СПОСОБ СИСТЕМНОЙ ОЦЕНКИ ДИНАМИКИ ЖИДКОСТИ И КРОВИ Российский патент 2008 года по МПК A61B5/05 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам функциональной диагностики заболеваний, связанных с нарушениями сердечно-сосудистой системы и ее водного баланса. Методика оценки перераспределения жидкости и крови различных регионов может быть использована для контроля состояния пациента и выработки тактики лечения в условиях реанимации или в кабинетах функциональной диагностики.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны способы и устройства (реоплетизмографы и биоимпедансметры) позволяющие измерять соответственно, импеданс, его медленные и пульсовые изменения, обусловленные водно-электролитным составом различных участков тела человека и количеством крови, циркулирующей или депонированной в сосудистом русле, а также пульсовой кровоток. Измерение импеданса производится в различных участках тела, например части руки, ноги или грудной клетки, с участков, заключенных непосредственно между электродами. При тетраполярном методе измерения, для каждого сегмента требуется поверхностное наложение 4-х электродов, что весьма затруднительно, при проведении обследования, например, головы, конечностей и торсионных регионов.

Из уровня техники известен способ определения нарушения водного баланса внеклеточной жидкости туловища по патенту РФ №2273452, включающий измерение геометрического размера тела, электрического импеданса рук туловища и ног при их зондировании током низкой частоты посредством токовых и потенциальных электродов, наложенных на дистальные части конечностей, определение внеклеточного объема жидкости частей туловища. Дополнительно накладывают токовые электроды на левую и правую части шеи, последовательно пропускают зондирующие токи между электродами одноименных сторон шеи и ног и измеряют суммарный импеданс правой части туловища и правой ноги, а также левой части туловища и левой ноги. Определяют по приведенному равенству импеданс туловища, при пропускании зондирующего тока между руками измеряют совместный импеданс рук и торакальной части. Определяют импеданс для торакальной части туловища, объем внеклеточной жидкости абдоминальной части туловища определяют в виде разницы между объемами туловища и торакальной части туловища, причем в качестве геометрического размера тела при вычислении объема туловища используют расстояние от плоскости, проходящей через верхнюю поверхность плеча до середины лучезапястного сустава при руке, расположенной вдоль туловища, о нарушении водного баланса внеклеточной жидкости туловища судят при несоответствии величины отношения объемов внеклеточной жидкости абдоминальной части туловища к объему торакальной части туловища значению для мужчин 1,77±0,05, а для женщин 1,78±0,06.

В патенте РФ№2251387 раскрыт способ биоимпедансного определения объемов жидкости тела, заключающийся в измерении геометрического размера тела и электрического импеданса рук, туловища и ног при их зондировании током низкой и высокой частот посредством токовых и потенциальных электродов, наложенных на дистальные части конечностей, и определении на основании полученных результатов измерений внеклеточного, клеточного и общего объемов жидкости в руках, туловище и ногах. Дополнительно накладывают токовые электроды на левую и правую части шеи и потенциальные электроды на дистальные части бедер, измерение импеданса туловища осуществляют путем последовательного измерения импеданса его правой и левой частей при прохождении зондирующего тока между электродами одноименных сторон шеи и ног и находят, импеданс ног определяют путем измерения импеданса бедер и голеней. При определении объемов жидкости в туловище и ногах используют измеренные значения, причем в качестве геометрического размера тела используют расстояние от плоскости, проходящей через верхнюю поверхность плеча до середины лучезапястного сустава при руке, расположенной вдоль туловища.

Известен, кроме того, способ определения объема жидкостных секторов организма по патенту РФ №2093069. Способ осуществляется путем накладывания электродов на тело и пропускания зондирующих токов низкой и высокой частоты с последующим измерением импенданса. Попарно соединенные между собой электроды накладывают на кожу верхних и нижних конечностей пациента, измеряют первый импеданс при пропускании через тело зондирующего тока частотой 20-40 кГц и второй импенданс при пропускании зондирующего тока частотой 400-800 кГц, учитывают удельное сопротивление плазмы крови, а также рост пациента и с помощью первого импенданса рассчитывают объем внеклеточной жидкости, а второго объем внутриклеточной жидкости, по сумме названных двух объемов определяют объем общей жидкости в организме.

Наиболее близким по своей сущности аналогом является "Способ региональной биоимпедансметрии и устройство для его осуществления", по заявке РСТ WO 97/40743.

Этот способ заключается в том, что на конечности тела человека (запястья рук и щиколотки ног) накладывают токовые и потенциальные электроды, подают зондирующий переменный ток, измеряют импеданс, и по его величине определяют "физиологические параметры" исследуемого региона.

Известный способ позволяет измерять импедансы целых регионов, без наложения электродов, опоясывающих, например, шею, грудь, и другие области, недоступные для непосредственного наложения электродов, например для плеч или нижней, т.е. абдоминальной части торса.

По известному методу производится частичное измерение импедансов внутри разветвленного объекта, каким является тело человека. Измерение импеданса производится в областях, расположенных между электродами, установленными только на конечностях пациента. Например, при подключении генератора тока к левой руке и левой ноге, а измерителя высокочастотных потенциалов к правой руке и правой ноге, измеряется импеданс только общей, абдоминальной части торса, от уровня груди, ниже мечевидного отростка, до паховой промежности.

Однако в ближайшем аналоге путем подключений токовой и потенциальной цепи к соответствующим электродам возможны измерения импедансов только 5-ти регионов. Это абдоминальный регион руки и ноги с примыкающей к каждой из них частью абдоминального региона.

Таким образом, ближайший аналог не обеспечивает непосредственное измерение импеданса каждой конечности, например рук, от кисти до подмышечной впадины или ног от щиколотки до паха, головы, торса, центра и других регионов, составляющих все тело человека. В замкнутом объеме тела человека между регионами происходит распределение и перемещение десятков литров жидкости, а также более 5-ти литров крови, выбрасываемой сердцем, оценить которое известным способом принципиально невозможно.

Недостатком известного способа, во-первых, является невозможность точной локализации областей измерения импедансов регионов, в сумме составляющих 100% объема тела пациента, в частности торсовых регионов, торакального, аортального и абдоминального.

Во-вторых, невозможность оценки динамики объемов жидкости и крови в абсолютных или удельных единицах объема - в миллилитрах, т.к. в известном способе оценка производится в омах (с целью проведения разночастотного, т.е. дисперсионного анализа).

Третьим недостатком является невозможность оценки перераспределения пульсового периферического кровотока тела человека между регионами (также в единицах объема - в миллилитрах в минуту).

Четвертым недостатком является невозможность системной оценки периферической гемодинамики во всех регионах тела, относительно центральной гемодинамики, обеспечивающей необходимое кровоснабжение периферии.

Измерение таких параметров центральной гемодинамики, как сердечный выброс СВ и минутный объем кровообращения МОК, обеспечивают способ и устройство, раскрытые в патенте США №3340867. По известному способу производят измерение СВ, с опоясыващих металлизированных электродов, установленных на уровне 5-го шейного позвонка (1-й токовый), 7-го шейного позвонка (1-й потенциальный), мечевидного отростка грудины (2-й потенциальный) и пояса (2-й токовый). Между потенциальными электродами измеряют импеданс - Z (Ом), регистрируют реограмму - ΔZ(t), дополнительно регистрируют диффреограмму - dZ/dt, т.е. 1-ю производную реограммы, измеряют ее максимальную амплитуду - Ad (Ом/с) и время изгнания крови из сердца - Ti, до 2-го тона фонокардиограммы ФКГ, затем измеряют расстояние между потенциальными электродами - L (см), удельное сопротивление крови - р (Ом·см) и производят расчет величины СВ по формуле:

Недостатки этого метода измерения СВ следующие. Область измерения ограничена частью грудной клетки, так называемым трансторакальным регионом, захватывающим легкие. Как следует из Фиг.5 и 6 вышеуказанного патента, в область измерения также попадает значительная часть малого круга кровообращения.

Таким образом, локализация области измерения не ограничивается только большим кругом кровообращения. Также следует отметить, что наложение опоясывающих металлических электродов (2-х на шею и 2-х на грудь и пояс) весьма дискомфортно для пациента и при измерении возникают существенные артефакты, т.к. электроды врезаются в тело при дыхании (особенно форсированном) или, провисая на выдохе, влияют на величину измеряемого импеданса. При расчете амплитуды реограммы здесь используется линейная апроксимация восходящей части реограммы (Фиг.2. описания) от начала до конца времени изгнания (или апроксимируется произведением ΔZ=Ad·Ti, т.е. прямоугольником), что приводит к существенным погрешностям метода.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу изобретения поставлена задача устранения недостатков вышеуказанных способов путем разработки способа "системной" оценки перераспределения жидкости и кровотока во всех регионах тела пациента.

Технический результат, достигаемый в результате использования заявленного изобретения, заключается в обеспечении возможности оценки количественного перераспределения жидкости и кровотока по регионам как по величине, так и по направлению.

Технический результат достигается за счет того, что в способе системной оценки динамики жидкости и крови в организме, заключающейся в том, что на конечности тела человека накладывают токовые и потенциальные электроды, подают зондирующий переменный ток, измеряют импеданс, и по его величине определяют физиологические параметры исследуемого региона,

дополнительно накладывают электроды на голову пациента, поочередно к электродам, расположенным на голове Е, правой руке R, левой руке L, левой ноге F и правой ноге N, подключают генератор - к токовым электродам, а измеритель напряжения - к потенциальным электродам в следующей совокупности биоимпедансных отведений:

ES - для головы, генератор в цепи - ER, измеритель напряжения в цепи - EL,

RS - для правой руки, генератор в цепи - ER, измеритель - RN,

LS - для левой руки, генератор в цепи - EL, измеритель - LF,

FP - для левой ноги, генератора в цепи - FL, измеритель - FN,

NP - для правой ноги, генератор в цепи - RN, измеритель - FN,

AR - для абдоминального региона, генератор в цепи - RN, измеритель - LF,

ЕР - для головы и торса, генератор в цепи - EN, измеритель - EF,

RL - для рук и аортального (верхнего грудного) региона, генератор в цепи - RL, измеритель напряжения в цепи - RL,

измеряют импедансы восьми регионов Z(ES), Z(RS), Z(LS), Z(FP), Z(NP), Z(AR), Z(EP), Z(RL), регистрируют их медленные и пульсовые изменения ΔZ(ES), ΔZ(RS), ΔZ(LS), ΔZ(FP), ΔZ(NP), ΔZ(AR), ΔZ(EP), ΔZ(RL), затем производят суперпозиционный расчет импеданса всего торса от шеи - S до паховой области - Р по формуле Z(TR)=Z(EP) - Z(ES), и медленных или пульсовых изменений импеданса всего торса по формуле ΔZ(TR)=ΔZ(EP)-ΔZ(ES),

производят суперпозиционный расчет импеданса торакального региона от шеи до уровня мечевидного отростка - М грудной клетки путем вычитания из импеданса региона головы и торса импедансов области головы и абдоминального региона по формуле Z(CR)=Z(EP)-Z(ES)-Z(AR), и медленных или пульсовых изменений импеданса торакального региона ΔZ(CR)=ΔZ(EP)-ΔZ(ES)-ΔZ(AR),

после чего по величинам Z(n) и ΔZ(n), производят расчет динамики жидкости и крови ДЖК, для каждого "n"-го региона, по соотношению:

где k (n) - морфологический коэффициент "n"-го региона, a ΔZ(n) - величина медленных изменений импеданса "n"-го региона,

- затем производят оценку величины и направленности динамики жидкости и крови.

Технический результата усиливается за счет того, что оценку величины динамики жидкости и крови проводят в удельных объемных показателях - миллилитрах в 100 граммах ткани для всего тела человека, состоящего из 7-ми регионов.

Для всех периферических регионов, кроме аортального, производят измерение площадей - Sr под реограммами, т.е. пульсовыми изменениями импеданса - ΔZ(t), за время полного сердечного цикла - Тс, по соотношению:

- затем производят расчет объемного удельного кровотока УК(n) для каждого "n"-го региона, по соотношению:

где ЧСС - частота сердечных сокращений сердца,

после чего производят оценку степени и направленности динамики перераспределения удельного кровотока УК для всех периферических регионов и для всего тела, в удельных объемных показателях.

Кроме того, дополнительно производят суперпозиционный расчет импеданса аортального региона BR верхней части грудной клетки, на уровне подмышечной линии от правой до левой руки, Z(BR)=Z(RL)-Z(RS)-Z(LS),

в отведениях RL, RS, LS, производят измерение площадей - Si под реограммами, за время сердечного выброса крови из сердца - Ti, производят суперпозиционный расчет пульсовых изменений импеданса аортального региона Sd(BR)=Si(RL)-Si(RS)-Si(LS),

производят расчет удельного кровотока аортального региона - УК(BR), по соотношению:

затем рассчитывают геометрический объем аортальной области измерения сердечного выброса:

где Kv - масштабный коэффициент эффективной части области измерения, А - расстояние между шеей и мечевидным отростком (см), В - расстояние между подмышечными впадинами (см), С - расстояние между передней и задней поверхностью груди на уровне подмышечной линии (см),

затем определяют абсолютную величину кровотока аортальной области, т.е. сердечного выброса - СВ, в миллилитрах:

а также минутный объем большого круга кровообращения - МОК, в литрах в минуту:

после чего производят системную оценку центральной гемодинамики, обеспечивающей кровоснабжение 7-ми периферических регионов и всего организма человека.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения будет более понятна из последующего описания со ссылками на позиции чертежей, где:

на фиг.1 представлена схема (модель) обследуемого пациента, на которой указаны места расположения электродов, их обозначение и подключение к токовым (EI, RI, LI, FI, NI) и потенциальным (EU, RU, LU, FU, NU) цепям (электродам); характерные анатомические точки на торсе (S, М, Р); обозначения всех вышеуказанных регионов (ES, RS, LS, FP, NP, AR, CR, BR), для периферии и торса; - на границе областей жирной линией указаны "виртуальные" электроды,

на фиг.2 представлен пример нахождения площадей реограммы Sr, за сердечный цикл Те, при определении периферического кровотока, - Si, за время изгнания Ti, при определении сердечного выброса крови, показаны: интеграл реограммы, реограмма и диффреограмма,

на фиг.3 представлена область измерения сердечного выброса, с интегральной чувствительностью ˜88%, определенная на модели человека (а), и изображение аортальной области на рисунке сердечно-сосудистой системы,

на фиг.4 представлено распределение чувствительности (а) и 4 уровня равной чувствительности (б), на модели человека, (к локальным изменениям импеданса) внутри аортальной области грудной клетки - BR,

на фиг.5-10 представлены примеры других регионов, используемых в способе:

на фиг.5 а, б для отведения - RS, правая рука,

на фиг.6 а, б для отведения - NP, правая нога,

на фиг.7 а, б для отведения - ES, голова,

на фиг.8 а, б для отведения - AR, абдоминальный регион,

на фиг.9 а, б для отведения - RL, правая рука, левая рука и расположенная между ними аортальная область,

на фиг.10 а, б для измерения сердечного выброса по патенту США №3340867, а

на фиг.11 представлен макет прибора "Анализатор гемодинамики АГИ-01 МЕДАСС".

Раскрытие изобретения

Оценку перераспределения жидкости, а также циркулирующей и депонированной крови во всех регионах, из которых состоит тело человека, причем представленную в объемных показателях, можно считать системной. Организм рассматривается как единая система, в которой пульсирует артериальная кровь, перемещается интерстециальная жидкость и венозная кровь, а периферическое кровоснабжение всех регионов обусловлено параметрами центральной гемодинамики.

Устранение указанных недостатков в настоящем изобретении достигается следующим:

а) обеспечением точной локализации, т.е. разграничением всего организма на 8 основных периферических и торсовых областей измерения (включая аортальный);

б) обеспечением возможности и повышением точности оценки перемещений региональных объемов жидкости и крови тела пациента в количественных единицах объема, а не в единицах электрического сопротивления;

в) обеспечением возможности оценки динамики пульсового кровотока, причем во всем теле и его периферических регионах;

г) обеспечением возможности оценки параметров центральной гемодинамики - сердечного выброса и минутного объема крови, причем в единой системе измерений и при единой электродной системе.

Следует отметить, что для обозначения мест наложения электродов принята система, используемая в кардиографии: правая рука - R, левая рука - L, левая нога - F, правая нога - N, голова - Е (Фиг.1).

Принятые характерные анатомические точки на торсе: S - уровень границы шеи и груди (яремная ямка), М - уровень мечевидного отростка грудины, Р - уровень паховой промежности и Е - уровень лобной или височной доли головы.

Аналогично электрокардиографическим "отведениям" биоимпедансные (реографические) отведения также определяют область измерения (т.е. регион). Например, для измерения импеданса правой руки может использоваться отведение - RS (RE/RN), где токовая цепь подключена к электродам на правой руке (R) и голове (Е), т.е. - RE, а потенциальная к электродам на правой руке (R) и правой ноге (N), т.е. - RN. Общая часть для обеих цепей это правая рука (R), в направлении шеи (S), т.е. "отведение - RS (RE/RN)".

Первым существенным отличием способа является локализация регионов. Методы комбинаторики показывают, что с 5-ти пар электродов возможно осуществить измерение более, чем в 120 отведениях, из которых необходимы, для решения поставленной задачи только - 8. Это 5 периферических регионов: руки, ноги и голова и 3 торсовых региона: торакальный, аортальный, абдоминальный регионы и весь торс.

Следует отметить, что локализация, например, области правой руки может быть обеспечена в различных отведениях. Когда общий участок для токовой и потенциальной цепи является в основном рукой, от кисти до подмышечной впадины, то в районе соединения с торсом граница области измерения будет меняться и захватывать часть грудной - торакальной области: RS_1(RE/RL); RS_2(RE/RF); RS_3(RE/RN); RS_4(RL/RF); RS_5(RL/RN).

Математическое моделирование распределения полей от токовых и потенциальных цепей в биообъекте и чувствительности к изменениям импеданса внутри региона и на его границе позволило разграничить периферические и связанный с ними торсовый регион так, что в сумме проводится измерение всего тела человека.

Причем это условие обеспечивается при единственной совокупности отведений, т.е. подключений токовых и потенциальных цепей к соответствующим электродам. Достигнутый результат, фактически, обеспечивается тем, что на границе 6-ти регионов созданы 6 внутренних, дополнительных, "виртуальных" электродов (Фиг.1).

Реализация способа включает несколько этапов.

(1) Первый этап производится следующим образом.

На конечности пациента попарно накладывают токовые - I и потенциальные - U электроды: на голову - EI и EU, на правую руку - RI и RU, на левую руку - LI и LU на левую ногу - FI и FU, на правую ногу - N1 и NU (Фиг.1).

Затем поочередно подключают генератор тока и измеритель потенциалов, обеспечивая измерение импеданса в необходимых биоимпедансных (реографических) отведениях.

Измерение импедансов - Z в 5-ти основных периферических регионах производится в следующих отведениях:

- для головы, в отведении - ES (ER/EL), от шеи до лобной области, измеряют импеданс - Z(ES),

- для правой руки - RS(ER/RN), от кисти до подмышечной, измеряют импеданс - 7(К8),

- для левой руки - LS (EL/LF), от кисти до подмышечной, измеряют импеданс - Z(LS),

- для левой ноги - FP (FL/FN), от стопы до паховой области, измеряют импеданс - Z(FP),

- для правой ноги - NP (RN/NF), от стопы до паховой области, измеряют импеданс - Z(NP).

Дополнительно производится измерение импедансов - Z, в следующих отведениях:

- для абдоминального региона - AR(RN/LF), от уровня мечевидного отростка - М, до паховой промежности - Р, измеряют импеданс - Z(AR);

- для головы и торса - ЕР (EN/EF), от лобной области головы - Е, до паховой промежности - Р, измеряют импеданс - Z(EP);

- для рук (RL), с аортальным регионом (BR), т.е. в отведении - RL(RL/RL), измеряют импеданс - Z(RL), от левой - R, до правой - L руки и заключенный между ними участок верхней части грудной клетки - BR.

Одновременно с измерением импедансов - Z, вышеуказанных регионов, производят регистрацию медленных и пульсовых - AZ(t) изменений импеданса, т.е. реограмм - AZ(ES), AZ(RS), AZ(LS), AZ(FP), AZ(NP), AZ(AR), AZ(EP), AZ(RL).

Локализация области измерения всего торса - TR и торакального региона - CR, обеспечивается методом суперпозиционного сложения. Моделирование показало, что для выбранных отведений границы измеряемых регионов не захватывают соседние, и подтвердило корректность вычитания импедансов Z соседних регионов в вышеуказанной совокупности, а также их изменений AZ, т.е. чувствительности к локальным изменениям импедансов (Фиг.5-10).

Для локализации области измерения всего торса - TR, от шеи - S до паха - Р, производят суперпозиционный расчет величины импеданса Z(TR) по соотношению Z(TR)=Z(EP)-Z(ES), т.е. из региона - ЕР (голова и весь торс), вычитают импеданс головы - ES. Аналогично рассчитывается величина изменений импеданса ΔZ(TR)=ΔZ(EP)-ΔZ(ES).

Для локализации области измерения всего торакального (грудного) региона - CR, от шеи - S до мечевидного отростка груди - М, производят суперпозиционный расчет величины импеданса Z(CR) по соотношению: Z(CR)=Z(EP)-Z(ES)-Z(AR), т.е. из региона - EP (голова и весь торс), вычитают импеданс головы - ES и абдоминального региона - AR. Аналогично расчитывается величина изменений импеданса ΔZ(CR)=ΔZ(EP)-ΔZ(ES)-ΔZ(AR).

Следует заметить, что только аортальный регион, расположенный внутри торакального, относится к области центральной гемодинамики, т.е. не относится к периферическим.

Таким образом предлагаемый способ обеспечивает возможность измерений импедансов всех регионов, составляющих организм: 1.Z(ES); 2.Z(RS); 3.Z(LS); 4.Z(FP); 5.Z(NP); 6.Z(TR); 7.Z(AR); 8.Z(CR), а также регистрацию их медленных (плетизмограмм) и пульсовых изменений (реограмм): 1. ΔZ(ES), 2. ΔZ(RS), 3. ΔZ(LS), 4. ΔZ(FP), 5. ΔZ(NP), 6. ΔZ(EP), 7. ΔZ(AR), 8. ΔZ(CR).

Однако решение задачи точной локализации регионов и оптимального их выбора недостаточно для реализации поставленной цели - системной оценки перераспределения жидкости и крови внутри замкнутого объема тела человека.

Вторым существенным отличием способа является оценка динамики региональных объемов жидкости и крови в удельных единицах объема, т.е. в миллилитрах объема жидкости и крови, в 100 граммах ткани.

Основное уравнение зависимости импеданса - Z и его изменений - ΔZ(t), от изменения объема жидкости или крови - ΔV(t), в области измерения с объемом - V, следующее:

.

Определить геометрические объемы регионов - V теоретически возможно, но с большими погрешностями, т.к. необходимо точное измерение, например, суммы поперечных сечений по всей длине руки, торса или головы. Соответственно неточным будет определение изменений этих объемов в абсолютных единицах - миллилитрах (кубических сантиметрах).

Вне зависимости от объема региона и его формы формальное деление на его величину - V, т.е. приведение к 1 грамму тканей и традиционное умножение на 100 грамм ткани, для удобной оценки, позволяет нормировать происходящие в нем изменения - ΔV и представлять их в виде изменения "удельного объема".

Тогда динамика жидкости и крови - ДЖК может быть измерена в удельных показателях объема - миллилитрах в 100 граммах ткани: ДЖК=100·ΔZ/Z.

Таким образом, если нет возможности точно измерять абсолютный объем региона в статике, то есть возможность оценивать изменения съемного притока жидкости и крови в динамике, например, за время функциональных воздействий (ортостатических, фармакологических, физиотерапевтических и т.д.).

Этот прием позволяет проводить расчет динамики жидкости и венозной крови - ДЖК для всех регионов, по медленным изменениям импеданса:

где: ΔZ (n) - медленные изменения импеданса во время обследования;

k (n) - морфологический коэффициент "n"-го региона, зависящий от морфологических и анизотропных свойств различных областей измерения. Например, более электропроводные кровеносные сосуды руки расположены по линиям распространения тока, а в торакальном регионе сосуды расположенных в разных направлениях (Фиг.3).

(2) Второй этап. После измерений и расчетов импедансов - Z(n) всех регионов и их изменений - ΔZ(n), заключается в том, что производят расчет динамики жидкости и крови - ДЖК, в миллилитрах на 100 грамм ткани, по соотношению (1). Далее производят оценку степени и направления перераспределения удельных объемов жидкости и крови, для всех регионов и для всего тела.

Третьим существенным отличием предлагаемого способа является возможность оценки перераспределения регионального кровотока в единой системе измерений и вне зависимости от объема и формы региона.

В отличие от медленных изменений импеданса, пульсовой кровоток расчитывается с учетом частоты сердечных сокращений - ЧСС. За величину изменения импеданса ΔZ(t), принимается не амплитуда пульсовой волны (т.е. максимальное ее значение в определенный момент времени), а площадь - Sr, под реограммой, за время полного сердечного цикла:

Площадь под реограммой характеризует суммарный кровоток за весь период сердечного цикла - Тс, как в систолический (притоковый), так и в диастолический (оттоковый) периоды пульсовой волны, когда кровь проталкивают эластичные стенки сосудов.

Расчет кровотока по площади - Sr применяют для всех периферических регионов. Расчет удельного кровотока "п"-го региона - УК(п), производится по соотношению:

где - ЧСС частота сердечных сокращений.

(3) Третий этап. Проводится после расчета динамики жидкости - ДЖК и заключается в следующем.

Производится измерение амплитуд реограмм - Sr, в соответствующих отведениях, и расчет изменений удельных объемов кровотока - УК для всех периферических регионов тела человека.

По полученным результатам производится (системная) оценка динамики жидкости - ДЖК и кровотока - УК, т.е. направленность и степень перераспределения динамики жидкости и удельного пульсового кровотока, во всех регионах тела человека, а также их отклонение от "должных величин".

Четвертым существенным отличием предлагаемого способа является повышение точности локализации области измерения сердечного выброса - СВ (аортальная область), путем ее ограничения только большим кругом кровообращения, а также повышением точности и помехозащищенности расчетов при измерении СВ.

Теоретически, область измерения, должна быть ограничена только аортой, а практически, всеми исходящими из аорты, разветвляющимися крупными сосудами, уходящими в голову, руки и нижнюю часть торса, и не должна захватывать легочную артерию и сами легкие. Реализовать такую локализацию области измерения с поверхностно расположенных на грудной клетке электродов, практически невозможно (Фиг.3).

Предлагаемый способ позволяет вводить зондирующий ток от электродов, расположенных на запястьях рук, внутрь грудной клетки, через плечи и подмышечные области, а измерение высокочастотных потенциалов проводить с электродов, установленных на голове и ногах. Это позволяет локализовать область, содержащую аорту и наиболее мощные сосуды артериального русла большого круга, расположенную в верхней части грудной клетки (выше желудочков сердца) и называемую аортальным регионом - BR (Фиг.3).

В отличие от кровотока периферических регионов и всей торакальной области, включающей значительную часть легких, приток крови из сердца в большой круг кровообращения происходит только за время сердечного выброса - Ti. Поэтому для аортального региона необходимо учитывать суммарную скорость кровотока за эту часть периода реограммы, путем интегрирования, т.е. ее площадь - Si.

(4) Четвертый этап. Осуществляется после оценки динамики жидкости - ДЖК и периферического кровотока - УК и заключается в следующем.

Измеряют импедансы в 3-х отведениях - RL, RS, LS и производят суперпозиционный расчет импеданса аортального региона - BR, для верхней части грудной клетки, на уровне подмышечной линии, от правой до левой руки:

В отведениях RL, RS, LS, дополнительно производят регистрацию реограмм и определяют их площади - Si, за время сердечного выброса - Ti, по соотношению:

Затем производят суперпозиционный расчет пульсовых изменений импеданса аортального региона Si(BR)=Si(RL)-Si(RS)-Si(LS).

Также производят расчет удельного кровотока аортального региона - УК(BR), по соотношению:

Далее расчитывают геометрический объем аортальной области измерения сердечного выброса, являющийся эллипсоидом вращения:

где Kv - масштабный коэффициент эффективной части области измерения (составляющий ˜88%), А - расстояние между шеей - S и мечевидным отростком - М (см), В - расстояние между подмышечными впадинами (см), С - расстояние между передней и задней поверхностью груди на уровне подмышечной линии (см), после чего производится определение абсолютной величины кровотока аортальной области, т.е. сердечного выброса - СВ, в миллилитрах:

а также минутного объема большого круга кровообращения - МОК, в литрах в минуту:

В результате: производят оценку основной функции сердца, обеспечивающей кровоснабжение 7-ми периферических регионов; системную оценку динамики жидкости и крови человека; сопоставляют их с должными величинами; и осуществляют диагностическую (врачебную) интерпретацию результатов обследования.

Работа по предлагаемому способу заключается в наложении на пациента 5-ти двойных электродов (токовых и потенциальных), в виде стандартных "ЭКГ-клипс", на наиболее доступные и комфортные места - конечности пациента, т.е. на правую руку - R, левую руку - L, левую ногу - F, правую ногу - N и голову - Е.

Электроды подключаются к коммутатору отведений биоимпедансметра (реографа), например к изготовленному макету прибора "Анализатор гемодинамики АГИ-01 МЕДАСС" с компьютерным комплексом и программным обеспечением (Фиг.11).

Поочередно, с частотой опроса коммутатора реографических отведений (например, 1 кГц), подключают генератор тока и измеритель потенциалов к соответствующим электродам, обеспечивая режим измерения - Z и регистрацию их изменений (реограмм) - ΔZ(t) в следующих отведениях:

1. для головы - ES (ER/EL),

2. для правой руки - RS (ER/RN),

3. для левой руки - LS (EL/LF),

4. для левой ноги - FP (FL/FN),

5. для правой ноги - NP (RN/NF),

6. для абдоминального региона - AR (RN/LF),

7. для абдоминального и головы - ЕР (RN/LF),

8. для рук и аортального региона - RL (RL/RL).

В соответствии с программой формирования данных также обеспечивается, измерение сопротивлений - Z, регистрация реограмм - ΔZ(t), измерение их амплитуд - Sr и - Si, и расчет показателей - ДЖК и - УК. Расчетные данные позволяют производить диагностическую оценку нарушения гемодинамики и водного баланса у пациента. Экспериментальные исследования, проведенные на группе пациентов, показали следующие результаты.

В Таблице 1 приведен пример расчета данных пациента в положении: (1) лежа в покое, (2) стоя, (3) стоя, сразу после нагрузки и (4) через 1 минуту после нагрузки.

Таблица 1а.ОтведЭтапЧССZnSrΔДЖКУКΔУК  1/мОмОммл/100мл/100(%)1. ESЛежа - 164340,131024,6590ESСтоя - 273370,1478,129,00315ESНагрузка - 3115380,1342,640,55328ESПостнагр - 493390,1512,636,008-132. RSЛежа - 1641280,16508,250RSСтоя - 2731300,1591,58,92857,6RSНагрузка - 31151290,138-0,812,30227RSПостнагр - 4931280,151-0,810,971-123.LSЛежа - 1641330,17308,32480LSСтоя - 2731340,1630,78,87996,2LSНагрузка - 31151330,146-0,812,62430LSПостнагр - 4931320,169-0,711,907-6,04. FPЛежа - 164990,07704,97780FPСтоя - 273950,068-4,25,22534,7FPНагрузка - 3115960,0591,07,067726FPПостнагр - 493970,0611,05,8485-215. NPЛежа - 164980,07905,15920NPСтоя - 273950,071-3,25,45585,4NPНагрузка - 3115960,061,07,187524NPПостнагр - 493970,0611,05,8485-236. ARЛежа - 164180,048017,0670ARСтоя - 27317,50,037-2,815,43410ARНагрузка - 3115170,041-2,927,735-44ARПостнагр - 493160,039-6,222,66922

Таблица 1б.  ЧССZ (BR)SiСВУК(BR)МОК  1/МОмОм(мл)мл/100мл/мин7. BRЛежа - 16613,10,11571,057,94690BRСтоя - 27514,10,12672,367,05426BRНагрузка - 311713,90,11868,799,38041BRПостнагр - 49514,10,11163,774,76054V(BR)8096(мл)     

В таблице 1б величина V (BR)=8096 мл - объем аортальной области. В графах: ЧСС - частота сердечных сокращений; Zn - импеданс n-го региона; Sr - площадь под реограммой: ΔДЖК - изменение удельного объема жидкости, относительно предыдущего измерения; УК - удельный кровоток региона; ΔУК - изменение удельного кровотока, относительно предыдущего измерения; Z(BR) - импеданс аортальной области; Si - площадь под реограммой за время изгнания; СВ - сердечный выброс; МОК - минутный объем; УК(ВР) - удельный кровоток аортальной области.

Из таблицы отчетливо видна степень перераспределения жидкости и кровотока в каждом регионе, их величина и направленность. При вставании и физической нагрузке наблюдается существенное увеличение кровотока головы и увеличение жидкости в абдоминальном регионе. При нагрузке значительно растет минутный объем, но в основном за счет пульса, а в постнагрузке снижается сердечный выброс.

Полученные результаты изменения УК соответствуют литературным данным: Б.Фолков, Э.Нил. "Кровообращение", Москва, Медицина, 1976, и "Человек. Медико-биологические данные". М.: Медицина, 1977.

Изобретение относится к медицине, а именно к способам функциональной диагностики заболеваний, связанных с нарушениями сердечно-сосудистой системы и ее водного баланса. Способ заключается в том, что на конечности тела человека накладывают токовые и потенциальные электроды, подают зондирующий переменный ток, измеряют импеданс, и по его величине определяют физиологические параметры исследуемого региона. Дополнительно накладывают электроды на голову пациента, поочередно к электродам, расположенным на голове Е, правой руке R, левой руке L, левой ноге F и правой ноге N, подключают генератор - к токовым электродам, а измеритель напряжения - к потенциальным электродам в совокупности биоимпедансных отведений. Производят суперпозиционный расчет импеданса всего торса от шеи до паховой области, и медленных или пульсовых изменений импеданса всего торса, производят суперпозиционный расчет импеданса торакального региона от шеи до уровня мечевидного отростка грудной клетки путем вычитания из импеданса региона головы и торса импедансов области головы и абдоминального региона, и медленных или пульсовых изменений импеданса торакального региона, после чего производят расчет динамики жидкости и крови, для каждого региона, затем производят оценку величины и направленности динамики жидкости и крови. Способ позволяет обеспечить возможность оценки количественного перераспределения жидкости и кровотока по регионам как по величине, так и по направлению. 3 з.п. ф-лы, 11 ил., 3 табл.

1. Способ системной оценки динамики жидкости и крови в организме, заключающийся в том, что на конечности тела человека накладывают токовые и потенциальные электроды, подают зондирующий переменный ток, измеряют импеданс и по его величине определяют физиологические параметры исследуемого региона, отличающийся тем, что дополнительно накладывают электроды на голову пациента, поочередно к электродам, расположенным на голове Е, правой руке R, левой руке L, левой ноге F и правой ноге N, подключают генератор к токовым электродам, а измеритель напряжения - к потенциальным электродам в следующей совокупности биоимпедансных отведений:

ES - для головы, генератор в цепи - ER, измеритель напряжения в цепи - EL;

RS - для правой руки, генератор в цепи - ER, измеритель - RN;

LS - для левой руки, генератор в цепи - EL, измеритель - LF;

FP - для левой ноги, генератор в цепи - FL, измеритель - FN;

NP - для правой ноги, генератор в цепи - RN, измеритель - FN;

AR - для абдоминального региона, генератор в цепи - RN, измеритель - LF;

ЕР - для головы и торса, генератор в цепи - EN, измеритель - EF;

RL - для рук и аортального (верхнего грудного) региона, генератор в цепи - RL, измеритель напряжения в цепи - RL, измеряют импедансы восьми регионов Z(ES), Z(RS), Z(LS), Z(FP), Z(NP), Z(AR), Z(EP), Z(RL), регистрируют их медленные и пульсовые изменения ΔZ(ES), ΔZ(RS), ΔZ(LS), ΔZ(FP), ΔZ(NP), ΔZ(AR), ΔZ(EP), ΔZ(RL), затем, производят суперпозиционный расчет импеданса всего торса от шеи - S до паховой области - Р по формуле Z(TR)=Z(EP)-Z(ES) и медленных или пульсовых изменений импеданса всего торса по формуле ΔZ(TR)=ΔZ(EP)-ΔZ(ES), производят суперпозиционный расчет импеданса торакального региона от шеи до уровня мечевидного отростка - М грудной клетки путем вычитания из импеданса региона головы и торса импедансов области головы и абдоминального региона по формуле Z(CR)=Z(EP)-Z(ES)-Z(AR) и медленных или пульсовых изменений импеданса торакального региона ΔZ(CR)=ΔZ(EP)-ΔZ(ES)-ΔZ(AR), после чего по величинам Z(n) и ΔZ(n), производят расчет динамики жидкости и крови ДЖК для каждого "n"-го региона по соотношению

где k (n) - морфологический коэффициент "n"-го региона, a ΔZ(n) - величина медленных изменений импеданса "n"-го региона,

затем производят оценку величины и направленности динамики жидкости и крови.

затем производят расчет объемного удельного кровотока УК(п) для каждого "n"-го региона, по соотношению

где ЧСС - частота сердечных сокращений сердца,

после чего производят оценку степени и направленности динамики перераспределения удельного кровотока УК для всех периферических регионов и для всего тела.

затем рассчитывают геометрический объем аортальной области измерения сердечного выброса:

где Kv - масштабный коэффициент эффективной части области измерения, А - расстояние между шеей и мечевидным отростком (см), В - расстояние между подмышечными впадинами (см), С - расстояние между передней и задней поверхностями груди на уровне подмышечной линии (см),

затем определяют абсолютную величину кровотока аортальной области, т.е. сердечного выброса - СВ

а также минутный объем большого круга кровообращения - МОК, л/мин:

после чего производят системную оценку центральной гемодинамики, обеспечивающей кровоснабжение 7 периферических регионов и всего организма человека.