Система измерения эндоваскулярного кровотока

Внедрение: 2016 г.

В статье [1] описана эндоваскулярная система измерения, используемая для интраоперационного мониторинга мозгового кровотока. Система основана на измерительной системе давления и потока Volcano ComboMap, дополненной АЦП E14‑140-M и портативным компьютером. Серия измерений, выполненных у пациентов с цереброваскулярной патологией, позволяет нам представить диаграммы «скорость – давление» и «скорость потока – расход энергии» в качестве важных характеристик кровотока.

Система измерения эндоваскулярного кровотока и давления Volcano ComboMap представляет собой портативную машину на базе ПК с 15‑дюймовым сенсорным ЖК‑экраном и пультом дистанционного управления. Информация о текущих показаниях вместе с усредненными значениями отображается на экране (рисунок 1).

Рисунок 1. Экран ComboMap, показывающий давление (желтый) и скорость (голубой); внешние данные – системное давление (красный), ЭКГ (белый). Вверху – текущие показания; внизу – текущий сеанс измерений.

Измерения выполняются с использованием направляющего провода ComboWire (рисунок 2). Доплеровский датчик на кончике провода измеряет скорость потока. 

Рисунок 2. Направляющий провод ComboWire.

Система ComboMap имеет дополнительные входные и выходные разъемы, позволяющие подключать другое медицинское оборудование и измерительные приборы.

В процедурах контроля потока использовались дополнительные входные сигналы системного артериального давления и электрокардиограммы. Выходные разъемы ComboMap позволяют считывать измеренное давление и скорость потока, а также системное артериальное давление (которое дублирует внешний входной сигнал). Использовался портативный АЦП E14‑140-M, подключенный к ноутбуку через интерфейс USB. Для контроля эндоваскулярного кровотока использовалась частота дискретизации 198,216 Гц. Сбор данных осуществлялся на ПК с программным обеспечением LGraph2. Чтобы визуализировать качественные свойства гидродинамических параметров потока и связь между скоростью и давлением, авторы разработали и внедрили плагин, показывающий диаграммы «скорость – давление» и «скорость потока – расход энергии» для текущих данных измерений (рисунок 3). Информация отображается на экране ноутбука в режиме реального времени в дополнение к данным на дисплее ComboMap.

Рисунок 3. LGraph2 с плагинами, показывающими данные в реальном времени во время сеанса измерений. Вверху – весь сеанс; внизу слева – диаграмма «расход – расход энергии»; внизу справа – диаграмма «скорость – давление».

Данные, полученные при мониторинге кровотока до, во время и после операции, представляют собой единую табличную функцию, представляющую временные ряды параметров потока (рисунок 4).

Рисунок 4. Цифровая вычитающая ангиография с местами измерения и средними значениями скорости, давления, расхода и расхода энергии. Пурпурный – до операции, зеленый – после операции.

На рисунке 5 показаны временные ряды измеренных гидродинамических параметров – скорости и давления – в разных кровеносных сосудах: артериях, венах и пазухах. В дистальных мозговых артериях волна давления, как правило, все еще несет информацию о системном давлении, и их формы волны более или менее качественно схожи. Однако в венах и пазухах они значительно различаются. Амплитуда пульсовой волны уменьшается, а дыхательная волна становится более заметной.

Рисунок 5. Скорость и давление в кровотоке в разных мозговых сосудах. Слева – артерия, посередине – вена, справа – синус.

Диаграммы «скорость – давление» и «расход – энергия» для потоков в разных кровеносных сосудах показаны на рисунке 6. Для различных типов сосудов характерны несколько отличительных особенностей. Форма vp-диаграмм варьируется в зависимости от соответствия сосуда: он имеет форму полукруга для артерий и вен и треугольную форму для пазух. Направление движения точки на диаграмме против часовой стрелки для артерий и по часовой стрелке для вен и пазух.

Рисунок 6. Диаграммы скорости – давления и расхода – расхода энергии в разных кровеносных сосудах. Вверху – vp-диаграммы, снизу – QE-диаграммы; слева – артерия, посередине – вена, справа – синус.

Серия измерений у пациентов с различными церебральными сосудистыми патологиями показывает, что форма диаграммы может характеризовать тип поражения. У пациентов с артериовенозными мальформациями диаграммы являются более полукруглыми, в то время как при наличии артериальных аневризм они имеют более прямоугольную форму (рисунок 7).

Рисунок 7. Диаграммы скорости – давления (слева) и скорости потока – расхода энергии (справа) в артериях головного мозга с аневризмой. Пурпурный – до операции, зеленый – после операции.

Авторы отмечают, что представленная измерительная система может использоваться в качестве дополнительного инструмента в нейрохирургии для оценки и мониторинга процедуры операции. Клинические данные, полученные с помощью системы, используются для построения математических моделей и моделирования для конкретного пациента. Мониторинг параметров кровотока во время эндоваскулярных вмешательств был одобрен комитетом по этике Новосибирского научно-исследовательского института патологии кровообращения им. ак. Е.Н. Мешалкина и включен в некоторые хирургические протоколы для пред-, интра- и послеоперационных исследований.

Эндоваскулярные измерения кровотока были финансово поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований (проект № 14‑01‑00036). Теоретическое исследование данной статьи было поддержано Российским научным фондом (проект № 15‑11‑20013).

Источник:

A.K. Khe, A.A. Cherevko, A.P. Chupakhin, A.L. Krivoshapkin and K.Yu. Orlov, Endovascular blood flow measurement system, Conference Series 722 (2016) 1‑7.

Авторы данной статьи Хе A.K., Черевко A.A., Чупахин A.П. – сотрудники института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН и Новосибирского государственного университета, Кривошапкин A.Л., Орлов К.Ю. – сотрудники Новосибирского НИИ патологии кровообращения им. ак. Е.Н. Мешалкина.

Разработчик: Хе A.K., Черевко A.A., Чупахин A.П., Кривошапкин A.Л., Орлов К.Ю.