|
|  |
 |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Электрогастроэнтерография: исследование электрической активности желудка и кишечникаСодержание раздела Цели и методы исследования моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта
Расположение электродов при проведении периферической электрогастроэнтерографии Показания к исследованию моторной функции ЖКТ Спектральный анализ Показатели периферической электрогастроэнтерографии
Вейвлет анализ Публикации и видео по электрогастроэнтерографии Электрогастрография Публикации по электрогастрографии Цели и методы исследования моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного трактаЖелудочно-кишечный тракт (ЖКТ) – это одна из наиболее сложных полифункциональных систем. Одной из основных функций ЖКТ является эвакуация переработанной пищи по кишечнику. Благодаря этому происходит механическая обработка пищи, смешивание её с пищеварительными соками, ферментативная обработка, всасывание питательных веществ.Нарушения сократительной способности желудка и кишечника, либо расстройства ее координации лежат в основе или являются следствием многих патологических процессов, зачастую определяя тяжесть состояния больного и исход заболевания. В связи с этим, изменения моторно-эвакуаторной функции (МЭФ) ЖКТ приходится учитывать как в процессе подбора консервативной терапии, прогнозирования течения основного заболевания, так и при выборе метода операции, оптимальной для данного субъекта. Условно методы исследования МЭФ можно разделить на две группы:
Ко второй группе относятся электрофизиологические методы, основанные на изучении электрической активности ЖКТ. Они базируются на наличии тесных взаимосвязей между электрической и сократительной деятельностью ЖКТ. Эти методы включают в себя как непосредственную регистрацию биопотенциалов гладкомышечных стенок органов с фиксированных на них электродов – прямая электрогастроэнтерография, так и их регистрацию с накожных электродов – периферическая электрогастроэнтерография. Необходимость имплантировать электроды в стенку органа ограничивает использование прямой электрогастроэнтерографии в клинической практике. К тому же, в ряде работ выявлена достоверная связь между результатами прямой и периферической электрогастроэнтерографии. При проведении периферической электрогастроэнтерографии измерительные электроды закрепляются либо на поверхности передней брюшной стенки, либо на конечностях. Место крепления референтного электрода определяется используемой методикой исследования и может находиться как на конечностях, так и на поверхности передней или боковой брюшной стенки. При работе с многоканальным электрогастроэнтерографом возможен вариант, при котором часть каналов используется для снятия сигналов с поверхности передней брюшной стенки, а другая часть для снятия сигналов с конечностей. В мировой практике применяются, в основном, два способа исследования электрической активности:
Расположение электродов при проведении периферической электрогастроэнтерографииВ мировой практике сосуществуют два подхода к исследованию электрической активности ЖКТ с использованием накожных измерительных электродов:1. Электрогастроэнтерография (ЭГЭГ) – исследуется электрическая активность желудка и кишечника. В России этот метод развивается, в первую очередь, в РГМУ под руководством В.А. Ступина. Метод реализован в виде двух режимов – суточной ЭГЭГ (измерительные электроды расположены на поверхности передней брюшной стенки) и стандартной 40-минутной периферической ЭГЭГ (электроды расположены на конечностях). Возможно также проведение исследования произвольной длительности. 2. Электрогастрография (ЭГГ) – исследуется электрическая активность только желудка. В основе метода лежит исследование сигнала с поверхности передней брюшной стенки и выявление доминирующей частоты электрической активности желудка. Расположение электродов при проведении ЭГЭГ
Показания к исследованию моторной функции ЖКТ Особенности периферической ЭГЭГ:
Одну из групп исследуемых составляют больные с язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки. Можно однозначно утверждать, что нарушения моторики верхних отделов ЖКТ играют немаловажную роль в патогенезе язвенной болезни. Обратимость выявленных моторно-эвакуаторных нарушений является одним из критериев, определяющих дальнейшую тактику ведения больного. При решении вопроса об оперативном лечении адекватная коррекция нарушений МЭФ возможна лишь при наличии исходной объективной информации, которую можно получить методом периферической ЭГЭГ. Патология тонкой кишки до настоящего времени является областью медицины, где решающую роль в диагностике имеет клинический опыт врача. Ибо даже интестиноскопы, имеющиеся лишь в нескольких учреждениях России, дают информацию лишь об органическом поражении кишки. Функциональные же нарушения, встречающиеся в большинстве случаев, практически не имеют патогномоничной эндоскопической картины. И здесь периферическая ЭГЭГ не имеет аналогов. В последнее время все большее внимание гастроэнтерологов занимают функциональные нарушения так называемых «зон перехода» (гастроэзофагеальный рефлюкс, дуоденогастральный рефлюкс и др.). Диагностика этих состояний также облегчается при использовании метода периферической ЭГЭГ. Если вопросы диагностики функциональных нарушений все же как-то решены, то лечение этой группы больных основывается в основном на двух критериях:
В абдоминальной хирургии довольно часто ряд функциональных нарушений желудочно-кишечного тракта приходится дифференцировать с механической природой заболевания (спастическая и странгуляционная кишечная непроходимость, послеоперационный парез кишечника и ранняя спаечная непроходимость кишечника и др.). В этих ситуациях подчас решающим для сохранения жизни больного становится фактор продолжительности диагностики. И здесь стандартное 40 минутное исследование с использованием периферической ЭГЭГ может помочь поставить все точки над «i». Исследования последних лет показали, что послеоперационный парез кишечника, которым страдают ~65% больных, перенесших лапаротомию, может быть обусловлен различными факторами:
Спектральный анализЭлектрогастроэнтерографический сигнал исследуется различными методами, в том числе с помощью линейной фильтрации, спектрального анализа, вейвлет анализа и др., которые являются основными операциями цифровой обработки сигналов.Спектром сигнала называется разложение сигнала по различным ортогональным системам функций. В настоящей работе в качестве ортогональной системы используются тригонометрические функции: 1, cos(ωt), sin(ωt), cos(2ωt), sin(2ωt), ..., cos(nωt), sin(nωt). Здесь ω – угловая частота, t – время. Такое разложение можно выполнить с помощью классического дискретного преобразования Фурье (ДПФ). В результате сигнал из временной области преобразуется в частотную, полученные спектральные составляющие показывают величину гармоники, действующей на данной частоте.  N – число точек ДПФ; f(k) – полученный в результате дискретизации k-й отсчет сигнала f(t). Снятый сигнал является нестационарным, поэтому производится вычисление спектра на отрезках сигнала постоянной длительности (4-х или 10-и минутных). Таким образом, методом «скользящего окна» со сдвигом в 1 минуту просматривается всё исследование. Выбор отрезка такой длительности обусловлен тем, что сокращения различных отделов ЖКТ являются низко-частотными, а кажущаяся, на первый взгляд, высокая нестационарность сигнала, является на самом деле результатом сложения многих гармоник. В пользу этого предположения говорит и тот факт, что все вероятностные характеристики сигнала, при отсутствии артефактов, со временем изменяются очень мало. Кроме этого, такая длительность отрезка обеспечивает хорошее разрешение по частоте спектральных составляющих, что важно при расчёте показателей периферической ЭГЭГ. Так как для расчёта спектра первого отрезка сигнала нужно, чтобы прошло время, равное длительности выбранного окна (4 или 10 минут), то начало всех графиков спектрального анализа естественно смещается относительно времени начала исследования на длительность выбранного окна. Показатели периферической электрогастроэнтерографииСуммарная электрическая активностьМощность электрического сигнала определяется на основе полученных в результате спектрального анализа данных исследования. Рассчитываются мощности по каждому частотному отделу P(i), т.е. по частотам, характерным для желудка, двенадцатиперстной кишки, тощей кишки и т.д., и суммарная мощность PS, соответствующая всему спектру всех отделов ЖКТ.
k1i – номер фильтра ДПФ, соответствующий минимальной величине частоты i-го частотного отдела; k2i – номер фильтра ДПФ, соответствующий максимальной величине частоты i-го частотного отдела; i – номер частотного отдела ЖКТ в орально-каудальном направлении.
В табл. 1 приведены частоты сигналов, характерные для различных отделов ЖКТ.
Таблица 1. Частота колебаний электрической активности различных отделов ЖКТ
При анализе полученных данных было выявлено, что цифры абсолютной мощности сильно отличаются даже у пациентов с одинаковым диагнозом. Тем не менее, суммарная мощность электрического сигнала (суммарная электрическая активность) позволяет:
Относительная электрическая активностьВ отличие от абсолютных, достоверно стабильными оказались относительные показатели электрической активности Р(i)/PS. Этот показатель представляет собой отношение абсолютных значений электрической активности в каждом отделе ЖКТ к суммарной активности.Набор этих пяти показателей Р(i)/PS и является основным при расшифровке данных периферической ЭГЭГ. Коэффициент ритмичностиСледующий показатель моторики ЖКТ – коэффициент ритмичности Kritmi, рассчитывается как соотношение длины огибающей спектра отдела ЖКТ к ширине спектрального участка на оси абсцисс.
S(n) – спектральная составляющая в n-ом фильтре ДПФ; k1i – номер фильтра ДПФ, соответствующий минимальной величине частоты i-го частотного отдела ЖКТ; k2i – номер фильтра ДПФ, соответствующий максимальной величине частоты i-го частотного отдела ЖКТ. Показатель этот, как было отмечено при проведении экспериментальных работ, довольно точно отражает ритмичность сокращений. Отсутствие ритмичных сокращений – выпадение их либо учащение, вызывает изменение показателя соответственно в сторону уменьшения или увеличения, в сравнении с показателями здоровых людей. Коэффициент сравненияИз нормальной физиологии вытекает, что лишь адекватная работа всех отделов ЖКТ обеспечивает нормальную эвакуацию химуса. Соответственно, это состояние должны характеризовать стабильные показатели соотношений электрической активности отделов ЖКТ. Отсюда появились еще 4 показателя отношения электрической активности вышележащего отдела к нижележащему P(i)/P(i+1).Нормальные показатели периферической электрогастроэнтерографииВ табл. 2 приведены нормальные показатели периферической ЭГЭГ у здоровых.Таблица 2. Нормальные показатели периферической электрогастроэнтерографии
Просмотр и анализ электрогастроэнтерографического сигналаРазработанный на предприятии «Исток-Система» прибор «Гастроскан-ГЭМ» как раз и предназначен для проведения периферической ЭГЭГ и анализа электрогастроэнтерографического сигнала различными методами, в том числе с помощью линейной фильтрации, спектрального и вейвлет анализа.Вы можете просмотреть и проанализировать сигналы, характеризующие моторную активность различных отделов ЖКТ, выделенные из снятого сигнала с помощью цифровой полосовой фильтрации. На рис. 4 представлен график исходного электрогастроэнтерографического сигнала, а на рис. 5 графики этого сигнала после полосовой фильтрации, соответствующие изменениям электрической активности отдельных отделов ЖКТ. 
Рис. 4. График электрогастроэнтерографического сигнала
Рис. 5. График ЭГГ сигнала после цифровой фильтрацииНа рис. 6 приведен трёхмерный график спектра сигнала. По оси абсцисс (оси частот) показано расположение отделов ЖКТ, по оси ординат – время исследования, по оси аппликат – амплитуда спектра сигнала. Рис. 6. Трёхмерный график спектра сигналаВы можете просмотреть графики изменения во времени:
Рис. 7. График изменения во времени P(i)/PS
Рис. 8. График изменения во времени P(i)/P(i+1)
Рис. 9. График изменения во времени KritmМожете при необходимости просмотреть график, отображающий частотную составляющую, содержащую максимальную амплитуду сигнала в тот или иной момент времени.Вейвлет анализПри анализе сложных, нестационарных сигналов, имеющих локальные особенности, спектральный анализ иногда оказывается недостаточно эффективным. Поэтому и был разработан вейвлет анализ – современный и перспективный метод цифровой обработки сигналов, обеспечивающий хорошее разрешение и по частоте, и по времени. Вейвлет преобразование (wavelets) сигнала состоит в его разложении по базису, сконструированному из обладающей определенными свойствами волноподобной функции, а именно:
C – нормализующий коэффициент; a – масштабный коэффициент; b – параметр сдвига; знак * – комплексное сопряжение.
Семейство вейвлет функций получают из «материнского» вейвлета Ψ(t) путем применения двух операций – сдвига и масштабирования:
a – масштабный коэффициент; b – параметр сдвига. Коэффициенты а и b подобраны нами таким образом, чтобы амплитудно-частотные характеристики семейства вейвлет функций перекрывали диапазон частот от 0,01 до 0,25 Гц. В качестве «материнского» или анализирующего вейвлета нами выбран вейвлет Морле (Morlet), так как он имеет лучшую локализацию во временном и в частотном пространстве. Прибор предоставляет возможность рассчитать вейвлет с помощью комплексного вейвлета Морле и синфазной (действительной) составляющей вейвлета Морле. Расчёт вейвлета с помощью комплексного вейвлета Морле требует больше времени, но в результате получаются меньшие фазовые биения.
Для демонстрации преимущества вейвлет преобразования ниже приведены рис. 10 и 11.
На рис. 10 показан сигнал, состоящий из двух гармонических составляющих с разными частотами, следующие друг за другом и его спектры. 
Рис. 10. Вейвлет и спектр сигнала, состоящего из последовательно следующих гармоникб) вейвлет преобразование сигнала, полученное с помощью синфазной составляющей вейвлета Морле; в) вейвлет преобразование сигнала, полученное с помощью комплексного вейвлета Морле; г) спектр сигнала, полученный с помощью ДПФ. На рис. 11 показан сигнал, состоящий из суммы двух гармонических составляющих тех же частот, что и сигнал, представленный на рис. 10, и его аналогичные вейвлеты и спектр.  Рис. 11. Вейвлет и спектр сигнала, состоящего из суммы двух гармоника) сигнал;б) вейвлет преобразование сигнала, полученное с помощью синфазной составляющей вейвлета Морле; в) вейвлет преобразование сигнала, полученное с помощью комплексного вейвлета Морле; г) спектр сигнала, полученный с помощью ДПФ. Из рисунков видно, что преобразования Фурье не различает, состоит ли сигнал из суммы двух гармоник или гармоник, следующих друг за другом, в то время как на вейвлетах хорошо видны и гармоники, и место их перехода. Отметим, что чистым гармоническим составляющим соответствуют яркие горизонтальные полосы, локальным особенностям (нарушениям гладкости) отвечают вертикальные полосы, выходящие из точки, где находится особенность. Публикации и видео по электрогастроэнтерографии для профессионалов здравоохранения
На сайте GastroScan.ru в разделе «Литература» имеется подраздел «Электрогастроэнтерография», содержащий публикации для профессионалов здравоохранения, посвященные этому методу исследования ЖКТ.
На сайте GastroScan.ru в разделе «Видео» имеются подраздел для пациентов «Популярная гастроэнтерология» и подраздел «Для врачей», содержащий видеозаписи докладов, лекций, вебинаров по различным направлениям гастроэнтерологии для профессионалов здравоохранения. ЭлектрогастрографияПри проведении ЭГГ основное внимание уделяется отклонению частоты электрической активности желудка от нормы.Методика проведения ЭГГ состоит в следующем (Ch. Stendal). Электроды располагаются на поверхности передней брюшной стенки. Первое исследование проводится на голодный желудок в течение 30-60 минут. Второе исследование после приёма пищи в течение 60-90 минут. На экран выводится электрогастрограмма в виде спектра, развёрнутого во временной области (рис. 12). 
Рис. 12. Спектр электрической активности желудка, развёрнутый во времениОпределяется основной параметр – доминирующая частота колебаний сигнала (рис. 13).Принимается, что имеет место:
Рис. 13. Доминирующая частота колебаний сигнала желудкаНормальные показатели ЭГГ приведены в табл. 3.Таблица 3. Нормальные показатели электрогастрографии
Публикации по электрогастрографии
На сайте GastroScan.ru в разделе «Литература» имеется подраздел «Электрогастрография», содержащий публикации для профессионалов здравоохранения, посвященные этому методу исследования ЖКТ. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Информация на сайте www.GastroScan.ru предназначена для образовательных и научных целей. Условия использования.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
