1.3 Метод реографии (электроплетизмография)

Биологическую мембрану можно рассматривать как электрический конденсатор. Внеклеточное вещество и цитоплазма клетки могут является проводниками, а билипидный слой – диэлектриком. Поэтому при прохождении переменного тока через клетки человека в них возникает двойной электрический слой зарядов. Если рассмотреть формулу емкостного сопротивления, то можно заметить, что сопротивление уменьшается при увеличении частоты переменного тока. При малых частотах тока (до 10 кГц) импеданс биологической ткани очень большой, но при больших частотах общий импеданс уменьшается, т.е. уменьшается активная составляющая и остается в основном реактивная (рисунок 4). Именно поэтому можно исследовать сердечно-сосудистую систему с помощью переменного тока высокой частоты, т.к. изменение сопротивления будет зависеть в основном от кровенаполнения сосудов (метод реографии). А электроплетизмографические системы регистрации сигнала артериальной пульсации крови основаны на методе реографии.

Рисунок № 4 – Электрическая схема замещения биологических тканей Фрике: С– частотно-зависимая эквивалентная электрическая емкость клеточных мембран; Rк– частотно-независимое сопротивление содержимого клеток; Rмв– частотно-независимое сопротивление межклеточного вещества.

В основе метода реографии лежит пропорциональная зависимость, установленная Кедровым, между изменениями импеданса ( ) по отношению к его исходной величине ( ) и приростом объема ( ) по отношению к исходному объему ( ) исследуемой части тела за счет ее кровенаполнения:

Реограммой будет считаться регистрируемая кривая изменений импеданса за каждый сердечный цикл. В момент систолического подъема пульсовой волны реограмма регистрирует увеличение электропроводности, а в момент диастолического спуска — ее уменьшение.

Схема подключения электродов к биообъекту при снятии реограммы может быть, как двухэлектродная (рисунок 5), так и четырехэлектродная (рисунок 6). В двухэлектродной схеме осуществляется измерение сопротивления между двумя электродами Э1 и Э2, которое преобразуется в напряжение U с помощью классического преобразователя сопротивления в напряжение (R/U).

Рисунок № 5 – Двухэлектродная схема подключения к биообъекту

Рисунок № 6 – Четырехэлектродная схема подключения к биообъекту

2. Основные технические характеристики прибора и их необходимые значения

В таблице 1 приведены основные характеристики прибора для каждого канала.

Таблица 1 – Основные технические характеристики прибора для каждого канала

Характеристика	Значение
1 канал:
Диапазон относительных амплитуд пульсовой волны	0,005…0,05
Диапазон измерений частоты пульса, уд/мин	30… 250
Погрешность измерений частоты пульса:
– в диапазоне 30…99 уд/мин, уд/мин	не более
– в диапазоне 100…250 уд/мин, уд/мин	не более
Относительная спектральная чувствительность датчика (фотодиода) при длине падающего излучения 940 нм, мА/лм	1
Линейная частотная зависимость чувствительности датчика от длины волны на диапазоне, нм	400…940
2 канал:
Диапазон измерений давления воздуха в манжете, мм рт.cт.	20…280
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений давления воздуха в манжете, мм рт.ст.
Диапазон измерений частоты пульса, уд/мин	40… 180
Погрешность измерений частоты пульса, уд/мин
Чувствительность датчика давления, мВ/кПа	1
3 канал:
Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности измерения значения размаха сигнала объемной реограммы в диапазоне от 0,02 до 4 Ом ( – номинальное значение размаха объемной реограммы, мОм)
Пределы допускаемой дополнительной относительной погрешности измерения размаха сигнала объемной реограммы при измерении базового импеданса (20-500) Ом, %	3
Диапазон измерений частоты пульса, Гц	0,5…35

Таблица 2 – Основные технические характеристики прибора

Чувствительность датчика, мВ/Ом	50
Амплитудное значение зондирующего тока, мА	0,5
Частота зондирующего тока (прямоугольных импульсов), кГц	100
Пределы допускаемой относительной погрешности установки значения частоты и амплитуды пульса, %	1
Для всех каналов:
Потребляемая мощность прибора от микроконтроллера, ВА	не более 5
Общий коэффициент усиления сигнала
Время установления показаний, сек	не более 10
Диапазон аналогового выходного сигнала на входе АЦП, В	0…5
Габаритные размеры прибора, мм	400 × 200 × 100
Длина кабеля датчика, м	не менее 3
Количество кабелей для датчиков, шт.	3
Масса прибора, кг	не более 2

Рассмотрим 1 канал прибора, в котором используется метод фотоплетизмографии. Диапазон относительных амплитуд пульсовой волны для вывода на экран компьютера 0,005 0,05. Диапазон измерений частоты пульса был выбран (30 250) уд/мин, чтобы учитывать возможную тахикардию или брадикардию у пациента. При это абсолютная погрешность измерений ЧСС в диапазоне до 100 уд/мин будет не более уд/мин, а в диапазоне от 100 до 250 уд/мин – не более уд/мин.

Рассмотрим 2 канал прибора, в котором используется метод компрессионной сфигмографии. У каждого человека верхнее и нижнее артериальные давления отличаются, поэтому диапазон измерений давления воздуха в манжете от 20 до 280 мм.рт.ст. При этом пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений давления воздуха в манжете мм.рт.ст.

Рассмотрим 3 канал, в котором используется реографический метод. Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности измерения значения размаха сигнала объемной реограммы в диапазоне от 0,02 до 4 Ом будет ±(0,06∆R+5), где – номинальное значение размаха объемной реограммы. Пределы допускаемой дополнительной относительной погрешности измерения размаха сигнала объемной реограммы при измерении базового импеданса (20-500) . Амплитуда зондирующего тока, который генерирует генератор импульсов, будет (2 0.5) мА, а частота 100 кГц. При выводе электроплетизмограммы на экран компьютера относительная погрешность установки значения по вертикали и по горизонтали будет не превышать .

Потребляемая мощность прибора не должна превышать 5 ВА, т.к. конструкция прибора простая и имеет мало отдельных модулей. Общий коэффициент усиления, который складывается из усилителей с постоянным и регулируемым коэффициентом усиления, до 2* . Время установления показаний не должно превышать 10 секунд.