Tehnici de Impedanta In Masuratorile Biomedicale

Metode generale de masurare a parametrilor respiratori

Ventilatia pulmonara poate fi apreciata prin inregistrarea miscarilor respiratorii cu ajutorul pneumografelor de diferite tipuri.Graficul obtinut poarta numele de pneumograma si este format dintr-o succesiune de unde ascendente si descendente.

Pneumografia ofera informatii importante despre stabilirea tipului respirator-superior, inferior sau abdominal.

Capacitatea ventilatorie si volumele de aer ventilat se determina cu ajutorul spirometrelor, spirografelor si pneumatografelor.Spirometrele si spirografele cu apa sau uscate permit determinarea si inregistrarea volumelor de aer ventilate intr-un spatiu inchis, izolat de aerul din exterior. Pneumatografele sunt sisteme deschise, care permit inregistrarea continua a volumelor ventilate datorita unui traductor diferential plasat in apropiat piesei bucale.

Metoda spirografica utilizeaza spirograful, un aparat care permite inregistrarea grafica a volumelor si capacitatilor vitale.Metoda pune in evidenta capacitatile de aer ventilate in functie de amplitudinea inspirului si a expirului.

Metoda pneumotografica permite inregistrarea digitala a debitelor instantanee si integrate, raportate la valorile de referinta si exprimate in procente.

Metoda pletismografica realizeaza determinarea volumului gazos toracic cu ajutorul pletismografului corporeal. Variatiile de volum le cutiei toracice preluate de variatiile de presiune din cabina pletismografului din timpul unui ciclu respirator permit calculul volumului de gaz existent in torace, care este egal cu cel al capacitatii reziduale functionale.

Metoda dilutiei gazelor inerte (azot sau heliu) permite determinarea volumelor pulmonare in functie de concentrarea acestora in aerul respirat.Determinarile pot fi facute in sistem inchis sau deschis,prin tehnica respiratiei unice sau multiple.

Metoda radiologica permite masurarea capacitatii pulmonare totale pe radiografii toraco- pulmonare, efectuate in incidente postero- anterioara si laterala, cu subiectul in apnee dupa un inspir maximal. Prin prelucrarea computerizata a imaginilor radiologice se poate determina valoarea capacitatii pulmonare totale.

Utilizarile tehnicilor de impedanta in masuratorile biomedicale

1.Tomografia de impedanta electrica.

Tomografia de impedanta electrica este o tehnic de imagistica medicala in care o imagine a conductivitatii sau permitivitatii unei regiuni anume a corpului este obtinuta prin masuratori electrice de suprafata .Electrozii conductori sunt atasati pe pielea subiectului si o serie de curenti alternativi de intensitati reduse sunt aplicati unora sau tuturor electrozilor.Potentialele electrice obtinute sunt masurate ,procedeul fiind repetat pentru diverse configuratii, pentru aceeasi valoare a curentului aplicat.

Aplicatiile ale acestei tehnici includ monitorizarea functiei pulmonare, detectia cancerului de piele si san si a locatiei focarelor epileptice.Pana in 2011, toate aplicatiile erau considerate experimentale, cand a fost introdus primul dispozitiv medical de tomografie prin impedanta electrica, avand drept scop monitorizarea functiei pulmonare la pacientii ce au nevoie de terapie intensiva.

Inventarea tomografiei prin impedanta electrica ca tehnica a imagisticii medicale ii este atribuita lui John G. Webster si unei publicatii datand din 1978, desi prima realizare practica a unui sistem medical de tomografie prin impedanta electrica a fost descrisa in detaliu abia in 1984, prin colaborarea dintre David C. Barber si Brian H. Brown.

O tehnica similara tomografiei de impedanta electrica este tomografia de rezistivitate electrica, utilizata in geofizica inca din anii 30, in cadrul acesteia fiind utilizati electrozi plasati pe suprafata pamantului sau in gauri facute cu sfredelul, in vederea localizarii anomaliilor de rezistivitate.In procesele industriale de monitorizare, matricile de electrozi sunt folosite pentru monitorizarea amestecurilor de fluide conductive in vase sau tevi. Metoda e utillizata si in imagistica proceselor industriale, fiind numita tomografie prin rezistenta electrica. Electrozii metalici sunt in general in contact direct cu fluidul studiat, dar tehnicile de reconstructie sunt in mare similare cu cele intalnite in tehnica medicala.

In tesuturile biologice, conductivitatea si permitivitatea electrica variaza in functie de tipul de tesut, depinzand de asemenea de temperatura si o serie de factori fiziologici.Curentii aplicati sunt relativ mici si cu mult sub pragul la care ar provoca stimularea nervilor.Frecventa curentilui alternativ este destul de mare pentru a nu provoca efecte electrolitice in corp si puterea ohmica disipata este destul de mica si difuzata de-a lungul corpului pentru a fi cu usurinta gestionata de sistemul termoreglator al corpului.

Curentul este aplicat utilizand surse de curent sau o singura sursa mutata intre electrozi cu ajutorul unui multiplexor sau a unui sistem de conversie tensiune-curent, cate unul pentru fiecare electrod si fiecare in parte controlat de un convertor analog-digital.Masuratorile pot fi efectuate fie printr-un singur circuit de determinare a tensiunii multiplexat pentru toti electrozii, fie de circuite separate pentru fiecare electrod.Sistemele initiale utilizau in genere un circuit analog de demodulare pentru conversia tensiunii alternative la un nivel al curentului direct, si mai putin convertoare analog-digitale.Majoritatea sistemelor noi transforma semnalul alternativ direct, demodularea fiind apoi realizata digital.

Tensiunile masurate sunt transferate unui calculator pentru a realiza reconstructia si afisarea imaginii. Daca sunt necesare imagini in timp real, se recurge in genere la aplicarea unei forme de regularizare inversa a liniarizarii unei probleme precedente. In cele mai multe sisteme utilizate pentru pentru aplicatii medicale se foloseste o imagine diferentiata. Aceasta presupune ca diferentele dintre tensiunile a doua puncte in timp sa fie multiplicate la stanga prin regularizare inversa, pentru a produce o diferenta aproximativa intre imaginile de permitivitate si conductivitate.

3.Reografia

Reografia este o metoda neinvaziva de explorare care inregistreaza variatiile sistolo-distolice ale impedantei electrice a unui segment al organismului (sincrone cu variatiile de volum ale segmentului respectiv), la trecerea prin tesut a unui curent electric alternativ.Datele privind perfuzia sanguina obtinute prin aceasta metoda sunt indirecte.

Impedanta (Z) este determinata de marimile R, L, C care apar prin supunerea tesutului la un curent alternativ si definita matematic de formula:

Pentru tesuturi inductanta L este foarte mica si se poate ignora la calcul. In schimb, capacitatea (C) este foarte mare, datorita prezentei apei in toate tesuturile, in proportie variabila, dar cu o constanta dielectrica foarte mare.Din aceste motive, impedanta poate fi considerata ca fiind formata dintr-o componenta rezistiva (R) si una capacitiva

(1/ wC). Inlaturarea influentei capacitatii se realizeaza prin utilizarea unui curent de inalta frecventa (30-50 kHz) .

Metoda reografica se bazeaza pe masurarea intr-un teritoriu oarecare a variatiilor de conductibilitate electrica, produse sincron cu unda pulsului, la injectarea unui curent electric alternativ de inalta frecventa si intensitate mica (0,3 mA) , inofensiv pentru pacient. Conductibilitate electrica creste cu umplerea ritmica a vaselor sanguine si scade cu reducerea irigtiei segmentului explorat. Aceste variatii de conductibilitate electrica se inregistreaza cu ajutorul unei punti Wheatstone si se inscriu sub forma unei curbe (reograma).

Exista doua metode de masurare a variatiilor impedantei: metoda cu doi electrozi si metoda cu patru electrozi. Metoda cu doi electrozi este derivata din principiul puntii Wheatstone. Avantajele acestei metode constau in simplitatea amplasarii electrozilor si a etalonarii. Inregistrarea se face in repaus, apnee, clino- sau ortostatism, pozitie sezanda, precum si dupa diverse manevre functionale.

Pentru a studia relatiile de succesiune in timp cu fenomenele electrice si mecanice ale inimii se va inregistra simultan o derivatie ECG si eventual fonocardiograma.

In asociere cu diferite probe de provocare reactivitatii vasculare, metoda este utilizata cu succes dand informatii asupra umplerii sistolice vasculare si despre starea peretilor vasculari.

Reografia se inregistreaza grafic , sub forma unei curbe monofazice, asimetrice si pozitive. Curba reografica se aseamana cu o unda de puls. Modificarile inregistrate sunt oscilatii ale conductibilitatii electrice, determinate de o componenta arteriala si una venoasa.

In analiza undei reografice se va tine cont de :parametrii morfologici, parametrii geometrici si parametrii cronologici.

Amplitudinea (A) reprezinta inaltimea maxima a undei reografice, determinata geometric prin coborarea unei linii perpendiculare din varf pe linia izoelectrica. Ea exprima capacitatea de distensie a peretilor vasculari si este influentata de tonusul vascular .Se masoara in mm si corespunde variatiei impedantei masurate in ohmi.

[http://colegiul-medicilor.ro/interpretarea-traseului-reografic]