СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНОСТИ КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК A61B5/02 

Изобретение относится к медицине, в частности к медицинским способам и устройствам, предназначенным для определения степени реактивности кровеносных сосудов различных органов и тканей человека.

Известен способ фотоплетизмографии отраженным и рассеянным светом, заключающийся в регистрации физиологических процессов, происходящих в кровеносных сосудах, в близкой к инфракрасной области спектра /А.с. N 146905, МКИ A 61 B 5/02, 1962 /.

Известен фотоплетизмограф, содержащий электронные усилители, калибровочное устройство, автобалансировочные элементы установки гальванометров, чернильнопищущий осциллограф, блок питания и датчики, выполненные на фототранзисторах, включенных на входы транзисторных усилителей, каскады усиления мощности которых собраны по схеме переключателей с полупроводниковым широтно-импульсным модулятором /А.с. N 181240, МКИ A 61 B 5/02, 1966/.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ определения реактивности кровеносных сосудов и устройство для его реализации, включающий облучение исследуемого участка тела электромагнитным монохроматическим излучением и измерение интенсивности отраженного излучения, маркировку исследуемого участка тела, измерение начальной интенсивности отраженного излучения при облучении исследуемого участка тела монохроматическим излучением с расстояния не менее 0,5 см, вводе в исследуемый участок тела физиологического раствора, непрерывной регистрации интенсивности отраженного излучения и определении реактивности кровеносных сосудов по соотношению максимального значения интенсивности отраженного излучения после введения физиологического раствора и вазоактивного вещества к начальной интенсивности. Этот способ реализуется устройством, содержащим источник монохроматического излучения, коллектор с блоком фиксации, объединяющий волоконно-оптический излучатель, и волоконно-оптический приемный тракт, соединенный с фотоприемником, регистрирующий прибор, гибкую полуметаллическую манжету, пластинчатые указатели и подвижный экран, размещенный между коллектором и полуманжетой, при этом манжета жестко соединена с пластинчатыми указателями посредством резинового пояска с отверстиями и штырей /А.с. N 1123636, МКИ A 61 B 5/02/.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, включают облучение исследуемого участка тела электромагнитным монохроматическим излучением, маркировку исследуемого участка тела, поочередно введение в него прогретых до температуры тела физиологического раствора и вазоактивного вещества в физиологическом растворе, поочередное измерение начальной интенсивности отраженного излучения от исследуемого участка тела перед и после введения физиологического раствора и вазоактивного вещества, поочередную регистрацию процесса изменения интенсивности отраженного излучения после введения физиологического раствора и вазоактивного вещества и измерение максимальных значений, вычисление отношения разности максимальных значений интенсивностей в первом и втором процессах к начальной интенсивности отраженного излучения и определение по величине отношения реактивности кровеносных сосудов. Эти действия реализуются с помощью устройства, содержащего источник излучения, коллектор с блоком фиксации, объединяющий волоконно-оптический излучатель и волоконно-оптический приемный тракт, фотоприемник, регистрирующий прибор, гибкую металлическую полуманжету с пластинчатыми указателями и подвижным экраном, размещенным между коллектором и полуманжетой.

Причина, препятствующая получению в прототипе требуемого технического результата, заключается в том, что не обеспечивается достаточной точности определения реактивности кровеносных сосудов-артерий, поскольку используемое монохроматическое излучение с длиной волны 580-750 мм характеризуется низкой степенью монохроматичности (коэффициент монохроматичности, равный 0,29, слишком велик), а поглощение излучения в столь широком интервале длин волн оксигемоглобином и восстановленным гемоглобином крови оказывается неодинаковым. Кроме того, невозможно определить реактивность сосудов разных типов, так как для этого необходимо использовать монохроматическое излучение с высокой степенью монохроматичности (K должен иметь значения порядка нескольких сотых) и варьировать используемые длины волн, например, кроме Л = 580 мм, устанавливать длины волн, равные 340, 380, 430, 520, 530, 560 и 810 мм. На этих длинах волн поглощение излучения оксигемоглобином и восстановленным гемоглобином одинаково (изобестические точки), поэтому они могут быть использованы в фотоплетизмографии. Область спектра от 600 до 750 мм следует полностью исключать при фотоплетизмографии. Выбор используемых (рабочих) длин (одиночных или комбинации) зависит от решаемой задачи. При этом следует отметить, что набор необходимых рабочих длин волн монохроматического излучения имеет тенденцию к расширению, что обусловлено углублением спектральных исследований кровеносных сосудов, необходимостью коррекции используемых длин волн при ряде заболеваний обследуемых больных.

Изобретение направлено на решение задач и создание способа бесконтактного определения реактивности кровеносных сосудов и устройства, его реализующего, при котором возможно осуществить набор комбинации рациональных длин волн, их точной настройки и корректировки с учетом индивидуальных особенностей обследуемых пациентов.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в том, что плавное изменение длины волны монохроматического излучения и регистрация n интенсивностей отраженного излучения в моменты равенства текущего значения длины волны монохроматического излучения n заданным значениям длин волн позволит достаточно точно определить реактивность кровеносных сосудов, точно настроить комбинации рациональных длин волн и откорректировать их с учетом индивидуальных особенностей обследуемых пациентов.

Данный технический результат достигается тем, что исследуемый участок тела маркируют, затем регистрируют начальную интенсивность отраженного излучения от исследуемого участка тела при облучении его монохроматическом излучением перед введением в исследуемый участок сначала физиологического раствора, а затем дозы вазоактивного вещества в физиологическом растворе, непрерывно регистрируют процесс изменения интенсивности отраженного монохроматического излучения до достижения ею максимального значения после введения в исследуемый участок прогретых до температуры 31-33^oC сначала физиологического раствора, а затем вазоактивного вещества в физиологическом растворе, вычисляют отношение разности максимальных значений интенсивностей к начальной интенсивности отраженного излучения и по данному значению находят реактивность кровеносных сосудов, при этом длину волны монохроматического излучения плавно изменяют и регистрируют n интенсивностей отраженного монохроматического излучения в моменты равенства текущего значения длины волны монохроматического излучения n заданным значениям длин волн. Указанные действия реализуются с помощью устройства, содержащего источник излучения, коллектор с блоком фиксации, объединяющий волоконно-оптический излучатель и волоконно-оптический приемный тракт, фотоусилитель, соединенный с фотоприемником, монохроматизирующее устройство с электроприводом диспергирующего элемента, размещенное между источником излучения и волоконно-оптическим излучателем, датчик перемещения диспергирующего элемента, задатчик n рабочих длин волн λ₁-λ_n, выполненный в виде регулируемого источника n опорных напряжений, устройство сравнения с (n+1) входами и n выходами, n двухвходовых аналоговых ключа, информационные входы которых подключены к выходу фотоусилителя, n выходов - к одноименным входам регистрирующего прибора, а управляющие входы 1-n соединены соответственно с одноименными выходами устройства сравнения, входы 1-n которого соединены с одноименными 1-n выходами задатчика рабочих длин волн, а (n+1) вход устройства сравнения подключен к выходу датчика перемещения диспергирующего элемента. Устройство содержит гибкую металлическую полуманжету с пластинчатыми указателями и подвижным экраном, размещенным между коллектором и полуманжетой. В качестве источника излучения используется источник со сплошным спектром излучения, снабженный конденсором.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для бесконтактного определения реактивности кровеносных сосудов; на фиг. 2 - структурная схема устройства сравнения; на фиг. 3 - блок фиксации; на фиг. 4 - блок фиксации с приспособлением для точной установки его по отмеченным точкам в месте исследования; на фиг. 5 - шаблон для разметки места исследования.

Устройство содержит источник 1 со сплошным спектром излучения, состоящий из собственно источника 2 со сплошным спектром излучения (светоизмерительная лампа типа Т240/1900; Т300/2300-1, ламповая модель абсолютно черного тела типа ТРИ-1873/1) и конденсора 3, монохроматизирующее устройство 4 с электроприводом диспергирующего элемента, например сканирующий монохроматор, датчик перемещения 5 диспергирующего элемента, задатчик 6 рабочих длин волн λ₁-λ_n, устройство сравнения 7, аналоговые двухвходовые ключи 8,1-8,N, волоконно-оптический излучатель 9, блок фиксации коллектора 10, волоконно-оптический приемный тракт 11, фотоприемник 12, фотоусилитель 13 и регистрирующий прибор 14.

Регистрирующий прибор 14 выполнен в виде многоканального регистратора (светолучевые осциллографы Н-700, К-12-22 и др., многоточечные самопищущие приборы КСП-4 и др.).

В сканирующем монохроматоре 4 перемещение диспергирующего элемента, например, вращение призмы, дифракционной решетки, оптических клиньев осуществляется с помощью электропривода. При этом частота перемещения диспергирующего элемента (частота сканирования), определяющая частоту регистрации циклов с n сигналами, зависит от типа диспергирующего элемента и может достигать нескольких сот за секунду при высокой монохроматичности получаемого излучения (K = 0,001-0,01). Датчик перемещения 5 диспергирующего элемента может быть выполнен в виде потенциометрического датчика, подвижный контакт которого соединен кинематической передачей с электроприводом диспергирующего элемента. Выходной сигнал датчика - напряжение U_gλ связан функциональной зависимостью с длиной волны λ_i монохроматического излучения выделяемого в плоскости выходной щели монохроматора (вид зависимости U_gλ = f(λ_i) устанавливается при градуировке).

Задатчик 6 рабочих длин волн λ₁-λ_n выполнен в виде регулирующего источника n опорных напряжений значения которых выставляют (вручную или с помощью программного устройства), определив предварительно их значения для требуемых длин волн λ₁-λ_n, используя зависимость U_gλ = f(λ_i).
Устройство сравнения 7 состоит из N компараторов 15,1-15,N, N D-триггеров 16,1-16,N, N схем И 17,1-17,N и генератора 18 прямоугольных импульсов.

Блок 10 фиксации коллектора состоит из гибкой металлической полуманжеты 19, на которой закреплен цилиндрический коллектор 18, служащий для фиксации на выбранном расстоянии от поверхности исследования обоймы 20, надетой на концы волоконно-оптических излучателя 9 и тракта 11. С нижней стороны полуманжеты 19 прикреплена матерчатая светонепроницаемая прокладка 21, в центре которой имеется отверстие для прохождения излучателя от конца световода к объекту исследования. Отверстие может перекрываться металлическим экраном 22, расположенным между коллектором 18 и полуманжетой 19. С обеих сторон полуманжеты прикреплены указатели 23, с помощью которых производится точная установка полуманжеты 19 относительно места исследования. Степень прижатия к объекту исследования регулируется с помощью резинового пояска 24 с отверстиями, надеваемыми на штыри 25 полуманжеты. Полуманжета 19 имеет указатели 23, на концах которых расположены отверстия с перекрестиями в центре 26.

Шаблон представляет собой тонкую металлическую пластину с тремя отверстиями. Отверстия 27 служат для нанесения на кожу красящим веществом отметок, по которым точно устанавливается блок 10 фиксации за счет совмещения отмеченных точек с пререкрестиями 26 на указателях 23. Отверстие 28 служит для метки места введения медикаментозного раздражителя.

Устройство работает следующим образом.

Поток излучения Ф от источника 1 падает на входящую щель сканирующего монохроматора 4. При перемещении с помощью электропривода диспергирующего элемента из выходной щели монохроматора 4 выводится монохроматический поток с изменяющейся длиной волны λ_i . Причем датчик 5 перемещения диспергирующего элемента формирует электрический сигнал U_gλ, являющийся известной функцией длины волны λ. Этот поток волоконно-оптическим излучателем 9 направляется на исследуемый участок тела обследуемого и, частично отражаясь от него, по волоконно-оптическому приемному тракту поступает к чувствительному элементу фотоприемника 12, на выходе которого формируется выходной сигнал Uλ_i, пропорциональный интенсивности отраженного излучения. Сигнал Uλ_i преобразуется (усиливается) фотоусилителем 13 в сигнал Uλ_i, поступающий на информационные входы аналоговых двухкодовых ключей 8,1-8,N. Эти ключи открываются периодически и поочередно под действием напряжений, подаваемых периодически и поочередно на управляющие входы ключей 8,1-8,N с выходов 1-n устройства сравнения 7. В результате такой работы ключей на входы 1-n-многоканального регистрирующего прибора 14 поступают соответственно сигналы в виде чередующихся импульсов напряжения Uλ_i-Uλ_n, пропорциональных интенсивностям отраженного от исследуемого участка тела монохроматического излучения с длинами волн λ₁-λ_n , т.е. на первый вход поступает последовательность импульсов напряжения Uλ₁, на второй -Uλ₂ и т.д.

Устройство сравнения 7, обеспечивающее периодическое и поочередное включение аналоговых ключей 8,1-8,N, работает следующим образом. Напряжения от задатчика 6, пропорциональные длинам волн λ₁-λ_n, поступают на первые входы компараторов 15,1-15,N (входы 1-n устройства сравнения 7). На вторые входы компараторов (вход (n+1) устройства сравнения 7) поступает электрический сигнал U_gλ_i с выхода датчика 5, пропорциональный текущему значению длины волны λ_i излучения, выделяемого монохроматором 4. В момент равенства напряжений на входах компаратора 15,1, на его выходе появляется единичный импульс, поступающий в электрическую цепь, состоящую из D-триггера 16,1 и схемы И 17,1. В результате на выходе схемы И (выход устройства сравнения 7) формируется единичный импульс с длительностью, равной периоду колебаний генератора 18. Этот импульс, поступая на управляющий вход ключа 17,1, переводит ключ в открытое состояние и последний пропускает на первый вход регистрирующего прибора 14 сигнал Vλ₁. Аналогично в моменты равенства появляются электрические единичные импульсы на выходах компараторов 15,2-15,N, поступающие в электрические цепи, состоящие из D- триггеров 16,2-16,N и схем И 17,2-17,N. Возникающие на выходах схем И (выходы 2-n устройства сравнения 7) электрические единичные импульсы поступают на управляющие входы ключей 8,2-8,N, вызывая их переключение в проводящее состояние, в котором через них проходят на входы 2-n регистрирующего прибора соответственно сигналы Vλ₂-Vλ_n . В результате за каждое полное перемещение диспергирующего элемента в монохроматизирующем устройстве 4, например за полный поворот призмы, многоканальный регистрирующий прибор зарегистрирует n сигналов Vλ₁-Vλ_n , соответствующих заданным (рабочим) длинам волн монохроматического излучения. Запись этих сигналов представляет собой один цикл регистрации, а совокупность циклов - осциллограмму процесса изменения интенсивности отраженного от исследуемого участка тела монохроматического излучения на n-заданных длинах волн, из которой при расшифровке определяют в мм максимальные значения интенсивности отраженного излучения, длительность в сек или мин (T_1/2) вазоактивной реакции и т.п.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Длительность вазоактивной реакции определяют для каждой длины волны по шкале графика регистрации, построенного по осциллограмме процесса, фиксированное расстояние между концом коллектора и исследуемым участком тела устанавливают равным 0,5-1 см /3/. На поверхности тела выбирают определенный участок, например, внутреннюю поверхность кожи предплечья, и с помощью шаблона размечают место исследования. Устанавливают фиксирующее устройство путем совмещения отмеченных с помощью шаблона точек с перекрытиями на указателях 23 полуманжеты 1. Фиксирующее устройство закрепляют на руке обследуемого при помощи резинового пояска 24 с отверстиями и штырей 25 на полуманжете 19. При повторном наложении фиксирующего устройства его каждый раз закрепляют в прежнем положении (штыри пропускают через те же отверстия) для сохранения постоянства расстояния между концом коллектора и поверхностью кожи исследуемого участка. Затем перемещают экран 22 в положение "открыто", освещают исследуемый участок монохроматическим излучением с плавно изменяющейся длиной волны и регистрируют с помощью многоканального регистрирующего прибора начальную интенсивность отраженного от исследуемого участка тела излучения (фона) B_iф на n заданных при настройке длинах волн монохроматического излучения λ₁-λ_n, причем регистрация начальной интенсивности осуществляется в моменты времени, когда выполняется равенство текущего значения длины волны монохроматического излучения одному из n-заданных значений длин волн. В результате расшифровки осциллограмм за каждый цикл регистрации (длительность цикла T_ц определяется частотой перемещения диспергирующего элемента монохроматирующего устройства) получают n значений начальной интенсивности отраженного излучения B_1ф-B_nф, соответствующих заданным длинам волн λ₁-λ_n, в виде пропорциональных смещений h₁-h_n пера многоканального регистратора относительно отметки (нулевой линии), занимаемой пером до начала освещения исследуемого участка. Далее экран устанавливают в положение "Закрыто", выключают регистрирующий прибор и снимают фиксирующее устройство. В маркированное место исследования через отверстие в шаблоне вводится внутрикожно требуемая доза физиологического раствора в объеме 0,08-0,1 мл. Вновь устанавливают в прежнее положение фиксирующее устройство, открывают экран, включают регистрирующий прибор и при плавном изменении длины волны λ_i монохроматического излучения, падающего на исследуемый участок, регистрируют процесс изменения интенсивности отраженного излучения на n заданных длинах волн λ₁-λ_n монохроматического излучения. В результате расшифровки осциллограмм за каждый цикл регистрации получают n значений интенсивности отраженного излучения B_1и-B_nи в виде смещения пера h_1и-h_nи относительно нулевой линии, соответствующих заданным длинам волн λ₁-λ_n. Так как число циклов регистрации T_ц может быть любым (процесс регистрации продолжают до тех пор, пока наблюдается изменение интенсивности отраженного излучения), то по окончании регистрации по полученным осциллограммам строят графики регистрации B_in= h_in= f(τ) (τ - время), из которых находят максимальные значения интенсивности отраженного излучения соответствующие заданным длинам волн λ₁-λ_n. Далее при помощи шаблона размечают другое место исследования, устанавливают по отмеченным точкам фиксирующее устройство, открывают экран, включают регистрирующий прибор и при плавно изменяющейся длине волны λ_i падающего на исследуемый участок монохроматического излучения регистрируют начальную интенсивность отраженного излучения (фона) B_iф на n заданных значениях длин волн монохроматического излучения. В результате расшифровки осциллограмм получают n значений начальной интенсивности отраженного излучения B_1ф-B_nф, соответствующих заданным длинам волн λ₁-λ_n. Затем закрывают экран, выключают регистрирующий прибор и снимают фиксирующее устройство. В маркированное место вводят внутрикожно требуемую дозу вазоактивного вещества, например норадреналина в количестве 10^-6 г, предварительно разведенного в физиологическом растворе, взятом в объеме 0,08-0,1 мл. При этом все растворы вводятся при температуре 31-33^oC. Далее устанавливают фиксирующее устройство, открывают экран и с помощью регистрирующего прибора регистрируют при плавно изменяющейся длине волны λ_i падающего монохроматического излучения процесс изменения интенсивности отраженного монохроматического излучения на n заданных длинах волн λ₁-λ_n . В результате расшифровки полученных осциллограмм устанавливают максимальные значения интенсивности отраженного излучения соответствующие заданным длинам волн λ₁-λ_n. По найденным значениям интенсивностей отраженного монохроматического излучения для каждого заданного значения длины волны λ_i монохроматического излучения вычисляют сосудистую реакцию на введение физиологического раствора B_iфр, вазоактивного вещества в физиологическом растворе B_iвф и чистого вазоактивного вещества B_iва :



Длительность сосудистой реакции на каждой длине волны определяют из соответствующей осциллограммы (графика регистрации) как время уменьшения максимальной реакции вдвое (T_1/2).

Изобретение относится к медицине, в частности к медицинским способам и устройствам, предназначенным для определения степени реактивности кровеносных сосудов различных органов и тканей человека. Исследуемый участок тела маркируют. Затем регистрируют начальную интенсивность отраженного излучения от исследуемого участка тела при облучении его монохроматическим излучением перед введением в исследуемый участок сначала физиологического раствора, а затем дозы вазоактивного вещества в физиологическом растворе. Непрерывно регистрируют процесс изменения интенсивности отраженного монохроматического излучения до достижения ею максимального значения после введения в исследуемый участок прогретых до температуры 31 - 33^oС сначала физиологического раствора, а затем вазоактивного вещества в физиологическом растворе. Вычисляют отношение разности максимальных значений интенсивностей к начальной интенсивности отраженного излучения и по данному значению находят реактивность кровеносных сосудов. При этом длину волны монохроматического излучения плавно изменяют и регистрируют n интенсивностей отраженного монохроматического излучения в моменты равенства текущего значения или длин волн. Указанные действия реализуются с помощью устройства, в состав которого входит сканирующий монохроматор с электроприводом диспергирующего элемента. За каждое полное перемещение диспергирующего элемента в монохроматоре, например за полный поворот призмы, многоканальный регистрирующий прибор зарегистрирует n сигналов V_л1 - V_лn, соответствующих заданным (рабочим) длинам волн монохроматического излучения. Запись этих сигналов представляет собой один цикл регистрации, а совокупность циклов - осциллограмму процесса изменения интенсивности отраженной от исследуемого участка тела монохроматического излучения на n заданных длинах волн. Устройство содержит гибкую металлическую полуманжету с пластинчатыми указателями и подвижным экраном, размещенным между коллектором и полуманжетой. В качестве источника излучения используется источник со сплошным спектром излучения, снабженный конденсатором. Технический результат заключается в том, что плавное изменение длины олны монохроматического излучения и регистрация n интенсивностей отраженного излучения в моменты равенства текущего значения длины волны монохроматического излучения n заданным значениям длин волн позволит достаточно точно определить реактивность кровеносных сосудов, точно настроить комбинации рациональных длин волн и откорректировать их с учетом индивидуальных особенностей обследуемых пациентов. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

\ \ \1 1. Способ бесконтактного определения реактивности кровеносных сосудов путем облучения исследуемого участка тела электромагнитным монохроматическим излучением, включающий маркировку исследуемого участка тела, поочередное введение в него прогретых до температуры тела физиологического раствора и вазоактивного вещества в физиологическом растворе, поочередное измерение начальной интенсивности отраженного излучения от исследуемого участка тела перед и после введения физиологического раствора и вазоактивного вещества в физиологическом растворе, поочередную регистрацию процесса изменения интенсивности отраженного излучения после введения физиологического раствора и вазоактивного вещества в физиологическом растворе и измерение максимальных значений, вычисление отношения разности максимальных значений интенсивностей во втором и первом процессах к начальной интенсивности отраженного излучения и определение по величине отношения реактивности кровеносных сосудов, отличающийся тем, что длину волны монохроматического излучения плавно изменяют и регистрируют n интенсивностей отраженного излучения в моменты равенства текущего значения длины волны монохроматического излучения n заданным значениям длин волн. \\\2 2. Устройство для бесконтактного определения реактивности кровеносных сосудов, содержащее источник излучения, коллектор с блоком фиксации, объединяющий волоконно-оптический излучатель и волоконно-оптический приемный тракт, фотоприемник, регистрирующий прибор, гибкую металлическую полуманжету с пластинчатыми указателями и подвижным экраном, размещенным между коллектором и полуманжетой, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит фотоусилитель, соединенный с фотоприемником, размещенное между источником излучения и волоконно-оптическим излучателем монохроматизирующее устройство с электроприводом диспергирующего элемента, например сканирующий монохроматор, датчик перемещения диспергирующего элемента, задатчик n рабочих длин волн $$$ выполненный в виде регулируемого источника n опорных напряжений, устройство сравнения с (n + 1)-ми входами и n-ми выходами, n двухвходовых аналоговых ключа, информационные входы которых подключены к выходу фотоусилителя, n выходов - к одноименным входам регистрирующего прибора, выполненного в виде многоканального регистрирующего прибора, а управляющие входы 1 <199> n соединены соответственно с одноименными выходами устройства сравнения, входы 1 <199> n которого соединены с одноименными (1 <199> n)-ми выходами задатчика рабочих длин волн, а (n + 1)-й вход устройства сравнения подключен к выходу датчика перемещения диспергирующего элемента. \\\2 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве источника излучения используется источник со сплошным спектром излучения, снабженный конденсором.