Биотехническая система многоканальных электроимпедансных исследований параметров гемодинамики головного мозга

В настоящее время в медицинской практике особое внимание уделяется неинвазивным методам исследования сердечно-сосудистой системы, что связано с ростом числа сосудистых заболеваний, в том числе сосудов головного мозга. Оценка параметров гемодинамики головного мозга является актуальной в силу большой распространенности церебральной сосудистой патологии, омоложения контингента больных, тяжелых последствий, часто приводящих к инвалидности, высокой летальности.

Исследования нарушений мозгового кровообращения начались с середины XX века. Существенный вклад в развитие методов исследования гемодинамики головного мозга внесли Москаленко Ю. Е., Ронкин М. Я., Яруллин Х. Х., Эниня Г. И. и др., что позволило внедрить их в клиническую практику для оценки состояния церебральной гемодинамики при сосудистых заболеваниях, опухолях и травмах.

Нарушения мозгового кровообращения классифицируются на начальные (ранние) признаки недостаточности мозгового кровообращения, острые нарушения мозгового кровообращения, медленно прогрессирующие нарушения кровоснабжения мозга и последствия ранее перенесенного инсульта. К ОНМК относятся: преходящие нарушения мозгового кровообращения, острая гипертоническая энцефалопатия и инсульты [46]. Среди общей смертности в России сердечно-сосудистые заболевания составляют 57%, происходит около 400 тысяч инсультов в год. По данным службы скорой помощи, в Москве за последние годы регистрируется от 70 до 100 инсультов в день.

Среди наиболее часто встречающихся причин острых нарушений мозгового кровообращения можно выделить эмболию, тромбоз, поражение мелких внутричерепных артерий и кардиогенную эмболию из тромба. При этом в клинической практике первичная диагностика ОНМК проводится с помощью компьютерной рентгеновской и магнитно-резонансной томографии. На практике в ряде случаев данные методы могут быть неэффективны, что требует проведения дополнительных исследований гемодинамики головного мозга. В качестве подобных методов исследования применяют ультразвуковую допплерографию и реоэнцефалографию. В отличие от метода реоэнцефалографии, недостатками ультразвуковой допплерографии является невозможность ее применения в качестве многоканального и мониторного метода.

Важной задачей в данной области представляется применение многоканальных систем, расширяющих возможности исследования регионарного церебрального кровообращения, позволяющих исследовать перераспределение крови между бассейнами внутренней сонной, наружной сонной и позвоночной артерий, оценивать показатели их сосудистого тонуса, сравнивать гемодинамические сдвиги, происходящие в одно и то же время в нескольких областях мозга. К методам функциональной диагностики головного мозга, помимо исследования гемодинамики, относятся исследования электрической активности и спектрофотометрические методы. Совместное использование этих методов для оценки параметров головного мозга позволяет выявить зависимость между уровнем кровоснабжения головного мозга и его функциональным состоянием и оценить компенсаторные возможности сосудистой системы мозга.

В настоящее время для оценки параметров кровообращения головного мозга в клинической практике используют 4-х и 6-тиканальные системы. Для возможности одновременной регистрации сигналов кровенаполнения и оценки гемодинамических сдвигов в 4 долях головного мозга: лобной, височной, теменной и затылочной — требуется регистрировать не менее 8 каналов одновременно, что делает актуальным разработку требований к многоканальной БТС. Поэтому в данной работе предлагается методика многоканальной регистрации до 10 реоэнцефалографических сигналов, которая охватывает артериальные бассейны кровоснабжения головного мозга его четырех долей.

Для проведения анализа одновременно зарегистрированных РЭГ-сигналов требуется разработать классификацию РЭГ-циклов. Классификация реоэнцефалографических сигналов введена Х. Х. Яруллиным и включала 5 типов РЭГ-циклов [66]. Анализ РЭГ-сигналов с помощью компьютерных реографических систем показал, что известные регистрируемые сигналы невозможно однозначно описать с помощью классификации Х. Х. Яруллина, в связи с чем предложено классифицировать реоэнцефалографические сигналы на основании контурного анализа, и выделено 6 видов формы РЭГ-циклов.

Предлагаемая технология анализа РЭГ-сигналов основана на классификации РЭГ-циклов по 6 видам формы по контурной классификации. Разработанное программное обеспечение позволяет проводить одновременную обработку до 10 РЭГ-сигналов согласно предложенной классификации и типам сосудистого тонуса.

Исходя из вышесказанного, актуальность работы определяется:

1) ростом сосудистых заболеваний, связанных с нарушением мозгового кровообращения;

2) необходимостью создания многоканальной методики анализа состояния сосудов головного мозга.

Основной целью работы является повышение информативности диагностики состояния артериальной системы головного мозга за счет разработки аппаратно-программного комплекса многоканальной реоэнцефалографии.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1) Создание методики многоканальной неинвазивной диагностики состояния артериальной системы головного мозга.

2) Разработка и создание системы реоэнцефалографических отведений, конструкций электродов и систем их фиксации с учетом анатомического строения головного мозга.

— 93) Исследование и разработка методов классификации сигналов церебральной гемодинамики.

4) Создание и апробация технологии анализа информативных параметров реоэнцефалографических сигналов, оптимизированной применительно к задачам диагностики нарушений церебральной гемодинамики.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1) На основании проведенных исследований реоэнцефалографических сигналов и установленных количественных критериев, позволяющих алгоритмически интерпретировать РЭГ-циклы, предложена классификация РЭГ-циклов по шести видам формы.

2) В результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований установлены количественные критерии соответствия шести видов формы РЭГ-циклов трем состояниям сосудистого тонуса.

3) На основе медико-технических исследований предложена и реализована система 10 реоэнцефалографических отведений, учитывающая топологию основных артерий головного мозга, индивидуальные различия размеров и формы головы обследуемого.

4) Показано, что использование в клинической практике разработанной методики анализа многоканальных реоэнцефалографических сигналов с помощью преобладающих видов формы и типов сосудистого тонуса РЭГ-циклов позволяет достоверно выявлять нарушения мозгового кровообращения.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке методов диагностики состояния кровеносной системы головного мозга, а именно:

1) Разработана новая классификация реоэнцефалографических циклов на основе контурного анализа, позволяющая выявить изменения гемодинамики головного мозга.

— 102) Предложена система отведений, включающая конструкцию электродов и элементы их крепления, для проведения многоканальных реоэнцефалографических исследований.

3) Разработано программное обеспечение для обработки реоэнцефалографических сигналов, позволяющее проводить их анализ по предложенной классификации и расчет информативных реографических параметров церебральной гемодинамики.

Работа выполнена на базе кафедры Медико-технических информационных технологий МГТУ им. Н. Э. Баумана, неврологических отделений № 12 и № 13, отделения функциональной диагностики № 47 ГКБ № 1 им. Н. И. Пирогова.

Положения, выносимые на защиту:

1) Классификация РЭГ-циклов по шести видам формы, позволяющая интерпретировать РЭГ-циклы в норме и при патологии.

2) Система 10 реоэнцефалографических отведений для проведения многоканальных исследований параметров церебральной гемодинамики, учитывающая топологию основных артерий головного мозга.

3) Технология анализа информативных параметров реоэнцефалографических сигналов, позволяющая установить локализацию нарушений мозгового кровообращения.

— 112-Общие выводы.

1) Разработана биотехническая система диагностики функционального состояния головного мозга на основе многоканальных импедансных и электроэнцефалографических исследований.

2) Предложена система отведений, включающая конструкцию электродов и элементы их крепления, для регистрации многоканальных реоэнцефалографических сигналов.

3) В результате проведенного моделирования электродных систем для исследования гемодинамики головного мозга определены их параметры при проведении многоканальных реоэнцефалографических исследований.

4) Установлены количественные критерии, позволяющие классифицировать РЭГ-циклы. Показано, что известные РЭГ-циклы допустимо описать шестью видами формы.

5) Установлено соответствие между шестью видами формы РЭГ-циклов и тремя типами сосудистого тонуса. Определены количественные критерии принадлежности текущего РЭГ-цикла к состояниям сосудистого тонуса.

6) Разработаны программно-алгоритмические средства и специализированное программное обеспечение для анализа многоканальных реоэнцефалограмм по предложенной классификации.

7) Предложена методика многоканальной неинвазивной диагностики головного мозга, позволяющая установить локализацию нарушений мозгового кровообращения с использованием преобладающих видов формы РЭГ-циклов и типов сосудистого тонуса.