СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ КАПИЛЛЯРНОГО КРОВОТОКА Российский патент 2000 года по МПК A61B5/26 

Изобретение относится к области медицины, а именно к области медицинской диагностики, и может быть использовано в диагностических целях, а именно определения состояния организма пациента, а также воздействия медикаментозных средств на организм пациента.

Известен способ определения скорости кровотока в микрососудах с использованием оптических систем для визуализации и регистрации движения крови в капилляре на носителе информации /1/.

Недостаток метода заключается в его невысокой точности и невозможности использования поэтому для объективного определения состояния пациента.

Технический результат состоит в повышении точности метода, возможности проведения объективной диагностики состояния пациента и оптимизации его медикаментозного лечения.

Для достижения указанного технического результата предложено размещать конечность пациента (ногу или руку) на держателе с предпочтительным неподвижным фиксированием пальцев конечности. Фиксирование может быть обеспечено формой приспособления для размещения конечности пациента. К ногтевой пластинке одного из пальцев конечности подводят фокус осветительной и приемной оптической систем. Выбирают капилляр и ориентируют фокус осветительной и приемной системы таким образом, чтобы на приемной системе получить максимально четкое изображение выбранного капилляра с последующей регистрацией динамики капиллярного кровотока путем фиксирования изображения. Основное требование к выбранному капилляру составляет присутствие его в поле зрения при анализе кровотока. Фиксирование изображения может быть проведено как на отдельных снимках (кадрах), так и на киноленте. Возможно также фиксирование в памяти компьютера. Затем проводят обработку зафиксированной информации. В дальнейшем для упрощения материалов заявки будет рассмотрено фиксирование на кадре. Однако необходимо помнить, что принципиально способ применим для любого способа фиксирования изображения капилляра. Первоначально на каждом кадре проводят поиск выбранного капилляра. Поиск выбранного капилляра необходим, поскольку в процессе наблюдения конечность пациента перемещается (в частности, вследствие дыхания пациента) с соответствующим перемещением капилляра в поле исследования. Поиск выделенного капилляра может быть проведен с использованием известного алгоритма корреляционного поиска по бинарному изображению. Однако предпочтительнее использовать метод поиска по минимуму абсолютного рассогласования между текущим и эталонным изображением. Для этого на первом шаге получают известным путем бинарное изображение. Далее, принимая за эталонное изображение выделенный участок, в котором находится выделенный капилляр, для каждого элемента большого изображения проводят вычисление следующего выражения:
ΣΣ|C₂(i+m,j+n)-C₁(i,j)|,
где C₂ - массив элементов зоны поиска (в данном случае, весь кадр),
C₁ - массив элементов эталонного изображения,
(m,n) - значения, определяющие положение окна (эталона) в зоне поиска,
MxN - количество элементов в массиве C₁.

Вычисления проводят последовательно от точки к точке. После исследования всех окон определяют окно с минимальным размером, которое принимают за находящееся в правильной (эталонной) позиции.

Для ускорения процедуры поиска можно черно-белое изображение, состоящее из 720х540 элементов, преобразовать в изображение 72х54 элемента. Преобразование проводят следующим образом. В ячейке 10х10 большого изображения вычисляют сумму элементов и, если она превышает 50, то принимают решение о черной точке в малом изображении, если не превышает, то принимают решение о белой точке в малом изображении. Эта процедура значительно сокращает число операций при поиске.

После выбора на кадре выделенного капилляра проводят выделение русла капилляра. На кадре капилляр должен быть ориентирован слева направо, причем перегиб капилляра (переходный отдел) находится слева. Для получения границ переходного отдела изображение сканируют в вертикальной плоскости. При получении двух устойчивых перепадов (переходов от черного к белому и наоборот) принимается решение об определении точки начала переходного отдела. Затем, продолжая сканирование в вертикальной плоскости и перемещаясь в горизонтальной плоскости, определяют четыре устойчивых перепада. При их достижении принимается решение об определении конца переходного отдела. Процесс перемещения по горизонтали и сканирования по вертикали продолжают далее для выделения границ артериального и венозного отделов по четырем перепадам.

Величину диаметра переходного отдела капилляра определяют как расстояние от начальной до конечной точки переходного отдела, определяемых, как показано выше, при определении русла капилляра. Величину диаметра венозного или артериального отделов определяют как значение среднего расстояния между точками, определяющими границы отделов.

Для вычисления скорости кровотока первоначально определяют направление его. Для определения направления учитывают два фактора: кровь всегда течет из артериального отдела в венозный и артериальный отдел в 90% случаев тоньше венозного. На условно первом кадре выбирают мерную зону, составляющую примерно 20% длины отдела. На следующем кадре определяют смещение мерной зоны, и по известному межкадровому времени вычисляют скорость. Кроме того, в ходе определения скорости можно дополнительно определить количество сладжей. Под этим понятием подразумевают сгусток крови, длина которого составляет от одного - полутора диаметров капилляра до половины длины капилляра, и ограниченного с двух сторон светлыми, по сравнению с кровотоком, промежутками длиной до одного диаметра капилляра. Определение количества сладжей проводят по полученному ранее бинарному изображению. Для того чтобы не учитывать несколько раз один и тот же сладж проводят следующую последовательность операций: определяют длину сладжа и определяют месторасположение сладжа на анализируемом отрезке капилляра.

Поскольку длина сладжа не может изменяться мгновенно, и он не может смещаться против направления движения тока крови, то на следующем кадре можно точно определить новый сладж на кадре.

Однако приведенный метод не является единственным, поскольку с тем же успехом скорость может быть определена и по характеру движения сладжа по капилляру по формуле V = S/t.

Для определения сладжа, как это указано выше, необходимо знать диаметр капилляра. При сканировании капилляра с заранее определенным диаметром выявляют в капилляре участки с неоднородной оптической плотностью, сравнивают их размеры и промежутки между указанными участками с диаметром капилляра и выносят суждение: является ли оптическая неоднородность сладжем. В случае признания выявленного участка сладжем используют контроль за его движением для определения скорости кровотока, как это указано выше.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующим примером реализации.

На чертеже приведено устройство для автоматической регистрации капиллярного кровотока, содержащее корпус 1, осветительную систему 2, создающую и фокусирующую оптическое излучение на ногтевой пластине пальца руки пациента 2 так, чтобы световое пятно находилось в фокусе 3 фиксирующей капиллярный кровоток увеличивающей оптической системы 4, держатель руки обследуемого 5 с регулировочной системы 6, позволяющей смещать всю руку, включая наблюдаемый палец, относительно фокуса 3 регистрирующей оптической системы, регистрирующей оптическую систему 4 для увеличения изображения капилляров, расположенную над пальцем обследуемого, систему контроля и записи состояния в виде сенсорной головки 7 на основе ПЗС матрицы, расположенной на увеличивающей изображение оптической системе, процессор 8, превращающий сигнал с ПЗС матрицы в стандартный видеосигнал, усилитель видеосигнала 9, позволяющий усиливать контраст изображения, внешний компьютер 10 со стандартной платой ввода видеоизображения, подсоединенным входом к выходу процессора ПЗС матрицы, который осуществляет обработку получаемого видеоизображения по специальному программному обеспечению, с целью получения числовых характеристик капиллярного кровотока, причем монитор компьютера одновременно выполняет функции телемонитора для визуального наблюдения капиллярного кровотока, а компьютер - функцию устройства накопления видеоданных с целью их последующего воспроизведения и хранения.

Держатель руки пациента 5 может быть выполнен совмещенным с автоматическим измерителем давления 11, снабженным интерфейсом для ввода данных в компьютер и подсоединенным 12 к внешнему компьютеру, производящему фиксацию изображения капилляров, что позволяет, путем изменения давления в измерительной манжете регулировать скорость капиллярного кровотока и исследовать его динамические характеристики под нагрузкой.

Если уровня сигнала с выхода процессора 8, обрабатывающего сигнал с ПЗС матрицы 7 достаточно для работы ввода видеоизображения внешнего компьютера 10, то необходимости в усилителе видеосигнала 8 нет, и тогда выход процессора 8 ПЗС матрицы 7 непосредственно подключается к входу обработки видеоизображения компьютера 10.

Источник 2 оптического излучения может быть выполнен как в виде лампы накаливания с набором цветофильтров и фокусирующей излучение оптической системы, так и в виде источника когерентного излучения, например маломощного лазера, с системой оптических световодов или без нее.

Средство 5 удерживания руки и пальца обследуемого может быть выполнено в виде углубления по форме руки и пальцев в основании подвижной пластины, расположенной на подвижной регулировочной системе 6, и подвижного упора 14 для локтя руки обследуемого для учета индивидуальных размеров руки обследуемого.

При использовании вышеуказанного устройства руку пациента помещают на средство 5, выполненное с возможностью фиксирования руки и пальца пациента. Перемещают ногтевую пластину в район фокуса оптической системы. Посредством ПЗС-матрицы регистрируют динамику движения крови под ногтевой пластиной. Выделяют на первом кадре изображения капилляр и выполняют вышеизложенные операции по исследованию капилляра.

Литература
1. SU 950309, кл. A 61 B 5/026, 15.08.82.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано при оценке правильности применения медикаментозных средств, а также при оценке общего состояния пациента. При реализации способа конечность пациента помещают на держатель. Ногтевую пластину подводят к фокусу оптической системы. Выбирают капилляр, в котором будет исследована динамика движения крови. Определяют размеры отделов русла капилляра. С использованием рассчитанных данных вычисляют скорость кровотока. Способ позволяет проводить точную объективную диагностику состояния пациента и оптимизировать его медикаментозное лечение. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения скорости капиллярного кровотока, включающий использование оптических систем для визуализации и регистрации на носителе информации динамики движения крови в капилляре, отличающийся тем, что размещают конечность пациента на держателе, подводят ногтевую пластину к фокусу оптической системы, выбирают под ногтевой пластиной капилляр для измерения скорости кровотока, выделяют переходный, артериальный и венозный отделы русла капилляра, определяют диаметры отделов капилляра и вычисляют скорость кровотока с использованием измеренных ранее диаметров отделов капилляра. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве носителя информации используют фотопленку, кинопленку или память компьютера. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что динамику движения крови определяют путем сравнения последовательных кадров.