Современный уровень развития радиоэлектронной промышленности и, в особенности, компьютерных технологий позволяет эффективно решать вопросы регистрации и количественного анализа больших объемов электрофизиологической информации.

Одним из наиболее распространенных электрофизиологических методов изучения системной и регионарной гемодинамики является импедансная реоплетизмография (реография) [3]. Ее ценными преимуществами по сравнению с инвазивными способами исследования функционального состояния сосудистого русла являются простота и оперативность подготовки пациента и проведения обследования. Реографическое оборудование отличается относительной дешевизной. Импедансный метод позволяет реализовать без ущерба для здоровья человека его многократное обследование в течение короткого интервала времени, а также обеспечить непрерывный мониторинг изменений системного и регионарного кровообращения, возникающих под влиянием функциональных воздействий на его организм.

Однако ряд причин ограничивают широкое применение реографии. Наиболее важны из них следующие:

1. Низкая помехозащищенность входных цепей реографической аппаратуры.

2. Сравнительно невысокая точность определения большинства реографических показателей, поскольку дыхательные движения, а также мышечная дрожь существенно влияют на форму реограмм.

3. Сложность и трудоемкость анализа полученной информации.

4. Отсутствие унифицированного набора реографических показателей, объективно характеризующих пульсовое кровенаполнение и тонус различных сосудистых областей.

Целью настоящей работы явилось создание аппаратно-программного комплекса (АПК), обеспечивающего удовлетворительную помехозащищенность оборудования, высокую точность определения реографических показателей, а также позволяющего уменьшить трудоемкость анализа получаемой информации и провести унификацию полиреографических исследований человека.

Конструктивно АПК был разработан нами на основе серийного четырехканального потенциометрического реографа LР4-02¦ и компьютера IBM PC/AT, имеющего цветной или монохромный монитор стандарта VGA или SVGA. Комплекс включает в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и программный пакет анализа реографической информации (ПАРИ) (блок-схема комплекса приведена на рис. 1).

Характеристика основных элементов комплекса.

1. Реограф LР4-02¦ - автоматический прибор, обеспечивающий возможность синхронной регистрации реограмм четырех сосудистых областей и контрольных электрокардиограмм в одном из стандартных отведений. Запись ЭКГ осуществляется благодаря наличию автономного усилителя кардиосигнала (УКС). Возможены би- и тетраполярный варианты реографии. Постоянная составляющая импеданса биообъекта автоматически отслеживается в процессе обследования и индицируется трехразрядным семисегментным цифровым табло. Дифференциатор прибора в совокупности с устройством калибровки обеспечивает получение первых производных реограмм и их количественный анализ. Частоты генераторов зондирующего тока (40, 50, 70, 100 кГц) выбраны так, что позволяют осуществлять регистрацию пульсового кровенаполнения как поверхностно, так и глубоко расположенных сосудов, сводя к минимуму искажения, вносимые взаимным влиянием каналов [4].

2. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) представляет собой автономный модуль (лабораторный интерфейс), реализующий принцип поразрядного взвешивания электрических сигналов. Разработаны два варианта АЦП, различающиеся элементной базой, но идентичные по основным техническим характеристикам, а также по алгоритму управления процессом преобразования информации. Главными узлами первого варианта АЦП являются регистр последовательного приближения (микросхема К155ИР17), цифроаналоговый преобразователь (микросхема К572ПА1А), компаратор напряжений (микросхема КР597СА3А). Второй вариант АЦП создан на основе специализированной большой интегральной схемы К1113ПВ1А. Оба варианта АЦП - восьмиразрядные, программоуправляемый коммутатор (мультиплексор) на входе АЦП каждого варианта позволяет вести синхронную регистрацию реограмм по нескольким каналам (до 8 каналов).

Частота квантования аналогового сигнала на каждом канале регистрации определяется программно и составляет 160 дискрет/с. Амплитудное квантование сигнала, соответствующее 8 разрядам, - 256 дискрет, при уровнях напряжения на входе АЦП от -2,5 до +2,5 В, что полностью соответствует диапазону электрических сигналов выходных цепей реографа LР4-02¦.

Таким образом, аппаратная часть комплекса обеспечивает точность регистрации электрофизиологической информации в 5-6 раз превышающую таковую при сравнении с методами записи реограмм на бумажном носителе посредством аналоговых самописцев.

Оцифрованный сигнал в форме двоичного кода поступает на порт параллельного интерфейса компьютера, используемый в обычных условиях для подключения печатающего устройства. Дополнительных аппаратных доработок ЭВМ для подключения к ней АЦП не требуется. Энергопитание прибора осуществляется от собственного блока питания, обеспечивающего стабилизированные напряжения +15V, -15 V и +5 V. Вследствие малой мощности, потребляемой АЦП, его энергообеспечение возможно и от источника питания реографа LР4-02¦, создающего все необходимые напряжения и имеющего достаточный резерв мощности.

3. Программный пакет анализа реографической информации (ПАРИ) разработан в интегрированной среде LTURBO PASCAL V.7.0¦ (с использованием библиотеки LTURBO VISION¦) и состоит из нескольких субмодулей: субмодуля по-лучения и сохранения информации; субмодуля графического представления информации; суб-модуля расчета реографических показателей; субмодуля конфигурации программного пакета. Субмодуль получения и сохранения информации содержит подпрограмму управления АЦП, обеспечивает регистрацию антропометрических показателей обследуемого, осуществляет запись полученной реографической информации, а также калибровочных сигналов на магнитный носитель. Дополнительной функцией субмодуля является адаптивная фильтрация помех.

Субмодуль графического представления информации обеспечивает индикацию электрофизиологической информации на дисплее компьютера в монохромном или цветном режимах и служит для определения опорных точек реографических кривых. Предусмотрена возможность распечатки реограмм на печатающем устройстве.

Субмодуль расчета реографических показателей позволяет выполнять количественный анализ трансторакальных тетраполярных импедансных реоплетизмограмм (ТТИРПГ) по W.G. Kubicek [6], с вычислением 15-ти показателей, характеризующих системную кардиогемодинамику. В процессе его разработки реализован количественный анализ реоэнцефалограмм (РЭГ), реогепатограмм (РГГ), реовазограмм (РВГ), реограмм пародонта (РГП).

Анализ периферических реограмм осуществляется по единому алгоритму и предусматривает вычисление 17-ти показателей, отражающих пульсовое кровенаполнение и тонус периферических артериальных сосудов различного калибра, а также вен.

Определение опорных точек реограмм осуществляется по экстремумам и точкам обращения в ноль их первых производных. Регистрация первых производных позволила реализовать двухкомпонентный анализ реографических кривых (И.В.Со-колова, Х.Х.Яруллин, 1983, 1987) [1, 2, 5]. В соответствии с этим подходом производится определение амплитуды артериального компонента реографической волны (А, Ом), систолического отношения (В/А, %), венозного оттока (ВО, %) и, таким образом, определяется пульсовое кровенаполнение сосудистого региона, уровень тонуса его средних и мелких артерий и условия венозного оттока крови.

В исследовательском комплексе предусмотрена возможность распечатки результатов анализа (расчетной информации) в виде формализованной карты обследования и запись результатов в архив на магнитный носитель.

Субмодуль конфигурации позволяет по желанию исследователя до начала работы системы избрать амплитудный масштаб представления графической информации, рационально разместить графики на дисплее, при необходимости изменить скорость оцифровки реосигнала. Причем установленная при первичной настройке АПК конфигурация программного пакета сохраняется после окончания работы системы.

В заключение необходимо отметить, что описанный АПК совмещает в себе ряд функциональных возможностей двух распространенных в настоящее время систем анализа реографической информации: АПК LИмпекард¦, предназначенного для определения параметров системной кардиогемодинамики и АПК LКорона¦, применяемого для оценки церебрального кровообращения [2]. При этом описанный АПК имеет более высокую частоту дискретизации реосигнала (для комплексов LИмпекард¦ и LКорона¦ данная частота составляет 100 дискрет/с), и позволяет получать более широкий набор показателей одновременно с нескольких сосудистых областей для наблюдения за перераспределением крови между различными регионами.

Опыт эксплуатации описанного АПК (более 600 обследованных людей) показал его высокую надежность и удобство использования. Получаемая с помощью АПК информация характеризуется хорошей воспроизводимостью (с возможностью записи на жестких и гибких магнитных дисках) и высокой достоверностью.

1. Соколова И.В., Яруллин Х.Х., Максименко И.М. и др. Анализ структуры реоэнцефалограммы как биосигнала пульсового кровенаполнения // Журн. невропатол. и психиатр.- 1977.- Т. 77, ¦ 9.- С.1314-1321.

2. Инструментальные методы исследования в кардиологии (Руководство) / Под науч. ред. Г.И. Сидоренко.- Минск, 1994.- 272 с.

3. Инструментальные методы исследования сердечно-сосудистой системы: Справочник / Под ред. Т.С. Виноградовой.- М.: Медицина, 1987.- 429 с.

4. Реограф LР4-02¦. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.- Львов, 1989.- 52 с.

5. Яруллин Х.Х. Клиническая реоэнцефалография.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Медицина, 1983.- 272 с.

6. Kubicek W.G., Karnegis J.N., Patterson R.P. et al. Development and evaluation of an impedance cardiac output system // Aerospace Med.- 1966.- Vol. 37.- Dec.- P. 1208-1212.