Курсовая работа (т): Методы исследования сердечно-сосудистой системы в спортивной медицине

Эхокардиография.

Метод ультразвуковой диагностики сердца - эхокардиография - основан на свойстве ультразвука отражаться от границ структур с различной акустической плотностью. На эхокардиограмме (ЭхоКГ) удается получить изображение внутренних структур работающего сердца - сокращающегося миокарда, створок клапанов и др. что открывает возможность прижизненной морфометрии сердца и весьма точной оценки показателей центральной гемодинамики.

Все это позволяет использовать ЭхоКГ для решения ряда кардинальных вопросов спортивной кардиологии. Среди них в первую очередь следует назвать количественную оценку величин массы миокарда и размеров полостей сердца, оценку состояния клапанного аппарата, исследование закономерностей адаптации сердца к физическим нагрузкам различной направленности, анализ состояния центральной гемодинамики, фазовой структуры сердечной деятельности. Если к этому добавить уникальные возможности этого метода в диагностике патологических состояний сердца, которые, хотя и редко, но все же встречаются у спортсменов, то станет ясно, сколь важное место занимает эхокардиография в спортивной кардиологии.

.2.4 Инструментальные методы исследования сосудов и центрального кровообращения

Сфигмография.

Сфигмография - метод регистрации движений артериальной стенки, возникающих в связи с распространением пульсовой волны. Как известно, характер колебаний артериальной стенки определяется свойствами сосуда и уровнем артериального давления. В спортивной кардиологии сфигмография используется для исследования фазовой структуры систолы и определения скорости распространения пульсовой волны (СРПВ).

Импедансо(рео)графия - метод исследования общего и органного кровообращения, основанный на регистрации колебаний полного электрического сопротивления тканей, связанных с изменениями их кровенаполнения. Поскольку изменения кровенаполнения происходят постепенно и синхронно с сердечными сокращениями, электрическое сопротивление тканей также изменяется синхронно с сердечной деятельностью.

Исследование артериального давления.

Определяют систолическое, диастолическое, среднее динамическое, боковое и пульсовое артериальное давление. Определение артериального давления нашло широкое применение в практике врачебных наблюдений за спортсменами, как в условиях покоя, так и во время и после нагрузок. Наиболее распространен аускультативный способ его измерения, предложенный Н.С.Коротковым.

.2.5 Систолическое давление в легочной артерии

Для определения систолического давления в легочной артерии (СДЛА) в спортивной кардиологии используется бескровный метод Берстена. Метод Берстена основан на существовании тесной корреляции между длительностью фазы изометрического расслабления (ФИР) правого желудочка и уровнем СДЛА.

Длительность ФИР определяется поликардиографическим методом при синхронной записи правожелудочковой кардиограммы, флебограммы и ФКГ по длительности интервала от начала легочного компонента II тона на ФКГ до момента открытия трехстворчатого клапана по флебограмме или правожелудочковой кардиограмме. Методика измерения СДЛА описана А.Г. Дембо и Е.Н. Суровым (1985). Исследования СДЛА. у спортсменов, проведенные названными авторами, показали, что, как и уровень артериального давления, СДЛА также зависит от направленности тренировочного процесса и повышается у спортсменов, тренирующих силу.

2. Техническая реализация методов исследования ССС в спортивной медицине

Инструментальные средства медико-биологических исследований представляют собой совокупность приборов, систем, комплексов и приспособлений к ним, в которых реализуются физические и физико-химические методы исследования спортсменов. Выполнение этих исследований позволяет получить диагностическую информацию о состоянии спортсмена в виде множества медико-биологических показателей (МБП) и записей физиологических процессов, на основании анализа которых строится диагностическое заключение.

.1 Электрофизиологические исследования

Для ЭКГ в спортивной медицине характерна обобщённая схема электрофизиологических исследований (рис. 11).

Система отведений позволяет подключить спортсмена к техническому средству через систему электродов (СЭ), привязанную, как правило, к определенным анатомическим точкам на теле человека и используемую для получения электрических сигналов {U}_i, несущих информацию об исследуемых процессах в биологическом объекте (БО).

При этом способ получения информативного сигнала для разных групп электрофизиологических методов различен; различна и роль электродов в этом процессе. При регистрации биопотенциалов электроды накладываются на точки тела, где электрическая активность максимальна или имеет особенности, регистрация которых позволяет осуществлять диагностику, поэтому они как бы «снимают» сигнал с биологического объекта, то есть являются измерительными (некоторые из них могут быть индифферентными).

При регистрации биопотенциалов измерительные электроды подключаются к устройствам первичной обработки (УПО), содержащим усилительную часть (УЧ) электрофизиологического прибора или комплекса, основные проблемы проектирования которой связаны с разработкой так называемых усилителей биопотенциалов (УБП). Схемотехническое решение этого узла зависит от характеристик регистрируемого сигнала, места наложения электрода и его взаимовлияния с другими электродами «отведения». Именно в обеспечении необходимого контакта биологического объекта с электродом, который является входным элементом усилителя, связаны многие технические проблемы проектирования входных цепей усилительных узлов этого вида медицинской аппаратуры. Для регистрации биопотенциалов сердца (электрокардиография) характерно использование дифференциальных каскадов усиления с большим входным сопротивлением, во многих случаях целесообразна гальваническая развязка в усилительной части, есть специфические требования к полосе частот, помехоустойчивости и т. п.

Важной составляющей рассмотренного усилительного узла является узел фильтрации сигналов (ФС), который позволяет поднять отношение сигнал/шум и тем самым повысить помехоустойчивость систем съёма сигналов.

Рис. 11. Обобщённая схема электрофизиологических исследований

Дальнейшая структура технических средств электрофизиологических исследований - выходные устройства (ВУ) - может быть весьма разнообразной в зависимости от назначения проектируемого средства. Она может включать графический регистратор сигналов (ГРС) на какой-либо носитель информации (бумага, пленка и др.), устройства выделения (или вычисления) требуемого информативного параметра (устройства вторичной обработки УВО) с последующим отображением результата измерения на устройствах отображения (УО), интерфейс для связи с какими-либо внешними техническими средствами (ВТС) (накопители информации, компьютеры и др.) и т. п. Алгоритмы, по которым работают разные ВУ, определяются формой исходных сигналов и типом регистрируемых параметров.

Пример прибора применяемого в спортивной кардиологии.

Электрокардиографический комплекс КАРДИОЛАБ.

КАРДИОЛАБ - это компьютерный кадиографический комплекс нового поколения, предназначенный для проведения широкого спектра кардиографических исследований, таких как:

стандартная электрокардиография с автоматической интерпретацией ЭКГ и векторкардиография;

монитор сердечного ритма с полным анализом параметров ВСР (вариабельность сердечного ритма) и состояния ВНС (вегетативная нервная система);

велоэргометрия и другие виды нагрузочных проб (в т.ч. ЧПС) с автоматическим анализом результатов исследования, анализом ВСР при проведении нагрузочных проб, автоматическим формированием отчета и компьютерным управлением велоэргометром;

экспресс диагностика спортсменов по методике проф. Душанина С.А.;

дистанционная электрокардиография - прием по электронной почте с использованием обычной телефонной сети или сотового телефона стандарта GSM, хранение и анализ ЭКГ-сигналов, зарегистрированных с использованием любого числа портативных компьютерных кардиографов КАРДИОЛАБ СЕ.

Особенностью системы КАРДИОЛАБ, отличающей её от большинства компьютерных кардиосистем, является наличие в ней развитого режима длительного мониторирования с анализом ВНС.

В режиме ЭКГ-монитор проводится комплексное исследование состояния вегетативной нервной системы (ВНС) на основе анализа вариабельности его сердечного ритма (ВСР).

КАРДИОЛАБ СЕ. Главной отличительной особенностью этого кардиографа является использование в нем 12-ти канального ЭКГ-усилителя с беспроводным подключением к ПК или КПК по радиоканалу (Bluetooth). Дальность беспроводной связи может составлять до 30 метров. Беспроводной кардиограф весит всего 200 граммов и может располагаться прямо на теле пациента, а регистрируемая им электрокардиограмма передается на КПК по радио с использованием технологии Bluetooth. При этом качество регистрируемой ЭКГ будет даже лучше, чем при использовании стационарного кардиографа с проводным соединением. Благодаря беспроводному подключению, данный тип аппаратуры может работать как со стационарными и портативными компьютерами, так и с наладонниками - КПК, смартфонами. Что делает его удобным для применения в обследованиях ССС спортсменов. С данным вариантом аппаратуры доступны следующие режимы программного обеспечения: ВСР, ВЕЛО, МД.

Рис. 12. Кардиограф КАРДИОЛАБ СЕ

Кардиограф КАРДИО СЕ является идеальным инструментом для профилактического контроля состояния сердечно-сосудистой системы в тренажёрных залах, плавательных бассейнах, фитнесс-центрах и других спортивно-оздоровительных учреждениях.

Рис. 13. Беспроводной 12-ти канальный кардиограф

КАРДИОЛАБ ВЕЛО. Эргометрический комплекс КАРДИОЛАБ ВЕЛО может использовать стационарный электрокардиограф, универсальный портативный USB кардиограф, или беспроводный электрокардиограф. К комплексу может быть подключен программно управляемый велоэргометр или беговая дорожка - тредмил. Программа КАРДИОЛАБ ВЕЛО включает в себя возможности всех более простых ее модификаций. При анализе результатов велоэргометрии можно пользоваться всеми функциями программы анализа и интерпретации ЭКГ, анализа ВСР, а также методами анализа, присущими только велоэргометрии.

В ходе записи нагрузочной ЭКГ производится непрерывное вычисление усредненного QRS-комплекса и измерение его параметров, контроль смещения и наклона ST-сегмента, измерение текущего значения ЧСС, контроль тревожных параметров ЭКГ.

Рис. 14. Эргометрический комплекс КАРДИОЛАБ ВЕЛО

3. Обработка результатов диагностических исследований

.1 ЭКГ анализ

Обычно анализ ЭКГ выполняется в четыре этапа:

. Ввод ЭКГ;

. Фильтрация ЭКГ;

. Распознавание характерных элементов ЭКГ и измерение соответствующих параметров;

. Интерпретация и классификация ЭКГ.

Запись и ввод ЭКГ.

Современная регистрирующая аппаратура может одновременно фиксировать до 12 отведений. От электрокардиографа сигнал передается в АЦП. Здесь аналоговый сигнал ЭКГ преобразуется в цифровую форму и передается в компьютер. Частота дискретизации Fs на основании теоремы Котельникова - Шеннона должна быть более чем в два раза верхней полосы пропускания. Из теоремы следует что при дискретизации, как минимум вдвое большей, чем частота сигнала, гарантируется частотное содержимое аналогового сигнала и обеспечивается идеальное восстановление оригинального сигнала по его дискретным значениям, с помощью надлежащей интерполяции. Используются различные частоты дискретизации, но чаще всего 250 и 500 Гц. Эти две величины, достаточно высоки, поскольку в ЭКГ взрослого человека максимальная частота, имеющая диагностическое значение, составляет примерно 80 Гц. Каждая ЭКГ - кривая после оцифровки передается в компьютер в виде последовательности чисел {Y_i}, где Y_i - амплитуда (в мкВ) i - ой точки.

Фильтрация ЭКГ.

Под задачей обработки понимается решение задачи обнаружения и задачи выделения полезной информации. В общем случае поступающий сигнал, помимо полезной составляющей, содержит и некоторую помеху, которая мешает правильно выделить информационную компоненту сигнала. В этом случае решается задача обработки состоит в том, чтобы наиболее полно исключить помеху, при этом внеся предсказуемые и методологически корректируемые изменения в полезный сигнал. Цифровая фильтрация и быстрое преобразование Фурье - наиболее широко применяемые способы обработки сигнала.

После регистрации и дискретизации сигнала ЭКГ следующим этапом обработки ЭКГ обычно является цифровая фильтрация. Это необходимо для повышения качества записи и подавления различных шумов, связанных в основном с мышечным тремором, смещением электродов и электрическими помехами. Цифровые фильтры, применяемые в электрокардиографии можно разделить на 3 основные группы - это нерекурсивные фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ), рекурсивные фильтры с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ), адаптивные фильтры, а также частотные фильтры, производящие фильтрацию сигнала в определенной области частот с использованием локального преобразования Фурье. Для борьбы с мышечной наводкой желателен атреморный фильтр низкой частоты (ФНЧ), ограничивающий диапазон входного сигнала где-то до 60-70 Гц, а для борьбы с сетевой наводкой режекторный фильтр на 50 Гц в условиях отечественных стандартов.

Рис. 15. Фильтрация ЭКГ. а) сигнал нормальной ЭКГ; б) зашумлённый ЭКС; в) отфильтрованный ЭКС

Выделение и измерение параметров элементов ЭКГ.

Характерные элементы ЭКГ, которые необходимо распознать - это комплексы, сегменты (расстояние между зубцами) и интервалы. К параметрам ЭКГ, подлежащим измерению, относятся высота зубцов и длительность комплексов, а также величина сегментов и интервалов. Таким образом, необходимо выполнять два типа измерений: временные и амплитудные.

Структурные методы пытаются найти такие структурные особенности элемента ЭКГ, которые практически не изменяются от цикла к циклу, применяя для этого специальным образом подобранные фильтры, пороговые детекторы. Дополнительно также производится анализ длительностей комплексов, процедура фильтрации ложных пиков и т.д.

К другой группе методик принадлежат алгоритмы, основывающиеся на принципе сравнения искомого элемента ЭКГ с неким полученным специальным образом шаблоном. Такой шаблон обычно получается путем усреднения выровненных элементов, определенных ручным способом. Далее, исходя из доверительной вероятности определения, определяется максимальное среднеквадратичное отклонение, при котором классифицируемый элемент все еще принадлежит к группе шаблона. Если выделенный сегмент не выходит за границы максимального СКО, то он считается распознанным как элемент, принадлежащий группе шаблона.

Интерпретация и классификация ЭКГ.

Результаты выявления элементов ЭКГ и измерения их параметров используются для интерпретации с целью постановки правильного диагноза. В настоящее время известны две основные категории алгоритмов, применяемых в различных системах автоматической диагностики. К первой категории относятся алгоритмы, моделирующие логику врача-диагноста - детерминистический. Естественно, в них используются признаки заболеваний, диагностическая значимость которых установлена всем предшествующим опытом медицины. Алгоритмы второй категории, как правило, основаны на методах многомерного статистического анализа и теории вероятностей. При этом отказываются не только от медицинской логики, но и от принятых в медицине обозначений элементов электрокардиограммы и способов измерений.