностных (накожных) электродов. При данной методике проводится регистрация произвольной (спонтанной) активности мышц поверхностными электродами.
Если межэлектродное расстояние небольшое, потенциал отводится от определенного (ограниченного) участка мышцы. Общий объем ДЕ захватить практически невозможно, даже для мелких мышц кисти, не говоря уже о крупных мышцах или мышцах, имеющих сложное строение. Это определяется не только способом отведения, но и неспособностью пациента напрячь мышцу настолько, чтобы получить интерференционную активность всех мышечных волокон. Следовательно, в любом случае мы не имеем той самой "глобальности" (или "суммарности") электромиографического ответа мышцы при произвольном мышечном сокращении.
При достаточно большом межэлектродном расстоянии необходимо учитывать, что в случае установки активною электрода на моторную точку мышцы мы регистрируем ЭМГ со всего мышечного массива. Часть потенциалов фиксируется непосредственно с данной мышцы, часть соседних, прилегающих мышц. Особенно это актуально при регистрации ЭМГ с многослойных мышечных групп (предплечье, бедро). В этом случае мы можем назвать зафиксированную активность "глобальной" (или "суммарной") применительно к исследуемой мышечной группе, указывая на то, что мы исследовали в целом возможность данной мышечной группы к сокращению.
Стимуляционная ЭМГ основана на анализе вызванных электрических ответов мышцы, полученных путем прямой или непрямой электрической стимуляции периферического нерва. Данная методика является наиболее распространенной, поскольку позволяет:
1) оценивать состояние нерва на разных его участках;
2) судить о характере поражения нерва (аксональное, демиелинизирующее);
3) выявит степень поражения нерва;
4) определять состояние терминален аксонов;
5) оценивать состояние самой мышцы.
Ритмическая стимуляция является одним из методов ЭМГ, который применяется для определения надежности нервно-мышечной передачи.
Методика проведения исследования следующая. На тестируемые мышцы накладывают электроды, как для исследования М-ответа, и воздействуют на нерв в дистальной точке ритмическими супрамаксимальными стимулами разной частоты длительностью 0.2 мс. В зависимости от поставленной задачи серии стимулов могут повторяться. Для получения точного и достоверного результата необходимо исключить смещение отводящего электрода вследствие сокращения мышцы (зафиксировать конечность, палец), закрепить стимулирующий электрод.
Игольчатая ЭМГ - выделение этой методики правомочно не столько по признаку использования соответствующих отводящих электродов, сколько по принципиально иному характеру и диагностической ценности получаемой информации.
Игольчатые электроды бывают концентрическими, моно- и биполярными, в ряде случаев используются так называемые мультиэлектроды.
Метод магнитной стимуляции можно отнести к стимуляционным методикам ЭМГ. Но в связи с особенностью стимулирующего воздействия данный метод занимает особое положение. При более широком рассмотрении это определяемся не только использованием в качестве стимула магнитного потока, но и новыми его возможностями. Впервые воздействие электромагнитного поля на структуры нервной системы применил врач и физик A.D'Arsonval (1896). Использование магнитного потока для стимуляции периферических и центральных отделов нервной системы стало возможным после создания первого коммерческого магнитного стимулятора (Barker А.Т. et al., 1985). После ряда исследований возможностей метода магнитная стимуляция получила реальное клиническое применение.
Магнитная стимуляция значительно отличается от электрической. Основой данного отличия является способность интенсивного магнитного потока вызывать электрический ток в проводящих тканях. В нервной системе основным элементом, в котором индуцируется электрический импульс при магнитной стимуляции, является самый чувствительный сегмент мотонейрона и начальные отделы аксона, которые горизонтально ориентированы параллельно индуктивной катушке стимулятора. Эта способность используется для стимуляции коры головного мозга и глубоко залегающих нервных стволов.
Метод магнитного воздействия является бесконтактным, что позволяет возбуждать глубоко залегающие ткани. Отсутствие прямого воздействия делает метод достаточно безопасным и безболезненным. Но при бесконтактном воздействии в возбуждение вовлекается большой объем тканей. Поэтому при магнитной стимуляции невозможно точечное, локальное воздействие. При стимуляции возникает возбуждение большого объема ткани, часто на расстоянии до 200 мм от места воздействия. Это касается, прежде всего, корешков спинного мозга, что необходимо учитывать при проведении исследования.
Практика показывает, что далеко не каждый врач-невролог имеет представление о разрешающей способности и диагностической ценности различных ЭМГ - методик. Это приводит к неадекватному и некорректному назначению обследования, которое часто выражается во фразе "провести ЭМГ - обследование"- В связи с этим электромиографисту часто приходится самостоятельно проводить неврологическое исследование больного для составления оптимального плана ЭМГ - обследования.
На основании опыта работы мы разделили все ЭМГ - методики по их значимости (приоритету) на две группы:
1. Значимые, выполняемые в первую очередь и несущие максимум информации для диагностики данного поражения.
2. Дополнительные, которые позволяют расширить представление о характере поражения и используются при дифференциальной диагностике.
3.3 Обзор современной аппаратуры
электромиографии
На сегодняшний день существуют различные образцы оборудования, выполняющие электромиографические обследования. Ниже приведенные функциональные возможности и особенности некоторых из них.
Электромиограф «Синапсис» ( «Нейротех» , Россия )
Четырехканальный полнофункциональный электромиограф «Синапсис» по всем своим прикладным и техническим характеристикам превосходит либо не уступает известным российским и большинству зарубежных аналогов (рис.9).
Рис. 9 Электромиограф « СИНАПСИС »
Среди основных преимуществ можно выделить следующие:
· Питание от интерфейса USB компьютера или ноутбука, что позволяет использовать электромиограф в любых условиях, даже там, где нет источника 220 В;
· Использование 24-х битного АЦП, что позволяет различать компоненты сигнала в диапазоне амплитуд от 0,1 мкВ до 200 мВ;
· Полоса пропускания от 0 до 10 000 Гц при частоте дискретизации 40 000 отсчетов в секунду по каждому каналу, что является важнейшим показателем высококачественной регистрации электромиограммы;
· 32 разряда данных на каждый цифровой отсчет – соответствие последним техническим достижениям микропроцессорной техники;
· Контроль качества наложения электродов в реальном времени;
· Полное цифровое управление всеми параметрами прибора;
· Небольшие габариты;
· Встроенные блоки управления всеми видами стимуляции;
· Широкий спектр медицинских методик, позволяющих выполнить как стандартный, так и углубленный электромиографический анализ, зарегистрировать вызванные потенциалы всех модальностей, а также провести ряд стоматологических исследований, необходимых для изучения биоэлектрической активности мышц и нервов лица.
Электромиограф (ЭМГ) NIHON KOHDEN
Точная диагностика неврогенных и первично-мышечных заболеваний. Изучение функционального состояния мышцы, степени ее вовлеченности в процесс сохранности иннервации или определение объема реиннервации, - являются основными вопросами, решаемыми при проведении электромиографического исследования.
ЭМГшироко используется:
· для проведения дифференциальной диагностики между неврогенными и первично-мышечными заболеваниями;
· способствует их ранней диагностике;
· позволяет решать вопросы, касающиеся патогенеза отдельных форм нервно-мышечных заболеваний;
· судить о ходе денервационно-реиннервационного процесса в мышцах в условиях формирования компенсаторной иннервации;
· позволяет очень точно проследить все этапы развития и степень выраженности денервационного синдрома в мышце.
Нарушения нервномышечной передачи лежат в основе относительно небольшого числа различных патологических состояний. Вместе с тем, актуальность диагностики различных вариантов патологии мышц, обусловленных нарушением передачи возбуждения с нерва на мышцу, все более очевидна в связи с возрастающей эффективностью терапевтических вмешательств и необходимостью дифференцированного назначения различных форм терапии.
Столь точное заключение об уровне поражения аксона даетэлектромиография.Т.е, дает возможность поставить точный топический диагноз. В этих случаях необходимо так составить план обследования больного, чтобы решить, имеется ли у данного больного поражение корешка, сплетения или определенного периферического нерва, указать точную локализацию поражения и степень повреждения функции.
Для проведения точной диагностики неврогенных и первично-мышечных заболеваний требуетсявысококачественноесовременноеэлектромиографическоеоборудование, способное облегчить и упростить процесс проведения обследования и избавить врача от рутинных исследований и долговременного анализа данных.
Сегодня компанияMS Westfalia -официальный дистрибьютор нейрофизиологического оборудования Nihon Kohden (Япония).
Одна из лучших моделейсовременных японских электромиографов -
Neuropack 9402/9404 (рис.10).
Рис. 10. ЭлектромиографNeuropack 9402/9404
Особенности:
· 2-х или 4-х канальная система исследования ЭМГ, нейрографии, вызванных потенциалов.
· Возможность выбора комплектации на базе стационарного компьютера (Intel Pentium) или на базе ноутбука последнего поколения.
· Возможность исследования и анализа ЭЭГ по 32 каналам (опция).
· Системная программа с изменяемой меню-структурой, функция редактора миограммы, распечатка активной страницы или отчёта по миограмме.
· Пакет миографических программ со свободной или триггерной записью, функцией усреднения кривых и автоматического измерения пиковых значений.
· “Автономная нервная система” - микронейрографическое отведение симпатических нервов с анализом кожного рефлекса и R-R-интервалов.
· “Воспроизведение” - полный пакет программ рабочего места для постановки диагноза по архивированным миограммам.
ВЫВОДЫ
Рассмотренные методы исследования электрограмм позволяют диагностировать работу органов или тканей не инвазивным способом. При этом отличаются простотой снятия данных, и за короткий период времени осуществляется относительно точная диагностика, что значительно облегчает врачу постановку заключительного диагноза. Наиболее широкое применение в медицине получили следующие электрограммы:
– электрокардиограмма (исследование сердца);
– электроэнцефалограмма (исследования головного мозга);
– электромиограмма (исследование мышц);
Электрокардиограмма (ЭКГ) является важнейшим и часто незаменимым методом диагностики. Она позволяет быстро и безболезненно оценить работу сердца. Но в данном случае, быстрота является недостатком т.к., во время обследования не всегда можно зафиксировать некоторые сердечные нарушения. Во избежание этого используют расширенные возможности ЭКГ (функциональные пробы, мониторирование ЭКГ по Холтеру). Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) позволяет не только проводить диагностику головного мозга, но и помогает оценить эффективность проводимого лечения. ЭЭГ фактически реагирует на любые внешние воздействия, лежащие выше порога ощущения, поэтому для правильности получения результатов это учитывают и проводят стандартные для ЭЭГ функциональные нагрузки.
Электромиограмма (ЭМГ) несколько необычный метод, т.к., включает в себя большое количество методик. Из-за этого нередко бывает использованным некорректно. Однако при правильном использовании способен определить заболевание на ранней стадии. На сегодняшний день разработаны и совершенствуются электромиографы, которые в значительной мере облегчают проведение исследование и уменьшают рутинную работу подсчетов врачам.
ЛИТЕРАТУР
А
1. Мурашко В.В., Струтынский А.В.: - Электрокардиография - Москва: «МВДпресс-информ».-2007. - 320 с.
2. Сайт "Отделение сердечной хирургии вспомогательного кровообращения" (www.kardio.ru)
3. Сайт предприятие ПАРАМЕД (www.paramed.com.ua)
4. Зенков Л.Р., Клиническая электроэнцефалография – Москва: «МЕДпресс-информ».-2004. - 368 с.
5. Чебаненко А.П., Учебное пособие для студентов физического факультета отделения "Медицинская физика", Прикладная термо- и электродинамика в медицине – Одесса.- 2008. – 91с.
6. Сайт "Сервер медоборудования" (www.medcom.ru)
7. Сайт "Научно-медицинская фирма НЕЙРОТЕХ" (neurotech.ru)
8. Николаев С.Г., Практикум по клинической миографии.- Иваново.-2003.- 264 с.