ΗΜΥ 370 Εισαγωγή στη Βιοϊατρική Μηχανική...• Μεταφέρει o2...
Post on 01-Aug-2020
4 Views
Preview:
TRANSCRIPT
University of Cyprus
Optical Diagnostics Laboratory
ΗΜΥ 370
Εισαγωγή στη Βιοϊατρική Μηχανική
Βιοηλεκτρισμός
22
Καρδιαγγειακό (Cardiovascular) Σύστημα
• Λειτουργικά μέρη του καρδιαγγειακού συστήματος:
• Καρδιά – “αντλία”
• Αιμοφόρα αγγεία – “σωλήνες”
• Αίμα – “υγρό”
• Λειτουργίες
• Διανομή του αίματος
• Μεταφέρει O2 και θρεπτικά συστατικά στα κύτταρα και απομακρύνει τα απόβλητα
• Ρυθμίζει τη θερμοκρασία, την οξεοβασική ισορροπία (pH), και τον όγκο των υγρών (H2O)
• Διεγέρσιμοι Ιστοί Καρδιάς
• Καρδιακός μυς
• Ερεθυσματαγωγό δίκτυο
33
Ανατομία
• 4 κοιλότητες(2 Κόλπους - 2 Κοιλίες)
• 4 βαλβίδες (2 Κολποκοιλιακές – 2
μηνοειδείς (semilunar))
• 2 κυκλοφορίες (Πνευμονική - Συστηματική)
44
Καρδιακός Κύκλος
• Καρδιακός Κύκλος • Σειρά από γεγονότα
• Το αίμα εισέρχεται στους κόλπους βγαίνει από τις κοιλίες ξανά από την αρχή
• Φάσεις • Συντονισμένες εναλλασσόμενες περίοδοι συστολής και
διαστολής • Συστολή = περίοδος της σύσπασης
• Διαστολή = περίοδος χαλάρωσης
• Συγχρονισμός Σύσπασης• Εγγενές ερεθυσματαγωγό δίκτυο
• Φλεβόκομβος (SA node) = βηματοδότης• Κύτταρα που παράγουν ρυθμικά ΔΕ λόγω ροής από
διαύλους διαρροής
• Κόλποι
• Κολποκοιλιακός κόμβος (δευτερεύον βηματοδότης)
• Κολποκοιλιακή δέσμη
• Δεμάτιο του His
55
Καρδιακός Κύκλος
1. Τέλος διαστολής – και οι 4
κοιλότητες είναι χαλαρές και
γεμίζουν με αίμα
2. Συστολή των κόλπων – Οι
κόλποι συσπώνται πράγμα που
αναγκάζει ακόμα μια μικρή
ποσότητα αίματος να περάσει στις
κοιλίες
3. Κοιλιακή συστολή υπό σταθερό
όγκο – Πρώτη φάση της συστολής
των κοιλιών. Οι ΚΚΒ βαλβίδες είναι
κλειστές και δεν υπάρχει ακόμα
αρκετή πίεση για να ανοίξουν οι
ΜΒ.
3. Κοιλιακή εξώθηση – Οι
κοιλίες συνεχίζουν να
συσπώνται, ανεβαίνει οι
πίεση, ανοίγουν οι ΜΒ και
αίμα ωθείται προς τα έξω.
5. Κοιλιακή διαστολή υπό
σταθερό όγκο – Διαστέλλεται η
καρδιά, αίμα περνά μέσα στους
κόλπους (οι ΚΚΒ είναι κλειστές),
η πίεση μέσα στις κοιλίες
σταδιακά μειώνεται.
66
Καρδιακή Παροχή (Cardiac Output - CO)
• Καρδιακή παροχή (CO) = ο όγκος που αντλείται από την αριστερή κοιλία κάθε λεπτό
• CO = StrokeVolume (SV) x HeartRate (HR)
= 70 ml / παλμό Χ 72bpm = 5040 ml / min
= 5.04 L / min
• Καρδιακός Ρυθμός (HR)
• 70-80 bmp
• Μεταβάλλεται για να ανταποκριθεί σε μεταβαλλόμενες συνθήκες (άσκηση, ασθένειες, άγχος ...)
• Παράγοντες που επηρεάζουν:
• Αυτόνομο Νευρικό Σύστημα (ΑΝΣ)
• Εξωγενείς παράγοντες (εκτός από το ΑΝΣ) περιλαμβάνουν
• Αιμοφόρα αγγεία (αντίσταση) και αρτηριακή πίεση
• Όγκος και το ιξώδες του αίματος
• Διάχυση στα τριχοειδή και λεμφική επιστροφή
• Καρδιαγγειακή νόσος
77
Ασθένειες & Διαταραχές
• Περισσότερο από 50% των θανάτων στις ανεπτυγμένες κοινωνίες διασυνδέονται με καρδιαγγειακή νόσο!
• Καθαρό κόστος περίπου 450 δισεκατομμύρια δολάρια
• Ποιοι είναι οι παράγοντες κινδύνου για καρδιαγγειακή νόσο;
• Ελεγχόμενοι
• Κάπνισμα και παχυσαρκία
• Επίπεδο φυσικής δραστηριότητας
• Μη ελεγχόμενη υπέρταση
• Μη ελεγχόμενοι
• Οικογενειακό ιστορικό (γενετική)
• Ηλικία
• Φύλο
• Νωρίς οι άνδρες σε μεγαλύτερο κίνδυνο, αργότερα στη ζωή εξίσου
88
Ηλεκτροκαρδιογράφημα (ECG)
• Ηλεκτροκαρδιογράφημα
• Ψηφιακή καταγραφή (ή σε χαρτί) του ηλεκτρικού ρεύματος που παράγεται από την καρδιά και φτάνει το δέρμα
• Απλή και ακίνδυνη εξέταση που γίνεται για διάφορους λόγους
• “για καλό και για κακό” όσοι είναι πάνω από 40 ετών
• πόνο στο στήθος
• ταχυπαλμία
• κλπ
• Καθορίζει περαιτέρω διερεύνηση με πιο εξειδικευμένες και δαπανηρές εξετάσεις (π.χ. test κόπωσης, υπερηχογράφημα καρδιάς κλπ.)
99
Ηλεκτροκαρδιογράφημα (ECG)
Ιστορία του ΗΚΓ
• ΗΚΓ από το νοσοκομείο στο εργαστήριο του Άιντχοβεν, 1.5 kmμακριά, μέσω τηλεφωνικού καλωδίου
• 22 Μαρτίου 1905 καταγράφηκε το πρώτο “τηλεκαρδιογράφημα”
• ένας υγιής νεαρός
• παρουσίασε μεγάλα R κύματα τα οποία μάλλον οφείλονταν στο γεγονός ότι ο νεαρός έπρεπε να ποδηλατήσει από το εργαστήριο στο νοσοκομείο
• Βραβείο Νόμπελ (1924)
• Η αρχική έρευνά του παραμένει η βάση της ηλεκτροκαρδιογραφίας.
• Ορολογία του Άιντχοβενχρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα
• "ηλεκτροκαρδιογράφημα" • τα κύματα P, Q, R, S, T
1010
Ηλεκτροκαρδιογράφημα (ECG)
• Ηλεκτροκαρδιογράφος
• Ένα ευαίσθητο βολτόμετρο
• καταγράφει μέσω ηλεκτροδίων τις διαφορές δυναμικού στην επιφάνεια του σώματος που προκύπτουν κατά την λειτουργία της καρδιάς
• Αποτελείται από
• μια κεντρική μονάδα
• 10 ηλεκτρόδια τα οποία συνδέονται στο σώμα του άρρωστου
• 4 συνδέονται από ένα στα χέρια και στα ποδιά
• 6 μπροστά στο θώρακα.
• Το ΗΚΓ καταγράφεται ψηφιακά και πολλές φορές εκτυπώνεται
• Οριζόντια το ΗΚΓ χαρτί αντιστοιχεί σε χρόνο, ενώ κάθετα σε δυναμικό.
1111
Ηλεκτροκαρδιογράφημα (ECG)
• Απαγωγές
• 12 απαγωγές
• 12 απαγωγές από 10 ηλεκτρόδια
• προσθαφαιρέσεις των σημάτων συγκεκριμένων ηλεκτροδίων
• 6 απαγωγές των ακρών (ή κλασσικές)
• ηλεκτρικά δυναμικά που φθάνουν στα άκρα
• I, II, III, aVR, aVL, aVF
• 6 προκάρδιες απαγωγές
• ηλεκτρικά δυναμικά από την πρόσθια επιφάνεια του σώματος
• V1, V2, V3, V4, V5, V6
• Οι 12 απαγωγές θεωρούνται σήμερα μη-απαραίτητες
• 3 απαγωγές είναι αρκετές
• Κύμα εκπόλωσης
• από το αρνητικό προς το θετικό ηλεκτρόδιο καταγράφει θετική απόκλιση
• από το θετικό προς το αρνητικό ηλεκτρόδιο αρνητική απόκλιση
• κάθετα προς μια απαγωγή διφασική απόκλιση
- +
II III
I
aVR aVL
aVF
V1 V6
Right
Arm
Left
Arm
Left
Leg
Right
Leg
o
r
1212
Ηλεκτροκαρδιογράφημα (ECG)
• Μέρη του ΗΚΓ
• διέγερση του φλεβόκομβου και των
κόλπων κύμα Ρ
• δεμάτιο His και διέγερσης στις κοιλίες
σύμπλεγμα QRS
• αναπόλωση στις κοιλίες κύμα Τ
• μεταξύ διέγερσης και αναπόλωσης των
κοιλίων ισοηλεκτρική γραμμή, το τμήμα
ST
P Wave
(Atrial Systole)
QRS Complex
(Ventricular Systole)
Τ Wave
(Ventricular Diastole)
ST Segment
1313
Ηλεκτροκαρδιογράφημα (ECG)
• Ανώμαλοι Ρυθμοί
• Έκτοποι παλμοί
• Το κοιλιακό μυοκάρδιο γίνεται υπερ-ευερέθιστο και συσπάται από μόνο του
• Ταχυκαρδία
• Η καρδιά χτυπά πολύ γρήγορα
• Κολπικός πτερυγισμός
• Η αγωγή στους κόλπους γίνεται πολύ γρήγορα (γρηγορότερα από ότι οι κοιλίες μπορούν να ακολουθήσουν)
• Κοιλιακή μαρμαρυγή
• Η σύσπαση στις κοιλίες είναι πάρα πολύ γρήγορη και ακανόνιστη (συγκοπή -απινίδωση)
1414
Ηλεκτροκαρδιογράφημα (ECG)
• Έμφραγμα του Μυοκαρδίου (καρδιακή προσβολή)
• Διάγνωση• ΗΚΓ
• Ένζυμα στο αίμα
• ΗΚΓ• ανάσπαση του ST διαστήματος τις πρώτες ώρες η
οποία με την πάροδο του χρόνου υποχωρεί και εμφανίζονται κύματα Q
• Προσδιορισμός περιοχής• Έμφραγμα του κατώτερου τοιχώματος
• απαγωγές ΙΙ, ΙΙΙ και AVF
• πρόσθιο έμφραγμα• απαγωγές V1-V6
• πλάγιο έμφραγμα• απαγωγές I, AVL,V5,V6
• οπίσθιο έμφραγμα • απαγωγές V1-V3
Chronic Phase
Hyperacute Phase Acute Phase
Recovery Phase
1515
Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (EEG)
• Βιοηλεκτρισμός του εγκεφάλου
• Μέτρα ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου από το τριχωτό της κεφαλής
• Αποτελέσματα της μέτρησης του σήματος από τη δραστηριότητα εκατομμυρίων νευρώνων
• Σύστημα Μέτρησης
• Σύστημα με 10-20 ηλεκτρόδια είναι το πιο ευρέως κλινικά αποδεκτό
• Επιτρέπει τον εντοπισμό διαγνωστικών χαρακτηριστικών στην περιοχή του ηλεκτροδίου
• Συχνά χρησιμοποιούνται ηλεκτρόδια ή ελαστικό σκουφάκι
• Στην έρευνα χρησιμοποιούνται ακόμα και EEG με 256 ή 512 κανάλια
1616
Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (EEG)
• Κυματομορφές
• Πολλά χαρακτηριστικά μοτίβα
• Πλάτος: 0,001 - 0,01 mV
• Εύρος Συχνότητας: 0,5-30 Hz;
• Τυπικές εφαρμογές:
• Διαγνωστικά (Επιληψία, Ογκολογία, ..)
• Γνωσιακές Επιστήμες
• Ανάλυση του ύπνου
• Διεπαφές ανθρώπου-υπολογιστή (BCIS)
• Φαρμακολογία
• Εντατική Θεραπεία, Παρακολούθηση
1717
Unipolar measurement
(indifferential right ear electrode ) Bipolar measurement
Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (EEG)
• Το EEG είναι μια διαφορά δυναμικού
μεταξύ δύο ηλεκτροδίων
• Εάν ένα ηλεκτρόδιο είναι “σιωπηλό”,
λέγεται “μονοπολική” εγγραφή
• Ηλεκτρόδια αναφοράς: λοβός του αυτιού,
μαστοειδές, μύτη
• Χρησιμοποιείται στην έρευνα αφού
επιτρέπουν στον ερευνητή να εντοπίσει τα
σήματα που τον ενδιαφέρουν
• Αν και τα δύο ηλεκτρόδια είναι "ενεργά",
αυτό ονομάζεται “διπολική” καταγραφή
• Μειώνει κοινά τεχνικά σφάλματα
1818
Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (EEG)
• Θόρυβος και Τεχνικά Σφάλματα
(artifacts):
• Θερμικός θόρυβος RF
• Σφάλματα από βλεφαρισμό, μυϊκή
σύσπαση και παρόμοια
• Γραμμές ηλεκτρικής παροχής (50/60 Hz)
• Κίνηση του ηλεκτροδίου και μετατόπιση
πόλωσης (drift)
Movement, electrode drifting
Forehead Muscle Tension
Eye Blinks
60 Hz Interference
1919
Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (EEG)
• Μετρήσεις βιοδυναμικού ψηλής ποιότητας απαιτούν • Καλό σχεδιασμό ενισχυτή
• Χρήση καλών ηλεκτροδίων και σωστή τοποθέτηση τους επί του ασθενούς
• Καλή εργαστηριακή και κλινική πρακτική
• Τα ηλεκτρόδια επιλέγονται ανάλογα με την εφαρμογή
• Η βασική δομή του ηλεκτροδίου περιλαμβάνει: • Το σώμα και το περίβλημα
• Ηλεκτρόδιο (από υλικό υψηλής αγωγιμότητας)
• Καλώδιο σύνδεσης
• Κοιλότητα για την ηλεκτρολυτική γέλη (gel)
• Κολλητικό χείλος
• Η πολυπλοκότητα αλλά και η σημασία του ηλεκτροδίου συχνά υποτιμάται
2020
Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (EEG)
• Το ΗΕΓ μπορεί να διαγνώσει διαταραχές και ανωμαλίες του ύπνου
• Ύπνος • Μια ενεργητική διαδικασία
• Στέρηση ύπνου = καταστροφικές παρενέργειες
• Το σώμα απαιτεί ύπνο REM (Rapid Eye Movement)
• Το ένα τρίτο της ζωής μας σε κατάσταση ύπνου (αναστολή λειτουργίας)
• 5 στάδια (90-110 λεπτά) • Στάδιο 1: Ελαφρύς ύπνος
• Μείωση της μυϊκής δραστηριότητας, Μυοκλώνος
• θ κύματα
• Στάδιο 2: • Σταματά η κίνηση των ματιών
• θ, κ, ατράκτους
• Στάδιο 3 & 4: Βαθύς Ύπνος, μη-REM • Καθόλου μυϊκή δραστηριότητα
• Δύσκολο να ξυπνήσει αποπροσανατολισμός
• Εφιάλτες, υπνοβασία, ενούρηση
• Στάδιο 5: REM • Παράλυση
2121
Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (EEG)
• Το ΗΕΓ μπορεί να διαγνώσει επιληψία • Επαναλαμβανόμενες κρίσεις
• Αιτίες: Όγκος, τραύμα, μόλυνση, αγγειακή νόσος, αλλά σε πολλές περιπτώσεις άγνωστη αιτία
• Τύποι: • Γενικευμένη:
• Μερική
• Αφαίρεσης (absence)
• EEG της επιληψίας • Μεταξύ των κρίσεων
• Φυσιολογικό, σπάνια αιχμές
• Κατά τη διάρκεια μιας κρίσης • Μεγάλα, ρυθμικά, κύματα
• Διάγνωση επιληψίας • Παρατήρηση μια κρίσης
• 24-ώρη ή ολονύκτια παρακολούθηση
2222
Ένδοφλοιακό (Intracortical) ΗΕΓ
• Άμεση μέτρηση της δραστηριότητα της φαιάς ουσίας
• Ηλεκτρόδια πλατίνας εισάγονται εντός του εγκεφάλου κάτω από το κρανίο
• Μειονεκτήματα
• Επεμβατικό!
• Πλεονεκτήματα
• Πολύ πιο ευαίσθητο
• Λιγότερα τεχνικά σφάλματα
• Μπορεί να ανιχνεύσει σήματα τα οποία δεν περιλαμβάνονται στο συνηθισμένο ΗΕΓ
• Χρήσεις
• Παρακολούθηση ασθενών σε κρίσιμη κατάσταση
• Διεπαφές Εγκεφάλου Υπολογιστή (BCI)
Scalp
EEG
2323
Ηλεκτροαμφιβληστροειδογράφημα (ERG)
• Καταγραφή των μεταβολών στο δυναμικό
του αμφιβληστροειδούς
• Όταν διεγείρεται με μια σύντομη λάμψη του
φωτός
• Ηλεκτρόδια
• Ένας διαφανής φακός επαφής περιέχει ένα
ηλεκτρόδιο
• Το ηλεκτρόδιο αναφοράς μπορεί να
τοποθετηθεί στο δεξί κρόταφο
• Κύματα
• Αντανακλούν τη γενική φυσιολογική υγεία των
φωτοϋποδοχέων των εσωτερικών στρωμάτων
(νευρώνων) του αμφιβληστροειδούς
2424
Μελέτες Νευρικής Αγωγιμότητας (Nerve Conduction)
• Απόκριση περιφερικών νεύρων σε
εξωκυτταρικά πεδία
• Διέγερση σε ένα ή περισσότερα σημεία
• Μέτρηση των δυναμικών σε συγκεκριμένη
απόσταση
• Μέτρηση της καθυστέρησης, εύρους,
διάρκειας, και εμβαδού της κορυφής
• Μπορεί να υπολογιστεί η ταχύτητα
αγωγιμότητας του νευρώνα
• Ανίχνευση
• Απώλεια νευραξόνων (όπως σε μια τυπική
αξονική νευροπάθεια)
• Διακοπή της αγωγής, κλπ.
2525
Ηλεκτρομυογράφημα (EMG)
• Ο μυς είναι διεγέρσιμος ιστός
• Περισσότερα θα μάθετε αργότερα
• Ηλεκτρομυογράφημα (EMG)
• Καταγραφή και αξιολόγηση του σήματος ενεργοποίησης των μυών
• Ανιχνεύει το ηλεκτρικό δυναμικό που παράγεται από τα κύτταρα των μυών, όταν αυτά συσπώνται και χαλαρώνουν
• Τύποι Ηλεκτροδίων
• Ενδομυϊκά
• Λεπτό σύρμα (fine wire) ή βελόνα
• Εξωμυϊκά (Επιφανειακά)
• Τα πιο κοινά, λιγότερο επεμβατικά
• Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά
• Τα δυναμικά EMG κυμαίνονται από <50 μV έως 20 - 30 mV, ανάλογα με το μυ υπό παρατήρηση.
• Τυπική ταχύτητα επανάληψης μιας μυϊκής μονάδας είναι περίπου 7-20 Hz.
2626
Ηλεκτρομυογράφημα (EMG)
• Τι μπορεί να μάθεις από το EMG;
• Χρονική εξέλιξη της σύσπαση των μυών
• Δύναμη της συστολής
• Συντονισμό διαφόρων μυών σε μια
ακολουθία κίνησης
• Εφαρμογές
• Αποκατάσταση (Rehabilitation)
• Λειτουργική ανάλυση
• Ενεργά προσθετικά
• Εμβιομηχανική, Αθλητιατρική
2727
Ηλεκτρο-οφθαλμογράφημα (EOG)
• Καταγραφή της κίνησης των ματιών
• Δύο ηλεκτρόδια στα αριστερά και δεξιά ή πάνω και κάτω από το μάτι
• Μέτρηση του δυναμικού μεταξύ δύο ηλεκτροδίων
• Καθορισμός της οριζόντιας ή κάθετης κίνησης του ματιού
• Το δυναμικό είναι μηδέν όταν το βλέμμα είναι ευθεία
• Εφαρμογές
• Διαγνωστικά
• Λειτουργική ανάλυση
• Έρευνα του ύπνου και των ονείρων
• Αξιολόγηση της ικανότητας ανάγνωσης και οπτικής κόπωσης
2828
Συχνότητα (Hz) Πλάτος (mV)
ECG 0,2 – 300 0,1 - 3
EEG DC – 100 0,005 - 0,2
EEG (φλοιακό) 10 – 100 0,015 - 0,3
EMG 10 – 1000 0,1 - 5
EMG (με βελόνα) 10 – 10000 0,05 - 5
EOG 0 – 30 0,1 - 2
Ενδοκυτταρικό 0 – 10000 50 - 130
Περίληψη Βιοϊατρικών Σημάτων
top related