ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ПРОБА С КОМПРЕССИЕЙ ТКАНЕЙ ОРГАНИЗМА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК A61B5/295 

Изобретение относится к медицине и медицинской технике, точнее к способам и устройствам для неинвазивных инструментальных обследований состояния тканей организма, и анализа их объемных изменений как ответной реакции в функциональных пробах. Более точно изобретение относится к способам исследования объемных изменений состояния тканей, проявления и оценки участия в них разных тканей и функциональных систем, отвечающих за вклад в общие объемные изменения. Изобретение может применяться для диагностических целей, для мониторинга состояния, а также контроля терапевтических мероприятий. Оно может использоваться для обследований, контроля, анализа состояния и документирования результатов сеансов медицинских исследований, проводимых путем диагностических воздействий на ткани, а также в обучении и получении навыков приемам медицинских диагностических воздействий.

Известны способы проведения функциональных проб, в которых целенаправленно инициируют и исследуют реакции организма. Среди них дыхательные и ортостатические пробы, пробы с нагрузкой на сердечно-сосудистую и другие системы. К примеру, в функциональной диагностике используют пробы, изменяющие состояние организма и создающие условие для проявления выраженных ответных реакций, в которых изменяется артериальное давление и ритм сердца. Их примерами являются ходьба или бег в дозированном темпе на дорожке тредмила, велоэргометрия, приседания и другие. Однако в этих пробах либо не создают, либо не контролируют компрессионное действие на ткани и их ответную реакцию, в которой выделяется вклад и степень участия разных типов тканей и функциональных систем в происходящих объемных изменениях.

Известен мануальный способ проведения тестирующих проб с пальпирующими воздействиями на ткани, используемый в обследованиях их состояния. Его основной недостаток - субъективный характер контроля процедуры, начиная от неоднозначности в определении силы создаваемых механических воздействий, до восприятия характеристик ответной реакции тканей и интерпретации результатов воздействий. Субъективной также является оценка степени участия ответственных тканей и функциональных систем.

Известны плетизмографические методы исследования состояния сердечно-сосудистой системы. В них используют компрессионные воздействия на одном из участков сосудистой системы конечности и съем сигналов, отражающих кровенаполнение сосудов, расположенных дистальнее участка приложения воздействия. Необходимость контроля одновременно происходящих процессов в двух пространственно разнесенных частях тела усложняет исследования. При анализе плетизмографических исследований также не определяют вклад разных ответственных тканей в спровоцированном ответе регистрируемых объемных изменений их состояния.

Известны окклюзионные, манжеточные способы измерения артериального давления (АД). Посредством манжеты в процессе измерения изменяют давление на ткани тела, создавая условия, влияющие на просвет и кровенаполнение артериальных сосудов в плечевой области, расположенных в подманжетном пространстве. При проявлении изменений в информационных сигналах, отражающих пульсовое кровенаполнение сосудов в процессе декомпрессии, выделяют информативные признаки по значениям давления в манжете, при которых определяют показатели АД. Однако наряду с созданием полезного результата - получения данных о показателях АД, как интегрального показателя - не учитывают, что в процессе воздействия изменяется условие жидкостного обмена и перераспределения между разными тканями, лимфоток и кровоток в соответствующих лимфатических, венозных и артериальных сосудах, и, как следствие, меняется не только их объемное наполнение, но и состояние организма в целом. Изменение состояния объемного наполнения тканей жидкостными компартментами является следствием сосудистой реакции организма, вызванной компрессионным воздействием на сосуды и смежные с ними ткани. Получаемые же результаты измерения фактически представляют данные, не соответствующие исходному состоянию организма, так как не учитывается влияние на результат измерения воздействующей на него окклюзионной измерительной процедуры. При этом можно считать, что фиксируемый результат отражает, в частности, и сосудистую реакцию на внешнее вмешательство в лимфо- и кровообращение, а также и жидкостный обмен и перераспределение в тканях. Как следствие, могут возникать диагностические ошибки и нежелательные последствия.

Процедура измерения АД, основанная на компрессионном воздействии на сосуды, съеме и обработке данных, отражающих объемные изменения состояния тканей, является наиболее близкой по технической сущности к заявляемой функциональной пробе.

Целью изобретения является создание функциональной пробы с компрессией тканей в сегменте конечности, воспроизводимо провоцирующей в них перераспределение жидких компартментов, по данным, отражающим объемные изменения состояния тканей, в которой, путем их регистрации и спектральной обработки, проявляется участие тканей, относящихся к функциональным системам с разным уровнем внутритканевого давления. Другая цель - создание имитации объемных изменений состояния тканей, обеспечивающей верификацию показателей, характеризующих эти изменения.

Указанная задача решается следующим образом.

В провоцирующей объемные изменения состояния тканей функциональной пробе с передаваемым от манжеты (компрессионно-объемнометрического преобразователя) компрессионным давлением на ткани, охватываемые манжетой вокруг сегмента конечности, создают последовательную серию дозируемых по уровню и продолжительности воздействий, при каждом из которых регистрируют отражающие объемные изменения состояния тканей данные, рассчитывая по ним спектральные характеристики, и представляя результатом функциональной пробы сравнительные отношения характеризующих их амплитудно-частотных показателей, соответствующих разным уровням компрессии. Выбор уровней, продолжительностей создания передаваемого манжетой давления на ткани и числа ступеней компрессии проводят с учетом целенаправленного исключения из общего объемного изменения тканей вклада соответствующих объемных изменений тканей, давление в которых меньше уровня компрессионного давления, и за который отвечают, например, движение крови или лимфы по сосудам, вытеснение или смещение смежных с сосудами тканей. Функциональную пробу с компрессией тканей проводят совместно с дополнительной функциональной пробой, влияющей на объемные изменения состояния тканей. При создании последовательной серии дозированных компрессионных воздействий на ткани и регистрации провоцируемых объемных изменений, вместе с ними дополнительно и независимо создают имитирующие объемные изменения состояния тканей, путем соответствующих воздействий на манжету. Воздействия на манжету проводят определенными маркирующими по амплитуде и частоте объемными изменениями, имитирующими объемные изменения состояния тканей в общем проявлении регистрируемых объемных изменений.

В объеме тканей сегмента конечности, занимаемых в пространстве под манжетой, одновременно функционируют разные сосуды и смежные с ними ткани. Внутреннее давление в них передается через соответсвующее окружение наполняющих жидких сред и различается по амплитудно-частотным характеристикам. К примеру движение артериальной и венозной крови и лимфы в соответствующих сосудах сопряжено с пульсирующим перемещением крови и с медленно модулированным действием регулирующих механизмов. Когда компрессионное давление на ткани по уровню превышает лимфатическое или венозное давление, полностью перекрывается просвет соответствующих сосудов (лимфатических сосудов, капилляров и вен) и других структур тканей с меньшим давлением. Полная окклюзия соответствующих сосудов исключает их вклад в регистрируемое проявление совокупного объемного изменения тканей в пространстве под манжетой. При установлении каждой ступени давления в последовательной серии его изменений в манжете компрессирующее действие направлено на всю совокупность расположенных в подманжетном пространстве тканей. Однако в зависимости от уровня и продолжительности каждой ступени давления разным образом изменяется состояние соответствующих тканей. Возможны варианты, когда одновременно одни ткани оказываются полностью компрессированными, другие частично деформированными, уплотненными, вытесненными или смещенными в соседние участки, а третьи - сохраняют свой объемный статус в неизменном виде. Поэтому при выборе ступеней давления делают расчет на проявление объемных изменений не во всех, а в тех тканях, давление в которых выше уровня компрессионного давления и на исключение вклада полностью компрессированных тканей. Продолжительности ступеней давления в манжете определяют индивидуально по состоянию тканей и по длительности реакции тканей и организма.

В качестве ответной реакции на внешнее дозированное изменение давления динамически проявляются изменения объемного состояния тканей и организма в целом. В изменениях объема тканей проявляется передача действия на манжету пульсирующих с частотой сердечных сокращений изменений кровенаполнения сосудов, а также выраженная медленно волновая модуляция объема их наполнения, обусловленная дыханием и механизмом регуляции состояния сосудов. Поэтому полезным результатом функциональной пробы с компрессией тканей, отличающей ее от прототипа, является воспроизводимое проявление в спектральных характеристиках сигналов, отражающих суммарное объемное изменение состояния совокупности тканей в сегменте конечности, действие одновременно разных тканей и функциональных систем, ответственных составляющих, создающих в них соответствующий вклад.

Другой отличительной особенностью заявляемой функциональной пробы с компрессией тканей является съем, контроль и регистрация данных, отражающих объемные изменения состояния тканей в сегменте конечности в последовательной серии компрессионных воздействий на них разными дозируемыми по уровню и продолжительности действия давления, и их анализ по спектральным характеристикам, отражающим объемные изменения тканей. По этим данным вычисляются соотношения численных показателей спектральных характеристик соответствующих сигналов, отражающих участие и вклад разных тканей в общее проявление объемных изменений.

Третья отличительная особенность заявляемой функциональной пробы с компрессией тканей состоит в том, что в ней регистрируют реакцию объемного изменения тканей на компрессию, создаваемую при разных контролируемых режимах управления давлением во времени. Например, в воздушной полости компрессионно-объемнометрического преобразователя задают, в частности, постоянные уровни давления, ступенями, с повышением (понижением) давления. На каждой ступени компрессии регистрируют изменение давления, вызванного объемным изменением тканей и действующих на воздушную полость компрессионно-объемнометрического преобразователя, определяя по регистрациям характеристики ответной реакции организма и тканей. Реакция тканей в ответ на компрессию представляется спектральными характеристиками и связывается с изменением характера волновых процессов, отражающих объемные изменения тканей при разной степени компрессии тех или иных сосудов и смежных с ними тканей. Результаты регистрации полученых данных после их обработки представляются показателями спектральных характеристик, отражающих объемные изменения тканей соответствующих изменений давления в воздушной полости объемнометрического преобразователя. Закон измененения давления, создающий компрессию, может выбираться импульсным, синусоидальным, пилообразным и в другом виде изменения во времени.

Четвертой отличительной особенностью заявляемой функциональной пробы с компрессией тканей является ее выполнение совместно с функциональной пробой на разные системы организма, которыми провоцируют объемные изменения состояния тканей организма. В числе функциональных проб используют, например, ортостатические, дыхательные и другие пробы, в которых проявляются объемные изменения состояния тканей.

Пятая отличительная особенность - это имитация объемных изменений тканей в процессе функциональной пробы с их компрессией, проводимая по заранее заданным законам, маркирующим результирующее проявление объемных изменений состояния тканей. По ним идентифицируется и верифицируется проявление имитируемых изменений.

Функциональная проба с компрессией тканей реализуется устройством, содержащим блок создания давления, компрессионно-объемнометрический преобразователь, преобразователь давления, блок преобразования электрических сигналов, блок управления, регистрации, обработки и представления информациии и имитатор объемных изменений состояния тканей. Компрессионно-объемнометрический преобразователь предназначен для обеспечения взаимодействия технических средств с тканями: передачи на них компрессионного давления и восприятия ответных объемных изменений состояния тканей при компрессии. При исследованиях на конечностях в качестве компрессионно-объемнометрического преобразователя используется пневматическая манжета. Имитатор объемных изменений состояния тканей предназначен для имитации объемных изменений состояния тканей в функциональной пробе с компрессией тканей. Имитатор объемных изменений состояния тканей содержит пневматически связанные преобразователь давление-объем, преобразователь давления, блок создания давления, связанные посредством блока преобразования электрических сигналов с блоком управления, регистрации, обработки и представления информации.

В процессе патентных исследований не выявлено технических решений с признаками, сходными по признакам, отличающим заявляемое решение от прототипа. Поэтому предложенное техническое решение соответствует критерию «существенные отличия».

Сущность заявляемого изобретения поясняется приведенными чертежами.

На фиг.1 - блок схема устройства для осуществления функциональной пробы с компрессией тканей. На фиг.2 - вариант исполнения имитатора объемных изменений состояния тканей. На фиг.3 - вариант исполнения преобразователя давление-объем. На фиг.4 - варианты исполнения блока создания давления. На фиг.5 - спектральные характеристики сигналов изменения давления в компрессионно-объемнометрическом преобразователе, связанных с объемными изменениями в тканях при разных постоянных уровнях компрессионного давления. На фиг.6 - сравнительные графические иллюстрации спектров, полученных при проведении проб в сочетании с функциональной пробой с компрессией тканей. На фиг.7 - временные диаграммы одновременно зарегистрированных изменений давления в компрессионно-объемнометрическом преобразователе и преобразователе давление-объем при проведении функциональной пробы с компрессионным давлением на ткани организма и созданием имитирующих изменений давления в преобразователе давление-объем. На фиг.8 - спектральные характеристики сигналов изменения давления в компрессионно-объемнометрическом преобразователе, рассчитанные из данных, отражающих изменение соответствующих сигналов давления, полученных при функциональной пробе с компрессией тканей и имитацией объемных изменений тканей.

Устройство (фиг.1) содержит компрессионно-объемнометрический преобразователь 1, пневматически соединенный с преобразователем 2 давления и блоком 3 создания давления, связанные через блок 4 преобразования электрических сигналов с блоком 5 управления, регистрации, обработки и представления информации, и имитатор 6 объемных изменений состояния тканей, связанный через блок 4 преобразования электрических сигналов с блоком 5 управления, регистрации, обработки и представления информации.

Компрессионно-объемнометрический преобразователь 1 предназначен для обеспечения взаимодействия технических средств с тканями путем передачи на них создаваемого компрессионного давления и восприятия возникающих при компрессии ответных объемных изменений состояния тканей. При исследованиях на конечностях в качестве компрессионно-объемнометрического преобразователя 1 используется пневматическая манжета. При воздействии на обследуемые ткани давлением от компрессионно-объемнометрического преобразователя 1 создается компрессирующее действие на всю совокупность тканей в пространстве под преобразователем 1. Преобразователем 1 также воспринимаются внешние объемные изменения, преобразуемые в соответствующие изменения давления, вызванные объемными изменениями тканей, в ответ на компрессию, а также имитирующие объемные изменения состояния тканей, создаваемые имитатором 6.

Имитатор 6 объемных изменений состояния тканей (фиг.2) содержит преобразователь 7 давление-объем, пневматически соединенный с преобразователем 8 давления и блоком 9 создания давления, связанные через блок 4 преобразования электрических сигналов с блоком 5 управления, регистрации, обработки и представления информации. Имитатор 6 обеспечивает создание внешних объемных изменений, проявляемых преобразователем 7 давление-объем, путем управления давлением в его воздушной полости и внесения, таким способом, маркировки в регистрируемые сигналы объемных изменений в тканях при их компрессии.

Преобразователь 7 давление-объем предназначен для преобразования давления в его воздушной полости в соответствующее изменение объема. Конструктивно преобразователь 7 давление-объем (фиг.3) имеет внутреннюю воздушную полость 10, ограниченную герметично закрывающим корпусом 11 и воспринимающей механические воздействия упругой мембраной 12, и имеет пневматический вывод 13 из воздушной полости 10. Пневматический вывод 13 преобразователя 7 пневматически соединяют с преобразователем 8 давления и блоком 9 создания давления. В качестве конструкции преобразователя 7 используют, например, корпус стетоскопической головки с упругой мембраной и пневмовыводом. Стетоскопические головки такой конструкции обычно применяют для прослушивания тонов Короткова при измерении АД и они могут быть заимствованы в реализации функциональной пробы с компрессией тканей и имитации объемных изменений тканей.

Объемные изменения преобразователя 7 давление-объем проявляются в виде соответствующих изменений положения его упругой мембраны 12. При изменении давления на мембрану 12 со стороны внутренней воздушной полости 10 преобразователя 7 давление-объем соответственно изменяется положение его мембраны 12 и изменяется объем воздушной полости. Посредством пневматического вывода 13 преобразователя 7 давление-объем его воздушная полость 10 пневматически соединяется с преобразователем 8 давления.

Преобразователи 2 и 8 давления предназначены для преобразования давления на их пневматических входах в соответствующие пропорциональные электрические сигналы. Посредством преобразователей 2 и 8 регистрируют и контролируют изменения давления в воздушных полостях соответственно компрессионно-объемнометрического преобразователя 1 и преобразователя 7 давление-объем.

Блоки 3 и 9 создания давления являются источниками избыточного давления. Они предназначены для нагнетания воздуха соответственно в компрессионно-объемнометрическом преобразователе 1 и преобразователе 7 давление-объем. Блоки 3 и 9 могут быть выполнены на основе известных решений.

Например, для работы в режиме создания давления вручную, в качестве блоков 3 и/или 9 можно использовать ручной пневматический нагнетатель 14 с механизмом стравливания воздуха и клапаном 15 сброса давления (фиг.4). Такое исполнение блоков 3 и/или 9 создания давления наиболее простое и их работой управляют вручную, при необходимости создавая давление, медленно стравливая воздух, или быстро сбрасывая давление из воздушной полости соответственно компрессионно-объемнометрического преобразователя 1 и/или преобразователя 7 давление-объем. В качестве блоков создания давления в ручном режиме создания давления использованы два ручных пневмонагнетателя (груши) с механизмами выпускания воздуха и клапанами быстрого сброса давления.

Для работы в режиме автоматического управления созданием давления блоки 3 и/или 9 могут быть выполнены в виде (фиг.4) соответствующим образом пневматически соединенных известных элементов пневмоавтоматики: микрокомпрессора 16 с ограничителем давления и пневмореле 17. Микрокомпрессор 16 в любом из блоков 3 и/или 9 создает давление на выходе при подаче на него питающего напряжения. Пневмореле 17 обеспечивает электроуправляемый сброс давления при подаче на его обмотку соответствующего напряжения питания.

Блок 4 (фиг.1) преобразования электрических сигналов предназначен для аналого-цифрового преобразования сигналов, поступающих на его сооветствующие входы от преобразователей 2 и 8 давления, и передачу цифровых данных в блок 5 управления, регистрации, обработки и представления информации. Блок 4 преобразования электрических сигналов также предназначен для согласования по уровню сигналов управления, передаваемых через него на блоки создания давления 3 и 9 от блока 5 управления.

Блок 5 (фиг.1) управления, регистрации, обработки и представления информации предназначен для сбора цифровых данных, поступающих от блока 4 преобразования электрических сигналов и для формирования сигналов управления блоками 3 и/или 9. В блоке 5, в соответствии с заданным алгоритмом, формируется последовательность сигналов управления, визуально представляются сигналы давления, производится накопление данных в запоминающем устройстве и обрабатывается зарегистрированная информация. В качестве блока 5 управления, регистрации, обработки и представления информации могут использоваться разные варианты, построенные на основе известных технических решений. Может использоваться устройство, построенное на элементах низкого уровня интеграции и жесткой логики управления, устройство на основе микропроцессорного контроллера или персональный компьютер. Для целей исследования и отработки методик в практическом применении предпочтителен персональный компьютер.

Для работы в режиме ручного создания давления управление блоками 3 и 9 проводится ручным способом, посредством пневмонагнетателя 14 с механизмом стравливания воздуха и клапаном 15 сброса давления (фиг.4). Такое исполнение блоков создания давления наиболее простое и его работой медперсонал может управлять вручную, без внешнего автоматического управления.

В режиме автоматического создания давления работой блоков 3 и 9 управляет блок 5 управления, регистрации, обработки и представления информации. Он формирует сигналы управления включением и выключением питания пневмоэлементов блоков создания давления - микрокомпрессора 16 и пневмореле 17, в соответствии с протоколом изменения давления в компрессионно-объемнометрическом преобразователе 1 и/или преобразователе 7 давление-объем. В автоматическом режиме блок 5 управления, например персональный компьютер, используют для регистрации, запоминания и отображения на экране монитора сигнала давления и обработки данных.

Способ осуществляют следующим образом.

В соответсвии с фиг.1 собирают пневмоэлетрическую схему. На исследуемый сегмент верхней или нижней конечности накладывают пневматическую манжету, выполняющую роль компрессионно-объемнометрического преобразователя 1. В пространстве между телом и манжетой располагают преобразователь 7 давление-объем таким образом, чтобы мембрана 12 преобразователя 7 находилась в контакте с поверхностью манжеты, обеспечивая передачу на нее имитирующих объемных изменений состояния тканей. Включают блок 5 управления, регистрации, обработки и отображения, например, используемый для этих целей персональный компьютер. Управляя ручным или автоматическим способом, в манжете создают давление. Ручной режим управления давлением в компрессионно-объемнометрическом преобразователе 1 (манжете) предпочтителен при исследовательской работе, для отработки методических приемов, навыков в обучении и практической работе. Работа в ручном режиме создания давления обеспечивается ручным пневматическим нагнетателем 14 с механизмом стравливания воздуха и клапаном 15 сброса давления. С их помощью задают необходимые уровни давления в компрессионно-объемнометрическом преобразователе 1. Регистрацию и наблюдение за изменениями давления в преобразователе 1, вызванными объемными изменениями в тканях при их компрессии, и имитацией объемных изменений тканей в преобразователе 7 давление-объем, осуществляют на экране монитора компьютера как и в автоматическом режиме.

Выбор автоматического режима управления давлением предпочтителен для работы по отлаженной методике. При этом управление давлением в компрессионно-объемнометрическом преобразователе 1 проводят автоматически, по заранее заданной программе, реализующей алгоритм последовательности создания компрессии при обследовании и занесенной, например, в установках команд программы регистрации сигналов. Программное обеспечение регистрации сигналов и сбора данных построено, например, на компьютерной программе «Measurement and Automation Explorer» (программный продукт фирмы National Instruments) для персонального компьютера, имеющей дополнительные функциональные возможности. Кроме регистрации сигналов программа, по предварительно заданному протоколу, формирует последовательность управляющих команд, передаваемых в виде сигналов на внешние устройства. Уровни компрессионного давления, их продолжительности и число ступеней перед началом исследований заносят в протокол управляющей программы в виде последовательности соответствующих команд, управляющих пневмоэлементами. В процессе же функциональной пробы с компрессией тканей на экране монитора компьютера автоматически регистрируются и отображаются отражающие объемные изменения тканей и влияние имитатора 6 объемных изменений тканей, действующие на компрессионно-объемнометрический преобразователь 1. В регистрируемых сигналах воспринимается действие тканей в подманжетном пространстве на преобразователь 1, а также имитирующее действие объемных изменений состояния тканей, создаваемых преобразователем 7 давление-объем.

При работе в ручном режиме автоматическое управление давлением не используется. В этом режиме осуществляется лишь автоматическая регистрация сигналов давления.

В блоке 5 запускают в работу программу регистрации сигналов давления в воздушной полости компрессионно-объемнометрического преобразователя 1 и преобразователя 7 давление-объем. При выборе параметров последовательной серии ступеней давления в преобразователе 1 (значений, продолжительностей и числа ступеней давления) учитывают целенаправленное исключение из общего объемного изменения состояния тканей - вклада соответствующих объемных изменений, за которые отвечают движение крови или лимфы по сосудам, вытеснение или смещение смежных с сосудами тканей. При каждом уровне компрессии из общего объемного изменения тканей в пространстве под манжетой исключается вклад объемных изменений тканей с более низким внутренним давлением, по сравнению с давлением в манжете, и регистрируются объемные изменения тканей с более высоким внутренним давлением.

По сигналам управляющей программы (в автоматическом режиме) подаются команды на блок 3 создания давления. Включается компрессор и автоматически создается давление в воздушной полости компрессионно-объемнометрического преобразователя 1. В ручном же режиме работы управляющие команды не используются и момент повышения и другие изменения давления определяют, наблюдая за текущими записями сигналов давления. Нагнетают воздух в воздушной полости преобразователя 1 ручным пневматическим нагнетателем. Повышение давления на расположенные в подманжетном пространстве ткани контролируют по регистрации записей электрического сигнала на выходе преобразователя 2 давления. Продолжая регистрацию сигналов давления, устанавливают определенные уровни компрессионного давления (в автоматическом режиме - по командам от компьютера «выключить-включить компрессор»). В изменениях давления при этом присутствует реакция, отражающая объемные изменения структур тканей, в ответ на созданное компрессирующее давление. Для контроля изменений давления наблюдают запись сигнала на экране монитора компьютера. При необходимости корректируют уровни компрессии. При создании разных ступеней компрессии тканей регистрируют изменения давления, отражающие их объемные изменения при компрессии.

Для целей исследований функциональную пробу с компрессией тканей сочетают с разными функциональными пробами, действующими на наполнение тканей, также регистрируя сигналы давления.

В исследованиях также включают в работу имитатор объемных изменений состояния тканей, с целью внесения маркирования в результирующем проявлении объемных изменений состояния тканей, объемных изменений преобразователя давление-объем. Работа имитатора 6, создающего объемные изменения преобразователя 7, осуществляется аналогично работе системы создания давления в компрессионно-объемнометрическом преобразователе 1. Она также проводится либо автоматически или в ручном режиме. По регистрациям идентифицируется и верифицируется проявление имитируемых изменений давления в воздушной полости преобразователя 7 давление-объем.

Завершив обследование, останавливают регистрирующую запись сигналов давления и возвращают давление в компрессионно-объемнометрическом преобразователе 1 и преобразователе 7 давление-объем в исходное состояние, сбросив в них давление. Данные с результатами регистрации запоминают в файловой системе запоминающего устройства компьютера для последующего анализа.

Анализ полученных в регистрации результатов проводят путем спектрального преобразования данных, зарегистрированных сигналов давления в воздушной полости компрессионно-объемнометрического преобразователя 1, относящихся к разным ступеням компрессионного давления на ткани, и в преобразователе 7 давление-объем. Спектры рассчитываются методом быстрого преобразования Фурье с использованием программного пакета Матлаб. За проявление периодических составляющих в спектрах процессов объемных изменений в тканях отвечают соответственно объемные изменения состояния тканей в сегменте конечности и объемные изменения в воздушной полости преобразователя 7 давление-объем, используемые при простых компрессионных воздействиях или в сочетании с функциональными пробами воздействия на организм.

Спектральные характеристики изменений давления, вызванных в процессе обследования объемными изменениями состояния тканей или имитатора объемных изменений тканей, позволяют объективно характеризовать состояние тканей по амплитудно-частотным соотношениям. Они отражают при разных уровнях уровнях компрессии вклад в общее объемное изменение состояния разных тканей, а также позволяют, с целью проверки, идентифицировать маркерное проявление имитируемых изменений объема. Например, в спектрах определяются пики и диапазоны изменения частот быстро- и медленноволновых процессов в тканях.

Применение способа иллюстрируется примерами 1-3 диагностических обследований пациента, с использованием функциональной пробы с компрессией тканей (пример 1), с использованием функциональной пробы с компрессией тканей и дополнительных функциональных проб (пример 2), с использованием функциональной пробы с компрессией тканей и воздействием имитирующих объемные изменения состояния тканей (пример 3).

Данные о пациенте.

Мужчина (Ст-в), возраст - 23 года, практически здоров, вес 79 кг, рост 174 см, нормотоник, физиологические показатели состояния в спокойном состоянии: пульс - 57 уд/мин, артериальное давление 130/80 мм рт.ст. (определены тонометром фирмы Омрон перед обследованием), частота дыхания 12/мин (0,2 Гц) - определена опытным способом, путем подсчета дыхательных экскурсий грудной клетки.

Конфигурация устройства для функциональных проб с компрессией тканей. В качестве компрессионно-объемнометрического преобразователя использована манжета «Eclipse, Pediatrtic, range 16-22 cm» (продукция фирмы SunTech). Ширина манжеты, определяющая ширину зоны компрессионного воздействия на ткани сегмента конечности - 11 см. В качестве преобразователя давление-объем использована стетоскопическая головка для прослушивания тонов Короткова (производства Петродворцового часового завода, Санкт-Петербург). В качестве блоков создания давления использованы ручные пневмонагнетатели с механизмом стравливания воздуха и клапаном сброса давления (производства Петродворцового часового завода, Санкт-Петербург). В качестве блока управления, регистрации, обработки и представления информации использован персональный компьютер (notebook IBM ThinkPad) со встроенным портом PCMCIA. В роли блока преобразования сигналов использовано производимое фирмой National Instruments устройство 16-разрядного аналого-цифрового преобразователя DAQCard-6036Е, установленное в порт PCMCIA компьютера, и соединяемый с ним соответствующим соединительным кабелем блок преобразования сигналов «SCB-68-pin Shielded». В качестве преобразователей давления использованы преобразователи давления MPX-5050DP (производство фирмы Motorolla). Электрические выводы преобразователей давления соединены с соответствующими входами блока SCB-68. Пневматические выводы манжеты, преобразователя давление-объем, преобразователей давления и блоков создания давления соединены пневматически в соответствии с блок схемой (фиг.1 и 2). Частота опроса сигналов - 100 Гц. Отображение регистрируемых сигналов давления проведено на экране монитора компьютера.

Для проведения функциональной пробы с компрессией тканей выбран ручной режим создания давления в воздушной полости компрессионно-объемнометрического преобразователя (манжеты), так как он предпочтителен для общих обследований и анализа состояний. Положение пациента во время регистрации сигналов давления - лежа на спине, мышцы тела расслаблены.

Для регистрации и наблюдения на экране монитора компьютера процессов с записью сигналов давления в воздушной полости компрессионно-объемнометрического преобразователя и преобразователя давление-объем использована программа регистрации сигналов «Measurement and Automation Explorer» (программный продукт фирмы National Instruments). Обработка данных, полученных при регистрациях, проведена средствами компьютерной программы MatLab 6.5.

Пример 1. Проявление (разделение) медленных и быстрых периодических волновых процессов состояния тканей при функциональных пробах с их компрессией.

Включив персональный компьютер, запускали программу регистрации сигналов «Measurement and Automation Explorer». Затем, используя ручной пневмонагнетатель с механизмом стравливания воздуха и клапаном сброса, в процессе записи давления, создавали в компрессионно-объемнометрическом преобразователе последовательную серию дозируемых по уровню и продолжительности ступеней компрессии. На экране монитора компьютера наблюдали соответствующие изменения сигнала давления. Последовательно устанавливали постоянные уровни 5±2, 10±2, 28±2 и 85±10 мм рт.ст. и на каждой ступени давления в течение не менее 3 мин регистрировали последующие изменения сигналов давления, вызванных объемными изменениями состояния тканей. Повышение давления создавало компрессирующее действие на разные ткани, в соответствии с их состоянием, и приводило к изменению их объемного наполнения. Объемные изменения тканей воспринимались компрессионно-объемнометрическим преобразователем (манжетой) в виде соответствующих изменений давления в его воздушной полости.

Зарегистрированные программой «Measurement and Automation Explorer» записи сигналов давления сохранялись в соответствующих файлах данных запоминающего устройства компьютера. Эти данные использованы в последующей обработке. После обследования останавливали программу регистрации сигналов и давление в манжете сбрасывали.

На фиг.5 приведены спектрограммы плотностей мощности (PSD) изменения сигналов давления в воздушной полости объемнометрического преобразователя на разных ступенях компрессии тканей. Они получены из данных, обработанных программой MatLab 6.5 по алгоритму быстрого преобразования Фурье, с разрешением 8192 точки. По осям У - оцифрованные отметки значений PSD, мм рт.ст.²/Гц, по осям Х - отметки частоты, Гц.

При всех заданных ступенях компрессии тканей в спектрах по разному проявляются пики высокочастотной (в диапазоне 0,85-1,0 Гц) и низкочастотных (0,05-0,4 Гц) составляющих, отражающих динамику объемных изменений в разных тканях и их вклад в совокупное объемное изменение. Очевидно, проявляемые полоса частот и пик в высокочастотной области связаны с пульсирующим характером переноса крови в кровеносных сосудах к тканям и вариабельностью частоты сердечных сокращений. Они соответствуют предварительно определенным в независимом электрокардиографическом исследовании частоте пульса 57 уд/мин и диапазону его изменения ±3 уд/мин. Низкочастотные же компоненты спектра являются проявлением медленных волновых процессов в тканях, связанных с модулирующим влиянием дыхательных волн, волн Траубе-Геринга-Майера и их гармоник на кровенаполнение разных сосудов, а также отражением и суперпозицией волн и другими физиологическими механизмами действия. В спектрах (фиг.5) отмечается, что с изменением компрессионного давления, при переходе от 6 до 30 мм рт.ст., имеется более мощное проявление низкочастотных спектральных составляющих процессов в тканях, по сравнению с высокочастотными. Это объясняется тем, что при давлении выше лимфатического (10 мм рт.ст.) нарушается лимфодренаж, перераспределение и обмен жидкостей в тканях и проявляются замедленные движения тканей, связанные с их сжатием и смещением относительно соседних тканей. При давлении 30 мм рт.ст. пережимаются венозные сосуды, которые вовлекаются в адаптирующуюся к новым условиям кровообращения реакцию. При 90 мм рт.ст. проявление медленноволновой части спектра подавляется, по сравнению с высокочастотным пиком. Вероятно это связано с превышением внешнего давления на ткани уровней давления внутри разных тканей и проявлением ответной реакции не полностью компрессированных тканей. В спектрах выделяется изменение абсолютных значений уровней пиков и соотношений между ними для низко- и высокочастотного участков спектра. Отмеченные при обследовании факты можно интерпретировать разным вкладом в общую ответную реакцию разных структур тканей и функциональных систем на компрессирующее давление и проявлением разных механизмов действия в ответной реакции. Однако важно отметить воспроизводимость проявления отмеченных тенденций при проведении функциональных проб с компрессией тканей в повторных обследованиях, также отражающих их реакцию.

Представленные результаты показывают, что в функциональной пробе с компрессией тканей принципиально регистрируются данные, объективно отражающие объемные изменения тканей. Эти данные характеризуются показателями частотных характеристик: частотами пиков, полосами частот, включающих эти пики, абсолютными значениями пиков и их соотношением при разных уровнях компрессии. И, наконец, путем создания разных уровней давления на ткани исключается проявление вклада тканей, внутреннее давление в которых меньше уровня создаваемого компрессионного давления.

Пример 2. На фиг.6 приведены сравнительные графические иллюстрации спектров, полученных из данных в функциональной пробе с компрессией тканей в сочетании с дополнительными функциональными пробами, влияющими на объемное состояние (наполнение) тканей. В качестве дополнительных функциональных проб использовались лимфодренирующий массаж и ортостатическая проба. Массаж проводился на предплечье руки, на плече которой затем осуществлялась функциональная проба с компрессией тканей. Ортостатическая проба проведена путем перевода обследуемого из положения лежа в вертикальное положение. Отметки на спектрограммах фиг.6 - по осям Х и Y - такие же, как и на фиг.5; Р_к - обозначение создаваемого на ткани компрессионного давления. Из анализа рассчитанных спектров видно, что при функциональной пробе с компрессией тканей, при разных уровнях компрессионного давления изменяются как амплитудные соотношения высоко- и низкочастотных составляющих, так и положение частот низкочастотных составляющих. Кроме того, отмечаются различия между спектрами фонового состояния (без дополнительных функциональных проб) и при дополнительных функциональных пробах. Они объясняются изменением состояния тканей и организма в результате соответственно массажа и ортостатической пробы. Так, после массажа при всех уровнях компрессионного давления наблюдается увеличение амплитуды гармоник в низкочастотной области спектра, что может свидетельствовать об улучшении функции лимфотока. Особо обращает на себя внимание существенное повышение амплитуды низкочастотной гармоники при внешней компрессии 90 мм рт.ст., что может быть связано с приростом объема в сосудистом русле низкого давления (венозной крови). В результате ортостатической нагрузки, при внешнем давлении в манжете 10 и 30 мм рт.ст., высокочастотная составляющая нивелирована, что соответствует общепринятым физиологическим представлениям о постуральных реакциях системы кровообращения. При этом структура спектра в области низких частот качественно не изменилась. При давлении в манжете 90 мм рт.ст. проявляется высокочастотная составляющая с одновременным снижением амплитуды низкочастотных гармоник. Это объясняется тем, что внешняя компрессия на ткани сравнима с уровнем давления в артериальном русле.

Пример 3. На фиг.7 приведены временные диаграммы сигналов давления в компрессионно-объемнометрическом преобразователе (верхняя диаграмма) и преобразователе давление-объем (нижний фрагмент). Они зарегистрированы при проведении функциональной пробы с компрессией тканей и созданием имитирующих изменений объема тканей, посредством преобразователя давление-объем. Оба фрагмента записей относятся к одному и тому же периоду времени регистрации сигналов в процессе создания компрессирующего давления на ткани плечевого сегмента конечности, при уровне компрессионного давления 80±2 мм рт.ст., в сидячем положении обследуемого. На диаграммах по осям Х - отметки времени, с, по осям Y - давление, мм рт.ст. В зарегистрированных изменениях давления в компрессионно-объемнометрическом преобразователе (верхняя диаграмма) видны наложения в смешанном сигнале - пульсирующего давления, которое связано с пульсациями кровеносных сосудов, а также независимой, искуссвенно созданной высокочастотной составляющей сигнала изменения давления в воздушной полости преобразователя давление-объем. Визуально выделяется также и низкочастотная модуляция. В изменениях давления в преобразователе давление-объем (нижняя диаграмма) содержатся также высокочастотные и низкочастотные составляющие. Однако они созданы искусственно и независимо от изменений давления в компрессионно-объемнометрическом преобразователе. В представленных на фиг.8 спектрах сигналов изменения давления в компрессионно-объемнометрическом преобразователе (верхняя спектрограмма), рассчитанных из данных, отражающих изменение соответствующих сигналов давления, стрелками отмечены пики высокочастотной составляющей, за который отвечают пульсации кровеносных сосудов (1,25-1,35)±0,02 Гц, и пики низкочастотных составляющих медленноволновых, модулирующих процессов в тканях (0,09±0,02 Гц и 0,27±0,02 Гц). Кроме того, в высокочастотной части спектра также присутствует комплекс с пиками в диапазоне (1,45-1,65)±0,02 Гц, которые связаны с искусственно созданными изменениями давления в преобразователе давление-объем. Этот диапазон также однозначно проявляется в спектре изменения давления в преобразователе давление-объем (нижняя спектрограмма, фиг.8). Однако в этом спектре не проявляется высокочастотных составляющих, за которые отвечают пульсации кровеносных сосудов, что полностью соответствует условиям проведения эксперимента с проявлением имитации объемных изменений состояния тканей.

Из описания примеров 1-3 функциональных проб с компрессией тканей очевидно, что в них регистрируются изменения давления, отражающие объемные изменения тканей, охваченных компрессионно-объемнометрическим преобразователем. За эти изменения отвечают происходящие внутренние и внешне проявляемые объемные изменения. В спектральном представлении проявляются волновые особенности процессов в высокочастотной и низкочастотной областях спектра. Их можно интерпретировать действием разных механизмов: смещающими движениями тканей, их вытеснением из-под манжетного пространства, перераспределением в наполнении жидкостных систем, упруго-вязкими взаимодействиями между соседними тканями и субстратами сосудистых систем и окружающих их тканей. Путем дозируемой компрессии исключается вклад объемных изменений одних тканей в общих объемных изменениях в тканях в подманжетном пространстве. Это позволяет целенаправленно проводить исследования состояния тканей, по значениям известных уровней давления в тканях, направленно исключая их влияние. Таким образом, функциональная проба с компрессией тканей представляет интерес для целей диагностических обследований их состояния, а также в обучении.

Кроме того, функциональная проба с компрессией тканей, а также с участием дополнительной функциональной пробы, а также с имитацией изменений состояния тканей обеспечивает воспроизводимое провоцируемое проявление в тканях объемных изменений, при обработке данных, отражающих при этом которые, выделяется участие и вклад ответственных тканей, относящихся к функциональным системам с разным уровнем внутритканевого давления, или имитирующих объемных изменений. Реализация функциональной пробы с компрессией тканей обеспечивает верификацию регистрируемых проявлений объемных изменений тканей путем создания имитирующих изменений их состояния маркирующим по амплитуде и частоте воздействиями на компрессионно-объемнометрический преобразователь.

Изобретение относится к медицине и медицинской технике, точнее к способам и устройствам для инструментальных исследований, проводимых на тканях организма. Создают дозируемые по уровню и продолжительности ступени компрессионного давления, при которых из общего объемного изменения тканей исключают вклад объемных изменений структур тканей, давление в которых соответственно меньше уровня компрессионного давления. На каждой ступени регистрируют изменения давления, отражающие объемные изменения, рассчитывают по ним спектральные характеристики и представляют сравнительные отношения характеризующих их амплитудно-частотных показателей, соответствующие разным уровням компрессионного давления. Для этого используют устройство, включающее первый преобразователь давления и первый блок создания давления, связанные посредством блока преобразования электрических сигналов с блоком управления, регистрации, обработки и представления информации и пневматически соединенные с компрессионно-объемнометрическим преобразователем и выполненный с возможностью имитации объемных изменений состояния тканей имитатор объемных изменений состояния тканей, связанный через блок преобразователя электрических сигналов с блоком управления, регистрации, обработки и представления информации и состоящий из пневматически соединенных второго преобразователя давления, второго блока создания давления и преобразователя давление-объем. Изобретение расширяет объем средств для проведения функциональных проб с компрессией тканей. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Функциональная проба с компрессией тканей организма, провоцирующая объемные изменения в них передаваемым давлением от охватывающего сегмент конечности компрессионно-объемнометрического преобразователя, отличающаяся тем, что создают дозируемые по уровню и продолжительности ступени компрессионного давления, при которых из общего объемного изменения тканей исключается вклад объемных изменений структур тканей, давление в которых соответственно меньше уровня компрессионного давления, на каждой ступени регистрируют изменения давления, отражающие объемные изменения состояния тканей, рассчитывают по ним спектральные характеристики и представляют результатом функциональной пробы сравнительные отношения характеризующих их амплитудно-частотных показателей, соответствующих разным уровням компрессионного давления.

2. Функциональная проба по п.1, отличающаяся тем, что ее сочетают с функциональной пробой, влияющей на объемные изменения состояния тканей.

3. Функциональная проба по п.1, отличающаяся тем, что при компрессионных воздействиях на ткани имитируют маркирующими по амплитуде и частоте объемные изменения состояния тканей, независимо воздействуя на компрессионно-объемнометрический преобразователь.

4. Устройство для осуществления функциональной пробы по п.1, включающее первый преобразователь давления и первый блок создания давления, связанные посредством блока преобразования электрических сигналов с блоком управления, регистрации, обработки и представления информации и пневматически соединенные с компрессионно-объемнометрическим преобразователем, и выполненный с возможностью имитации объемных изменений состояния тканей имитатор объемных изменений состояния тканей, связанный через блок преобразователя электрических сигналов с блоком управления, регистрации, обработки и представления информации и состоящий из пневматически соединенных, второго преобразователя давления, второго блока создания давления и преобразователя давление-объем.

5. Устройство для осуществления функциональной пробы по п.4, отличающееся тем, что преобразователь давление-объем имеет снабженную пневматическим выводом внутреннюю герметично замкнутую воздушную полость, ограниченную корпусом и воспринимающей механические воздействия упругой мембраной.