Электроэнцефалография

Важное место среди неинвазивных методов функционального исследования занимает. ЭЭГ сигналы
регистрируются как результат электрической активности клеток коры головного мозга в
нескольких отведениях (каналах). Амплитуда наблюдаемых сигналов не превышает нескольких сотен микровольт. Низкие уровни сигналов выдвигают на передний план проблемы источников помех, минимизации шумов и ограничения полосы частот (фильтрации) как способа снижения амплитуды шумового напряжения.

Структура ЭЭГ, на первый взгляд, похожа на случайные флуктуации или шум, однако при помощи цифрового спектрального анализа позволяет в частотной области наблюдать и выделять закономерные особенности в распределении энергии по областям частот. Соответствующие им компоненты ЭЭГ-сигналов получили названия альфа - α, бета – β, дельта - δ и тета - θ ритмов; а наличие их или отсутствие (малая или ненормально повышенная амплитуда ритмов) позволяет диагностировать патологические состояния.

В состоянии покоя на ЭЭГ наблюдаются низкочастотные (8...13 Гц) высокоамплитудные волны, которые называют альфа-ритмом. При умственной деятельности электрическая активность клеток коры увеличивается, что приводит к снижению синхронизации и увеличению частоты, что соответствует бета-ритму (14...30 Гц).

Выделяют еще два ритма - тета-ритм (4...7 Гц) и высокоамплитудный дельта-ритм (0.5...3.5 Гц) который у взрослого человека возникает только во время сна или в состоянии глубокого наркоза. (Лит.: Квашнин С.Е., Фомин А.Г. Автоматизированный анализ ЭЭГ: Метод. указания к лаб. работе по курсу "Биомедицинская технология"/ Под ред. С.Е.Квашнина. - М.: Изд-во МГТУ, 1989.-12с.).

Реоплетизмография

В задачах неинвазивной оценки параметров гемодинамики большое значение среди традиционных методов функциональной диагностики принадлежит импедансной реоплетизмографии. Сигналы РПГ отражают текущий уровень и изменения импеданса биологического объекта. Для измерения мгновенного значения импеданса через БО пропускают зондирующий ток высокой частоты и регистрируют падение напряжения на исследуемом участке БО. При этом наблюдаемые по биполярной или тетраполярной методике потенциалы оказываются амплитудно-модулированными изменениями импеданса системы Э-БО-Э.

Для ЗТ обычно используют гармоническую форму и частоты от нескольких десятков до
нескольких сотен кГц (30...300 кГц). В этом диапазоне частот для биологических тканей
токи проводимости много больше токов
смещения (последние определяются диэлектрическими свойствами биотканей). Типичным для РПГ является регистрация сигналов базового импеданса 20..100 Ом и его пульсовых изменений в 0.05..0.3 Ом.

Частотный спектр РПГ-сигналов находится в пределах 0.1..35 Гц (по крайней мере, полоса пропускания серийных преобразователей импеданса ограничена 32 Гц по уровню -3 дБ, например 2РГ, 4РГ-2М, РПГ2-02, 4РГ-2МЦ производства НПО "Экран", г.Москва, 80-90 гг.).

Рис. 1.9. Фрагмент записи реограммы

Из приведенных сведений уже видно, что пульсовые колебания импеданса составляют крайне малую (менее 0.5%) часть базового импеданса, что определяет повышенные требования к амплитудной стабильности задающего генератора зондирующего тока в потенциальной схеме регистрации РПГ, в которой нестабильность ЗТ прямо переходит в нестабильность регистрируемых сигналов. Иногда, с целью повышения стабильности ЗТ применяют амплитудное ограничение верхушки гармонического ЗТ, в результате чего ЗТ перестает быть монохроматичным и взаимодействует сложным образом с комплексным импедансом электрод-БО-электрод.

Более того, иногда используют негармонические ЗТ. Например (дисс. к.техн.н. Псахис М.Б.) применяют последовательность радиоимпульсов длительностью 0.2...1 мс с заполнением 30 кГц - с целью увеличения числа каналов регистрации и разделения их во времени, что предотвращает взаимовли­яние ЗТ разных каналов и межканальную интерференцию.

При негармонических ЗТ необходимым
условием обеспечения сравнимой с синусоидальным режимом зондирования точности реографических измерений является совмещение энергетического спектра ЗТ или полосы пропускания ВЧ тракта РА с диапазоном частот от нескольких десятков кГц до нескольких сотен кГц, в котором реактивная компонента импеданса системы Э-БО-Э много меньше его активной составляющей.

Высокий входной импеданс потенциальных цепей и токовых выходов реографической аппаратуры, а также взаим­ная удаленность спектров АМ-ВЧ импедансных сигналов и ЭКГ позволяет проводить   одновременную регистрацию РПГ и ЭКГ с единых электродных систем.

В част­ности, в методике интегральной реографии по Тищенко возможно получение с реографической электродной системы ЭКС трех стандартных отведений.

На факультете «Биомедицинская техника» МГТУ им.Н.Э.Баумана в настоящее время активно продолжают развиваться современные биоимпедансные технологии в области методических, алгоритмических и схемотехнических исследований, в том числе:

- предложена математическая модель кабельной системы пациента и проведен анализ влияния емкостей кабеля на точность импедансных измерений;

- предложен новый способ синтеза трехуровневых зондирующих токов и метод синхронного детектирования со стробированием по пятой гармонике, обладающий повышенной помехоустойчивостью;

- создана компьютерная реокардиомониторная система РКМ и проведены ее клинические испытания на лабораторных животных и пациентах;

- разработана биотелеметрическая система носимых реокардиомониторов с беспроводной передачей данных по радиоканалу. 

В зависимости от целей реографического исследования различают:

- реокардиография - центрального отдела;

- реовазография - конечностей;

- реоэнцефалографию (реография головного мозга);

- реопульманография - легких;

- реогепатография - печени;

- реонефрография - почек; 

- реофлебография - венозный кровоток;

- реоофтальмография - глаза;

- полиреография - многоканальное комплексное обследование и др.

Структура реографических сигналов состоит как минимум из трех типов волн:

- 1-го порядка, обусловленных сердечной деятельностью, и отражающих в основном движение крови в артериях и артериолах;

- 2-го порядка, вызванных легочной вентиляцией или дыхательной активностью,
ведущая роль в формировании которых принадлежит венозному кровотоку;

- 3-го порядка, связанных с медленно изменяющимся тонусом сосудов.

Перекрытие спектров пульсовых и медленных волн делает частотную фильтрацию малоэффективной, и регистрация пульсовых волн как правило требует задержки обследуемым дыхания.

Тип волны	Амплитуда,  % от Zб	Частотный спектр
Пульсовые	0.05 – 0.5	0.3 – 30
Дыхательные	0.1 – 3	0.1 – 2
Мейера	0.05 – 0.5	0.05 - 0.3

Правила разработки Медико-Технических Требований (МТТ) представлены в ГОСТ Р 15.013-94 "Система
 разработки и постановки продукции на производство. Медицинские изделия".