VERENVIRTAUKSEN MITTAUS

Transkriptio

1 VERENVIRTAUKSEN MITTAUS sivu 1/ 5 VERENVIRTAUKSEN MITTAUS VERENVIRTAUSMITTAUKSET Veren virtausta voidaan mitata invasiivisilla ja noninvasiivisilla menetelmillä. Käytössä on useita menetelmiä, joilla voidaan rekisteröidä veren virtausnopeutta, virtaustilavuutta tai kudosperfuusiota. 1. ELEKTROMAGNEETTINEN VIRTAUS- MITTAUS Aikanaan yleisin käytössä ollut invasiivinen verenvirtausmittaus perustui sähkömagneettiseen induktioon. Nykyisin ultraäänimittaukset ovat syrjäyttäneet tämän mittausperiaatteen. Elektromagneettinen virtausmittaus perustuu yleisesti tunnettuun sähkömagnettiseen induktioilmiöön: kun johdin liikkuu magneettikentässä, niin johtimeen indusoituu jännite. Vastaavasti sähköä johtavan nesteen liikkuessa magneettikentässä nesteeseen indusoituu jännite.. Sähkömagneettisessa virtausmittauksessa järjestetään verisuonen läpi virtaussuuntaan nähden kohtisuoraan magneettikenttä ja mitataan näitä akseleita kohtisuoraan suuntaan muodostuva jännite. Indusoitunut jännite noudattaa yhtälöä: e = A d v B + C Kaavassa A, C vakioita d suonen halkaisija B magneettikentän voimakkuus v veren virtausnopeus Kaavasta nähdään saatavan jännitteen olevan verrannollinen nopeuden ja suonen halkaisijan tuloon. Tilavuusvirtauksen edellyttämä halkaisijan toinen potenssi saadaan arvioitua anturin mitoista. Anturit toimitetaankin valmiiksi kalibroituina (ilmoitetaan kalibrointikerroin), jolloin niiden tarkkuudeksi luvataan noin 20 %. Mittauksessa saatava jännitetaso on luokkaa 5 50 uv, joten elektroniikalle asetettavat vaatimukset ovat melkoiset. Suurimpia vaikeuksia ovat magnetointivirran indusoituminen mittausjohtimiin, elektrodien offset-jännitteet ja EKG:n ja EMG:n aiheuttamat häiriöt (sydämen verisuonia mitattaessa ja verisuonten omien lihasten toiminta), sekä luonnollisesti kaikki ulkoiset sähkö- ja magneettikenttien aiheuttamat häiriöt. Laitteen periaate on esitetty kuvassa 1.1 Kuvassa 1.2. on esitetty mittausanturin rakenne. Kuva 1.1 Elektromagneettisen mittauksen periaate. Kuva 1.3 Mittaustilanneesimerkki; anturi suonen ympärillä. Kuva 1.2 Anturin periaatteellinen rakenne. Mittaustulokseen ei oleellisesti vaikuta virtauksen turbulenttisuus, mutta voimakkaat suihkuvirtaukset saattavat kasvattaa tulosta. Veren hematokriitin (punasolujen osuus verestä) vaikutus voi olla merkittävä: hematokriitin muuttuessa 10 prosenttiyksikköä virtausmittauksessa on havaittavissa noin 5 % muutos.

2 VERENVIRTAUKSEN MITTAUS sivu 2/ 5 Mittapäitä on saatavissa halkaisija-alueelta mm. Sopivan kiinnityksen takaamiseksi mittapään halkaisijan tulee olla % suonen halkaisijaa pienempi. Tämän takia tarvittava anturimäärä on melkoinen. Mittaussysteemin taajuusvaste luokkaa 50 Hz, joten tällä menetelmällä saadaan varsin hyvälaatuinen kuva verenvirtauskäyrästä. käytetään esimerkiksi jatkuvaa kylmän keittosuolaliuoksen infuusiota. Kuva 2.1 Jatkuvan lämpölaimennuksen käyttö virtausmittaukseen. Kun injektoitava lämpömäärä Q tunnetaan, niin tilavuusvirtaus saadaan laskettua lämpötilojen T1 ja T2 erosta. Menetelmä ei ole suosittu. Mittaussysteemin taajuusvaste on muutama hertzi, joten se soveltuu lähinnä keskimääräisen virtauksen mittaamiseen. 3. PAINEGRADIENTTIMENETELMÄ Kuva 1.4 Esimerkki teollisuusintrumentoinnin EMFanturista Anturin magnetoinnissa on käytetty suorakaidemagnetointia ja sinimuotoista magnetointia. Kuvassa 1.5 on esitetty suorakaidemagnetoinnissa laitteiston toimintaan liittyviä käyriä. Painegradienttimenetelmässä virtaukseen asetetaan kaksiaukkoinen katetri, jonka aukkojen välistä paine-eroa rekisteröidään. Näin saatava painesignaali on verrannollinen veren virtausnopeuteen ja kiihtyvyyteen. Kuva 3.1 Painegradientin käyttö virtausmittaukseen. Tietysti anturissa paine-ero voidaan mitata myös suoraan katetrin kärjessä olevilla paineantureilla. Menetelmä soveltuu vain melko suuriin suoniin ja vaatii säännöllisen poikkileikkauksen suonelta. Suonen haarautumia ei saa olla painemittauspaikkojen läheisyydessä. Menetelmää ei juuri käytetä kliinisesti. Kuva 1.5 Keskinäisinduktanssi aiheuttaa voimakkaat häiriöpiikit magnetoinnin muutoskohtiin. Virtaukseen verrannollinen signaali luetaan juuri ennen magnetoinnin muuttamista. Alhaalla esimerkki 2-kanavaisen mittauksen magnetoinnista. 2. LÄMPÖLAIMENNUSMENETELMÄ Virtausmittaus voidaan tehdä kuvan 2.1 mukaisella lämpölaimennusmenetelmällä. Siinä verisuoneen uitetaan mittauskatetri, jossa on kaksi lämpötilan mittausanturia T1 ja T2. Näiden väliin syötetään jatkuvasti tietty lämpövirtaus Q. Lämpövirtauksena 4. ULTRAÄÄNIMENETELMÄT Ultraäänellä tapahtuva virtausmittaus on syrjäyttänyt käytännössä kaikki edelläkuvatut mittausmenetelmät yksittäisestä verisuonesta tapahtuvissa verenvirtausmittauksissa. Ultraäänimittauksista on oma teksti, joten ko. mittausmenetelmiä ei selvitetä tässä. 5. PLETYSMOGRAFISET MENETELMÄT Pletysmografisissa menetelmissä virtausmittaus tapahtuu rekisteröimällä tutkittavana olevan raajan-

3 VERENVIRTAUKSEN MITTAUS sivu 3/ 5 osan tilavuusmuutoksia kun laskimot (paluuvirtaus) on suljettu. Alkuun tulee sulkumansetin aiheuttama tasonsiirtymishäiriö, joka poistuu kun mansetti avataan. Kaltevuuden arvioinnissa on nämä alun ja lopun virheelliset siirtymät eliminoitava. Kuva 5.4 Maksimaalisen rasituksen jälkeen havaittava verenvirtaus. Kuva 5.1 Laskimonsulkupletysmografian periaate. Kuvassa vesipletysmografialla tapahtuva tilavuusmuutoksen tunnistus. Terveessä jalassa huippuvirtaus saavutetaan nopeasti ja palautuminen on nopeaa. Tukkoisessa jalassa virtaushuippu viivästyy ja palautuminen on hidasta. Tilavuusmuutosten rekisteröinti voi tapahtua mansetilla. Tämän lisäksi tilavuusmuutoksen rekisteröintiin on käytetty erilaisia ilma- tai vesitäytteisiä kammioita, elohopeatäytteistä raajan ympäri kierrettyä letkua, raajanosan impedanssin muutosta, raajan ja metallisylinterin välisen kapasitanssin muutosta tai raajan punnitsemista. Kuva 5.2 Mittauksessa havaittavia täyttymiskäyriä. Ylempi lepotilanteessa ja alempi heti rasituksen jälkeen. Pletysmografisissa mittauksissa virtaus ilmoitetaan tavallisesti yksikkönä mlverta / 100 mlkudosta / min Mittauksissa pyritään selvittämään lepotilan arvon lisäksi rasituksen jälkeinen maksimaalinen perfuusio. Lepotilanteessa mittaustapahtumassa voidaan käyrälle tavallisesti ottaa useiden sydämenlyöntien ajan kertyvä verimäärä. Heti rasituksen jälkeisessä rekisteröinnissä täyttymiskäyrän kaltevuus joudutaan selvittämään muutaman sydämenlyönnin alueelta. Kuva 5.5 Esimerkki vanhasta pletysmografista. Mittauskammio voi olla vesi- tai ilmatäytteinen. Kuva 5.6 Venymäliuskapletysmografia. Säären ympäri kiedottu elohopeatäytteinen kumiletku, mittauksessa rekisteröidään letkun venymä elohopeapatsaan resistanssin muutoksen avulla. Elohopean myrkyllisyyden takia tämä menetelmä ei nykyisin tässä muodossa käytössä. Kuva 5.3 Esimerkki rasituksen aikaisesta mittauksesta:

4 VERENVIRTAUKSEN MITTAUS sivu 4/ 5 häiriintymistä ja erityisesti rasituksen jälkeisen virtauksen palautuminen lepotila-arvoon viivästyy. Kuva 5.7 Kapasitiivinen tunnistus. Jalka muodostaa sylinterikondensaattorin sisäelektrodin ja metallisylinteri ulkoelektrodin. Elektrodien välinen etäisyysmuutos (jalan tilavuuden muutos) saadaan laskettua kapasitanssin muutoksesta. Pletysmografisia mittauksia on käytetty varsinaisen tilavuusvirtauksen selvittämisen lisäksi mittaamaan esim. jalan laskimoiden kuntoa. Laskimonsulkumansetilla suljetaan aluksi paluuvirtaus. Riittävän verikasauman muodostuttua mansetti avataan ja mittauksessa seurataan kuinka nopeasti kasautunut tilavuus poistuu. Kuva 5.8 Impedanssimittauksella tapahtuva tunnistus. Kuva 5.11 Laskimotukosten mittaus. Tarkastellaan jalkaan kertyneen verimäärän tyhjenemisnopeutta. 6. ISOTOOPPIMENETELMÄ Kudosvirtaus voidaan mitata ruiskuttamalla mittauskohdan kudokseen sopivaa radioisotooppia (esim. Xenon-133) ja mittaamalla merkkiaineen säteilyn heikkenemistä. Kuva 5.9 Esimerkki raajojen pletysmografisesta virtausmittauksesta impedanssimenetelmällä. Kuvaan 5.9 kommentinani: Omien mittauskokemuksieni perusteella asettaisin jalat lähes vaakasuoraan varsinaisessa virtausmittauksessa. Jos kyseessä on laskimoiden kunnon mittaus (kuva 5.11), niin silloin kuvan asento on OK. Säteilyn laimenemisesta voidaan laskea mittauskohdan verenvirtaus. Reksiteröintiesimerkki kuvassa. Kuva 5.10 Gravimetrinen menetelmä l. punnitusperiaate. Vanhassa systeemissä jalka ripustettu ylhäällä olevaan jousivaakaan, jossa piiromekanismi. Uudempi tapa mitata paino jalan alle asetetulla vaa-alla. Pletysmografisten mittausten luotettavuutta heikentää tarvittava laskimoiden sulkeminen. Tämä usein toistettuna aiheuttaa raajan virtaustilanteen Kuva 6.1 Isotooppimenetelmällä tapahtuva lihaksen verenkierron mittaus. Menetelmän etu laskimonsulkupletysmografiaan verrattuna on sen fysiologisuus: rekisteröinti ei häiritse eikä muuta normaalia verenkiertoa.

5 VERENVIRTAUKSEN MITTAUS sivu 5/ 5 7. OSKILLOMETRISET MITTAUKSET Oskillometriassa ei varsinaisesti rekisteröidä virtaustilavuuksia, vaan virtauksen aiheuttaman pulsaation suuruutta halutuissa kohdissa verenkiertoa. Oskillometriamittausten tarkoituksena on pääasiassa vain selvittää verisuonistossa mahdollisesti olevien tukosten ja ahtaumien sijainti. 8. LASER-FLOW Kudokseen kohdistetusta laser-säteestä osa heijastuu liikkuvista verisoluista. Doppler-siirtymä antaa solujen liikenopeuden. Laitteessa empiirinen kalibrointi virtaustilavuus/kudostilavuus Käyttö: virtausmuutosten ja erojen indikointi HeNe-laser (632.8 nm punainen) Puolijohdelaser (t80 nm infrapuna) teho noin 2 mw tunkeutumissyvyys mm anturin painaminen estää verenkiertoa Kuva 8.2 Esimerkkejä laser-flow-mittauksen mahdollisuuksista: Sydänlihaksen kuolion selvittäminen. Hampaan verenkierron mittaus. Mahalaukun seinämän ärsytyskohtien mittaus. Akillesjänteen tulehduksen mittaus. Lihasaition mittaus. 9. YDINMAGNEETTINEN RESONANSSI Kuva 8.1 Laser-virtausmittauksen periaate. Kuva 9.1 Ydinmagneettisen resonanssi-ilmiön avulla tapahtuva virtausmittaus-