Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Физико-технологический институт

Кафедра экспериментальной физики

Измерение физиологических параметров организма с помощью монитора пациента

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине

Технические методы диагностических исследований и лечебных воздействийдля студентов дневной формы обучения

специальностей 200402 – Инженерное дело в медико-биологической практике

(направление 653900 – Биомедицинская техника)

Екатеринбург

2014

Содержание

1. Основные параметры мониторинга и технические методы регистрации 3

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 12

2. ОПИСАНИЕ ПРИКРОВАТНОГО МОНИТОРА 13

3. ХОД ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 14

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 19

Приложение А 20

1. 1. Основные параметры мониторинга и технические методы регистрации

Мониторы пациента - это устройства, реализующие функцию длительного непрерывного контроля (измерения) одного или нескольких параметров, характеризующих воздействие на пациента или его состояние, во время проведения анестезии, искусственной вентиляции, при оказании экстренной медицинской помощи и т.п. Характерной чертой этой группы приборов является: высокая наукоемкость, тенденция к постоянному наращиванию количества измеряемых (контролируемых) параметров с одновременным уменьшением габаритов.

Современные мониторы производят слежение за следующими параметрами:

• ЭКГ и дыхание;

• Пульсоксиметрия;

• НИАД;

• Капнометрия;

• Сердечный выброс.

По своему назначению мониторы делятся на следующие типы:

• Анестезиологические;

• Вентиляционные;

• Прикроватные.

Электрокардиограмма пациента (ЭКГ)и определение частоты сердечных сокращений (ЧСС);

Электрокардиография- метод исследования сердечной мышцы путём регистрации электрических потенциалов сердца.

Регистрация осуществляется с помощью электродов на теле пациента.Система из двух электродов называется отведением. Регистрируемая в любом отведении разность потенциалов является проекцией интегрального электрического вектора сердца (ИЭВС) на линию, соединяющую электроды этого отведения. Этот воображаемый вектор отражает равнодействующую потенциалов, возникающих во множестве элементарных мышечных волокон.

Электрокардиограмма– это кривая зависимости разности биопотенциалов сердца от времени.

Рисунок 1- Электрокардиограмма

Для снятия электрокардиограммы используются следующие отведений (наложений электродов):

• стандартные отведения по Эйнтховену

• усиленные отведения по Гольдбергу

• грудные отведения по Вильсону

На Рис.2 представлена схема наложения электродов при использовании 5 проводного кабеля (именно им оснащен МПР «Тритон»), которая позволяет регистрировать изменение импеданса грудной колетки, значит получать данные о частоте дыхания (ЧД)иреспирограмму.

Рисунок 2- Схема наложения электродов

2. Насыщение кислородом артериальной крови - сатурация (SpO2), частота периферического пульса (ЧП) с регистрацией фотопле- тизмограммы (ФПГ);

Основы метода

Гемоглобин — общее название белков крови, содержащихся в эритроцитах и состоящих из четырех цепочек бесцветного белка глобина, каждая из которых включает одну группу гема.

Оксигемоглобин — полностью оксигенированный гемоглобин, каждая молекула которого содержит четыре молекулы кислорода (О2). Обозначается НbО2.

Дезоксигемоглобин — гемоглобин, не содержащий кислорода. Называется также восстановленным, или редуцированным, гемоглобином и обозначается Нb.

Отличительной особенностью гемоглобина, в сравнении с другими тканями организма, является его способность поглощать свет определенной длины волны. Дезоксигемоглобин имеет темно-вишневый цвет и активно поглощает красный цвет, пропуская остальные. Гемоглобин же, напротив, поглощает инфракрасное излучение. Следовательно, соотношение между видами гемоглобина определяется по поглощению света двух длин волн: 660нм (красный свет) и 940 нм (инфракрасный).

Рисунок 3-Устройство пульсоксиметрического датчика

Таким образом, по соотношению интенсивностей двух световых потоков, прошедших через кровь, зависит от концентрации окси- и дезоксигемоглобина в крови, т.е. мы можем вычислить содержание кислорода в артериальной крови – сатурацию SpO2. Измерение величины сатурации запускается в определенный период – период систолического сокращения сердца, таким образом, мы измеряем насыщение кислородом именно артериальной крови.

Рисунок 4- Фотоплетизмограмма

Предполагается, что вены не пульсируют, а пульсируют только артерии, с помощью пульсоксиметрического датчика мы можем зафиксировать периферическую пульсовую волну (фотоплетизмограмму – ФПГ) и вычислить частоту пульса (ЧП).

Пульсоксиметрические датчики могут иметь различную форму и место наложения. Наиболее распространенный тип пульсоксиметрических датчиков – это пальцевой датчик типа «прищепка», однако, имея различную конфигурацию, датчик может крепиться на мочке уха, на стопе (для новорожденных и детей).

2. Неинвазивное артериальное давление (НИАД) – систолическое (САД), диастолическое (ДАД) и среднее (САД) осциллометрическим методом

Осциллометрия- метод исследования артериальных сосудов, позволяющий измерить АД, в основе которого лежит анализ пульсаций давления (осцилляций), возникающих в манжете, сжимающей лучевую артерию в режимах компрессии или декомпрессии воздуха.

Для регистрации осцилляций в воздушную магистраль манжеты устанавливается датчик тензодатчик давления. Анализируя амплитуды и формы зарегистрированных осцилляций, можно выделить области характерных изменений, при которых давление в манжете соответствует искомым определенным значениям параметров АД, среди которых: систолическое (САД), диастолическое (ДАД) и среднее (САД) артериальное давление.

Оценка артериального давления при помощи времени прохождения пульсовой волны (PWTT). Суть данного метода заключается в поискеPWTTна основе данных с электрокардиограммы и плетизмограммы, с последующим высчетом артериального давления из предположения о линейной зависимости сердечного выброса иPWTT.

Рисунок 5-Определение времени прохождения пульсовой волны

2. Поверхностная и/или центральная температура (Т°) тела;

Регистрация температуры тела пациента производится с помощью терморезистивного датчика, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры тела. Накожный температурный датчик обычно устанавливают в подмышечной впадине или в паховой складке. Кроме температуры поверхности тела можно измерять центральную температуру с помощью эзофагально-ректального датчика.

2. Концентрация (или давление) СО₂ в конце выдоха EtCO₂ (капнометрия в прямом и боковом потоке);

Капнометрия– это измерение концентрации или парциального давления углекислого газа во вдыхаемой и выдыхаемой газовой смеси.Капнография– это постоянное отображение концентрации углекислого газа в виде графика.

Возможности метода.

• определение концентрации углекислого газа во вдыхаемой газовой смеси (FiCO₂) и в конечно-экспираторной порции выдыхаемого газа (EtCO₂);

• измерение частоты дыхательных движений;

• анализ формы капнограммы позволяет диагностировать различные патологические состояния метаболической, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, а также своевременно обнаруживать некоторые осложнения анестезии, интенсивной терапии и искусственной вентиляции легких.

Основы метода

Капнограф состоит из системы забора пробы газа и системы анализа. Традиционно по способам забора и доставки пробы выделяют:

- капнометрию в основном потоке — датчик, измеряющий концентрацию углекислого газа, располагается в дыхательном контуре пациента;

- капнометрию в боковом потоке — газ поступает через линию отбора пробы из дыхательного контура пациента в капнограф, где и производится определения содержания углекислого газа.

Инфракрасная спектрофотометрия наиболее часто применяется для анализа состава вдыхаемого и выдыхаемого газа. В его основе лежит способность молекул газа поглощать инфракрасное излучение определенной длины волны. Каждому газу присущ свой спектр поглощения. Система проводит сравнение степени поглощения инфракрасного излучения в измерительной и эталонной камере.

6. Мультигазовый анализ применяется для определения концентрации вдыхаемых и выдыхаемых газов, среди которых углекислый газ, кислород, закись азота и анестетические газы — изофлюран, севофлюран, галотан, энфлюран, десфлюран. Принцип измерения сходен с капнометрией в боковом потоке. Мультигазовый анализ необходим при ингаляционной анестезии.

7. Измерение давления инвазивным методом (ИАД)- применяется для более точного определения давления

8. Параметры центральной гемодинамики- сердечный выброс, ударный объём, системное сосудистое сопротивление, мощность сокращения левого желудочка, сердечный индекс, ударный индекс и др., определяемые с помощью инвазивных и неивазивных методик;

Основы

Сердечный выброс — это объем крови, который сердце перекачивает в аорту за 1 мин, а также объем крови, который протекает по сосудистому руслу за минуту. Сердечный выброс является наиболее важным показателем гемодинамики. Венозный возврат— это объем крови, который поступает из вен в правое предсердие за минуту. Венозный возврат и сердечный выброс должны быть равны, за исключением нескольких сердечных сокращении, во время которых кровь временно накапливается в сердце и легких или, наоборот, покидает их. В клинической литературе используют понятия:минутный объем кровообращения (МОК)иударный объем (УО)крови, а такжесердечный индекс (СИ),ударный индекс (УИ)и др. параметры гемодинамики. Данные параметры позволяют оценить состояние сердечнососудистой системы пациента.

Методы мониторинга сердечного выброса

Существуют различные способы определения сердечного выброса, среди которых есть инвазивные, малоинвазивные и неинвазивные методы.

а) Инвазивные методики

Для инвазивного мониторинга в большинстве случаев применяется термодиллюционный метод. Данные методы требуют катетеризации легочной артерии и установки катетера Сван-Ганца. Термодиллюционный метод считается наиболее точным – «золотым стандартом» определения величины сердечного выброса, однако он очень сложен и высок риск возникновения осложнений.

Рисунок 6-Катетер SWAN-GANZ

б) Малоинвазивные и неивазивные методики

Данные методы мониторинга являются менее точным, по сравнению с термодиллюционным методом, однако их несомненным преимуществом является минимальное инвазивное вмешательство в организм пациента и возможность непрерывного мониторинга гемодинамики. Такие методики мониторинга сердечного выброса позволяет врачам оперативно отслеживать изменение гемодинамики пациентов и вносить определенные коррективы проводимой терапии без серьезного ивазивного вмешательства.

Малоинвазивные методы мониторинга СВ: транспульмональная термодиллюция PiCCO, метод Фика и д.р.

Неинвазивные методы определения величины СВ: импедансная кардиография, расчетный непрерывный СВ - esCCO, основанный на анализе времени прохождения пульсовой волны, объемно-компрессионная осциллометрия (ОКО), поскольку данная методика используется в данной лабораторной работе, рассмотрим ее более подробно.

Метод объемно-компрессионной осциллометрии (ОКО)

По данным осциллометрии можно определить не только САД, ДАД, АДср, АДбок, но и другие параметры гемодинамики. Определить систолический (ударный) объем (УО) сердца можно по формуле Бремзера — Ранке:

[см³], где

z- фактор поправки (отношение длины артериального русла ко всему сосудистому руслу, обычно принимают равным 0,6); Q – площадь поперечного сечения аорты, определяемая по таблицам или номограммам Тома, Зутера, Савицкого или Фрухта; 1333 – множитель для перевода давления в дины; АДбок – боковое АД; ДАД – диастолическое АД; tс – время систолического периода; tц – время сердечного цикла; tд - время диастолического периода; v – скорость распространения пульсовой волны по сосудам эластического типа;

Сердечный выброс (СВ) как минутный объем крови (МО) находят по формуле:

[л/мин]

ЧСС - частота сердечных сокращений; 1000- множитель для перевода к литрам.

СВ и УО обычно относятся к площади тела (Т) и приводятся в виде сердечного (СИ) и ударного(УИ) индексов

СИ=СВ/Т УИ=УО/Т

Одновременно измеряя давление и кровоток, можно рассчитать системное сосудистое сопротивление (ССС) по формуле:

(дин*с*см -5 ), где

АДср— среднее АД;

СВ — сердечный выброс или минутный объем крови (МО); 1333 — множитель для перевода давления в дины; 60 — число секунд в минуте.

Мощность сокращения левого желудочка (М) определяется выражением:

М=ОСВ*АДср*13,6*9,8*106

ОСВ — объемная скорость выброса;

ОСВ=УО/tи

tи- время изгнания крови из левого желудочка 13,6 — удельный вес ртути — множитель для перевода давления в миллиметры водяного столба; 9,8*106—множители для выражения мощности в ваттах.

Рисунок 7-Осцилогамма

Одной из важных особенностей методики ОКО является возможность измерения артериального давления в режиме «онлайн» в отличии от классической методики тонов Короткова.

Расчетный непрерывный сердечный выброс (estimated continuous cardiac output – esCCO)

Это метод вычисления сердечного выброса, основанный на анализе данных ЭКГ, пульсовой волны и артериального давления. Он основывается на корреляции значения сердечного выброса и времени прохождения пульсовой волны (PWTT)- чем больше ударный объем, тем меньше PWTT и наоборот. Данная технология используется для первичного мониторинга гемодинамики, определения необходимости инвазивной оценки, при невозможности инвазивного мониторинга.

Впервые данную технологию реализовала японская фирма NIHON KOHDEN в следующих вариациях:

• Неинвазивная, использующая уже откалиброванный датчик;

• Малоинвазивная, в которой производится калибровка датчика под конкретного пациента, направленная на повышение точности, использующаяся в операционных и отделениях реанимации и интенсивной терапии.

Рисунок 8- Зависимость PWTTот Систолического давления

8. Электроэнцефалограмма (ЭЭГ)и др.

Перечень параметров далеко не полный, поскольку существует множество специализированных областей применения мониторинга.