1.Реография

ПРИМЕНЕНИЕ БИОИМПЕДАНСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ
Николаев Д.В., Смирнов А.В, Тарнакин А.Г., Гвоздикова Е.А.
НТЦ "Медасс"
Медицинские технологии, основанные на измерении электрического
импеданса тканей пациента, стремительно развиваются в большинстве стран мира.
Число научных публикаций в этой области год от года возрастает, аппаратурный
парк биоимпедансных приборов в 2000 году перешагнул за миллион единиц.
К широко распространенным
методикам – реографии (bioimpedance
cardiology) и анализу состава тела (body composition analyses)
добавляются
направления импедансной томографии (electrical impedance tomography) и
биоимпедансной
спектрометрии
(bioimpedance
spectrometry).
Каждое
из
перечисленных направлений имеет ряд специализаций и применений в конкретных
областях медицинских диагностических исследований.
Результаты
биоимпедансных исследований можно найти в самых
разнообразных по тематике монографиях и периодических изданиях, но каждые
три
года наиболее интересные данные по медицинским, техническим и
методическим аспектам биоимпедансных технологий публикуются в материалах
ICEBI (International Conference on Electrical Bio-Impedance). Краткий обзор статей
одиннадцатой конференции ICEBI, состоявшейся в июне 2001 года в Осло
представлен ниже.
1.Реография
Биоимпедансные методики исследования кровотока в различных участках
тела пациента за последние сорок лет сформировались в достаточно жесткую и
консервативную систему. Колоссальный объем клинических исследований, в том
числе по верификации получаемых результатов, авторитет основоположников
современных алгоритмов расчета, сложившийся перечень наиболее употребляемых
параметров и индексов, стандартизированные электродные системы и
измерительные приборы - все это свидетельствует о том, что реографические
методики достигли этапа зрелости и совершенства. Тем не менее, в отдельных,
немногочисленных работах можно обнаружить и свежие, и нетрадиционные
подходы.
Центральный объем кровообращения (ЦОК) - параметр легко
интерпретируемый и надежно измеряемый. В ситуациях связанных с угрозой отека
легких он позволяет оценить текущее состояние и скорость развития опасных
тенденций. Увеличить чувствительность и специфичность этого диагностического
инструмента предлагается (1), за счет использования двухчастотной процедуры
измерения базового импеданса и выделения именно внеклеточной составляющей
ЦОК.
Научная группа из Чехии (2) публикует свои результаты сравнительных
испытаний ряда параметров центральной гемодинамики (сердечного индекса,
ударного индекса, фракции выброса), полученных биоимпедансным методом и
эхографическим. Результаты, полученные на выборке из 50 исследований, как и в
сопоставлении с другими методами, в абсолютных значениях обнаруживают
небольшую систематическую погрешность, в динамике - хорошую сходимость.
Форма кривой дифреограммы и спектральное описание
последовательности R-R интервалов и других элементов электрокардиограммы
рассматриваются и интерпретируются в сотнях, если не в тысячах научных
публикаций. Тем не менее, сотрудниками РК НПК МЗ РФ (Москва)
В.М.Хаютиным, Е.В.Лукошковой и др. (3) обнаружено и проанализировано еще
одно
"белое пятно" в интерпретации механизма симпатической инотропной
регуляции сердца.
Голландские исследователи Th.J.C.Faaes, H.J.J.Kerkkamp и др. (4) дерзнули
усомниться значимости основного соотношения, связывающего линейный размер
измеряемого участка с значением импеданса этого участка в общепризнанных на
сегодняшний день уравнениях Кубичека-Паттерсона и Шрамека-Бернштейна.
Неудовлетворенность в результатах применения классических уравнений налицо,
но лучшего предложить авторы пока не смогли,
в чем честно и признались.
Вероятно, в недалеком будущем, кто-то сможет предложить варианты ответа на
поставленный ими вопрос.
Сотрудники Королинского Университета (Стокгольм) Karin Jarverud и Stig
Ollmar (5), изучая реографические кривые с интракардиальных электродов
кардиостимулятора, нашли статистически достоверный признак (Е-волну),
характерную для начальной стадии быстрого наполнения.
Ryojui Watanabe и Hajime Kotoura (6)проведена верификация момента
начала выброса крови из желудочков на основании разметки реографической
кривой методом эхографии. Обнаружено, что по данным эхографии этот момент
фиксируется в среднем на 10+-5мс позже.
Михаил Зубарев, Андрей Думлер и др. (Медицинская Академия, г.Пермь)
(7) изучали эффективность диагностики при развитии отека легких по трем
полученным в результате биоимпедансных измерений параметрам: Z, L/Z и TFVI
(TFVI рассчитывается аналогично ЦОК). Лучшим признан TFVI, на выборке 36
больных показавший чувствительность 100% и специфичность 95%.
Robert Patterson и др.(8) показали, что на основе биоимпедансных
измерений ЦГД можно успешно строить процедуры мониторирования
дыхательных тестов. Описана реализация теста Вальсальва с давлениями 10, 20, 30,
40 и 50мм рт. ст.
Отмечается, что реографическое сопровождение теста Вальсальва позволяет
сформировать методику, несущую информацию со взаимно дополняющими
данными по легочной и сердечно сосудистой системам.
2.Оценка состава тела
Эта область биоимпедансных исследований в современном мире наиболее
популярна. Примерно 80% биоимпедансных приборов используются диетологами
(или косметологами и другими специалистами в сложившейся индустрии
коррекции фигуры, веса). Биоимпедансные анализаторы состава тела бывают
одночастотные и многочастотные, с оценкой только интегральных параметров
жировой, тощей, активной клеточной массы, внутриклеточной, внеклеточной,
интерстициальной и общей жидкости организма и с возможностью определения
этих параметров раздельно по регионам - в туловище и каждой конечности. Основу
парка используемых в широкой медицинской практике приборов составляют
недорогие одночастотные анализаторы с возможностью проведения только
интегрального исследования. Опыт пятнадцати лет широкой эксплуатации таких
приборов выявил их очевидные недостатки: высокую чувствительность в зоне
конечностей и низкую в зоне туловища, невозможность скомпенсировать
погрешности при нестандартных антропометрических данных пациента и
региональных перераспределениях жидкостей организма.
H. Scharfetter, B. Brandstatter и др.(9)из университета г. Грац (Австрия)
предлагают путем введения дополнительного измерения в области живота
повысить точность оценки жировой массы. В качестве поверочного, выбран метод
магнитно-резонансного сканирования. Дополнительно получена оценка объема
жидкости в абдоминальной области.
Очередная попытка выработать критерии эффективности гемодиализа у
больных с хронической почечной недостаточностью под контролем
биоимпедансных методов предпринята группой кубинских и испанских врачей(10).
Наиболее информативными параметрами были признаны фазовый угол сдвига
импеданса и соотношение объемов клеточной и внеклеточной жидкостей.
Австралийские биологи Cornish B.H., Syme C и др.(11) убедительно
продемонстрировали преимущество мультичастотного биоимпедансного анализа
относительно одночастотного в локальных оценках объемов жировой и безжировой
тканей. Результаты, полученные по формулам мультичастотного анализа
одинаково применимы для участков тканей с меньшим и большим содержанием
жира, что было подтверждено данными двухуровневого рентгеноскопического
исследования.
О возможности определения клеточной массы (body cell mass) без данных
измерения роста и веса представила информацию группа исследователей
Великобритании и Австралии(12).
Оценка совпадения результатов одно- и мультичастотного методов в
исследованиях контроля течения limphoedema проводилась в медицинских
учреждениях Брисбена и Аделаиды (Австралия). Полученный коэффициент
корреляции (0.87) позволяет предположить, что в данном случае оба метода
примерно равноценны(13).
Проблема изменения удельной проводимости жидких сред организма, в
частности плазмы крови, при проведении гемодиализа, создает трудности
интерпретации результатов мониторирования величин общей, внеклеточной,
внутриклеточной и интерстициальной жидкостей и их перераспределения.
Японскими исследователями K. Sakamoto и др. предложена процедура коррекции
данных биоимпедансного анализа, позволяющая разумно интерпретировать
наблюдаемые результаты межсекторальных перераспределений жидких сред.(14)
Принципам многорегионального мультичастотного биоимпедансного
анализа посвящена работа группы московских и лондонских исследователей(15).
Серийно выпускаемый в России биоимпедансный анализатор "АВС-01 МЕДАСС"
пока единственный в мире прибор такого класса. Путем несложной коммутации
четырех пар токовых и потенциальных электродов, кроме общепринятых
интегральных параметров состава тела, прибор, одновременно, позволяет
отслеживать показатели гидратации в пяти регионах - туловище и четырех
конечностях.
3.Импедансная томография
Серийно выпускаемой аппаратуры для импедансной томографии,
применимой для любого региона организма, нигде в мире еще нет, но, учитывая
огромные преимущества дешевизны и отсутствия вредных факторов воздействия
при проведении исследования, интерес к разработке этого класса аппаратуры
велик. Отдельные результаты исследований публиковались и 10 и15 лет назад, в
частности для импедансной маммографии. На конференции этот раздел привлек
наибольшее число работ, но основная часть из них - описания математических
алгоритмов обработки информации.
Сотрудники московского Института Радиоэлектроники (16) описывают
результаты клинических испытаний портативного импедансного томографа для
маммографии. Приводятся типичные визуальные представления импеданснотомографических исследований нормальной грудной железы, железы с карциномой
и в период лактации.
В Геттингенском университете (17) получены результаты биоимпедансной
томографии легких параллельно с исследованием функций внешнего дыхания во
время гравитационных воздействий на организм - в самолете, при движении по
параболическим траекториям. Отмечен эффект неравномерности плотности
легочной ткани при дыхании в моменты перегрузки и равномерности во время
невесомости и нормального уровня гравитации.
Той же группой сотрудников (18) представлена работа дополнительно
освещающая воздействие на функционирование легких при движении по
параболическим траекториям антиортостатической позы испытуемого и
аппаратуры, создающей отрицательное давление на нижнюю часть тела.
В клинических учреждениях г. Ярославля (19) методом биоимпедансной
томографии были получены данные по анатомическим и топографическим
отличиям строения легких взрослых, новорожденных и неонатальных детей.
Отмечается, что метод попутно дает весьма ценные результаты по электрической
проводимости легочной ткани и ее характерные значения для каждого возраста
значимо различны.
4.Импедансная спектроскопия
Импедансная спектроскопия - неинвазивный способ оценки характеристик
поверхностных тканей (на глубину до сантиметра, не только на наружных
поверхностях, но и в полостях, в трубчатых органах) по ряду измеренных на
различных частотах величин импеданса. Как правило, используются небольшие
локальные датчики-электроды, по конструкции специфичные для каждой области
исследования. Эта область биоимпедансных исследований заимствовала многие
приемы давно известных методик импедансной спектроскопии взвесей клеточных
субстанций в растворах. Очевидно, элементы этой технологии со временем найдут
све применение и импедансной томографии.
В работе шведских исследователей под руководством Стига Оллмара (20)
публикуются результаты по изменению импедансно-спектроскопических данных,
при воздействии на кожу пациента химическими реагентами. Изучались отклики на
пяти значениях глубины зондирования. Подобран математический аппарат для
оценки валидности получаемых данных.
В другой работе этой же группой авторов (21) представлены данные по
динамике во времени реакции на химические раздражители и приводится набор
наиболее показательных вычисляемых характеристик биоимпедансной
спектроскопии.
Ямомото из Иокогамы и др.(22) исследовали возможности измерения
импеданса кожных покровов головы. Исследована зависимость точности
определения импедансно-спектроскопических параметров от силы прижима
датчика. Описана процедура получения временных трендов дегидратации кожи
при смачивании водными растворами моющих средств.
В работе(23) оцениваются возможности электроимпедансной
спектроскопии (ЭИС) для обнаружения нарушений эпителия мочевого пузыря. При
кардиноме (in situ) сопротивление было значительно выше в частном диапазоне от
9.6 кГц до 614 кГц. Импедансный спектр при карциноме значительно отличался от
спектра нормального и воспаленного эпителия.
Для новорожденных поросят (24) сравнивались инвазивные и
неинвазивные измерения импеданса голова и внутречерепное давление.
Зафиксировано, что период гипоксического инсульта четко отражается на кривой
изменения импеданса во времени.
Литература
1.Deviations in the central blood volume as assessed by two-frequency electrical
impedance …
Yan Cai and N.H.Secher стр.543
2. Impedance monitoring in comparison with other non- invasive methods in cardiology.
Trefny Z., Svacinka J.,Trojan S., Slavicek J., Trefny M., Tichy J.A., Herczegh S. Стр.
519
3. The first attempt to reveal and quantify the inotropic sympatheticdrive to the heart
using dZ /dT signal
Vladimir M. Khayutin, Elena V. Lukoshkova, Maxim V. Voznyak, Aleksey V.Gankov
стр.523
4. The unsolved outflow problem in impedance cardiography
Th.J.C. Faes, H.J.J. Kerkkamp, A.E.Hoetink, R.M. Heethaar стр.527
5.Potential interpretation of an observed artefact in intracardiac electrical impedance
measurements
Karin Jarverud, Stig Ollmar. Стр.535
6.Evaluation of ejection indices derived from thoracic impedance with doppler
echocardiography
Ryoji Watanabe, Hajime Kotoura стр.539
7. Impedance cardiography: Development of thorax fluid volume evaluation in heart
failure pulmonary congestion
Michail Zubarev, Andrey Dumler, Olga Kiseleva, Anna Kotelnikova. Стр. 549
8. The impedance cardiographic measurement of the valsalva maneuver and the
possibility of determing pulmonary wedge pressure
Robert P.Patterson, Jie Zhang, Yachuan Pu, стр.553
9. Fat and hydration monitoring by abdominal impedance analisis: Model- based data
interpretation
H.Sharfetter, B.Brandstatter, H. Hutten, H. Hinghofer-Szalkay стр.333
10. Evaluation of bioelectric parameters and their relationship with the distribution of
liquids in patients with terminal chronic renal failure treated with periodic hemodialysis
Lexa D. Nescolarde Selva, Alcibiades Lara Lafarque, Javier Rossel, Ricardo Morales
Larramendi, Justo Tamayo Velazquez, Cecilia Pena Sisto. Стр.337
11. Comparison of bioimpedance parameters for the estimation of lean tissue
Cornish BH, Syme C,Thomas BJ, Ward LC, стр 357
12. Assesmebt of body composition change during weight loss in overweight women with
soft tissue analyser (STA)O
Leigh C. Ward, Susan A. Jebb, Peter R. Murgatroyd, стр.365
13. Single or multiple frequency bioelectrical impedance analysis for the assessment of
lymphoedema?
Leigh C. Ward, Neil Piller, Bruce H. Cornish , стр. 373
14. Estimation of the fluid distribution change during hemodialysis by the electrical
admittance method
K. Sakamoto, H. Kanai, K. Sakurai, стр. 377
15. Bioimpedance analysis with automatically electrode commutation in equipment for
intencive care unit
D. Nikolaev, A. Smirnov, A. Tarnakin, стр. 381
16.An electrical impedance tomography sistem for 3-d breast tissues imaging
A.V.Korjenevsky,V.A.Cherepenin, A.Yu. Karpov, V.N.Kornienko, Yu. S. Kultiasov,
стр.403
17. Effect of weightlessness on regional lung ventilation determined by functional EIT
Inez Frerichs, Jose Hinz, Taras Dudykevych, Marc Bodenstein, Gunter Hahn, Gerhard
Hellige, стр. 439
18. Application of EIT for studyng gravity effects on lung ventilation and LBNP induced
fluid shifts during parabolic flights
Taras Dudykevych, Inez Frerichs, Gunter Hahn, Jose Hinz, Florian Thiel, Gerhard
Hellige,стр.445
19. Static EIT- images of new- borns lungs. Preliminary results
V.Bardin, V.Cherepenin, A. Karpov, A.Korjenevsky , V.Kornienko, Yu. S. Kultiasov,
V.Marushkov ,стр457
20. Prediction of bio-impedance properties of chemically induced skin irritation
Peter Aberg, Ingrid Nicander, Paul Geladi, Stig Ollmar, стр 79.
21. 21. Electrical impedance supports the ability of betaine to reduce the skin irritating
effects of detergents
Ingrid Nicander, Irma Rantanen, Eva Soderling, Stig Ollmar, стр 87.
22. 22. Development of bipolar electrode for measurement of head skin water content
Yoshitake Yamamoto, Takao Nakamura, Kiyoko Shirai, Hiroyuki Okuda,Motoji
Takanashi, Yuji Masuda, стр 121
23.Virtual bladder biopsy by bioimpedance measurements
Ahmad Keshtkar, Freddie C. Hamdy, Beverly Wilkinson, John A. Lee &Rod Smallwood
стр.289
24.Non-invasive derection of cerebral edema in the neonatal piglet
Barbara E Lingwood, Kimble R Dunster, Paul B Colditz and Leigh C Ward, стр.655