3 Компьютерная система анализа реоэнцефалограмм

1. Цель работы

Изучение компьютерной системы анализа кровенаполнения в глобальных сосудистых бассейнах головного мозга

2. Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студента

При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить общие подходы к анализу реоэнцефалограмм [3, 4].

Реоэнцефалография (РЭГ) представляет собой один из вариантов применения реографического метода исследования, который направлен на изучение гемодинамики головного мозга в норме и при патологии.

Для проведения РЭГ-исследования используют электроды, выполненные в виде металлических дисков из нержавеющей стали, закрепленных на специальных держателях. Площадь контактной поверхности такого электрода составляет около 2 см².

При проведении РЭГ на поверхность головы электроды накладываются согласно выбранной схеме отведений, в зависимости от того, какую часть сосудистого русла головного мозга предполагается исследовать. При размещении электродов крайне важно соблюдать принцип симметрии. Для изучения кровенаполнения в глобальных сосудистых бассейнах головного мозга применяют фронто-мастоидальные (FM) и окципито-мастоидальные(OM) отведения (рис. 4.1), для формирования которых РЭГ электроды фиксируются:

• фронтальный – непосредственно под tuber frontale ипсилатеральной стороны приблизительно на 1 – 1.5 см над arceus supercilliaris на расстоянии 1-1.5 см от срединной линии;

• мастоидальный – непосредственно над processus mastoideus височной кости ипсилатеральной стороны;

• окципитальный – над проекцией края foramen occipitale magnum приблизительно на расстоянии 2.5-3 см от срединной линии.

Рисунок 4.1 – Расположение электродов для съема реоэнцефалограммы

Характерные точки РЭГ показаны на рисунке 4.2,

Рисунок 4.2 – Базовые точки на РЭГ

где H – начало реографической волны (начало быстрого изгнания крови);

В – точка скачка касательной на подъеме (конец быстрого изгнания крови);

С – основная вершина – показатель пульсовых колебаний кровенаполнения тканей или интенсивности кровотока;

G – поздняя (отраженная) систолическая волна;

D – инцизура;

Е – вершина дикротического зубца.

Интервал НВ является участком быстрого систолического подъема на пульсовой кривой. Интервал HD, равный периоду изгнания крови, есть систолический участок. Интервал – диастолический участок. Точки , совпадающие по времени с зубцами R на ЭКГ, определяются при синхронной записи РЭГ и ЭКГ.

Алгоритм автоматического опознания базовых точек на реограмме учитывает закономерности распределения базовых точек по оси времени в зависимости от вида реограммы и состояния обследуемого органа.

Анализ формы кривых значительно облегчается при использовании формулы (4.1), определяющей координаты точки наибольшего отклонения на заданном временном интервале.

, (4.1)

где >0, >0, j=2,…,N;

– число, пропорциональное отклонению кривой относительно линей пересечения;

– координаты начальной и конечной точек пересечения;

а – отрезки, отсекаемые прямой на оси координат;

Координаты точки , показанной на рисунке 4.2, по физическому смыслу равны:

– дискретное время, отсчитываемое относительно точки (начало записи сигнала);

– значение отсчета дискретного сигнала.

Для учасков кривой, отсекаемых линией , справедливы соотношения:

• на подъеме , ;

• на спаде , .

При максимуме координаты принадлежат точке наибольшего отклонения, соответствующей искомому максимуму (при отклонении кривой в сторону выпуклости) или минимуму (при отклонении кривой в сторону вогнутости). При поиске максимума вычисляется величина d, максимальная по модулю среди всех , при поиске минимума – максимальная по модулю среди всех . Координаты точки экстремума можно найти по формуле (4.1) независимо от наклона кривой: на подъеме, на спаде или относительно линии, параллельной осям координат.

Границы расположения инцизуры определяется по формуле:

, (4.2)

где – время (в с.), отсчитываемое от точки Н;

Т – период ЭКГ (в с.).

На рисунке 4.3 представлены базовые точки на типовых РЭГ, подлежащих распознаванию с помощью логических правил,

где х₁, х₂ – границы поиска инцизуры И (D);

С – поздняя систолическая волна (G);

А – основная вершина (С);

Д – вершина дикротического зубца (E).

Рисунок 4.3 – Базовые точки на типовых РЭГ, подлежащие распознаванию с помощью логических правил.

Правило 1. Если в промежутке Ах₂ минимум не найден, точке а присваивается наименование базовой точки С. РЭГ имеет треугольную или сглаженную колокольную форму (рис. 4.3, а).

Правило 2. Если в промежутке Ах₂ найден один минимум, он обозначается через И. Измерить длительность . При <130 мс, максимуму а присваивается наименование точки А (рис. 4.3, г). Проверить форму вершины РЭГ – если вершина имеет наклонный плоский участок (рис. 4.3, в), точка изгиба вниз обозначается через С.

Правило 3. Если минимум - минимумы на участке спада от точки а до границы , включая точку границы, расположен до границы х₁ или на самой границы, то первый минимум b₁ после х₁ принимается за точку И (рис. 4.3, д).

Правило 4. Если минимум расположены после границы х₁, то глобальный минимум принимается за инцизуру (рис. 4.3, е).

Если имеется один максимум, совпадающий с а – применяются правила 1-4. Если 2 и более – другие правила.

Правило 5. Если после точки а до границы измерены минимумы , то первый минимум есть точка И (рис. 4.3, к).

Правило 6. Если после точки а до границы минимумов нет, то минимум предшествующий точке а, принимается за точку И (рис. 4.3, л).

3. Описание лабораторной установки

Аппаратно-программный реографический комплекс DX-NT РЕГИНА предназначен для проведения неинвазивных исследований системы кровообращения в клинических и эксперементальных условиях с целью оценки состояния центрального ипереферического кровообращения при острых и хронических нарушениях его.

Комплекс представляет собой гальванически изолированный (по электробезопастности комплекс относится к классу II, тип защиты BF по ДСТУ 3798) 4 канальный реографический измерительный модуль с индикаторным ЭКГ каналом, совмещенный с преобразователем аналоговых сигналов, с которого через интерфейс RS – 232 данные поступают в ПК. Источником энергии служит блок питания ПК.

Конструктивно комплекс выполнен в виде нескольких отдельных блоков: ПК типа IBM PC/AT, блока усилителя, интерфейсного блока, кабеля отведений и регистрирующих датчиков.

Каждый канал измерительного тракта комплекса оснащен собственным микропроцессором, с помощью которого задаются и контролируются параметры рабочих режимов генераторов зондирующего тока. Величина зондирующего тока – 2 мА. Режим работы генератора для каждого измерительного канала задается с помощью специального программного модуля, частота генерации в каждом канале может устанавливаться пользователем независимо в диапазоне 40, 80, 100 и 120 кГц.

Прибор позволяет осуществлять измерение в трех базовых режимах: режим фиксированных частот, режим переключения частот, режим сканирования частот. Чувствительность каналов измерения – 2.5, 5, 10, 20, 40 мм / 0.1 Ом. Относительная погрешность установки чувствительности – не более . Диапозон измерения постоянной составляющей резистивной нагрузки – 50-500 Ом. Диапозон измерения переменной составляющей резистивной нагрузки – 0.002-0.2 Ом. Относительная погрешность измерения величины резистивной нагрузки . Уровень внутренних шумов в измерительных каскадах, приведенный ко входу при сопротивлении нагрузки 100 Ом – не более 0.004 Ом. Скорость временной развертки – 25, 50, 100 мм/с.

Размах калибровочного сигнала в реографическом канале – 0.05 с погрешностью – не более . Потребляемая мощность – не более 300 ВА.

4. Порядок работы и методические указания по ее выполнению

1. Область предполагаемого наложения электродов протереть ватным тампоном, обильно смоченным очищающим раствором после чего место наложения электродов насухо вытереть.

2. Для достижения хорошего электрического контакта между электродами и поверхностью кожи перед началом исследования нанести на них специальный электропроводный гель.

3. С помощью набора проводников электроды подключить к РЭГ-кабелю после установки их на обследуемого согласно выбранной схеме отведений. Подключение электродных кабелей к РЭГ-электродам произвести согласно цветовой и буквенной маркировке:

• красным цветом обозначены кабели для подключения правосторонних электродов, желтым – левосторонних.

• буквы Fd, Md, Od – использованы для обозначения правосторонних фронтального, мастоидального и окципитального электродов, буквы с индексом s – левосторонних.

4. Соединить РЭГ-кабель через разъем с входным гнездом реографа.

5. Для параллельной регистрации кардиосигнала наложить на запястья обследуемого ЭКГ-электроды.

6. Для входа в программу необходимо нажать два раза левой клавишей мыши (ЛМ) на пиктограмме Regina. Если программа запросит пароль, нажать ОК ЛМ. После этого программа входит в главное меню (вкладка «Пациент») (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 – Главное окно программы (вкладка «Пациент»)

7. В поле списка карточек пациентов нажать правую клавишу мыши (ПМ).

8. В появившемся контекстном меню выбрать пункт Новый пациент ЛМ (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 – Окно выбора нового пациента

9. Заполнить карточку пациента (заполнение поля фамилии обязательно, год рождения полностью, например 1976). Переход между полями карточки с помощью клавиши ТАБ. После заполнения нажмите ОК ЛМ (рис. 4.5).

Рисунок 4.5 – Карточка пациента

10. В поле Исследования нажать ПМ, выбрать Новое исследование ЛМ, после этого рядом появиться окно с различными видами исследования, ЛМ выбрать Реоэнцефалографическое (рис. 4.6).

Рисунок 4.6 – Окно выбора реоэнцефалографического исследования

11. Выбрать вкладку Регистрация ЛМ, если прибор подключен, исправен и настроен начнется регистрация (рис. 4.7).

Рисунок 4.7 – Окно регистрации реоэнцефалограммы

12. Изменяя порог обнаружения зубца Q (если необходимо) добиться устойчивого значения ЧСС.

13. Для записи реографических комплексов в память нажать Запись ЛМ. Для правильной качественной оценки реоэнцефалограммы необходима регистрация 20 реографических комплексов. Для минимизации артефактов запись выполнять при задержке дыхания на выдохе.

14. Для прекращения записи нажать повторно Запись ЛМ.

15. Перейти в режим классификации, выбрав вкладку Классификация ЛМ.

16. При нажатой клавише Классификация (на экране монитора она подсвечивается красной точкой) нажать Старт ЛМ. Классификатор всю запись разобьет на комплексы, выделит репрезентативный и пометит его галочкой в соответствующей ячейке (рис. 4.8).

Рисунок 4.8 – Окно классификации реокомплексов

17. Нажать на Запись ЛМ, репрезентативный комплекс запишется в анализатор.

18. Открыть вкладку Анализ и отчет ЛМ (рис. 4.9).

Рисунок 4.9 – Окно анализа реоэнцефалограммы

19. Убедившись в корректном расположение меток на реографическом комплексе (при необходимости переместить метки в нужное место), нажать Отчет ЛМ.

20. ЛМ выбрать Форма 4 (рис. 4.10).

Рисунок 4.10 – Окно выбора формы отчета

21. Выбрать, по какому автору описывать полученные данные ЛМ (рис. 4.11).

Рисунок 4.11 – Выбор методики описания реоэнцефалограммы

22. Распечатать отчет проведения реоэнцефалографии. Для этого необходимо вставить бумагу в принтер и нажать Печать ЛМ.

23. Сохранить реоэнцефалогрумму на жестком диске в цифровом виде. Для этого вернутся на вкладку Пациент, в области Проба в поле Вид пробы нажать ПМ, выбрать Копировать в файл. В появившемся диалоговом окне выбрать папку Студент (рис. 4.12), в поле Имя файла задать имя сохраняемого файла (например фамилия студента), нажать Сохранить.

Рисунок 4.12 – Сохранение данных реоэнцефалографии в цифровом виде

24. Найти точки , , а – абсолютный максимум кривой на интервале , , вычислить период Т, равный интервалу , .

25. Определить Н как точку наибольшего отклонения кривой в сторону вогнутости относительно линии . Найти точки по (4.2).

26. Произвести поиск максимумов. Найти максимум - максимумы на участке подъема кривой между точками Н и С. Если кривая имеет изгиб вправо перед абсолютным максимумом, найти точку - точки изгиба верхушки кривой.

27. Поиск минимумов. Найти минимумы - минимумы на участке спада от точки а до границы , включая точку границы.

28. Определить базовые точки. Процедура определения включает проверку логических правил 1-6, использующих полученную к данному этапу информацию. Правила описываются формулами (см. прил. Д.1), в которых операцией логического умножения объединены измеренные ключевые элементы, а операцией логического сложения – взаимоисключающие элементы.

29. Поиск точки В провести после опознания точки С. Найти В по (4.1) в месте наибольшего отклонения кривой в сторону выпуклости относительно линии НС.

30. Поиск точки Е провести после опознания точки D.

31. Составить схему алгоритма нахождения базовых точек на РЭГ.

5. Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать: цель работы, исходные данные, схему алгоритма и программу нахождения базовых точек РЭГ, значения базовых точек выбранного РЭГ-комплекса и логические правила распознавания базовых точек исходной РЭГ, отчет проведения реоэнцефалографического исследования, выводы.

5. Контрольные вопросы и задания

1. Что представляет собой реоэнцефалография?

2. Перечислите логические правила распознавания базовых точек РЭГ.

3. Назовите основные этапы распознавания базовых точек РЭГ.

4. Опишите основные трудности, возникающие при нахождении базовых точек РЭГ и пути их преодоления.