Měření teploty, krevního tlaku, tepové frekvence. Monitorování, telemetrie, ergometrie. 5 Měření teploty. Měření krevního tlaku. Měření tepové frekvence. Monitorování. Telemetrie. Přístroje ergometrických pracovišť. © Čas ke studiu: 4 hodiny _li_ Cíl: Po prostudování tohoto odstavce budete umět • definovat měření neelektrických signálů z lidského těla • popsat metody a principy měření teploty, tlaku, tepové frekvence • vyřešit problematiku tlakových oscilací a artefaktů při měření tlaku Výklad Měření teploty Měření tělesné teploty patří k nejstarším diagnostickým metodám v lékařství. Teploměr vynalezl Galileo Galilei roku 1592. Zřejmě jako první se pokusil měřit tělesnou teplotu, coby indikátor zdravotního stavu, anglický fyziológ Richard Lower (1631-1691). Rtuťový teploměr byl vynalezen v roce 1714 Fahrenheitem, který nově zavedl Fahrenheitovu teplotní stupnici. Celsiova stupnice byla v dnešní podobě zavedena roku 1744. Skot James Currie (1756-1805) byl prvním známým lékařem, který měřil teplotu svých pacientů a na základě toho určoval léčbu pomocí teplých a studených obkladů. Jako systematická diagnostická metoda bylo měření tělesné teploty zavedeno v průběhu 19. století. Dnes rozlišujeme kontaktní a bezkontaktní metody měření teploty lidského těla. U kontaktních metod se měřicí přístroj - teploměr (případně pouze jeho senzor) přímo dotýká tkáně, jejíž teplotu měříme. Teplo se tedy přenáší z tkáně na teploměr přímým kontaktem. Naopak je tomu u metod bezkontaktních, kdy přenos tepla z tkáně na teploměr probíhá skrze okolní prostředí, tedy atmosféru. Kontaktní měření se provádí na přístupných místech v blízkosti velkých artérií, které dobře odrážejí teplotu vnitřního prostředí. Nejčastěji je to v podpaždí, dutině ústní a konečníku, méně často v jícnu či pochvě apod. Používá se lékařských rtuťových nebo elektronických teploměrů s negastory. Bezkontaktní měření využívá detekce infračerveného záření. Zdrojem tohoto záření je každá hmota, jejíž teplota je vyšší než absolutní nula. K bezkontaktním patří také ušní infračervené teploměry určené k měření tělesné teploty na základě tepelného vyzařování ušního bubínku. Měření teploty, krevního tlaku, tepové frekvence. Monitorování, telemetrie, ergometrie. Měření tělesné teploty dělíme podle toho, zda měříme teplotu v jednom či několika málo bodech, nebo zda zjišťujeme rozložení teploty na povrchu tkáně. Posledně jmenovaným způsobem se zabývá lékařská termografie využívající v principu jak kontaktní, tak i bezkontaktní měření. Dnes se kontaktní termografie téměř nepoužívá, pro bezkontaktní termografii jsou určeny termografické kamery s mikrobolometrickými či kvantovými maticovými senzory. Údaje o teplotě, získané z různých míst, nelze vzájemně srovnávat. Tzv. normální teplota je podle místa měření uvedena v tabulce níže (viz Tab. 12) ve formě intervalu. Někdy jsou intervaly normální teploty závislé na věku a pohlaví jedince. místo měření ^■norm [ v podpaží 34,7 - 37,3 rektální 36,6 - 38,0 v uchu 35,8 - 38,0 orální 35,5 - 37,5 Tab. 12. Normální teplota lidského těla v závislosti na místě jejího měření. Tělesná teplota každého jedince se mění v průběhu dne, obvykle je vyšší večer. To může být způsobené zvýšenou tělesnou aktivitou, psychickým vypětím, po jídle, podáním některých léčiv a vlivem vysoké teploty či vlhkostí okolního prostředí. U dětí do 6 měsíců věku se teplota během dne mění jen nepatrně, u dětí od 6 měsíců do 2 let asi o 1 °C denně, ve věku 6 let pak o 2 °C denně. V dospělosti se teplota během dne mění už méně, obecně také s rostoucím věkem klesá. U žen se během menstruačního cyklu mění teplota o 1 či více °C. □ Kontaktní měření tělesné teploty Pro kontaktní měření tělesné teploty se dnes používají rtuťové a elektronické teploměry. V budoucnosti se očekává úplná eliminace rtuťových teploměrů, neboť obsahují toxickou rtuť, a měření pomocí nich je velmi pomalé. Lékařský rtuťový teploměr Lékařský rtuťový teploměr patří do skupiny kapalinových teploměrů. Je upraven k měření maximální teploty, a to zúžením kapiláry v místě nad baňkou se rtutí. Proto je před jeho použitím nutné rtuť sklepat zpět do baňky. Měřicí rozsah lékařského rtuťového teploměru bývá 35 - 42 °C, stupnice je dělena po 0,1 °C. Teplota těla 37 °C je na ní vyznačena červenou barvou, neboť byla dlouhou dobu (a stále chybně je) považována za hranici mezi normální a zvýšenou teplotou (viz Tab. 12). Nevýhodou rtuťových teploměrů je relativně pomalé měření. Podle některých studií je vhodné ponechat teploměr v kontaktu s tělem minimálně 8 minut. Lihové teploměry se v lékařství nepoužívají, neboť nejsou dostatečně přesné. Od použití rtuťových teploměrů se v poslední době ve světě ustupuje, jelikož rtuť je toxická, a při rozbití teploměru představuje zdravotní riziko. Tyto teploměry jsou Měření teploty, krevního tlaku, tepové frekvence. Monitorování, telemetrie, ergometrie. nahrazovány ponejvíce elektronickými. Jinou možnost představuje použití odpovídající náhrady za rtuť, např. galinstanu. Jde o netoxickou slitinu galia, india a cínu, která je za pokojové teploty tekutá. Protože galinstan má tendenci smáčet povrchy z různých materiálů, včetně skla, je nutné skleněnou kapiláru teploměru upravit potažením oxidu galia, jenž tomuto efektu zabrání. Elektronické kontaktní teploměry Pro rychlé zjištění tělesné teploty se používají malé elektronické kontaktní teploměry s LCD displejem a bateriovým napájením sloužícím jako náhrada za klasické teploměry rtuťové. Teplotní senzor je umístěn v kovové špičce, která se přikládá i s teploměrem k místu měření. Tyto teploměry jsou určeny především pro orientační měření teploty v podpaždí. Speciální elektronické teploměry určené pro přesné, dlouhodobé měření a zaznamenávání teploty jsou vybaveny teplotními sondami, které se fixují nejčastěji lepicí páskou přímo na povrch těla. Vstupem pro připojení teplotní sondy disponují také běžné lůžkové monitory. Termistory a jejich vlastnosti V technické praxi se pro měření teploty používají nejčastěji senzory odporové kovové, odporové polovodičové a dále senzory termoelektrické. Do některých aplikačních oblastí stále více pronikají integrované polovodičové senzory, analogové Baňka Obr. 81. Popis skleněného rtuťového teploměru. Obr. 82. Příklad digitálního kontaktního teploměru. 148 Měření teploty, krevního tlaku, tepové frekvence. Monitorování, telemetrie, ergometrie. i číslicové. V lékařské diagnostické technice se pro měření tělesné teploty používají téměř výhradně termistory, které patří mezi odporové polovodičové senzory. Jejich základními výhodami jsou jednoduché použití, nízká cena a dostačující přesnost. Termistory jsou polovodičové rezistory se značnou závislostí odporu na teplotě. Rozlišujeme negastory, jejichž odpor s rostoucí teplotou klesá, a pozistory, jejichž odpor s rostoucí teplotou naopak roste. Pro měření teploty jsou vhodné jen negastory. Pozistory se používají spíše jako dvoustavové senzory, indikující překročení určité teploty. Obr. 83. Graf závislosti odporu negastoru na teplotě v rozsahu 0 - 70 °C a jeho detail pro rozmezí teplot 32 - 42 °C. Uvedeno pro termistor firmy BetaTHERM, typ 2.2K3A1A. Výrobce v intervalu garantuje 0 - 70 °C přesnost ± 0,1 °C. Zdroj: BetaTHERM. Negastory se vyrábějí v různých provedeních pomocí různých výrobních technologií, lišících se zapouzdřením a vývody, většinou z práškových směsí oxidu různých kovů (železa, titanu, manganu, kobaltu atd.). Odpor negastoru lze výrobní technologií dobře ovlivnit, pohybuje se v řádu megaohmu pro záporné teploty až do desítek ohmu pro vyšší kladné teploty. Závislost odporu na teplotě je u negastoru nelineární a můžeme ji přibližně popsat s využitím exponenciální funkce: sen RCT) = A-e r [- m"1 ■k~*j T termodynamická teplota. - 155 - Měření teploty, krevního tlaku, tepové frekvence. Monitorování, telemetrie, ergometrie. temperovaný prostor filtr napájecí zdroj čočka / detektor přerušovač záření před zesilovač zesilovač motor Obr. 90. Schéma pyrometru. k zapisovači vu kazová tí přístroj Termovize Termovize je infračervený systém přenosu záznamu pomocí televizního signálu, umožňující zobrazení rozdělení teplot povrchu pozorovaného objektu. Termovizní systém pracuje velmi rychle, teplotní pole je snímáno speciální termovizní kamerou a zobrazuje se na obrazovce speciálního monitoru ve velikosti celého sledovaného objektu, což umožňuje lépe sledovat souvislosti pozorovaných jevů, případně zkoumat dynamický vývoj teplotního pole na celém objektu. Monitory termovizních systémů zobrazí teplotní pole měřeného povrchu na obrazovce pomocí termogramu, tj. plochou s různým stupněm šedi - od černé do bílé, popř. barevně. Jednotlivým rozmezím teplot jsou přiřazovány různé barvy. Po stranách obrazu jsou pak stupnice umožňující identifikaci konkrétních teplot v obraze. Při určování teplot je nutné znát a respektovat emisivitu objektu v daném místě, podobně jako u pyrometru. U černobílých termovizních systémů je režim barevného zobrazení teplotního pole nahrazen možností zobrazení jedné nebo dvou vybraných izoterem. Termogram lze pozorovat, filmovat, popř. zaznamenat na magnetofon. Základním funkčním prvkem termovize je detektor infračerveného záření. V současné době se používají detektory kvantové a pyroelektrické. Kvantové detektory při dopadu infračerveného záření zvyšují svoji elektrickou vodivost. Jsou selektivní a vyžadují chlazení na nízkou teplotu. Nejčastěji se používá antimonit india (InSb) chlazený kapalným dusíkem, a to u kamer s rozkladem obrazu. Pyroelektrické detektory se při dopadu infračerveného záření ohřívají a vzniká v nich elektrický náboj. Jsou neselektivní a nevyžadují chlazení, ovšem pracují při běžné teplotě. Dalším důležitým prvkem je snímací systém, který může být dvojího druhu -s postupným rozkladem obrazu a přímo zobrazující. Snímací systémy s postupným rozkladem obrazu jsou používány více. Pracují s opticko-mechanickým nebo elektrickým rozkladem obrazu a kvantovým detektorem. Mezi jejich výhody patří zejména: možnost pozorování termogramu i při denním světle; volba kontrastu termogramu ve velkých mezích, stejně jako teplotní rozsah, barevná reprodukce obrazu a možnost záznamu termogramu. Měření teploty, krevního tlaku, tepové frekvence. Monitorování, telemetrie, ergometrie. synchronizační signály T tmi ♦C N? \ termoska s tekutým 'dusíkem ^vídeosígnál detektor IČ-zářen i (InSb) ^duté zrcadlo výkyvné zrcadlo ratujičí hranol Obr. 91. Popis termokamery s postupným rozkladem obrazu. Přímo zobrazující systémy používají velkoplošné pyroelektrické detektory. Na povrchu detektoru se vytváří nábojový obraz úměrný dopadajícímu záření. Jejich použití je omezeno nižší přesností. Termovize patří mezi nákladná, ale velmi užitečná zařízení pro měření teploty v různých oborech lidské činnosti. Infračervená kamera SVIT V oblasti medicíny přináší termovizní kamera možnost vykonávat termografické vyšetření pacientů za účelem včasné a preventivní diagnózy celé řady chorob před objevením morfologických změn v tkáních a subjektivních pocitů zdravotních problémů pacientů. Nejdůležitější výhodou termovizní diagnostiky je její absolutní neškodnost a neinvazivnost. S pomocí termovizní kamery můžeme vykonávat opakované měření jednotlivých oblastí pokožky pacienta s akumulací informací o stavu organizmu v medicínské databázi. Tepelný zobrazovací systém SVIT drží rekord v tepelné citlivosti s klasickými medicínskými tepelně zobrazovacími systémy -standardní odchylka šumu v režimu běžného provozu přístroje na většině matričních prvků koresponduje s teplotou přibližně 0,025 °C. Vysoké tepelné rozlišení je obzvlášť důležité při používání přístrojů v medicíně, jelikož umožňuje zobrazování nízko kontrastních oblastí termogramů, které jsou důležité pro diagnostiku. Tepelné zobrazovací systémy s tepelným rozlišením do 0,1 °C vede k slévání nízkokontrastních oblastí termogramů, a složky jemné struktury (cévní stavba, mírná ohnisková hyper- a hypotermie) se mění na velké skvrny a stávají se neviditelnými. V tomto případě je vyšší prostorové rozlišení takovýchto termovizních kamer (256 x 256 elementů za sebou) jednoduše nadbytečné. Měření teploty, krevního tlaku, tepové frekvence. Monitorování, telemetrie, ergometrie. Obr. 92. Termogram hrudníku. Termovizní kamera SVIT je určena pro používání v medicíně, vědeckém výzkumu a průmyslu na vytváření tepelných obrazů objektů (termogramů) a měření teploty jakéhokoliv bodu objektu bez fyzického kontaktu s ním. Vysoké tepelné rozlišení a obrazová frekvence kamery umožňuje získávání čistých vysoce kontrastních termogramů objektů v režimu reálného času (real-time). To dává možnost efektivního využívání zařízení v rozličných odvětvích vědy, technologie a medicíny. Obr. 93. Kamera SVIT na stojanu (vlevo) a náhled termokamery. 1 - sekce kryostatu s chlazenou ohniskovou matricí, 2 - odnímatelný objektiv a kalibrační jednotka, 3 -odnímatelná elektronika, 4 - hrdlo na naplnění tekutého dusíku, 5 - stojan kamery, 6 -připojovací oblast- standardní vysokorychlostní kabel USB 2.0 A/B, kabel (DUB-C5AB). Termovizní kamera se dá jednoduše odebrat z podstavce a může být umístěna na jiný, speciální držák, či stojan. Měření teploty, krevního tlaku, tepové frekvence. Monitorování, telemetrie, ergometrie. Klinické aplikace termografie Kontrolní vyšetření pracovníků v průmyslových podnicích, experimentální medicína (sledování nových medicínských preparátů a funkční vliv na lidský organizmus), mamologie (sledování prsních žláz žen na vykonávání preventivních měření a sledování vývoje nových nádorových formací), klinická diagnostika zápalových procesů (revmatická artritída, primární deformace, osteoartróza, poškození páteře, zápalové procesy žlučníku, štítné žlázy a jiné), onkológie (raná stádia a diferenciální diagnostika), traumatológie (popáleniny, omrzliny a jiné, s následnou kontrolou efektivnosti léčby poranění, poškození nervů, zlomenin), angiologie (diagnostika zápalu žil a rozšiřování křečových žil, diabetická angiopatie), rychlá diagnostika všeobecné hypertermie otevřených častí těla člověka (atypická pneumonie, horečky s různou etiologií). rychlá diagnostika LOR onemocnění (čelistní sinusitidy, čelní sinusitidy), termovizní kontroly v sportovní medicíně, fyzioterapii, kosmetologii. V současnosti se termovizní metoda diagnostiky efektivně využívá na letištích a místech s vysokou akumulací lidí. Měření krevního tlaku Tlak krve (TK), (angl. blood pressure, zkr. BP) je veličinou, která bývá velmi často měřena, neboť se jedná o dobrý ukazatel stavu kardiovaskulárního systému. Stahem srdečního svalu vzniká tlaková síla, kterou je krev vypuzována do aorty a plicnice a která překonává odpor periferního cévního řečiště. Čím jsou cévy vzdálenější od aorty, tím nižší je v nich tlak. Podle místa měření rozlišujeme tlak centrální a periferní, arteriální a venózní. Centrální tlak měříme přímo v srdečních komorách, periferní v končetinách. Proto je centrální tlak možné měřit pouze invazivně. Nejčastěji měříme tlak neinvazivně pomocí manžety na levé horní paži, kde se hodnoty arteriálního tlaku blíží nejvíce centrálnímu. Invazivně měříme tlak v obou polovinách srdce, konkrétně v pravé síni, pravé komoře, plicnici, levé síni a levé komoře. Obecně lze tlak udávat jako absolutní či relativní. Absolutní tlak je definován jako síla působící na jednotkovou plochu a relativní tlak jako rozdíl mezi absolutními tlaky ve dvou prostředích. Mezinárodně používanou jednotkou krevního tlaku je immHg, milimetr sloupce rtuti (starší a již nepoužívaný název této jednotky je torr). Ten umožňuje vyjádřit krevní tlak dostatečně přesně bez nutnosti užití desetinné čárky. Krevní tlak se udává jako relativní k normálnímu atmosférickému tlaku, který činí 760 mmHg, tj. 1,01325-105 Pa.