Transcript här - IMT - Linköping University

M Ä T N I N G AV T R Y C K O C H
FLÖDE
LABORATION 2
TBMT18 MEDICINSK TEKNIK
Laborationshandledare: Malcolm Latorre
Kontakt: [email protected], 010-103 7758
Förberedelseuppgifter bör om möjligt svaras på Engelska.
D EPARTMENT
OF
B IOMEDICAL E NGINEERING L INKÖPING U NIVERSITY
Göran Salerud 2014
2
LABORATIONE NS MÅL OCH UPPLÄG G
I dag har läkare en rad tekniska hjälpmedel till sitt förfogande för att kunna ställa en
diagnos. T.ex. kan hon/han med hjälp av en EKG-registrering konstatera olika
patologiska (sjukliga) förändringar på hjärtat och med hjälp av spirometri kan patologiska
förändringar i luftvägarna påvisas. Även enkla tekniska lösningar kan ge svar på ett flertal
cirkulatoriska problem som t.ex. en blodtrycksmanschett och ett stetoskop som kan
användas för blodtrycksmätningar. Många fysiologiska undersökningar och tester måste
dock utföras på speciella kliniska laboratorier, detta beroende på den speciella kompetens
och utrustning som behövs.
I denna laboration skall tre enklare fysiologiska tester utföras, tester som vanligtvis utförs
både inom primärvård eller vid ett kliniskt fysiologiskt laboratorium.
Laborationsuppgifterna skall visa de medicintekniska hjälpmedel som kan användas för
att registrera hjärtats verksamhet, lungfunktionen och blodtryck samt blodflöde. Dessa
registreringar kan sedan användas som stöd när man ställer en diagnos.
LABORATIONENS MÅL

Att lära om grundläggande metoder för relationen mellan tryck och flöde i
kroppen samt att kvantitativt kunna bestämma flödeshastigheten i en artär och
ven.

Att få insikt i enkla grundläggande spirometriska mätmetoder och deras
användning.

Att tillämpa optisk metod för att klargöra sambandet mellan cirkulation och
respiration

Att ge en allmän förståelse för pulsoximetri samt de bakomliggande biooptiska
principerna
LABORATIONENS UPPLÄGG
Laborationen är uppdelad i tre delar. Som förberedelse till laborationen skall den teori
som anges i varje avsnitt läsas in. Även förberedelseuppgifterna skall lösas innan
laborationstill-fället (Uppgifter numrerade med F). Laborationstillfället börjar med en
kontroll av att ni utfört förberedelseuppgifterna. Laborationsuppgifterna är numrerade
med L. Efter varje laborationsmoment skall ni göra en sammanställning över era resultat
samt redovisa era tankar och slutsatser kring dessa. För godkänd laboration krävs att
förberedelseuppgifterna är gjorda samt ett aktivt deltagande under laborationen. Man
skall dessutom kunna resonera kring de resultat som erhållits under laborationen. De tre
delarna är:
1. Registrering av blodets tryck och flödeshastighet med hjälp av ultraljud och laser
Doppler flödesmätare.
2. Registrering av dynamiska och statiska lungvolymer
3. Extra: Pulsoximetrimätning
3
REGISTRERING AV BLOD ETS TRYCK OCH
FLÖDESHASTIGHET MED HJÄLP AV ULTRALJUD
TEORI
När hjärtat slår (kontraherar) på grund av att hjärtmuskeln blivit stimulerad via
sinusknutan kommer blodet att pumpas ut i lilla och stora kretsloppet. I lilla kretsloppet
sker syresättning av det syrefattiga blodet samtidigt som koldioxid avges till lungorna. Vid
nästkommande kammarkontraktion kommer det syresatta blodet att pumpas ut i stora
kretsloppet ut genom aorta och vidare ut i kroppens kärlsystem. Trycket i aorta är stort i
förhållande till de små kärlen och vensidans kärlsystem. Detsamma gäller även för
blodets hastighet som är störst i aorta.
FÖRBEREDELSEUPPGIFTER
Se bl.a. följande kapitel i Medicin och Teknik, Jacobsson 2006; cirkulationssystemet på
sidorna 42 - 45; hemodynamik på sidorna 46 - 47; tryckmätning på sidorna 96 - 101;
metoder för mätning av momentant blodflöde på sidorna 131 - 135 och ultraljud på
sidorna 344 - 346. Anatomi och fysiologiboken rekommenderas.
F1
Sök i litteraturen reda på var olika artärer och vener i armen är belägna, åtminstone
arteria brachialis och arteria radialis. Vilken blodflödeshastighet kan förvänta sig i armens
artärer respektive vener? Gör samma sak för arteria dorsalis pedis och arteria tibialis
posterior på foten.
F2
Sök i litteraturen reda på hur man genom att avlyssna artärljuden med stetoskop och ett
yttre pålagt tryck kan bestämma systoliskt och diastoliskt tryck. Vad representerar dessa
ljud och vilka tryckvärden kan anses normala för en frisk 25-årig person?
F3
Ta reda på hur Dopplerprincipen med ultraljud fungerar. Vilka frekvenser är lämpliga ur
medicinsk synvinkel då det gäller att mäta flödeshastigheter i olika blodkärl. Jämför detta
sedan med ultraljudsfrekvenser som används vid karakterisering av vävnad och t.ex.
fosterundersökningar. Vad beror valet av frekvens på? Ta även fram ett uttryck som
beskriver dopplerskiftets relation till flödeshastigheten
F4
Ta reda på vilka olika metoder och deras arbetssätt som finns för att studera den perifera
cirkulationen. Vad mäter de olika metoderna?
4
LABORATIONSUPPGIFTER
L1
Applicera en tryckmanschetten på överarmen och lyssna med ett stetoskop på de ljud
som uppkommer distalt om manschetten. Pumpa upp manschetten till omkring
180mmHg, släpp sakta ut luften och lyssna till förändringen i ljudbilden. Med vetskap
om ljudförändringen försök att bestämma det systoliska och diastoliska trycket. Utför
försöket dels i vila, sittande med armen i högläge och under något stressat moment,
exempelvis när försökspersonen är andfådd. Räkna hjärtfrekvensen manuellt.
a) Systoliskt (vila) . . . . . . . . . . mmHg
Diastoliskt (vila) . . . . . . . . . . mmHg
b) Systoliskt (sittande) . . . . . . mmHg
Diastoliskt (sittande) . . . . . . mmHg
c) Systoliskt (stress) . . . . . . . . mmHg
Diastoliskt (stress) . . . . . . . . mmHg
Hjärtfrekvens ..................... SPM
L2
Till er hjälp finns dessutom en liten Parks fickdopplerutrustning med tillhörande prober.
Upprepa ovanstående försök men använd nu dopplerutrustningen för att bestämma
samma parametrar. Genom att lyssna på ljudpulserna från dopplerutrustning bestäm
hjärtfrekvensen.
a) Systoliskt (vila) . . . . . . . . . . mmHg
Diastoliskt (vila) . . . . . . . . . . mmHg
b) Systoliskt (sittande) . . . . . . mmHg
Diastoliskt (sittande) . . . . . . mmHg
c) Systoliskt (stress) . . . . . . . . mmHg
Diastoliskt (stress) . . . . . . . . mmHg
Hjärtfrekvens ..................... SPM
L3
Idag har man automatiserat provtagningen. Till er hjälp finns även en helautomatisk
blodtrycksmanschett. Applicera denna och gör om mätningarna från L1. Jämför med de
värden ni erhållet tidigare.
a) Systoliskt (vila) . . . . . . . . . . mmHg
Diastoliskt (vila) . . . . . . . . . . mmHg
b) Systoliskt (sittande) . . . . . . mmHg
Diastoliskt (sittande) . . . . . . mmHg
c) Systoliskt (stress) . . . . . . . . mmHg
Diastoliskt (stress) . . . . . . . . mmHg
Hjärtfrekvens ..................... SPM
5
L4
Ankel-/armtrycksindex, ABPI, är kvoten mellan systoliskt ankelblodtryck och systoliskt
armblodtryck. Uträkning av ankel-/armtrycksindex är en förutsättning för en adekvat
behandling av patienter med nedsatt cirkulation i underbenet.
1. Mät systoliskt blodtryck i båda armarna med dopplerproben.
2. Mät det systoliska blodtrycket dels över arteria dorsalis pedis, dels över arteria
tibialis posterior. (Det högsta värdet som registreras används).
Figur 2
Figur 1
Mät ankel/armtrycksindex i båda benen ABPI = ankel/armtryck
ABPIV =
%
ABPIH =
%
L5
Applicera ultraljudsdopplern på både armens och fotens artärer och försök att med dess
hjälp och ett oscilloskop skatta blodflödeshastigheten. Försök samma sak på en ven.
Liggande (a) och sittande (b).
a) Hastighet i artär(arm) . . . . .. . . m/s Hastighet i ven(arm). . . . . . . . m/s
Hastighet i artär(fot). . . . . . . . m/s
b) Hastighet i artär(arm) . . . . .. . . m/s Hastighet i ven(arm). . . . . . . . m/s
Hastighet i artär(fot). . . . . . . . m/s
Sammanfatta kortfattat era iakttagelser av ovanstående resultat. Analysera och tolka.
6
L6
För att bestämma den perifera cirkulationen oftast kallat mikrocirkulationen kan man
använda en Laser Doppler flödesmätare. Denna metod har en mycket högre selektivitet
än ultraljudsdopplern. Använd nu denna metod för att genomföra momenten L2 och L4
samt notera resultaten.
a) Systoliskt (vila) . . . . . . . . . . mmHg
Diastoliskt (vila) . . . . . . . . . . mmHg
b) Systoliskt (sittande) . . . . . . mmHg
Diastoliskt (sittande) . . . . . . mmHg
c) Systoliskt (stress) . . . . . . . . mmHg
Diastoliskt (stress) . . . . . . . . mmHg
Hjärtfrekvens ..................... SPM
ABPIV =
%
ABPIH =
%
Försök kortfattat sammanfatta varför resultaten skiljer sig åt. Metod?
L7
Tolkningen av mikrocirkulationen är komplicerad men laser Doppler flödesmätning är
en linjär metod som mäter kvalitativ perfusion i ett hudavsnitt. Kvantitativt är det dock
fortfarande svårt på grund av ljusets komplexitet. Man ser dock att mikrocirkulationen
påverkas väldigt mycket av både inre och yttre faktorer. Utforma ett eget protokoll för att
mäta och beskriva dess fyra situationer samt utför mätningarna. (Material tryckmanschett,
laser Doppler flödesmätare, tidtagarur, dator)
1. Mätpunkten läge i förhållande till hjärtat (hydrostatiska läget)
2. Fysisk aktivitet (hjärtfrekvensens betydelse)
3. Mentala processer (kontralateral nedkylning av mätstället)
4. Syreunderskott (ocklusion med efterföljande hyperemi)
Försök kortfattat sammanfatta varför resultaten skiljer sig åt. Metod?
7
REGISTRERING AV STAT ISKA LUNGVOLYMER
TEORI
Ventilationen sker genom att thoraxkavitetens volym ändras genom att mellangärdet
sänks och revbensbågarna roterar utåt-uppåt. Det är av medicinsk betydelse att kunna
mäta/beräkna hur lungan fylls/töms vid in- och utandning. För denna typ av mätningar
kan en Bernsteinspirometer användas (figur 3). Den är lättförståelig när det gäller att
mäta de olika lungvolymerna och lungkapaciteterna. Dock kan man ej utan speciell
utrustning kvantifiera residualvolymen. Under laborationen kommer vi dock att använda
en flödesspirometer med turbinsensor.
Figur 3 Bernsteinspirometern, principskiss (Jacobsson)
FÖRBEREDELSEUPPGIFTER
Kapitel i Medicin och Teknik, Jacobsson 2006; respirationssystemet på sidorna 41 - 42;
lungfunktionsprov på sidorna 107 - 113. Anatomi och fysiologiboken rekommenderas.
F1
Ta reda på hur en Bernsteinspirometer fungerar. Vilka statiska lungvolymer kan
bestämmas och vilka kapaciteter kan beräknas utifrån dessa?
F2
Ta reda på vad FEV1 och FEV% är. Ge exempel på patologiska förändringar i
luftvägarna som kan registreras genom att studera dessa värden och vilka värden är
normala?
F3
För att bestämma de lungvolymer som inte kan fås fram med Bernsteinspirometern kan
en indikatorspädningsmetod användas. Efter en normal utandning ansluts patienten till
en helium-spirometer. I initialskedet är He-koncentrationen 0% i lungorna, men välkänd
i spirometern. Patienten återandas sedan i systemet till dess att jämvikt uppnås i lungaspirometer. Man mäter He-koncentrationen och kan sedan bestämma den funktionella
residualkapaciteten, FRC. Antag att spirometern innehåller 3000ml gas varav 7% He-gas.
När jämvikt har inträtt är He-koncentrationen 4%. Beräkna FRC.
8
LABORATIONSUPPGIFTER
L1
Till ert förfogande har ni en enkel Bernsteinspirometer för statiska lungvolymer. Den
består av ett slangsystem, en vattentank och en behållare där andningsvolymen insamlas.
Ni skall med hjälp av denna mäta upp de basala statiska andningsvolymerna. Dessutom
skall ni ta reda på den forcerade expiratoriska volymens storlek, både FEV1 och FEV%.
Volymer
Resultat
1
Medel
2
3
4
L2
Till den dynamiska mätningen av kapaciteter har ni en spirometer, VICATEST-P2A,
som är en mångsidig och användbar utrustning for både exspiratoriska och inspiratoriska
rutinundersökningar. Den presenterar en komplett flödes/volymkurva. Spirometern är
utrustad med en digital volymsensor som arbetar enligt principen digital volymavkänning
(DVT-Digital Volume Transducer). Givaren har en uppsättning ledskovlar, vilka
åstadkommer ett roterande flöde vilket i sin tur bringar en vinge med liten massa i
rotation. Under vingens rotation bryts en ljusstråle varje varv som vingen roterar, vilket
genererar elektriska pulser. Luftvolymen som passerar genom givarhuvudet är
proportionellt mot antalet pulser som genereras, och flödet är proportionellt mot den
genererade pulsfrekvensen.
Ventilationsförmågan mäter man enklast som FEV1 (skall tolkas som forcerad
expiratorisk volym) eller FEV1%= FEV1/FVC: Ni skall dessutom
a.
Gör en mätning av FEV1 och FEV% och jämför med era tidigare värden.
b. Ät några kex och upprepa förfarandet.
Sammanfatta mätresultaten för minst en mätperson. Förklara vad som hände och jämför
med en del statistiskt framtagen data (se figur 5)?
9
Kapaciteter
Beräknade kapaciteter
1
2
Medel
3
4
L3
Som sista uppgift skall ni använda en enkel PEF-mätare och jämföra med resultaten från
uppgift 2.
Ventilationsförmågan mäter man enklast som FEV1 (skall tolkas som forcerad
expiratorisk volym) eller FEV1%= FEV1/FVC: Ni skall dessutom
a.
Gör en mätning av PEF och jämför med era tidigare värden.
b. Ät några kex och upprepa förfarandet.
Kapaciteter
Beräknade kapaciteter
1
2
Medel
3
4
10
Kapacitetsparametrar som fås med VICATEST-P2A
CV
Vitalkapacitet
VCmax
FVC
FEVC
FIVC
FEV1
FIV1
FEV1%
FIV1%
FEV1/VC
FIV1/VC
PEF
PIF
Max vitalkapacitet
Forcerad vitalkapacitet
Forcerad exspiratorisk vitalkapacitet
Forcerad inspiratorisk vitalkapacitet
Forcerad exspiratorisk volym efter en sekund
Forcerad inspiratorisk volym efter en sekund
FV1 exspiratoriskt uttryckt i% av FVC (FV1/FVC x100)
FV1 inspiratoriskt uttryckt i% av FVC (FV1/FVC x100)
FV1 uttryckt i% av VC (FV1/VC x100)
FV1 uttryckt i% av VC (FV1/VC x100)
Maximalt exspiratoriskt luftflöde vid FVC-mätning
Maximalt inspiratoriskt luftflöde vid FVC-mätning
Figur 4. Normala värden för FVC,FEV1, FEV1% and PEF.
Figur 5. Testsekvenser för VICATEST-P2A
11
REGISTRERING AV PERIFERA FLÖDEN
TEORI
Det arteriella blodet är normalt syresatt (saturerat) till 90 – 100 %, det vill säga andelen
hemoglobinmolekyler som inte har syre bundet till sig är lägre än 10 %. Vid
andningsstörningar minskar andelen syre i blodet snabbt, särskilt vid de tillstånd där
patienten slutar andas helt. För att mäta och övervaka den arteriella syrgasmättnaden
(SaO2) används ofta pulsoximetri. Detta är en icke-invasiv teknik vilken beräknar SaO2
med hjälp av en optisk prob. SaO2 uppskattat med en pulsoximeter brukar kallas SpO2.
Tekniken används i alla sammanhang där det finns risk för andningsstörningar såsom
övervakning av för tidigt födda barn, intensivvård eller under uppvaknandet efter narkos.
Traditionellt förlitade man sig på regelbundna blodprov för att mäta syrenivån samt att
med ögat uppfatta den blåaktiga färg patientens hud får när blodet blir dåligt syresatt.
Det är i princip denna färgförändring man mäter med pulsoximetern men med betydligt
högre precision och känslighet.
Hur elektromagnetisk strålning uppför sig i vävnad påverkas starkt av våglängden i fråga.
Pulsoximetern och många andra optiska instrument använder synligt ljus och/eller
strålning i det nära infraröda området. Detta våglängdsområde kallas ofta för vävnadens
optiska fönster.
En foton som rör sig i ett medium kan utsättas för två saker, absorption respektive
spridning. För förståelsen skull är det enklast att betrakta ljuset som en ström av fotoner
utan vågegenskaper. Varje foton kan interagera med mediets atomer på ett antal vis.
Absorption innebär helt enkelt att fotonen tas upp av en atom och dess energi
omvandlas till värme, se figur 7. Vid sidan av absorption är elastisk spridning ett vanligt
fenomen, se figur 8.
Det transmitterade ljuset kan beskrivas med Lambert-Beers lag: där den infallande
intensiteten avtar med gångsträckan och någon vävnadsparameter, t.ex. koncentrationen
av blod. De flesta vävnader är dock starkt spridande och man får då modifiera LambertBeers lag en smula.
Figur 6. Absorption av fotoner
Figur 7. Fotoner som sprids av
vävnadsstrukturer.
Vid pulsoximetri är det främst hud och blod man bör beakta. I blod absorberas ljus
starkast av den syresatta (HbO2) och den icke syresatta formen av hemoglobin (Hb). I
huden är det framför allt pigmentet melanin som absorberar. Vatten är en annan viktig
absorbator eftersom dess koncentration är så pass hög i vävnad. I praktiken kan man
dock bortse från vattnets inverkan för våglängder under 1000 nm.
12
LABORATIONSUPPGIFTER
L1
Till ert förfogande har ni en enkel kommersiell pulsoximeter. Mät upp SpO2 på samtliga i
gruppen vid vila vid måttlig aktivitet och när ni inte andas under en viss tid.
Aktivitet
Försöksperson
1
Diskutera resultaten och slutsatser.
2
Medel
3
4