Способ комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к медицинской технике и используется при диагностике центральных и периферических вегетативных расстройств. Способ заключается в подаче стимулирующих звуковых, электрических, зрительных раздражений, измерении величины вызванных потенциалов электродермальной активности, оценке латентных периодов и амплитуд вызванного кожного вегетативного потенциала, определении скорости проведения импульса по постанглионарным симпатическим волокнам и скорости проведения импульса по вегетативным проводникам спинного мозга. Устройство содержит персональный компьютер, датчики электродермальной активности, усилители биопотенциалов, фильтры, аналоговый мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, источник стимулирующего тока, источник звука, источник зрительного сигнала и дополнен датчиками температуры, дыхания и частоты сердечных сокращений, соответствующими усилителями и фильтрами. Изобретение позволяет увеличить точность оценки состояния вегетативной нервной системы человека. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, используемой при диагностике центральных и периферических вегетативных расстройств.

Известен способ регистрации кожно-гальванических реакций (1), заключающийся в подаче электрического напряжения на два электрода, закрепленных на теле человека, регистрации во времени изменения тока, протекающего между электродами, регистрации первой производной от логарифма численного значения тока по времени, после чего определяют величину тренда и корректируют величину первой производной, вычитая из нее величину тренда, когда принадлежность анализируемого импульса тока к физической составляющей определяют по соответствию формы импульса установленным критериям. Оценивая реакцию организма на подачу стимулирующего электрического импульса, данный способ не позволяет проанализировать реакцию вегетативной неравной системы организма на глубокий вдох, звуковое и световое воздействие.

Известно устройство для определения состояния вегетативной нервной системы (2), основанное на использовании способа оценки состояния вегетативной нервной системы, согласно которому испытуемому предъявляют стимулирующие факторы в виде визуальных, обонятельных, вкусовых, тактильных или болевых раздражений, измеряют потенциал кожи и ответную реакцию организма на возбуждающий фактор, причем рекомендуется подавать стимулирующие раздражения парами. Указанный способ расширяет возможности проведения исследований, позволяет тестировать сохранность различных соматовегетативных рефлекторных дуг и определять выраженность ответа кожного потенциала на стимулы различной модальности, но не учитывает условия проведения исследования (например, температуру тела пациента, частоту дыхания, показатели ЭКГ и другие, оказывающие влияние на чистоту проведения эксперимента).

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения проводимости по вегетативным нервным волокнам (3), согласно которому накладывают электроды на области ладоней и стоп, подают стимулирующий импульс и регистрируют латентный период вызванного ответа, причем для повышения точности диагностики нарушений проводимости стимуляцию нерва производят в проксимальной точке, определяют расстояние прохождения импульса по афферентным и эфферентным волокнам, определяют индекс проводимости как отношение расстояния к латентному периоду и по количественному значению этого отношения диагностируют состояние проводимости по вегетативным каналам. Данный способ, как и предыдущий, не позволяет учесть условия проведения исследования, что снижает его точность, а кроме этого, в основу способа положено измерение только величины латентного периода. Способ предполагает стимуляцию нерва только электрическим воздействием.

Известно устройство для исследования функционального состояния биообъекта (4), содержащее управляемый генератор, выход которого подключен к первому электроду, последовательно соединенные зонд, усилитель и индикатор. В устройство дополнительно введены фазоинвертор, преобразователь ток-напряжение, второй электрод, фазовращатель, микро-ЭВМ, калибратор, устройство выделения амплитуды и фазы. Устройство позволяет исследовать комплексное сопротивление участков тела пациента, по которому определяется состояние биообъекта. Устройство выполняет свои основные функции, но не способно оценить влияние таких внешних раздражителей, как звук, свет и другие. Кроме этого, устройство ориентировано на обработку информации одного канала и не может использоваться при проведении сложных комплексных исследований.

Известно устройство для определения состояния вегетативной нервной системы (2), состоящее из блоков генерирования и подачи на организм человека или животного стимулирующих факторов, блоков измерения потенциалов кожи, блоков обработки результатов и выработки сигналов управления для неритмичного следования стимулирующих сигналов. Устройство позволяет определить ответ кожного потенциала на стимулы различного вида, но не учитывает температуру тела пациента, частоту дыхания, показатели ЭКГ, что снижает точность проведения эксперимента.

Устройство для исследования центральной нервной системы (5), принятое за прототип, содержит последовательно соединенные отводящие электроды и усилитель биотоков, регистрирующий прибор и осциллограф, раздражающие электроды и блок включения, одновибратор, усилитель мощности и реле, поляризующие электроды, блок задержки, зеркальный фотоаппарат. Устройство позволяет учесть запаздывание ответной реакции организма после подачи стимулирующего воздействия, но не предназначено для регистрации многочисленных параметров функции отклика. Кроме того, устройство снимает лишь один вид отведения - вызванные биопотенциалы и не учитывает таких показателей, как температура тела, паттерн дыхания и деятельность сердечно-сосудистой системы организма.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении точности оценки состояния вегетативной нервной системы человека.

Такой результат достигается за счет того, что способ комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы, включающий подачу стимулирующих звуковых, электрических, зрительных раздражении, измерение величины вызванных потенциалов электродермальной активности, оценку латентных периодов и амплитуд вызванного кожного вегетативного потенциала, дополняют тем, что на протяжении всего времени эксперимента регистрируют температуру, частоту дыхания и частоту сердечных сокращений пациента, измеряют расстояние между местами наложения датчиков электродермальной активности, расположенных на руках и ногах, расстояние от VII шейного позвонка до крестца, определяют скорости проведения импульса по постанглионарным симпатическим волокнам и скорость проведения импульса по вегетативным проводникам спинного мозга, причем по результатам анализа временных диаграмм температуры, дыхания и частоты сердечных сокращений делают вывод о состоянии вегетативной нервной системы пациента, причем при изменении частоты сердечных сокращений или частоты дыхания эксперимент повторяют, а в случае, если измеренная температура отличается от нормальной, корректируют величину латентного периода вызванного контактного вегетативного потенциала, снимаемого с подошвы.

Технический результат достигается и за счет того, что устройство, реализующее данный способ, содержащее персональный компьютер, датчики электродермальной активности, через усилители биопотенциалов и фильтры связанные с аналоговым мультиплексором, который связан с аналого-цифровым преобразователем, микроконтроллер, первый выход которого соединен с аналоговым мультиплексором, второй выход через первый цифроаналоговый преобразователь подключен к источнику стимулирующего тока, третий выход микроконтроллера через второй цифроаналоговый преобразователь соединен с источником звука, четвертый выход микроконтроллера через третий цифроаналоговый преобразователь соединен с источником зрительного сигнала, дополнительно содержит датчик температуры, датчик дыхания и датчик частоты сердечных сокращений, усилители сигналов температуры, дыхания и частоты сердечных сокращений, фильтры сигналов температуры, дыхания и частоты сердечных сокращений, при этом датчик температуры через усилитель сигнала температуры и фильтр сигнала температуры подключен к аналоговому мультиплексору, датчик дыхания через усилитель сигнала дыхания и фильтр сигнала дыхания соединен со входом аналогового мультиплексора, датчик частоты сердечных сокращений через усилитель сигнала частоты сердечных сокращений и фильтр сигнала частоты сердечных сокращений подключен ко входу аналогового мультиплексора, а микроконтроллер связан с персональным компьютером.

На фиг.1 изображена блок-схема прибора для осуществления предложенного способа, на фиг.2 приведена временная диаграмма показателей вызванного кожного вегетативного потенциала, снимаемого с поверхности рук, с указанием основных показателей, на фиг.3 - временная диаграмма показателей вызванного кожного вегетативного потенциала, снимаемого с поверхности ног, а на фиг.4 - блок-схема алгоритма работы микроконтроллера - с указанием основных показателей. Для фиг.1 введены следующие обозначения: 1 - датчики электродермальной активности, на которых наводятся вызванные кожные вегетативные потенциалы (эти датчики располагаются на поверхности рук и ног обследуемого пациента), 2 - усилители биопотенциалов по числу датчиков 1, 3 - фильтры, 4 - аналоговый мультиплексор, на который кроме указанных сигналов поступают сигналы от датчика температуры 5, прошедший через усилитель сигнала температуры 6 и фильтр сигнала температуры 7, от датчика дыхания 8, прошедший через усилитель сигнала дыхания 9 и фильтр сигнала дыхания 10, и от датчика частоты сердечных сокращений 11, прошедший через усилитель сигнала частоты сердечных сокращений 12 и фильтр сигнала частоты сердечных сокращений 13. Аналоговый мультиплексор 4 через аналого-цифровой преобразователь 14 соединен со входом микроконтроллера 15, первый цифровой выход которого соединен с управляющими входами аналогового мультиплексора 4, второй цифровой выход соединяется с первым цифроаналоговым преобразователем 16, аналоговый сигнал с выхода которого подключен к источнику стимулирующего тока 17. Третий цифровой выход микроконтроллера 15 через второй цифроаналоговый преобразователь 18 соединен с источником звука 19, а четвертый цифровой выход микроконтроллера 15 через третий цифро-аналоговый преобразователь 20 подключен к источнику зрительного сигнала 21. Микроконтроллер 15 имеет связь с персональным компьютером 22 по одному из известных интерфейсов. Для фиг.2 и 3 введены следующие обозначены: ЛП1, ЛП2, ЛП3 - латентные периоды первой, второй и третьей фазы ответной реакции соответственно, A1, A2, A3 - амплитуды указанных фаз, S1, S2, S3 - длительности первой, второй и третьей фазы ответной реакции соответственно.

Способ осуществляют следующим образом.

Последовательность действий при проведении экспериментальных исследований по определению состояния вегетативной неравной системы обследуемого пациента регламентируется следующими соображениями. Ответная реакция нервной системы на возбуждающие факторы во многом зависит не только от параметров стимулирующих сигналов, но и от состояния, в котором находится обследуемый в момент воздействия. При этом и стимулирующий сигнал, и обработка ответного сигнала могут быть скорректированы по результатам обработки вторичной информации, собранной с дополнительных датчиков. Так, ответную реакцию организма в виде вызванного кожного симпатического потенциала, снятого с датчика, установленного на ладони (см. фиг.2) и со стопы (см. фиг.3), необходимо проанализировать совместно с показаниями датчиков температуры, дыхания и частоты сердечных сокращений, поскольку указанные факторы оказывают значимое влияние на исследуемый параметр. Кроме этого, сами стимулирующие воздействия могут быть изменены по форме или амплитуде в зависимости от полученной информации с датчиков температуры, дыхания и частоты сердечных сокращений.

Исследуемый пациент должен находится в тихом изолированном помещении, в котором поддерживается температура 20С. Исследование проводится не ранее чем через 2 часа после еды. На подготовительном этапе на теле пациента размещают датчики. Так, датчики электродермальной активности 1 устанавливают на ступнях, ладонях и в нескольких точках на руках и ногах, расположенных по пути прохождения сигналов нервной активности, причем количество и место расположения каждого датчика выбирают из индивидуальных особенностей пациента и вида исследования. При этом расстояния между местами наложения электродов на руках и ногах фиксируются. Датчик температуры 5 закрепляют на подошве пациента, датчик дыхания 8 устанавливают в районе назолабильной зоны, датчик частоты сердечных сокращений 11 - на запястье пациента.

После установки датчиков и включения прибора от персонального компьютера 22 поступает сигнал начала исследований. На первом этапе без подачи стимулирующих воздействий производится запись сигналов электродермальной активности с датчиков 1 с определением средней амплитуды, количества и частоты колебаний сигналов электродермальной активности со всех выбранных точек, частоты дыхания, температуры подошвы пациента, частота сердечных сокращений. При этом датчики температуры 5, дыхания 8, частоты сердечных сокращений 11 через соответствующие усилители 6, 9, 12 и фильтры 7, 10, 13 формируют входные сигналы на аналоговом мультиплексоре 4, задача которого под управлением программы, записанной в памяти микроконтроллера 15 (фиг.4), подать на аналого-цифровой преобразователь 14 указанные сигналы в таком порядке, чтобы оцифрованный сигнал мог быть воспринят микроконтроллером 15 с указанием на источник данного сигнала. После проведения цикла предварительных исследований микроконтроллер 15 передает накопленную информацию для последующей обработки и хранения в персональный компьютер 22.

При переходе к активной фазе исследования микроконтроллер 15 по сигналу оператора от персонального компьютера 22 вырабатывает ряд стимулирующих воздействий, при этом порядок их следования и особенности воздействия подбираются индивидуально. Например, при подаче стимулирующих электротоковых воздействий на указанный палец правой руки (при нарушениях чувствительности в этой области стимуляция может проводится в надбровной области или с указательного пальца левой руки) воздействуют электрическим током в виде прямоугольных импульсов длительностью 0,1 мс силой тока 3, 8, 16, 24, 50 или 100 мА, или серией импульсов частотой 10 Гц продолжительностью 3 с. При этом сначала определяется пороговая сила тока, основная стимуляция осуществляется двойной или тройной величиной порогового сигнала.

Во время основной стимуляции регистрируются:

1. Электродермальная активность в отведениях в реальном масштабе времени в виде показателей, приведенных на фиг.2 и фиг.3.

2. Частоты fd дыхания в реальном масштабе времени.

3. Частота fсс сердечных сокращений в реальном масштабе времени.

4. Температура t стопы.

5. Расстояние L_{p, н} между местами наложения регистрирующих электродов на руках и ногах.

6. Расстояние l_м от VII шейного позвонка до крестца (места схождения крыльев подвздошных костей).

Полученные данные позволяют определить следующие показатели и индексы (см. фиг.2, 3), являющиеся информативными при диагностике состояния вегетативной нервной системы:

1. Латентные периоды ответа ЛП1_р для руки и ЛП1_н для ноги.

2. Амплитуду первой фазы ответа A1_p для руки и А1_н для ноги.

3. Амплитуду второй фазы ответа А2_р для руки и А2_н для ноги.

4. Длительность первой фазы ответа S1_p для руки и S1_н для ноги.

5. Длительность восходящей части второй фазы ответа S2_ap для руки и S2_ан для ноги.

6. Длительность нисходящей части второй фазы ответа S2_bp для руки и S2_bн для ноги.

7. Скорость проведения импульса по постанглионарным симпатическим волокнам руки V_p=L_p/(ЛП1_кисти-ЛП1_плеча).

8. Скорость проведения импульса по постанглионарным симпатическим волокнам ноги V_н=L_н/(ЛП1_{подошвы}-ЛП1_бедра).

9. Скорость проведения импульса по вегетативным проводникам спинного мозга V_м=L_м/(ЛП1_бедра-ЛП1_плеча).

Аналогичные измерения проводят при воздействии на организм пациента звукового сигнала от источника звука 19, светового воздействия от источника зрительного сигнала 21 или другого известного. По результатам исследований определяются все вышеназванные показатели.

Одновременно с записью сигналов датчиков электродермальной активности производят запись температуры, дыхания и частоты сердечных сокращений от датчиков 5, 8 и 11.

На этапе обработки результатов эксперимента осуществляют совмещение временных диаграммы, регистрирующих входные сигналы и сигналы отклика, с данными, полученными от датчиков температуры, дыхания и частоты сердечных сокращений путем анализа момента отсчета по показанию внутреннего таймера персонального компьютера 22. По анализу временных диаграмм и полученных показателей делают вывод о состоянии вегетативной нервной системы обследуемого. Так, если во время проведения эксперимента зафиксировано изменение температуры подошвы, корректируют величину латентного периода, принимая во внимание прямо пропорциональную корреляционную связь ЛП_н и температуры подошвы t. Если же при проведении исследований наблюдается изменение частоты сердечных сокращений или частоты дыхания, эксперимент повторяют, приняв предварительные меры к исключению влияния указанных факторов на чистоту эксперимента. Кроме того, полученные данные могут служить информацией для выбора величины и вида стимулирующего воздействия. Так, если при таковой стимуляции наблюдается значительное изменение частоты сердечных сокращений или частоты дыхания, необходимо принять меры к оптимизации величины или длительности стимулирующего воздействия.

Устройство комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы работает следующим образом.

После подготовки пациента и установки всех необходимых датчиков от персонального компьютера оператором подается сигнал к началу эксперимента. Прим этом микроконтроллер 15 вырабатывает на своем первом цифровом выходе код длительности, формы и величины токового воздействия, цифроаналоговый преобразователь 16 формирует на своем выходе аналоговый сигнал, который поступает на источник стимулирующего тока 17, размещенный на указательном пальце правой руки. Воздействуя на нервные окончания, это воздействие приводит к возбуждению нервной системы с последующими вегетативными реакциями, выраженными в виде изменения вызванных кожных вегетативных потенциалов, анализируемых датчиками электродермальной активности 1. Сигналы с датчиков, размещенных на руках и ногах пациента, обрабатываются усилителями биопотенциалов 2 и фильтрами 3. На вход аналогового мультиплексора 4 кроме указанных поступают сигналы от датчика температуры 5, датчика дыхания 8, датчика частоты сердечных сокращений 11, прошедшие через свои усилители 6, 9 и 11, а также через свои фильтры 7, 10, 13. Аналоговый мультиплексор, получая через первый цифровой выход сигнал управления от микроконтроллера 15, последовательно коммутирует указанные аналоговые сигналы на вход аналого-цифрового преобразователя 14, который оцифровывает сигналы измерения и подает их на вход микроконтроллера 15. Тот, в свою очередь, накапливает информацию и передает ее в персональный компьютер 22. Последовательно с данным стимулирующим воздействующим или одновременно с ним возможна подача звуковых (от источника звука 19) или зрительных (от источника зрительных сигналов 21) воздействий на обследуемого пациента с одновременной записью ответной реакции по принципу, понятному из вышесказанного. После накопления информации она обрабатывается в персональном компьютере, где определяются все параметры, перечисленные в описании способа.

Пример 1.

Способ комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы и устройство для его осуществления позволил прогнозировать индивидуальные реакции на воздействие неблагоприятных экологопрофессиональных факторов (высокие или низкие температуры, укачивание), психоэмоционального стресса, интенсивных физических нагрузок на предприятиях таких отраслей, как металлургия, текстильная, на автомобильном транспорте.

Пример 2.

Использование способа и устройства для лечения больных с нейроциркуляторной дистонией позволил проводить выбор вегетотропных фармакологических средств, причем на этапе фармакотерапии удалось повысить эффективность индивидуальной настройки.

Пример 3.

Применение способа и устройства для диагностики позволило верифицировать наличие раздражения или выпадения функций периферических симпатических волокон при радикулитах, трунцитах, невралгиях и других симпаталгиях.

Данные способ и устройство позволяют увеличить точность оценки состояния вегетативной нервной системы человека, поскольку исключают воздействие внешних значимых факторов на результат диагностики.

Источники информации

1. Патент РФ №2107460. Способ регистрации кожно-гальванических реакций и устройство для его осуществления. Л.А. Галченков и др. Бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки", 1998.

2. Заявка РСТ №92/19172. Устройство для определения состояния вегетативной нервной системы. Лернер Э.Н. Бюллетень "Изобретения стран мира", 1992.

3. Авторское свидетельство СССР №1695881. Способ определения проводимости по вегетативным нервным волокнам. А.М. Вейн и др. Бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки", 1989.

4. Патент РФ №2016543. Способ исследования функционального состояния биообъекта и устройство для его осуществления, С.А. Куделькин и др. Бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки", 1994.

5. Авторское свидетельство СССР №1810063. Устройство для исследования центральной нервной системы. Л.А. Максименко. Бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки", 1994.

Формула изобретения

1. Способ комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы, включающий подачу стимулирующих звуковых, электрических, зрительных раздражений, измерение величины вызванных потенциалов электродермальной активности, оценку латентных периодов и амплитуд вызванного кожного вегетативного потенциала, отличающийся тем, что на протяжении всего времени эксперимента регистрируют температуру, частоту дыхания и частоту сердечных сокращений пациента, измеряют расстояние между местами наложения датчиков электродермальной активности, расположенных на руках и ногах, расстояние от VII шейного позвонка до крестца, определяют скорости проведения импульса по постанглионарным симпатическим волокнам и скорость проведения импульса по вегетативным проводникам спинного мозга, по результатам анализа временных диаграмм температуры, дыхания и частоты сердечных сокращений делают вывод о состоянии вегетативной нервной системы пациента, причем при изменении частоты сердечных сокращений или частоты дыхания эксперимент повторяют, а в случае, если измеренная температура отличается от нормальной, корректируют величину латентного периода вызванного контактного вегетативного потенциала, снимаемого с подошвы.

2. Устройство комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы, содержащее персональный компьютер, датчики электродермальной активности, через усилители биопотенциалов и фильтры связанные с аналоговым мультиплексором, который связан с аналого-цифровым преобразователем, микроконтроллер, первый выход которого соединен с аналоговым мультиплексором, второй выход - через первый цифроаналоговый преобразователь подключен к источнику стимулирующего тока, третий выход - через второй цифроаналоговый преобразователь соединен с источником звука, четвертый выход - через третий цифроаналоговый преобразователь соединен с источником зрительного сигнала, отличающееся тем, что оно содержит датчик температуры, датчик дыхания и датчик частоты сердечных сокращений, усилители сигналов температуры, фильтры сигналов температуры, дыхания и частоты сердечных сокращений, при этом датчик температуры через усилитель сигнала температуры и фильтр сигнала температуры подключен к аналоговому мультиплексору, датчик дыхания через усилитель сигнала дыхания и фильтр сигнала дыхания соединен со входом аналогового мультиплексора, датчик частоты сердечных сокращений через усилитель сигнала частоты сердечных сокращений и фильтр сигнала частоты сердечных сокращений подключен ко входу аналогового мультиплексора, а микроконтроллер связан с персональным компьютером.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4