Визуализация процессов в сердечно-сосудистой системе
В Институте кибернетики разработано автоматическое устройство визуализации процессов в сердечно-сосудистой системе человека, позволяющее в реальном времени отображать циклограммы работы сердечной мышцы и скорости потока крови в сосудах....
Збережено в:
| Дата: | 2005 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2005
|
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6441 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Визуализация процессов в сердечно-сосудистой системе / А.Д. Бех, В.В. Чернецкий, В.В. Елшанский // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2005. — № 4. — С. 138-144. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-6441 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-64412010-03-04T12:01:51Z Визуализация процессов в сердечно-сосудистой системе Бех, А.Д. Чернецкий, В.В. Елшанский, В.В. В Институте кибернетики разработано автоматическое устройство визуализации процессов в сердечно-сосудистой системе человека, позволяющее в реальном времени отображать циклограммы работы сердечной мышцы и скорости потока крови в сосудах. 2005 Article Визуализация процессов в сердечно-сосудистой системе / А.Д. Бех, В.В. Чернецкий, В.В. Елшанский // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2005. — № 4. — С. 138-144. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1817-9908 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6441 681.335 ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
В Институте кибернетики разработано автоматическое устройство визуализации процессов в сердечно-сосудистой системе человека, позволяющее в реальном времени отображать циклограммы работы сердечной мышцы и скорости потока крови в сосудах. |
| format |
Article |
| author |
Бех, А.Д. Чернецкий, В.В. Елшанский, В.В. |
| spellingShingle |
Бех, А.Д. Чернецкий, В.В. Елшанский, В.В. Визуализация процессов в сердечно-сосудистой системе |
| author_facet |
Бех, А.Д. Чернецкий, В.В. Елшанский, В.В. |
| author_sort |
Бех, А.Д. |
| title |
Визуализация процессов в сердечно-сосудистой системе |
| title_short |
Визуализация процессов в сердечно-сосудистой системе |
| title_full |
Визуализация процессов в сердечно-сосудистой системе |
| title_fullStr |
Визуализация процессов в сердечно-сосудистой системе |
| title_full_unstemmed |
Визуализация процессов в сердечно-сосудистой системе |
| title_sort |
визуализация процессов в сердечно-сосудистой системе |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2005 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6441 |
| citation_txt |
Визуализация процессов в сердечно-сосудистой системе / А.Д. Бех, В.В. Чернецкий, В.В. Елшанский // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2005. — № 4. — С. 138-144. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT behad vizualizaciâprocessovvserdečnososudistojsisteme AT černeckijvv vizualizaciâprocessovvserdečnososudistojsisteme AT elšanskijvv vizualizaciâprocessovvserdečnososudistojsisteme |
| first_indexed |
2025-07-02T09:22:52Z |
| last_indexed |
2025-07-02T09:22:52Z |
| _version_ |
1836526519556505600 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2005, № 4 138
В Институте кибернетики раз-
работано автоматическое уст-
ройство визуализации процессов в
сердечно-сосудистой системе че-
ловека, позволяющее в реальном
времени отображать циклограм-
мы работы сердечной мышцы и
скорости потока крови в сосудах.
А.Д. Бех, В.В. Чернецкий,
В.В. Елшанский, 2005
УДК 681.335
А.Д. БЕХ, В.В. ЧЕРНЕЦКИЙ, В.В. ЕЛШАНСКИЙ
ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ
В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ
СИСТЕМЕ
Путь к объективному знанию всех сущест-
венных для жизни человека свойств объектов
и явлений природы проходит через субъек-
тивное знание, которое является условным,
приближенным, неточным [13]. Например,
на смену субъективному знанию устройства
планетарной системы Птолемея пришло объ-
ективное знание Коперника. Существенным
для человека знанием является понимание
физических процессов, которые происходят в
его сердечно-сосудистой системе. Поэтому
следует потребовать, чтобы оно было объек-
тивным, поскольку качество диагностики и
лечения заболеваний невозможны без досто-
верного знания устройства и функциониро-
вания органов и систем человека. Субъек-
тивным является существующее представле-
ние о процессах движения крови по цепи,
которая начинается от желудочка сердца и
заканчивается предсердием. В соответствии
со сложившимися субъективными предпо-
ложениями утверждается, что, несмотря на
порционное выбрасывание крови из желу-
дочка в этой цепи, частицы крови все же
движутся постоянно и непрерывно на интер-
вале времени между двумя ударами сердца.
Если ставится задача адекватно отобразить
характер движения крови посредством физи-
ческих моделей, то следует выбирать между
планетарным движением с почти постоянной
скоростью и прерывистым движением, на
пример трамвая, скорость которого умень-
шается до нуля перед каждой остановкой, –
последующим ударом сердца.
Сердечно-сосудистая система предназна-
чена для выполнения транспортной функции
ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2005, № 4 139
доставки частиц крови к каждой клетке организма и обеспечивает пространст-
венно-временную реализацию главных физических и физиологических процес-
сов в теле человека: поддержание стабильной температуры, взаимодействие
атомов крови с атомами клеток, питание двигательной системы человека энер-
гией. Эти процессы определяют жизнедеятельность человека. Поэтому необхо-
димо располагать точно измеренными главными динамическими параметрами
его сердечно-сосудистой системы.
Оптимальным является неинвазивное измерение мгновенных значений дав-
ления частиц крови на стенки сосудов в выбранной точке, расположенной близ-
ко к поверхности тела. В связи с тем, что кровь является несжимаемой жидко-
стью, существует возможность по измеренному давлению точно вычислять ско-
рость движения частиц крови в артериальных и венозных сосудах.
Достоверное представление или истинный характер движения может дать
только эксперимент, состоящий в прямом приборном измерении физических па-
раметров потока крови с их последующим отображением. Возникает вопрос: яв-
ляется ли знание физических законов механического движения достаточным для
того, чтобы считать существующее представление об истинном движении крови
объективным, а усилия по прямому измерению ее движения оправданными?
Движение крови в сосудах происходит в соответствии с законами механики.
Известен второй закон Ньютона:
F = mα , (1)
где F – сила, созданная желудочком и действующая на поток крови массой m;
α – ускорение.
k
d
a
dt
. (2)
Здесь k – мгновенная скорость движения частиц крови.
Подставив (2) в (1), получим
kFdt md . (3)
Перейдем от дифференциала скорости к интегралу.
На основании (3) скорость потока крови как функция времени
1
( ) ( )
0
k
t
t F t dt
m
. (4)
Пределы интегрирования силы ( )F t взяты на интервале времени, который
начинается в момент сокращения мышцы желудочка 0t и продолжается на
периоде работе сердца T . Если ( ) 0k T , т.е. когда интеграл сходится к нулю,
то кровь в сосуде движется не непрерывно, а прерывисто – толчками. Следова-
тельно, движение крови прерывисто.
Вывод о прерывистом движении крови следует также из процесса измере-
ния статического давления по Короткову, когда звук в фонендоскопе отождест-
вляется со скоростью движения крови в сосудах. Окончательное решение задачи
А.Д. БЕХ, В.В. ЧЕРНЕЦКИЙ, В.В. ЕЛШАНСКИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2005, № 4 140
о характере движения крови может быть получено при условии, что будет изме-
рен процесс
( ) ( )kF t SP t ,
где S – сечение сосуда; ( )kP t давление, создаваемое сердцем и воздействую-
щее на поток крови.
До последнего времени прямая регистрация процесса ( )kP t была невозмож-
на, потому, что не были созданы средства измерения давления требуемой чувст-
вительности и быстродействия. Аппаратное измерение процесса ( )kP t может
быть выполнено цифровым микрофоном давления, имеющим цифровую чувст-
вительность, существенно более высокую, чем стандартный порог слышимости
25
0 M2 10 HP , и частоту измерений 1 кГц . В свою очередь, проблема созда-
ния цифрового микрофона влечет за собой разработку способа измерения ин-
тенсивности выходных гармонических сигналов измерительного преобразовате-
ля давления, амплитуда которых существенно меньше уровня теплового шума
на входе микрофонного усилителя.
Электромагнитная теория вещества и поля дала качественно более совер-
шенную технику для физических исследований биологических процессов. Успех
этой работы был обеспечен изобретением электромагнитных усилителей [4],
имеющих чувствительность ко входному сигналу в 103104 раза большую, чем в
обычных полупроводниковых усилителях, а также получением полевых функ-
циональных преобразователей аналоговых гармонических сигналов в цифровую
форму способом преобразования их амплитуды в интервал времени. Усилители
и преобразователи работают на едином принципе управления магнитным полем
формой электрического тока в проводниках.
Основой для построения устройства измерения динамических параметров
сердечно-сосудистой системы является цифровой микрофон с мембраной из
магнитомягкого материала, расположенной между двумя чашеподобными фер-
ритовыми магнитопроводами, и отличающийся очень высокой чувствительно-
стью измерения давления.
Устройство визуализации работы сердечно-сосудистой системы (рис. 1) со-
стоит из точечного фонендоскопа (Ф), цифрового микрофона (ЦМ), интерфейс-
ного блока (ИБ) и персонального компьютера (ПК).
Ф ЦМ ИБ ПК
сосуд
РИС. 1. Блок-схема устройства визуализации работы сердечно-сосудистой системы
ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2005, № 4 141
При измерении фонендоскоп располагается над сосудом, цифровую цикло-
грамму давления которого необходимо получить. Поток крови деформирует
стенку сосуда, которая вместе с прилегающими к ней тканями является мембра-
ной фонендоскопа. Акустический сигнал фонендоскопа передается на вход циф-
рового микрофона, который выдает в интерфейсный блок информационные сиг-
налы значения давления с частотой возбуждения микрофона. Акустическое дав-
ление на мембрану цифрового микрофона пропорционально давлению частичек
крови на стенки сосуда. В интерфейсном блоке на базе электромагнитного поле-
вого сигнального процессора происходит преобразование информационных сиг-
налов в коэффициенты Фурье, в течение одного периода гармонического сигна-
ла возбуждения цифрового микрофона. Дальнейшая математическая обработка
результатов измерений возложена на персональный компьютер и его проблем-
но-ориентированное программное обеспечение.
Цифровые отсчеты процесса давления крови на стенки сосудов отобража-
ются в виде циклограммы ( )kP t (рис. 2, а). Также в реальном масштабе времени
выполняется цифровое интегрирование ( )kP t по формуле (4) и результат вычис-
лений отображается в виде циклограммы скорости потока крови ( )k t (рис. 2, б)
относительно стенки кровеносного сосуда.
На рис. 2 показаны цифровые циклограммы давления ( )kP t и скорости по-
тока крови ( )k t в лучевой артерии в точке на запястье руки. Наблюдается пре-
рывистое движение крови.
Установление факта прерывистости движения крови дает возможность най-
ти взаимосвязь качества функционирования элементов сердечно-сосудистой
системы с параметрами процесса движения. На рис. 2 отмечены характерные
точки и интервалы времени, которые параметрически характеризуют как про-
цесс взаимодействия мышцы желудочка с частицами крови, так и процесс дви-
жения потока крови по сосудам. На циклограмме давления отмечено макси-
мальное давление mP , которое соответствует максимальному усилию в желу-
дочке, и максимальное действие клапана сердца TP . На циклограмме скорости
отмечены максимальная скорость частичек крови mV и скорость их торможения
TV . Также выделены временные параметры процесса движения, которые состав-
ляют пять фаз работы сердца: ( a , a ), ( b , b ), ( c , c ), ( d , d ), ( e , e ).
В свою очередь, параметры процесса движения связаны с физиологически-
ми процессами, ради которых сердце осуществляет транспортировку крови по
сосудам. В первой фазе ( a , a ) происходит сжатие и расслабление мышцы же-
лудочка сердца. Идет процесс освобождения от крови желудочка и ее перекачи-
вание в сосуды. В начале второй фазы ( b , b ) в сосудах устанавливается макси-
мальная скорость потока крови. Третья фаза ( c , c ) начинается со срабатывания
выходного клапана желудочка. Начинается активное торможение потока крови в
сосудах, в результате скорость потока уменьшается вдвое.
А.Д. БЕХ, В.В. ЧЕРНЕЦКИЙ, В.В. ЕЛШАНСКИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2005, № 4 142
( )kP t
( )kV t
t
t
ea b c d
a b c d e
mP
TP
a
mV
TV
б
РИС. 2. Цифровые циклограммы давления и скорости потока крови
ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2005, № 4 143
а
б
КПШU
КШU
ПU
ШU
c + da b e
t
t
t
t
ЛП ПП
ЛЖ ПЖ
КПШU
КШU
ПU ШU
Легочная вена
Легкие
Сердце
Сосуды,
капилляры
Легочный ствол
Вена большого круга кровообращения
Аорта
Устройство
визуализации
ЛПР
ЛШР
ППР
ПШР
РИС. 3. Механо-электрическая схема и временная диаграмма работы сердечно-сосудистой
системы
А.Д. БЕХ, В.В. ЧЕРНЕЦКИЙ, В.В. ЕЛШАНСКИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2005, № 4 144
После фазы активного торможения наступает фаза пассивного торможения
( d , d ). После установления нулевой скорости потока начинается фаза покоя
( e , e ). Она равна длительности процесса метаболизма.
Данные измерений использованы для идентификации механо-электрической
схемы и временной диаграммы работы сердечно-сосудистой системы (рис. 3),
где использованы следующие обозначения: ЛП, ПП – левое и правое предсер-
дия; ЛЖ, ПЖ – левый и правый желудочки; ЛПP , ППP – импульсы давления ле-
вого и правого предсердий; ЛШP , ПШP – импульсы давления левого и правого
желудочков; КПШU , КШU – биоэлектрические потенциалы управления клапана-
ми сердца; ПU – биоэлектрические потенциалы генерирования импульсов дав-
ления левого и правого предсердий ЛПP и ППP ; ШU – биоэлектрические потен-
циалы генерирования импульсов давления левого и правого желудочков ЛШP и
ПШP ; a , b , c , d , e – интервалы времени взаимодействия мышцы желудочка с
частицами крови, соответствующие таким же интервалам на рис. 2, а.
Посредством визуализации процесса движения крови становится возможен
контроль физиологических процессов в живом веществе, что невозможно, если
методы визуализации в медицине ограничены лишь наблюдением неоднородно-
стей плотности вещества. Цифровые методы обработки подшумовых сигналов
делают доступным прямое наблюдение процессов взаимодействия пространст-
венно-временных силовых форм, которыми являются электроны взаимодейст-
вующих атомов в живом веществе. Визуализация силового действия сердца на
поток крови в сосудах и скорости потока, создаваемого сердцем, является объ-
ективным основанием для диагностики заболеваний и наблюдения действия ле-
карств.
1. Бех А.Д., Чернецкий В.В. Концепция основ физической информатики // УСиМ. – 2001. –
№ 1. – С. 3 – 5.
2. Бех А.Д. Потребность и возможность метафизического знания // Там же. – 2002. – № 1. –
С. 3 – 8.
3. Бех А.Д. Об управлении силами взаимодействия в веществе как основе создания новых
технологий // Там же. – 2003. – № 4. – С. 73 – 80.
4. Патент № 49739А Україна. Спосіб вимірювання амплітуди антенного сигналу /
О.Д. Бех, В.В. Чернецький, В.В. Єлшанський. Опубл. 16.09.2002, Бюл. № 9.
Получено 14.02.2005
|