روش1- پلتيسمو گرافي امپدانسي
سعید درویشی دانشجوی دکترای مهندسی پزشکی دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات
S.DARVISHI@GMAIL.COM
كاركرد قلب تنها به‌وسيله تحليل حجم ضربه‌اي و در فشارهاي شناخته شده تعيين مي‌گردد. فشار خون سرخرگي و برون‌ده قلبي پارامترهاي اساسي فيزيولوژيك در بررسي عملكرد هموديناميك سيستم قلبي-عروقي است.
پلتيموگرافي امپدانسي (IP) روشي جهت به‌دست آوردن ميزان تغييرات حجمي در بدن است، كه بر اساس اندازه‌گيري امپدانس الكتريكي در سطح بدن انجام مي‌پذيرد. اين مقاله به بررسی اين روش و پايه‌هاي بيوالكتريك IP و معرفي کاربردهای آن پرداخته شده است.
پلتيسموگرافي امپدانسی (IP): IP يك تكنيك اندازه‌گيري است كه تغييرات حجم خون را در اعضاي مختلف بدن محاسبه مي‌نمايد. (حجم خون سياهرگها و ضربان سرخرگها). با تغيير حجم خون، امپدانس الكتريكي نيز تغيير مي‌كند. اين امپدانس الكتريكي با اعمال مقدار معين از جريان AC به عضو مورد نظر محاسبه مي‌شود. اين روش غير تهاجمي است زيرا بيمار با اعمال جريان الكتريكي با دامنه پائين چيزي از طريق پروب احساس نمي‌كند. با اندازه‌گيري تغييرات حجم خون، پزشك مي‌تواند موانع موجود در سر راه جريان خون از جمله خون مردگيها و انسداد عروق، مراحل اوليه بيماري تصلب شرائين، اغتشاشات موجود در جريان خون و كارآيي جريان خون را شناسايي كند. وسيله‌هاي جديدي طراحي و توليد شده است تا بتوان از روش IP در مراقبتهاي ويژه و حرفه‌اي استفاده كرد.
اهميت كلينيكي
برش شريان ششي كه در روش رقيق‌سازي حرارتي متناوب لازم است بيمار را در مقابل چند خطر قرار مي‌دهد. مشكلات ممكن شامل نقص شريان ششي، مرگ بافت ريوي، عفونت ناشي از برش، نقص بالن، آسيب ديدن داخل قلب و مويرگها و بسته شدن وريد شود. علاوه بر اين، در يك مطالعه در پنج بيمارستان در آزمايش بر روي 5735 بزرگسال مشخص شد كه كاتتر شريان ريوي با افزايش مرگ و مير همراه است بيماراني كه احتمال زنده ماندن تا 2 ماه را داشتند با كاتتر كردن شريان ريوي در معرض خطر مرگ قرار گرفتند. حتي اگر كاتتر كردن شريان ششي مرگ و مير را افزايش ندهد هنوز محاسبه خروجي قلب
بصورت غيرتهاجمي ارجح است. در يك مطالعه كه توسط Haller انجام شد، ديده شد كه براي بدست آوردن 75% تغييرات دقيق خروجي قلب توسط روش رقيق‌سازي حرارتي به 10/5 دقيقه وقت نياز است. اين زمان براي تشخيص سريع و فوري بسيار طولاني و همچنين به داشتن يك دماي ثابت در جريان خون پالمونري وابسته است.
در روش IPG يك مقدار كم از يك جريان AC فركانس بالا از ميان سنسورها عبور كرده و تغييرات به‌وجود آمده در امپدانس الكتريكي ناشي از تغييرات حجم خون محاسبه و اندازه‌گيري مي‌شود. با استفاده از روش IPG مي‌توان تغييرات بوجود آمده در حجم خون و موج ضربان شرياني را بدست آورد.
چگونگي عملكرد IP
اندازه‌گيري تغييرات امپدانس (با استفاده از آن تغييرات حجم نيز به‌دست مي‌آيد) به چهار الكترود همانطور كه در شكل (1) به نمايش درآمده است، احتياج دارد.
دو الكترود مياني ولتاژ را آشكار مي‌كند و محل قرار گيري آنها عضو مورد نظر را مشخص مي‌كند بدين معنا كه تغييرات حجم خون در بين اين دو الكترود اندازه‌گيري مي‌شود، از الكترودهاي خارجي‌تر جهت اعمال جريان كوچك (غير قابل احساس مورد نياز براي اندازه‌گيري امپدانس) به عضو مورد نظر استفاده مي‌شود. محل قرار گرفتن اين الكترودهاي خارجي اهميت چنداني ندارد. در گذشته براي اندازه‌گيري امپدانس IP از الكترودهاي خاص استفاده می‌شده است كه تحقيقات فراوان و تلاشهاي بسياري جهت جايگزيني اين الكترودها با الكترودهاي ECG كه بسيار ساده و ارزان است انجام شده است. همانطور كه قبلاً اشاره شد سيگنال به‌دست آمده شامل تغييرات حجم سياهرگي و ضربانهاي موجود در سرخرگها مي‌شود، سيگنالهاي ناشي از ضربان شريانها بسيار كوچك بوده و با توجه به كاراكترهاي ضربان قلبي به راحتي قابل جدا شدن است. با توجه به برنامه اندازه‌گيري مورد استفاده، دستگاه به راحتي مي‌تواند شكل موجهاي مربوط به تغييرات حجم يا ضربان شريانها را ارائه دهد. IP مقدار نسبت حجم خون (ml) را در 100ml بافت بدون استفاده از هيچ نوع گيج مكانيكي و به‌طور مستقيم اندازه‌گيري مي‌كند در زمينه اندازه‌گيري غير تهاجمي خروجي قلب تحقيقات زيادي انجام گرفته كه نتايج خوبي در بيماران نرمال و نتايج ضعيفي در استفاده از روش IP در بيماران غير نرمال بدست آمده است.
بحث و نتيجه گيري
اعتبار روش IP بسيار بحث برانگيز است. هنگامي كه از فرمولهاي ساده جهت به‌دست آوردن حجم ضربه‌اي قلب استفاده مي‌شود و از تغييرات مقاومت خون صرفنظر مي‌شود، دقت روش IP بسيار پائين مي‌آيد. اين آزمايشات همچنين شامل بيماريهايي مي‌شده كه براي روش IP مناسب نبوده است. اعتبار اين روش در آزمايشات، با داشتن اطلاعات بيشتري از كاربردهاي IP به‌دست مي‌آيد. اين روش بدون شك معايبي نيز دارد، كه شامل خطاهايي است كه توسط نارسايي‌هاي دريچه آئورت، دريچه ميترال و وجود شنت‌هاي قلبي مي‌شود (براي مثال نارسايي سپتال).
اين روش هيچ نوع اطلاعي از وجود بيماري از انسان بدست نمي‌دهد و بايد توسط روشهاي ديگر تشخيص داده شود. اين مدل همچنين براي افرادي كه فيبريلاسيون دهليزي دارند كاربرد ندارد. به‌طور كلي روش IP غير تهاجمي و بي‌ضرر است. دقت اين روش در آزمايشات دقيق در بيماران، نتايج قابل قبولي مي‌دهد. دقت اندازه‌گيري خروجي قلب در اين روش و روش اندازه‌گيري رقيق‌سازي رنگي تقريباً برابر است و تعيين تغييرات خروجي قلب نيز بسيار دقيق است. همچنين بايد در استفاده از روش IP در اندازه‌گيري جريان خون در مغز دقت نمود تا از محل قرارگيري دقيق الكترودها مطمئن شد تا سيگنال بدست آمده توسط قسمتهاي اصلي جمجمه توليد شده باشد.
پلتيسموگرافي انسداد وريدي
(Venous occlusion plethsmography)
vop يكي از معمولترين و معروفترين كاربردهاي تكنيك IP است، اين روش به‌صورت عمومي با بستن يك كاف فشار بر روي ران انجام مي‌شود، سپس سرعت پر و خالي شدن سياهرگها براي تشخيص گرفتگي و لختگي و اختلافات جريان خون اندازه‌گيري مي‌گردد.
كاف را تا جايي كه فشار آن از فشار وريدي بيشتر و در حدي پائين تر از فشار دياستولي باقي بماند از هوا پر مي‌كنند در نتيجه خون مي‌تواند در شريانها جريان داشته باشد ولي جريان آن در وريدها قطع مي‌شود. اين بدين معني است كه خون از ميان شريانها عبور كرده ولي از وريدها خارج نمي شود و بنابراين خون در بالاي كاف و در پاها و ساق پا جمع مي‌شود با كم كردن فشار كاف و اندازه‌گيري حجم خون مي‌توان سرعت شارش شرياني (arterial vop) و سرعت شارش وريدي (venus vop) را به‌دست آورد.
VOP شرياني را مي‌توان در تشخيص عدم كاربرد رگها، ارزيابي كيفيت ديناميك گردش خون، به‌دست آوردن تأثير داروها در بدن و در تحقيقات مختلف به‌كار برد.
از VOP وريدي در تشخيص لختگيهاي وريدي، ارزيابي عملكرد سندرمهاي گرفتگي عروق و به‌دست آوردن ديگر پارامترهاي كاربردي سيستم وريدي استفاده مي‌شود. در كنار تكنيك vop روشهاي ديگري از قبيل پلتسيموگرافي strain gauge و پنوموپلتسيموگرافي (با استفاده از كافهاي پنوماتيك مخصوص) نيز وجود دارد. هر چند به‌دليل تحليل ساده سيگنال IP و پارامترهاي مختلفي كه نتيجه مي‌دهد و نبود ريسك مربوط به مسموميت جيوه موجود در سنسورهاي strain gauge، كاربرد IPبيشتر است.
تجزيه و تحليل موج ضربان
شكل موج ضربان شرياني داراي دامنه كمي است و بر روي سيگنال ناشي از تغييرات حجم وريدي قرار مي‌گيرد. با توجه به نسبت سيگنال به نويز بالا مي‌توان به راحتي اين سيگنال را شناسايي و ارزيابي نمود. اندازه‌گيري موج ضرباني در بسياري از اعضاء مثل سر قابل انجام است.
شكل موج ضرباني به‌دست آمده توسط قابليت ارتجاع رگهای خونی تعيين می شود. يک تکنسين مجرب با تحليل منحنی های به‌دست آمده می‌تواند به اطلاعات اوليه‌ای در زمينه بيماريهاي شريانها پي ببرد. اين منحني ها تغييرات را به سرعت نشان مي‌دهد و به صورت غير تهاجمي به‌دست مي‌آيد و استفاده از آنها بسيار ساده و يكي از اقتصادي ترين روشهاي شناخته شده تاكنون است. مي‌توان با استفاده از روش VOP و الكترودهاي آن منحني هاي ضرباني شريانها را نيز به‌دست آورد. شكل (2) نشان مي‌دهد كه چگونه شكل موج ضرباني در بيماريهاي مختلف تغيير مي‌كنند.
از تحليل اين منحني‌ها مي‌توان در موارد زير بهره برد:
• تشخيص و شناسايي اوليه تصلب شرائين،
• بيماريهاي حاد و شديد شرياني،
• اغتشاشات سيستم گردش خون،
• مانيتور كردن قلبي بيماراني كه داراي ريسك بالايي هستند مثل افراد مبتلا به ديابت، سيگاريها و بيماران بالاي 50 سال،
• معاينه‌هاي عمومي بعد از عمل جراحي رگ و
• تعيين تأثير داروهاي مختلف بر روي سيستم وريدي.
شكل موج ضربان را مي‌توان از طريق پلتسيموگرافي انگشت دست و پا نيز بدست آورد. Pulse wave analysis كه با نام Rheography شناخته مي‌شود. شكل و اندازه موج ضرباني شريانها با هر بيماري تغيير مي‌كند بنابراين اندازه‌گيري و تحليل شكل موج شرياني يك روش تشخيصي ساده و قدرتمند در شناسايي هر نوع بيماري شرياني است.
كارديوگرافي امپدانس (Impedance cardiography):
ICG يك روش غير تهاجمي جهت پايش قلب است كه مي‌تواند به راحتي خروجي قلب را به‌دست دهد. همانند IPG، روش ICG نيز از تغييرات امپدانس (مقاومت يك مدار AC) موجود در قفسه سينه را كه توسط پمپ قلبي ايجاد مي‌شود جهت نمايش پارامترهاي قلبي استفاده مي‌كند. ECG معمولي فعاليت الكتريكي قلب را نمايش مي‌دهد ولي با استفاده از دستگاه ICG تپيدن قلب قابل مشاهده است.
اندازه‌گيري ICG
روش ICG روشي بي خطر و غير تهاجمي براي اندازه‌گيري و نمايش سيكل قلبي است كه از امپدانس الكتريكي (مقاومت در برابر عبور جريان متناوب) براي محاسبه تغييرات در حجم خون استفاده مي‌كند؛ تغيير در حجم خون به‌صورت مستقيم با تغيير در فشار خون متناسب است سيگنال ICG توسط 8 الكترود بدست مي‌آيد كه 4 عدد آن روي قفسه سينه و 4 عدد روي گردن قرار مي‌گيرند كه در شكل (3) قابل مشاهده است.
منحني‌هاي به‌دست آمده در شكل (4) نشان داده شده است. منحني اول استاندارد بوده و از ECG به‌دست مي‌آيد. نمودار مياني، منحني امپدانس IPG كه توسط الكترودها از اين روش بدست آمده را نشان مي‌دهد. لازم است به اين نكته توجه شود كه اين منحني بسيار شبيه نمودار فشار شرياني است زيرا در حقيقت سنجش حجم با فشار متناسب است.
اندازه‌گيري سيگنال امپدانس در يك بخش بزرگ (از دريچه آئورتي تا شروع آئورت شكمي) توانايي محاسبه ميزان حجم ضربه‌اي قلب را كه در روشهاي استاندارد اندازه‌گيري فشار ممكن نيست را به كاربر مي‌دهد. منحني آخري شكل (4) نمودار سيگنال ICG است كه بيشترين اهميت را در اين بخش دارد. اين منحني اولين مشتق نمودار IMP است. اين نمودار نتايج بهتري ارائه داده و به راحتي بدست مي‌آيد. تحقيقات مختلفي نشان داده است كه منبع اصلي سيگنال در حين سيستول تغييرات حجم خون در آئورت سينه‌اي است. منبع اصلي ديگر vena cava است كه سيگنال را در طول دياستول تحت تأثير قرار مي‌دهد. خود قلب بعلت داشتن عايق‌هاي الكتريكي چون پري كارديوم (غشاء خارجي قلب) تأثير چنداني ندارد. قسمتهاي مختلفي از سيگنال ICG در شكل (4) علامت‌گذاري شده كه نشان‌دهنده قسمتهاي مختلف سيكل قلبي است. نقطه B نشان دهنده باز شدن دريچه آئورت است و نقطه x بسته شدن آن را نشان مي‌دهد و اهميت فراواني دارد. نقطه y بسته شدن دريچه پالمونري را نشان مي‌دهد و نقطه o مربوط به زماني است كه دريچه ميترال در حين دياستول تا ماكزيمم حد خود باز است.
از نقاط B وc وx در محاسبه حجم ضربه‌اي و مدت زمان سيستول استفاده مي‌شود. نقاط و منحني‌هاي ديگر براي تحليل و شناسايي بيماريهاي قلبي (تنگي دريچه قلب، نارسايي دريچه ها، افزايش فشار سياهرگي بدليل مشكلات قلبي) مفيد است.
كاربردهاي ICG بسيار گسترده است:
• تشخيص بيماريهاي قلبي (آزمايش و پايش كردن): از آنجا كه تكنيك ICG غير تهاجمي بوده و كاربردي آسان دارد به راحتي هر پزشكي (نه تنها متخصصان قلب) مي‌تواند از آن براي آزمايش تست بيماريهاي قلب استفاده كند،
• تنظيمات ضربان سازهاي قلبي: پارامترهاي متغيري (تأخير AV - ماكزيمم سرعت ضربان‌سازي) در ضربان سازها نياز به تنظيمات مشخص و منحصر به فرد دارد. در حال حاضر بسياري از دانشمندان پارامترهاي خود را با استفاده از روش سعي و خطا كه بسيار وقت‌گير بوده و بهينه نيز نيست، تخمين مي‌زنند. با استفاده از سيگنال ICG مي‌توان به راحتي تنظيمات دستگاه ضربان ساز را بهينه ساخت و با استفاده از اندازه‌گيري خروجي قلب نتايج اين تنظيمات را مشاهده نمود،
• پايش در مدت زمانهاي زياد در بخش مراقبتهاي ويژه: نتايج بسياري از تحقيقات نشان داده است كه پايش خروجي قلب با استفاده از روش تهاجمي و كانتر نه تنها گران‌قيمت است بلكه ريسك بالايي در عفونت بيمار دارد. مي‌توان كانترها را با روش ICG جايگزين نمود كه بسيار اقتصادي تر، بي‌خطرتر و ساده است،
• پايش در حين عمل جراحي و بيهوشي،
• آزمايش stress و
• تحقيقات فيزيولوژيك و داروشناسي.
كاربردهاي ICG امپدانس بيو الكتريكي براي ارزيابي توانايي پمپ قلبي و تغيير ديگر پارامترهاي فيزيولوژيك به‌كار مي‌رود. اولين دستگاه تجارتي ICG براي اندازه گيري خروجي قلبي در سال 1960 ساخته شد. با استفاده از فناوريهاي جديد از قبيل كامپيوتر و... دستگاه‌هاي نويني طراحي شده است، پيشرفت‌هاي جديدي نيز در زمينه پردازش و تحليل داده‌ها صورت گرفته است
منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۶۶