در جستجوی جریان زندگی

وضعیت خون‌رسانی و ضربان قلب جنین و به‌خصوص تغییرات ضربان قلب (که معمولاً با تغییرات فعالیت رحم نیز ارتباط مستقیم دارد)، شاخص بالینی مهمی در تشخیص بسیاری از نارسائی‌های جنین است.
تشخیص و بررسی فعالیت‌ قلبی جنین به چند روش امکان‌پذیر است:
۱. اخذ FECG
اخذ مستقیم سیگنال ECG قلب جنین با الکترود مخصوص (نوع مارپیچی مرسوم‌تر است) که وارد رحم شده و بعد از عبور از غشاء آمنیوتیک، به جنین اتصال می‌یابد، استخراج می‌گردد. دامنه سیگنال مربوط حدود ۱mv است که تقویت و ثبت آن با کیفیت خوب میسر است. در صورتی که ECG جنین از سطح خارجی بدن مادر اخذ شود، دامنه آن ۲۰۰-۵۰ میلی‌ولت و آغشته به ECG مادر و سیگنال‌های عضلانی رحم و دیگر عضلات خواهد بود. اخذ FECG در دوره‌های خاصی از حاملگی میسر است و در هنگام اخذ، باید مادر در وضعیت آرامش کامل باشد و تداخل ۵۰HZ برق شهر با تکنیک مناسب حذف شود. FECG حاوی اطلاعات باارزشی از قلب جنین است، ولی اخذ آن نیاز به ابزار ویژه و تخصص بالائی دارد.
۲. فنوکاردیوگرافی (phonocardiography)
در این روش صدای قلب جنین که ناشی از حرکات مکانیکی مجموعه اجزاء متحرک آن است، مستقیماً با گوشی پزشکی (استتسکوپ) یا میکروفن (همراه با آمپلی فایر صوتی) از سطح بدن مادر اخذ می‌شود. سیگنال به‌دست آمده حساسیت زیادی به نویز و اصوات مزاحم خارج و داخل شکم مادر دارد و هنگام انقباض‌های رحم، امکان دریافت صدای قلب جنین به این روش وجود ندارد.
در صورت توفیق در اخذ سیگنال صوتی خوب با روش اخیر، تغییرات نرخ ضربان قلب را هم می‌توان دنبال کرد. ضمناً خط پایه نسبتاً کم‌نویزی خواهیم داشت.
در هر حال با ظهور تکنیک ماوراء صوت داپلر، کاربرد فنوکاردیوگرافی در تشخیص جنین، بسیار محدود شده است.
۳. روش ماوراءصوت داپلر (شیفت داپلر)
در این روش یک موج مکانیکی ماوراءصوت یا فرکانس حدود ۱ الی ۲ مگاهرتز با مبدل خاص به بدن مادر اعمال می‌شود و بازگشت امواج از بافت‌های مختلف دورن شکم (که مربوط به سطح مرزی بافت‌های مختلف هستند) با مبدل مخصوص از سطح شکم دریافت می‌گردد.
نواحی بدون حرکت درون شکم مادر، همان فرکانس ارسالی را بازمی‌گردانند، ولی نواحی متحرک از جمله قلب جنین، بنا به پدیده داپلر و بسته به جهت حرکت نسبت به مبدل، فرکانسی بیشتر یا کمتر از فرکانس تحریک، انعکاس می‌دهند. طبق فرمول داپلر تغییر فرکانس متناسب با سرعت حرکت قلب نسبت به پروب خواهد بود. در صورتی که قلب به مبدل نزدیک شود، فرکانس موج دریافتی بیشتر از ارسالی خواهد بود و اگر از مبدل دور شود، فرکانس دریافتی کمتر از ارسالی خواهد بود.
در مورد قلب جنین، تغییرات فرکانس با فرض f=۲MHz در محدوده ۱۰۰Hz الی ۱۰۰۰Hz خواهد بود که سیگنال صوتی محسوب می‌شود. لذا با محاسبه تغییرات فرکانس نسبت به تغییرات دامنه یک سیگنال صوتی خواهیم داشت که پس از تقویت از بلندگو قابل پخش است.
روش داپلر، به دو صورت موج پیوسته و موج پالسی قابل اعمال است. در روش اول تنها حرکت آشکار می‌شود و در روش دوم علاوه بر حرکت قلب، موقعیت مکانی آن نسبت به مبدل نیز قابل اخذ و نمایش است. تکنیک اخیر در دستگاه‌های پیشرفته سونو ـ اکوپالسی ـ داپلر به‌کار می‌رود و تکنیک پیوسته در دستگاه‌های معمولی جنین‌یاب کاربرد وسیع دارد.
در کاربردهای معمول در زنان و زایمان، قلب جنین در عمق ۵ الی ۲۰ سانتی‌متر زیر سطح شکم مادر واقع می‌شود که عمق دقیق تابع مشخصات مادر و مرحله حاملگی اوست. فرکانس مبدل نیز حدود ۲ الی ۵/۲ مگاهرتز انتخاب می‌شود. به‌طوری که در حداکثر عمق فوق، نفوذ امواج ارسالی به خوبی صورت گیرد. هرچه فرکانس بالاتری انتخاب شود، عمق نفوذ کمتر خواهد بود.
شدت موج مکانیکی اعمالی به بدن مادر به دلایل ایمنی جنین (پیشگیری از هر گونه صدمه احتمالی امواج ژن‌ها و بافت‌های جنین) به حدود ۱۰mw/cm۲ الی ۱۵mw/cm۲ محدد می‌شود. لذا با توجه به حداکثر راندمان ۵۰% مبدل، حدود ۳۰mw/cm توان باید به پروب اعمال گردد.
با تکنیک شیفت داپلر در دستگاه‌های پیشرفته تا هفته هشتم حاملگی هم ممکن است حرکت قلب یا جریان خون مقدور شود. ولی با دستگاه‌های ساده و معمولی حدود ۱۰ الی ۱۲ هفتگی این کار مقدور است. از حدود ۲۰ هفتگی به بعد تشخیص چندقلو به شرط استفاده از چند مبدل مستقل به‌طور همزمان مقدور است.
برای اعمال موج از مبدل به بدن، از ژل یا روغن مخصوص برای حذف هر گونه تضعیف موج ناشی از حباب هوا بین مبدل و سطح شکم مادر، استفاده می‌شود تا کوپلینگ خوبی حاصل شود.
اخذ سیگنال به روش اولتراسوند داپلر آسان، ولی پردازش سیگنال به‌دست آمده، نسبتاً مشکل است (به‌خصوص استخراج تعداد ضربان قلب جنین یا FHR)، ولی عملاً مطمئن‌ترین روش مورد استفاده، اولتراسوند داپلر است. با این روش حرکت دریچه‌های آئورت و میترال و دیواره‌های قلب قابل بررسی است.
حرکت دریچه‌ها به‌علت سرعت بالا، شیفت فرکانسی بیشتری نسبت به حرکت کندتر دیواره‌های قلب ایجاد می‌کند. لذا با فیلتر کردن مناسب سیگنال دریافتی می‌توان بر روی حرکت دریچه‌ها یا دیواره‌های قلب متمرکز شد.
اجزاء اساسی دستگاه جنین‌یاب شامل: ۱. مبدل، ۲. بخش فرستنده و ۳. بخش گیرنده است که شرحی در مورد هر یک داده می‌شود:
۱. مبدل (پروب):
شامل حداقل دو کریستال پیزوسرامیک برای تبدیل سیگنال الکتریکی به امواج ماوراءصوتی (در نیمه فرستنده) و تبدیل امواج ماوراءصوت به سیگنال الکتریکی (در بخش گیرنده) است. کریستال‌ها بر روی یک صفحه پلاستیکی واحد با چسب نصب شده‌اند، به‌طوری که هیچ حبابی بین کریستال‌ها و صفحات نباشد.
سطوح کریستال‌ها معمولاً در یک صفحه قرار ندارند، بلکه نسبت به هم زاویه بسیار کمی دارند. به‌طوری که تمرکز دریافت امواج بر روی عمق مورد نظر حدود ۱۰ سانتی‌متر باشد. جنس کریستال‌های فرستنده و گیرنده یکسان است، ولی تعداد آنها می‌تواند می‌تواند متفاوت باشد، به‌طوری که مثلاً کریستال دور تا دور به‌عنوان گیرنده عمل می‌کند و یک کریستال در مرکز آنها به‌عنوان فرستنده عمل می‌کند (دستگاه HP)، ولی در انواع متداول دو نیم قرص به قطر ۵/۲ سانتی‌متر به‌عنوان فرستنده ـ گیرنده به‌کار می‌رود و فرکانس تنها ۲ الی ۲/۲ مگاهرتز است. این نوع مبدل خیلی حساس است و اشعه باریکی تولید می‌کند و FHR دقیقی می‌تواند به‌دست دهد، ولی موقعیت‌یابی پروب برای دستیابی به یک سیگنال خوب مشکل است و نیاز به سعی و خطای زیادی دارد.
نوع چند کریستال، اشعه‌ای با زاویه باز حدود ۴۰ درجه می‌تواند ایجاد کند که در عمق ۱۰ سانتی‌متر از سطح بدن مادر قطر اشعه حدود ۱۰ سانتی‌متر خواهد بود، لذت در این نوع پروب، موقعیت‌یابی پروب و مانیتورینگ پیوسته قلب جنین راحت‌تر از نوع اشعه باریک است.
۲. بخش فرستنده:
شامل یک نوسان‌ساز (اسیلاتور) موج سینوسی با فرکانس حدود ۲ مگاهرتز است که این سیگنال الکتریکی تولید شده پس از تقویت دامنه و توان و تطبیق امپدانس به کریستال فرستنده، کوپل می‌گردد. برای داشتن موج قوی، فرکانس اسیلاتور براساس مشخصات کریستال باید تنظیم دقیق شود. دانه ولتاژ اعمالی به پیزوسرامیک حدود چند ولت است که محدودکننده آن توان مکانیکی اعمالی به بدن مادر و جنین است.
۳. بخش گیرنده: سیگنال الکتریکی دریافتی در کریستال گیرنده که در واقع یک سیگنال FM است (فرکانس آن با حرکت قلب جنین مدوله شده است)، پس از تطبیق امپدانس به تقویت‌کننده RF اعمال می‌شود و پس از تقویت دامنه و توان، عمل تبدیل FM به AM صورت می‌گیرد، به‌طوری که تغییرات حرکت قلب جنین به تغییرات دامنه یک سیگنال تبدیل می‌گردد.
برای حذف اثر حرکات ناخواسته در بدن مادر و محدود کردن نویز، فیلترینگ مناسب روی سیگنال AM حاصل صورت می‌گیرد و در طبقه‌ بعدی سیگنال حامل (f) توسط آشکارسازی AM (مثلاً با روش دیودی) از سیگنال حذف می‌شود و لذا پوش سیگنال را خواهیم داشت که یک سیگنال صوتی است و پس از فیلترینگ و تقویت آن توسط پیش تقویت‌کننده و تقویت‌کننده صوتی، سیگنال نهائی به بلندگو اعمال می‌شود که همان صدای خروجی اصوات جنین را به گوش پزشک و مادر می‌رساند.
شدت صدا با درجه‌بندی قابل تنظیم خواهد بود و برای عملکرد بهتر گیرنده، نیاز به تنظیم دقیق بخش‌های مختلف آن به‌خصوص تطبیق امپدانس، تبدیل FM به AM و فیلترهای مختلف است.
برخی اجزاء دیگر بلوک دیاگرام نظیر منبع تغذیه جزء الزامات هر دستگاه الکترونیکی است. این بخش شامل مبدل برق ۲۲۰vمتناوب به ولتاژ dc هموار برای عملکرد بخش‌های مختلف دستگاه است و نیز مداری برای شارژ باطری (در صورت وجود باطری) وجود دارد.
بخش‌های FHR و مدارات کنترل و دیجیتال، اختیاری هستند. بخش اخذ و نمایش FHR غالباً به کمک مدارات دیجیتال و میکروپروسسوری پیاده می‌شوند و با اعمال همبستگی ریاضی روی سیگنال صوتی، محقق می‌شوند.
برای ارتباط با کاربر و نمایش و کنترل پیشرفته اطلاعات نیز بخش مدارات و کنترل دیجیتال در دستگاه‌های جدیدتر به‌کار می‌رود، ولی در دستگاه‌های قدیمی‌تر این بخش‌ها وجود ندارد و مدارات آنالوگ (غیردیجیتال) هستند.
در دستگاه‌های Fetal Heart Recorder علاوه بر برخی صدا، سیگنال FHR بر روی نوار کاغذی ثبت می‌شود و امکانات دیگری نظیر TOO (ثبت انقباضات رحم) و... وجود دارد. ولی این دستگاه‌ها بسیار گران‌تر از جنین‌یاب‌های ساده متداول‌ است.
در پایان برخی پارامترهای مهم در مقایسه دستگاه‌های جنین‌یاب مختلف و انتخاب یک دستگاه مناسب ذکر می‌گردد:
۱. شدت و کیفیت صدای بالای خروجی صوتی،
۲. استحکام کافی پروب (در مقابل ضربه، نفوذ آب و ژل و...) و بدنه دستگاه،
۳. کیفیت خوب کریستال‌های پروب (class)،
۴. کیفیت بالای اجزاء الکترونیک گیرنده ـ فرستنده و... برای حصول به عملکرد و صدای خوب،
۵. امکان استفاده از برق و باطری قابل شارژ،
۶. امکان حمل‌ونقل آسان و مطمئن،
۷. ایمنی کامل کاربر و بیمار،
۸. راحتی کار با دستگاه،
۹. امکان نمایش FHR،
۱. قابلیت‌های اضافی نظیر ضبط صدا، امکان اتصال هدفون، قابلیت اتصال به کامپیوتر و...،
۱۱. زیبائی و ارگونومیک بودن دستگاه و پروب،
۱۲. قیمت متناسب با امکانات و کیفیت دستگاه،
۱۳. خدمات گارانتی و پشتیبانی مناسب،
قابل ذکر است انواع پرتال (دستی) و رومیزی، با یا بدون قابلیت نمایش FHR جنین‌یاب وجود دارد که با توجه به حداقل نیازها باید نوع مناسب را انتخاب کرد.

مراجع:
۱. PHYSICS IN MEDICINE BILOLOGY ENCYCLOPEDIA
۲. HANDBOOK OF BIOMEDICAL INSTRUMENTATION
مهندس محمدرضا محمدزاده
کارشناس ارشد مهندسی پزشکی

منبع : ماهنامه مهندسی پزشکی و علوم آزمایشگاهی