PDF متن کامل روش

امپدانس كارديوگرافي يا ICG، نام روشي است كه به صورت غير تهاجمي، براي به دست آوردن پارامترهايي حياتي از قلب به كار مي رود. يكي از اين كميت ها كه اطلاعات مهمي در مورد سلامت بيمار براي پزشكان فراهم مي آورد خروجي قلب است. خروجي قلب يا( CO (Cardiac Output مقدار خون پمپاژ شده توسط بطن چپ قلب در هر دقيقه است و مقدار آن براي مردان بالغ و سالم حدود L/min5.6 و براي زنان L/min4.9 است. اگر قلب سالم باشد افزايش اين كميت را مي توان به افزايش ضربان قلب نسبت داد. اين افزايش ضربان نيز مي تواند به دلايل فيزيولوژيك مانند افزايش فعاليت سيستم اعصاب سمپاتيك يا مربوط به دلايل ديگري مانند تحركات شديد و ورزش باشد. از طرفي بيماري هاي سيستم قلبي عروقي اغلب با تغيير ميزان CO همراه است. توانايي اندازه گيري دقيق كميت CO اهميت فراواني در كاربردهاي پزشكي باليني و بهبود تشخيص مشكلات قلبي دارد. لذا وجود روشي غير تهاجمي و دقيق، براي اندازه گيري اين كميت اهميتي حياتي دارد.

تا قبل از ارائه روش ICG، متدهاي گوناگوني براي اندازه گيري CO مورد استفاده قرار مي گرفت. از اين روش ها مي توان به Finapres Methodology، Dilution methods، Ultrasound Dilution method، Pulmonary Artery، Thermodilution، Doppler ultrasound method و Echocardiography اشاره كرد. اما اين روش ها هر كدام با مشكلاتي از قبيل تهاجمي بودن، هزينه بر بودن، تخصصي بودن دستگاه ها و سختي كار با آن ها به خصوص براي پرستاران و اپراتورها، همراه بودند. روش ICG در سـال 1966 بـراي اوليـن بار توسط Kubicek مطرح شد. ولي متاسفانه در آن زمان به دليل پايين بودن دقت، تكرارپذيري پايين و يكسان نبودن نتايج با روش هاي تهاجمي كمتر مورد استقبال قرار گرفت. با گذشت زمان و ارائه اصلاحات لازم، اين روش امروزه پيشرفت فراواني كرده است و كاربرد آن گسترش يافته است.

اصول روش ICG
اين روش بر مبناي يكي از قوانين اوليه برق به نام قانون اهم ارائه شده است. اين روش بر مبناي مدلي از بالا تنه انسان ارائه شده است كه در آن فرض مي شود امپدانس بافت قفسه سينه با امپدانس خون موازي است. اين امپدانس به دلايل متعددي دائم در حال تغيير است. تنفس باعث تغيير امپدانس قفسه سينه مي شود، امپدانس خون با هر ضربان قلب تغيير مي كند، تحركات بيمار و عوامل خارجي نيز باعث تغيير در امپدانس كلي مي‌شوند. تحقيقات در اين زمينه براي كاهش اثر اين نوسانات همچنان ادامه دارد و در معادلات ارائه شده نيز سعي مي شود پارامترهاي بيشتري دخيل شود. در آينده در مورد كاربرد سيگنال امپدانس به دست آمده توضيح داده خواهد شد.

كاركرد
‌طريقه اندازه گيري امپدانس بحث شده به اين صورت است كه الكترودهايي در قسمت هاي به خصوصي از بدن قرار داده مي شوند، جريان الكتريكي با فركانس 50 تا 100 كيلوهرتز از طريق تعدادي از اين الكترودها به بدن تزريق مي شود و ولتاژ توليد شده نيز به وسيله تعدادي الكترود ديگر جمع آوري مي شود. امپدانس ايجاد شده با استفاده از قانون اهم به دست خواهد آمد. اما از طرفي موقعيت قرار دادن الكترودها روي بدن، نوع آن ها و تعدادشان نيز هنوز در حال بررسي است و سعي در بهبود آن مي شود. در روشي كه Kubicek ارائه داد از چهار الكترود نواري استفاده مي شد(شكلa-1.)


‌مشكل اين الكترودها اولا سختي قرار دادنشان روي بدن، دوم دشواري استفاده براي بيماران و در آخر گراني آن ها بود. تحقيقات زيادي صورت گرفته تا اين آرايش، با الكترودهاي نقطه اي يك بار مصرف جايگزين شود. در سال 1986 ،Bernstein روشي ارائه داد كه در آن از 8 الكترود نقطه اي در اطراف بدن و روي گردن استفاده مي شد(شكل b1.) اصلاح شده اين روش (شكلc1) تا 10 سال محبوبيت فراواني در پي داشت ولي در اواخر دهه 90 ثابت شد كه الكترودهاي مياني ميدان الكتريكي غير يكنواخت نسبتا بزرگي در بدن به وجود مي آورد كه نتايج اندازه گيري را تحت تاثير قرار مي دهد. در مقاله اي كه در سال 2006 از Akira Ikarashithe منتشر شد بهترين موقعيت الكترودها براي تزريق جريان پشت گوش ها و قسمت پاييني شكم تعيين شد(شكل2.) همچنين خود او در مقاله اي ديگر موقعيت بهينه الكترودها براي گرفتن ولتاژ را قسمت مياني بدن، يكي روي ناحيه استخوان ترقوه و ديگري روي غضروف خنجري قفسه سينه پيشنهاد داد.

‌از بين بردن تاثير تنفس روي سيگنال امپدانس
‌يكي ار عوامل مزاحم و اختلال گر در اندازه گيري سيگنال امپدانس، تاثيرات تنفس بر آن است. در گذشته براي از بين بردن اين اثر بيماران را مجاب به نگه داشتن نفس مي‌كردند تا از تغييرات حجم قفسه سينه و كشيده شدن عضلات و بافت ها جلوگيري شود. با وجود ظاهر موجه اين روش، نگه داشتن نفس به طور قابل ملاحظه اي بر ضربان قلب و حجم خون پمپاژ شده توسط آن تاثير مي گذارد. لذا در عمل چنين كاري منطقي نيست. روش ديگر ميانگين گيري از سيگنال امپدانس بود. اما اين روش نيز مشكلي اساسي دارد و آن معوج كردن سيگنال خروجي است. استفاده از فيلتر بالاگذر نيز بخش مهمي از اطلاعات خود سيگنال را از بين مي برد. اما روشي كه به تازگي براي اين منظور پيشنهاد شده است از بين بردن سيگنال نويز به وسيله آناليز cross Correlation است. در اين روش كه توسط VinodK. Pandey و PremC. Pandey پيشنهاد شده است سنسوري مقابل سوراخ هاي بيني قرار مي گيرد و به اين طريق با استفاده از تغييرات زماني سيگنال تنفس همزمان سازي و حذف سيگنال تنفس صورت مي گيرد.

سيگنال ICG و روش هاي استخراج اطلاعات
‌تا اينجا در مورد اهميت سيگنال امپدانس،( Z(t تاكيد زيادي داشته ايم و بر لزوم خالص بودن آن حساسيت ويژه اي نشان داده ايم. حال به بررسي شكل موج سيگنال و اهميت آن در محاسبه نهايي خروجي قلب مي پردازيم. سيگنال dZ كه تغييرات ( Z(t نسبت به امپـدانـس اوليه است، و سيگنال ECG در شكل3 نمايش داده شده اند. آنچه كه در معادلات محاسبه CO مورد استفاده قرار خواهد گرفت اطلاعاتي است كه در سيگنال نهفته است.
‌بـازه زمـانـي كـه در آن بطـن چـپ در حـال دفـع خـون اسـت )Left Ventricular Ejection Time( LVET نـام دارد كـه اين مقدار در شكل موج dZ/dt فاصله بين نقاط B و X است(شكل 3.) اين موضوع به طور تجربي ثابت شده است كه نقاط B و X به ترتيب مصادف با باز شدن دريچه آئورت و بسته شدن آن هستند. در معادله هايي كه براي به دست آوردن خروجي قلب مورد استفاده قرار مي گيرند پارامترهايي از قبيل: ، LVET، فاصله بين الكترودهاي ولتاژگيري، امپدانس استاتيك ناحيه قفسه سينه(0)Z و وزن فرد دخيل هستند.
Kubicek اولين فردي بود كه معادله اي براي استخراج CO از سيگنال ICG ارائه داد. پس از او افراد ديگري نيز اقدام به بهبود و بهينه سازي اين معادله نمودند كه از جمله اين افراد مي توان به Sramek و Bernstein اشاره كرد. تـا بـه امروز از بين معادلات پيشنهادي، معادله Bernstein بيشتـرين دقت را داشته است كه در ادامه بيشتر به آن خواهيم پرداخت و به مقايسه نتايج آن با ديگر معادلات مي پردازيم.
چيـزي كـه در معادلات پيشنهادي مهندسي اهـمـيــت فــراوانــي دارد انـحــراف مـعيـار(SD) يـا پراكندگي نتايج خروجي معادلات است. هر چه اندازه نتايج خروجي به مقدار ميانگين نزديك تر بـاشـنـد مـقـدار SD كـوچـك تر خواهد شد. اين مـوضـوع يكي از ابعاد برتري معادله Bernstein نـسبت به ديگر معادلات است. در شكل 4 دو سري نمودار مربوط به چهار روش مختلف در كنار هم قرار داده شده اند. در هر دو سري نمودار داريـم: شـكـل بالا سمت چپ روش Kubicek، شكل بالا سمت راست روش Sramek، شكل پـايـيـن سمت چپ روش Sramek-Bernstein و شـكــل پــايـيــن سـمـت راسـت روش Bernstein. مقـاديـر معيـار در نظـر گـرفته شده در مقايسات خروجي ها، مقادير CO به دست آمده از روش تـــهـــــــاجـــمـــــــي Thermodilution اســـــــت كــــــه در نمودارهاي سمت چپ با خط مشكي نامقطع قــابــل مـشــاهــده اســت. هـمـانطـور كـه مشـاهـده مي‌شود در روش Bernstein، هم نتايج به دست آمده به مقدار معيار نزديك تر است و هم انحراف معيار خيلي كمتري نسبت به ساير روش ها دارد.

نتيجه گيري
روش ICG در اوايـل ارائه آن به خاطر دقت پايين و تكرارپذيري پايين آن كمتر مورد توجه پزشكان قرار مي گرفت. ولي با گذشت زمان و پيشرفت هايي كه در اين روش رخ داده امروزه مي توان از آن به عنوان روشي قابل اطمينان و ارزان قـيـمـت در كاربردهاي كلينيكي ياد كرد. همان طور كه پيش تر هم اشاره شد روش هاي ديگر محاسبه خروجي قلب در عين دقت بالا همگي با مشكلات ذكر شده همراه هستند كه مهـم‌تـريـن آن هـا تهـاجمي بودنشان بود. با بالا رفتن دقت اين روش نسبتا جديد، رقابت آن با روش هاي قديمي تر نزديك تر خواهد شد كه به طبع، موجب پيشرفت روز افزون آن نيز خواهد شــد. از جـمـلــه زمـيـنــه هــاي تـحقيقـاتـي مـرتبـط مي‌توان به پردازش سيگنال براي كاهش اثرات نامطلوب تنفس و حركت، تا روش هاي آزمون و خطا براي بهبود موقعيت الكترودها و بهبود معادلات اين متد اشاره كرد.

منبع: نشریه مهندسی پزشکس شماره ۱۳۱، آیدین رجب زاده