Біофізичні основи плетизмографии. Реєстрація та аналіз фотоплетизмограми

Лабораторна робота

«Реєстрація та аналіз фотоплетизмограми в умовах телемедицини»

Тема: Біофізичні основи плетизмографии. Реєстрація та аналіз фотоплетизмограми. Визначення швидкості поширення пульсової хвилі. Робота з отриманими даними в умовах телемедицини.

Мета заняття:

1. Ознайомитися з основними принципами фотоплетизмографії.

2. Ознайомитися з принципом роботи фотоелектричного датчика.

3. Закріпити теоретичні знання з теми: датчики медико-біологічної інформації, їх класифікація та принцип роботи.

4. Створити лабораторний стенд на основі ESP32 та модулю MAX30102.

5. Закріпити навички роботи з приладом.

Призначення виробу — оцінити стан судинної системи. Метод фотоплетизмографії, заснований на реєстрації пульсових кривих, параметри яких пов'язані з показниками гемодинамічного організму.

Вступ

Рух крові в судинах обумовлено роботою серця. При скороченні міокарда шлуночків кров під тиском "перекачується" з серця в аорту і легеневу артерію. Ритмічні скорочення міокарда утворюють ритмічні розширення судинної стінки (пульс), які під дією поширення хвиль тиску від початкової частини аорти до артеріолах і капілярах призводять до появи пульсових хвиль. Швидкість поширення пульсової хвилі по судинах не залежить від швидкості течії крові, а визначається діаметром судини, товщиною його стінки і еластичністю судини, а також щільністю крові. Так, в аорті вона може становити 4-6 м / сек, а в артеріях м'язового типу 8-12 м / сек. Лінійна швидкість кровотоку по артеріях зазвичай не перевищує 0,5 м / сек. З віком еластичність судин знижується, і це призводить до збільшення швидкості поширення пульсової хвилі.

[pic 1]

рис. 1 Зареєстрований в процесі фотоплетизмографії сигнал дозволяє

ідентифікувати три ритмічних процесу, позначених римськими цифрами

У фізіології часто використовується пальцева фотоплетизмографія. Досліджувана фаланга пальця просвічується звичайним світлом, і сигнал надходить на датчик. В результаті реконструюються хвилі першого порядку (пульсові) і повільні хвилі (рис. 1). Відзначимо, що на даному малюнку навіть візуально добре помітні 3 тимчасових масштабу, тобто можна виділити і проводити дослідження трьох характерних ритмів.

Деякі характеристики пульсової хвилі

Пульсова крива включає в себе дві основні частини (рис.2):

• A1 - підйом кривої (анакротической зубець);
• A2 - спад кривої (дикротичний зубець).

[pic 2]

рис. 2 Типовий контур пульсової кривої

Контур об'ємної пульсової хвилі формується в результаті взаємодії між лівим шлуночком і судинами великого кола кровообігу. Пальцевая фотоплетизмограми відображає злиття двох об'ємних пульсових хвиль (зубців).

Перший зубець утворюється за рахунок систолічною, прямий хвилі, що має амплітуду A1 і формованої потоком крові в систолу, що передається безпосередньо від лівого шлуночка до пальців верхніх кінцівок. Другий зубець утворюється за рахунок відбитої хвилі з амплітудою A2, яка виникає через відображення потоку крові від периферії до серця - що передається по аорті і великим магістральним артеріях до нижніх кінцівок, і прямує назад в висхідний відділ аорти і далі до пальців верхніх кінцівок.

Форма пульсової хвилі змінюється з віком. характерні зміни проілюстровані на малюнку 3.

[pic 3]

рис. 3 Вікові зміни пульсової кривої

Щоб охарактеризувати контур пульсової хвилі, розглядають кілька моментів часу (рис. 4):

• B1 - початок систолічного періоду (потік крові спрямовується в систолу);
• B2 - максимальне розширення судини;
• B3 - продіастолічний період;
• B4 - початок діастоли;
• B5 - закінчення діастоли, завершення серцевого циклу.

Основними кількісними показниками в рамках фотоплетизмографії є:

• амплітуда пульсової хвилі;
• час наповнення (інтервал між точками B1 і B2);
• тривалість систолічної (діастолічної) фази серцевого циклу;
• частота серцевих скорочень.

[pic 4]

рис. 4 Моменти часу, які характеризують форму пульсової кривої

Залежно від віку ряд характеристик пульсової хвилі може змінюватися. Наприклад, частота серцевих скорочень у дітей у віці від 1 до 3 років становить 120 – 105 -1, а потім поступово знижується, досягаючи до 8 –10 років [pic 5]