НОВЫЙ БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ МЕТОД НЕИНВАЗИВНОЙ ОЦЕНКИ ВНУТРИЧЕРЕПНОГО ДАВЛЕНИЯ И ЕГО ВЕРИФИКАЦИЯ

медицина
НОВЫЙ БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ МЕТОД НЕИНВАЗИВНОЙ
ОЦЕНКИ ВНУТРИЧЕРЕПНОГО ДАВЛЕНИЯ
И ЕГО ВЕРИФИКАЦИЯ
А.П. Ефимов
Институт биомеханики, валеологических и реабилитационных технологий,
Межрегиональный центр восстановительной медицины и реабилитации
NEW BIOMECHANICAL METHOD OF THE NON-INVASIVE
ESTIMATION OF INTRACRANIAL PRESSURE AND ITS VERIFICATION
A.P. Efimov
Измерение внутричерепного давления (ВЧД) в норме и
патологии – важная медико-биологическая проблема, поскольку
уровнем ВЧД определяется степень кровоснабжения головного
мозга и активность церебрального метаболизма. Внутричерепная гипертензия (ВЧГ) у детей и взрослых приводит к серьезной
патологии.
Проведены верификационные исследования нового способа
оценки ВЧД с применением нового аппарата «Нейромиометр-01».
Исследования проводились в виде сопоставления по трем направлениям: 1) с анализатором спектра СК4 72/2; 2) с аппаратом
«Codman» (США) для больных нейрохирургического профиля; 3)
с компьютерным программно-аппаратным комплексом (КПАК)
«Микромоторика» для больных неврологического профиля. Было
получено соответствие показателей всех аппаратов.
Measurement of intracranial pressure in norm and at a pathology
is the important medicobiological problem as its level defines degree of
a brain blood supply and a cerebral metabolism activity. The intracranial hypertensia of children and adults results in a serious pathology.
Verification researches of a new way of intracranial pressure estimation with a new «Neuromiometer-01» apparatus have been carried
out. The comparison estimation of «Neuromiometer-01» indications
have been carried out in three directions: – with CK4 72/ 2 spectrum
analyzer indications; – with indications of «Codman» (USA) apparatus
for neurosurgical patients; – with indications of «Micromotorica» apparatus for neurological patients. A correspondence of all apparatus
indications has been set up.
Ключевые слова: биомеханика микродвижений, микромоторная диагностика, экспресс-оценка внутричерепного
давления.
Keywords: micromovement biomechanics, micromotor diagnostics, an express estimation of intracranial pressure.
ВВЕДЕНИЕ
клиниках транскраниально или на открытом мозге.
Для этого в настоящее время используются сложные
дорогостоящие аппараты марки «Codman» (США) и
«Liquoguard» (Германия) с одноразовыми датчиками. Показатели этих приборов отражают ВЧД в мм
ртутного столба (Hg).
Прямым, но менее точным методом измерения
ВЧД, является манометрический метод измерения
ликворного давления при люмбальной (спинномозговой) пункции между поясничными позвонками
L4–L5. Данным методом определения ВЧД пользуются практически с момента открытия люмбальной
пункции, т.е. с 1891 г. [15].
Инвазивные методы регистрации ВЧД имеют
ограниченное применение и абсолютно непригодны
для профилактических мониторинговых целей в
ходе оздоровительных мероприятий среди широких
слоев населения, а также в лечебной и реабилитационной медицине. Поэтому в мире давно ведется
поиск и разработка неинвазивных методов оценки
ВЧД для широкой практики. Наиболее распространенными среди них являются ультразвуковые
методы исследования (УЗИ): нейросонография, эхоэнцефалография. Эти методы хорошо регистрируют
границы полостей мозга, отражают выраженность
гидроцефалии и дают основание косвенно – на основании увеличения объема полостей мозга – высказывать предположение о повышении ВЧД. Но методы
Измерение внутричерепного давления у человека в норме и, особенно, при патологии является
важной медико-биологической проблемой, поскольку уровнем ВЧД определяется степень кровоснабжения и васкуляризации головного мозга, что в
конечном итоге задает активность церебрального
метаболизма. Высокий уровень ВЧД у детей приводит к энцефалопатиям, задержке психического,
интеллектуального, речевого и моторного развития,
афазии, ДЦП, эпилептическим синдромам, умственной отсталости (олигофрения) разной степени выраженности, ведет к инвалидизации детей в связи с
нервно-психическими нарушениями [1–3].
Высокое ВЧД у взрослых приводит к головной
боли, церебрастении, депрессии, снижению работоспособности, синдрому хронической усталости,
гипертонической болезни, ишемическим и геморрагическим инсультам, инфарктам мозга, параличам и
парезам людей зрелого трудоспособного возраста,
преждевременному выходу их на инвалидность
[1–2, 4]. Профилактика всех указанных грозных заболеваний у детей и взрослых зависит от ранней диагностики, текущего контроля значений ВЧД и применения своевременной эффективной терапии.
Самыми точными методами измерения ВЧД
являются методы прямого кровного инвазивного
измерения, применяемые в нейрохирургических
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК . 2011/3
119
медицина
УЗИ не отражают ранние стадии внутричерепной
гипертензии, когда еще нет сдвига границ полостей
мозга. И абсолютно не информативны при микрокрании, когда компрессия мозга нарастает вплоть
до грубой ишемии и аноксии, а гидроцефалии и
изменения границ полостей мозга нет. Методы УЗИ
также малоинформативны при опухолях и паразитарных поражениях головного мозга.
Менее доступные, чем УЗИ, прекрасные методы
структурной диагностики головного мозга – МРТ
и КТ – также могут лишь косвенно отражать ВЧД
через количество гидроцефальной жидкости и кист.
ВЧД они отражают не более, чем УЗИ.
Используемый давно метод окулоскопической
оценки состояния глазного дна по застойным явлениям в кровеносных сосудах отражает поздние
осложнения ВЧГ (III–IV ст.). Но оценивать уровень
ВЧД и его динамику метод не позволяет в силу чрезвычайной инертности и компенсаторных явлений в
самом глазном яблоке и его автономной сосудистой
системе.
В течение многих лет нами проводятся фундаментальные исследования биомеханики человеческого тела в условиях нормы и при патологии.
Впервые в мире разработано приоритетное направление – биомеханика микродвижений. На основе ее
использования разработаны способ оценки болевой
реакции [6], болевой мышечно-тонической реакции
и синдрома вертебробазилярной недостаточности
[7]. Методики утверждены МЗ РСФСР [8–10]. Постепенно сформировалась новая технология оценки
состояния нервно-мышечной системы – микромоторная диагностика (патент 58022) и создан аппарат для ее реализации – КПАК «Микромоторика»
[14]. Все годы разработка велась с использованием
и под контролем метрологических промышленных анализаторов спектра СК4 72/2 ГНИИПИ,
г. Н. Новгород.
Развитие технологии микромоторной диагностики в последние годы позволило разработать
способ неинвазивной микромоторной оценки
ВЧД [12, 13] в положении человека сидя (патент
№ 2329760) и лежа (положительное решение по заявке № 2008116009/14) [13], а также изготовлен портативный цифровой аппарат «Нейромиометр-01»)
для реализации этого способа (рис. 1)
В данной работе приводятся данные верификации показаний действующего макета этого прибора
в ходе сопоставимых исследований с двумя уже известными приборами.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Всего в данных исследованиях под наблюдением
находилось 1099 человек – больных и здоровых. Они
были распределены по следующим группам:
Группа 1. Практически здоровые люди (77 чел.
78 исследований) прошли параллельное обследование на аппарате «Нейромиометр-01» и анализаторе
спектра СК4 72/2 при установленных соосно в цен-
120
Рис. 1. Внешний вид «Нейромиометра-01» с датчиком и
элементом крепления
тре лба датчиках обоих приборов и одновременной
записи показаний.
Группа 2. Больные неврологического профиля
– 196 чел. в момент поступления в Центр на лечение
с разными диагнозами.
Всем было произведено одномоментно обследование на двух приборах по описанной для группы
1 методике.
Группа 3. Неврологические больные в процессе
реабилитации представлены следующими подгруппами:
1) Больные с эпилептическими синдромами (судорожные расстройства) –120 чел.;
2) Больные с ДЦП – 96 чел.;
3) Больные с задержкой развития психических
функций – 80 чел.;
4) Больные с энурезом – 40 чел.;
5) Больные с головной болью – 70 чел.
Динамика клинического состояния больных
этих 5 подгрупп описана в журнале «Медицинская
реабилитация» №1(11) 2009 г. [5]. Отметим только,
что у всех больных отмечена положительная динамика в состоянии по итогам года семейной реабилитации, но наилучшие результаты наблюдались в
группах больных с судорожными расстройствами,
задержками развития (ЗПРР), головной болью,
энурезом (рис. 2).
Группа № 4 – нейрохирургические больные с
черепно-мозговыми травмами (ЧМТ) различной
степени тяжести – всего 192 человека. Определение
ВЧД проводилось одномоментно параллельно с помощью аппарата «Codman» и «Нейромиометра-01»
в положении лежа.
Методика определения ВЧД (рис. 3) заключается в регистрации в течение 5–10 секунд сигналов
механических колебаний головы пациента и преобразовании их в электрический сигнал датчиком,
который располагают в центре лба пациента и
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК . 2011/3
медицина
Второй вариант методики используется при положении больного лежа – как единственно возможном по клиническому состоянию. Голову пациента,
находящегося в положении лежа на боку, фиксируют
свободно и вертикально закрепленной эластичной
лентой. Датчик сигнала размещают в середине лба
пациента.
В последующем анализируют выделенный в
рабочем диапазоне частот участок спектра шириной 3 Гц (выбор участка в 3 Гц определен опытным
путем). Производят расчет отношения энергетической составляющей регистрируемого в течение
5–10 секунд диапазона шириной в 3 Гц сигнала
частот к полной энергии сигнала всего диапазона
частот от 0,5 Гц до 46 Гц. При значении полученного
показателя выше 20% диагностируют повышенное
внутричерепное давление – внутричерепную гипертензию.
Рис. 2. Динамика клинического состояния больных в процессе реабилитации
фиксируют с помощью манжет Велкро-липучек.
При обследовании пациента в положении сидя выполняют следующие приемы:
– человек должен сидеть в расслабленной позе с
обычным вертикальным положением головы,
оперевшись спиной на спинку кресла для лучшей фиксации положения туловища.
– наклонить голову вперед и в течение 10 сек.
оставаться в этой позе до команды обследующего «вернуться в исходное положение».
– наклонить голову назад и оставаться в этой позе
10 сек. до следующей команды оператора.
– повернуть голову вправо максимально и оставаться в этой позе в течение 10 сек. до команды
оператора.
– повернуть голову влево максимально и оставаться в этой позе 10 сек. до команды оператора.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Как видно на графике (рис. 4), в первой группе
(№ 1) практически здоровых лиц отмечаются самые
низкие значения ВЧД как по показаниям «Нейромиометра-01», так и по данным анализатора спектра СК4 72/2. На графическом поле они занимают
одну третью часть суммарного количества данных
– нижнюю слева по осям X и Y. Следует отметить,
что произошло наложение и совмещение части
точек на графике.
Группа больных неврологического профиля
(№2) в момент обращения в Центр, до лечения, четко
отличается от группы практически здоровых лиц
значительно более высокими значениями ВЧД по
показаниям обоих приборов. Данная группа занимает соответственно две трети значений по осям X и Y.
Разброс конкретных показаний в указанных группах
1
4
2
3
2
3
А
5
1
В
Рис. 3. Определение внутричерепного давления неинвазивным способом по Ефимову А.П. А: 1 – датчик, 2 – АЦП, 3 – компьютер; В: 1 – кушетка, 2, 5 – эластичные ленты, 3 – датчик, 4 – опора
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК . 2011/3
121
медицина
Рис. 4. График совмещения показаний «Нейромиометра01» и анализатора спектра СК4 72/2
значителен, что отражает многообразие вариантов
значений ВЧД в популяции. А также постепенность
перехода нормы в патологию – ВЧГ.
Для группы № 3 полученные в ходе исследований данные можно представить в виде сводных
таблиц и графиков. Ниже приведена динамика ВЧД,
определенного с помощью прибора «Нейромиометр-01» (табл. 1, рис. 5), микромоторная активность
лимбических центров (табл. 2, рис. 6), базальных
ядер (табл. 3, рис. 7). Выбор данных отделов головного мозга определяется их анатомическим положением: лимбические структуры составляют в целом
верхнюю стенку, а базальные ядра нижнюю стенку
боковых желудочков головного мозга. На данные
стенки непосредственно механически действует ликвор боковых желудочков. Все показатели отражены
в процентах от нормы. Обследование проводилось
ежеквартально.
Как показывают данные таблиц 2–4, достоверность различия показателей в динамике в течение
9 мес. – все достоверны. К концу лечения показатели
стали близкими к норме (100%), поэтому числовая
достоверность во многом нивелируется. Полученные данные однозначно свидетельствуют о том,
что показатели «Нейромиометра-01», активность
лимбических центров и базальных ядер по данным
КПАК «Микромоторика» высоко информативны
для отражения динамики восстановления патологически измененных структур головного мозга,
глубоко коррелируют между собой (коэффициент
корреляции составляет от 0,89 до 0,98). Показатели достоверно отражают клиническое состояние
больных.
Наибольшую весомость в верификации показаний «Нейромиометр-01» априорно имеет в
сопоставлении с показателями прямого инвазивного измерения ВЧД в мм Hg. На основании параллельного замера ВЧД «Нейромиометром-01» и
аппаратом «Codman» получены следующие данные
(192 больных), (рис. 8).
Как видно из полученных данных, показатели
ВЧД укладываются в интервал от 10 до 40–45 мм Hg.
Чем ближе к предельно высоким значениям ВЧД,
тем больше разброс цифр, что объясняется терминальным состоянием больных. Характер скопления
точек статистических данных позволяет построить
апроксимационную линию взаимосвязи показателей
X- и Y-осей. Линия эта отражает прямо пропорциональную (линейную) зависимость. Линейная связь
параметров X и Y дает возможность произвести расчетные преобразования показателей «Нейромиометра-01», привести их в соответствие с мм Hg. Для исследованного макета прибора «Нейромиометра-01»
найден коэффициент пересчета, равный 0,71.
Таблица 1. Динамика показателей «Нейромиометра-01» в процентах от нормы
№
Этап
группы Диагноз
1
2
3
4
5
Эписиндромы
ДЦП
ЗПРР
Энурез
Головная боль
1
M
396,4
354,3
271,4
247,5
227,3
±m
17,3
16,4
13,1
11,2
10,3
2
M
291,2
281,6
192,1
204,3
175,8
±m
15,2
14,3
11,6
10,1
8,7
Рис. 5. Динамика показателей «Нейромиометра-01» в ходе
реабилитации
122
3
M
200,4
184,6
146,3
160,5
151,2
±m
10,7
11,2
8,6
8,4
7,1
4
M
161,9
146,0
110,0
128,5
130,4
±m
7,4
8,2
7,1
7,1
6,8
5
M
140,4
116,5
98,5
116,3
105,0
±m
6,9
5,4
6,3
5,5
6,7
Рис. 6. Динамика микромоторной активности лимбических центров в ходе реабилитации
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК . 2011/3
медицина
Таблица 2. Динамика микромоторной лимбической активности в процентах от нормы
№
группы
Диагноз
Этап
1
2
3
4
5
Эписиндромы
ДЦП
ЗПРР
Энурез
Головная боль
1
M
446,7
401,9
302,3
285,4
297,7
±m
17,5
16,4
15,2
12,0
11,7
2
M
355,2
354,3
254,1
231,2
211,7
±m
13,1
14,5
12,1
10,1
9,8
3
M
240,3
257,1
220,6
192,5
176,4
±m
12,1
11,4
8,4
11,1
8,2
4
M
194,2
207,4
156,4
160,0
146,4
±m
10,4
9,6
8,1
7,2
6,5
5
M
140,5
151,4
121,5
130,3
123,3
±m
8,1
8,6
7,4
6,6
5,7
Таблица 3. Динамика микромоторной базально-ядерной активности в процентах от нормы
№
группы
Диагноз
Этап
1
2
3
4
5
Эписиндромы
ДЦП
ЗПРР
Энурез
Головная боль
1
M
294,5
303,4
246,3
220,5
196,5
±m
11,4
9,4
11,6
9,3
8,4
2
M
280,6
231,4
181,0
181,5
165,0
±m
11,2
9,4
8,6
8,7
8,4
3
M
170,6
165,4
135,5
142,4
130,4
±m
9,0
8,1
7,0
7,3
6,0
4
M
120,3
135,6
105,3
125,4
110,3
±m
6,0
6,7
5,5
6,2
5,7
5
M
105,0
125,7
95,4
115,3
102,0
±m
4,7
6,7
4,3
5,0
5,3
Рис. 7. Динамика микромоторной активности базальных
ядер в ходе реабилитации
Рис. 9. График совмещения показаний «Нейромиометра01» и данных прямого инвазивного измерения ВЧД
Таким образом, расчет внутричерепного давления (ВЧД) в мм Hg производится по формуле: ВЧД
= 0,71 × N (показатель «Нейромиометра»).
Например, для значения ВЧД по «Нейромиометру-01», равного 26, ВЧД в мм Hg будет равно
(26 × 0,71) 16 мм Hg.
3.
ВЫВОДЫ
1.
2.
Показатели «Нейромиометра-01» высоко коррелируют с показателями промышленного метрологически обеспеченного измерительного прибора «Анализатор спектра СК4 72/2», настроенного на идентичные «Нейромиометру-01»
параметры микродвижений при исследовании
групп здоровых лиц и неврологических больных.
Показатели ВЧД, полученные «Нейромиометром-01», высоко коррелируют с микромоторной активностью лимбических центров и
базальных ядер, определенных КПАК «Микро-
4.
5.
6.
моторика-2М 03» в процессе реабилитации
неврологических больных.
Количественная оценка микродвижений головы
в специальных диапазонах частот по способу
А.П. Ефимова высоко информативна для оценки динамики ВЧД у неврологических больных
в ходе лечения и реабилитации.
Показания «Нейромиометра-01» имеют линейную связь с показателями прямого инвазивного
измерения ВЧД у нейрохирургических больных
на аппарате «Codman».
Впервые доказана возможность создания неинвазивного микромоторного экспресс-метода и
цифрового прибора для высокоточного измерения ВЧД в мм Hg с рекомендуемым названием
«Гипертензиометр».
Наивысшие числовые значения ВЧД наблюдаются у детей при эпилептических синдромах,
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК . 2011/3
123
медицина
особенно в лимбических центрах. По мере достижения значений более 300% развиваются
клинически манифестируемые судороги приобретенного негенетического происхождения,
имеющие чаще всего очаг в лимбической
системе.
7. Вторым по уровню значений ВЧД следует
группа детей с ДЦП. Длительная нейроишемия
базальных ядер головного мозга гипертензионного генеза ведет к постепенной их парализации, создавая спастический синдром ДЦП.
8. При задержке развития психических функций
наблюдается умеренное повышение ВЧД, но
длительное действие гипертензии приводит к
задержке психического, речевого и моторного
развития у детей.
9. ВЧД является ведущей причиной головной
боли и головокружения у взрослых больных,
что требует своевременного лечения в целях
профилактики гипертонической болезни и
часто наблюдаемых при этом ишемических и
геморрагических инсультов.
10. Ведущей причиной энуреза является высокая
внутричерепная гипертензия в стволе головного мозга (в зоне локализации выделительного
центра). По мере устранения ВЧГ в задней черепной ямке энурез излечивается необратимо.
Автор данной разработки обращается к государственным и негосударственным структурам с
просьбой оказать содействие в организации серийного производства малогабаритного цифрового
прибора «Нейромиометр-01» для нужд практического здравоохранения.
7. Ефимов А.П., Пономарева Е.А. Способ диагностики
синдрома вертебро-базилярной недостаточности у
больных с остеохондрозом позвоночника. Патент
№ 2123283. 15.07.1997.
8. Ефимов А.П., Буданова Т.Б., Иоффе Д.И.,
Шмонин А.А., Анишкина Н.М., Антонец В.А.
Способ определения времени прекращения
иммобилизации конечности при переломах. А.с.
№ 1397022. 14.07.1986.
9. Ефимов А.П., Сингосина Т.Б., Анишкина Н.М.,
Антонец В.А., Серебрякова Н.Г. и др. Способ
выявления болевой реакции при поражениях
конечности. Методические рекомендации МЗ
РСФСР. Горький, 1989. 8 с.
10. Ефимов А.П., Анишкина Н.М., Антонец В.А.
Биомеханическая диагностика нарушений
двигательной функции верхней конечности
человека. Методические рекомендации МЗ СССР.
Горький, 1986. 16 с.
11. Ефимов А.П., Буданова Т.Б., Шмонин А.А.,
Пономарева Е.А. Комплексная оценка двигательной
функции кисти. Методические рекомендации МЗ
РСФСР. Горький, 1987. 10 с.
12. Ефимов А.П. Способ определения внутричерепного
давления. Патент № 2329760, 19.06.2006.
13. Решение о выдаче патента на изобретение «Способ
определения внутричерепного давления по
Ефимову А.П.» от 22.04.2008 г. Заявка 2008116009/14.
14. Ефимов А.П. Устройство для оценки состояния
нервно-мышечной системы человека, патент на
полезную модель № 58022 от 03.08.2005.
15. Фридман А.П. Основы ликворологии /
А.П. Фридман. Л.: Медицина, Ленингр. отд., 1971.
648 с.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гусев Е.И., Бурд Г.С., Никифоров А.С.
Неврологические симптомы, синдромы,
симптомокомплексы и болезни. М.: Медицина, 1999.
880 с.
2. Болезни нервной системы: Руководство для врачей:
В 2-х т. Т. 1 / Под ред. Н.Н. Яхно, Д.Р. Штульмана. 2-е
изд., перераб. и доп. М.: Медицина, 2001. С. 128–138.
3. Ефимов А.П. Семейная реабилитация детей с
заболеваниями нервной системы: Пособие для
родителей. Н. Новгород: Изд-во Нижегородской
государственной медицинской академии, 2005. 224 с.
4. Ефимов А.П. Семейная реабилитация взрослых
больных и инвалидов: пособие / А.П. Ефимов. Н.
Новгород: Изд-во Нижегородской государственной
медицинской академии, 2006. 180 с.
5. Ефимов А.П. Динамика результатов семейной
реабилитации при заболеваниях нервной системы
и органов движения / А.П. Ефимов, В.В. Суббота
// Медицинская реабилитация. М.: РАМСР, 2009.
№ 1(11). С. 8–11.
6. Ефимов А.П., Буданова Т.Б., Анишкина Н.М.,
Антонец В.А., Докторов П.С., Краснощеков
И.П. Способ выявления болевой реакции при
поражениях конечностей. А.с. № 1344317. 11.03.1985.
124
Ефимов Анатолий Петрович, д.м.н., профессор, зав. кафедрой
медицинской биомеханики и семейной реабилитации Российской
академии медико-социальной реабилитации (Москва), генеральный директор Межрегионального центра восстановительной
медицины и реабилитации (Нижний Новгород-Москва-Чебоксары),
603163, г. Нижний Новгород, Межрегиональный центр восстановительной медицины и реабилитации, Казанское шоссе, д. 16/1,
тел.: + 7 (831) 296-28-15, e-mail: [email protected]
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК . 2011/3