СПОСОБ ОЦЕНКИ РЕГИОНАРНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ, ТКАНЕВОЙ МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ И НАСЫЩЕНИЯ КРОВИ КИСЛОРОДОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ РЕГИОНАРНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ, ТКАНЕВОЙ МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ И НАСЫЩЕНИЯ КРОВИ КИСЛОРОДОМ Российский патент 2016 года по МПК A61B5/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской технике, и может быть использовано для неинвазивного (чрескожного) и интраоперационного (хирургического) определения параметров кровообращения и насыщения крови кислородом в различных областях медицины: в терапии, косметологии, дерматологии, травматологии, функциональной диагностике, кардиологии, нейрохирургии, сосудистой хирургии, урологии, гинекологии, травматологии, стоматологии, челюстно-лицевой хирургии, пластической хирургии, офтальмологии, реабилитации, спортивной медицине, физиологии, патофизиологии, фармакологии, восточной медицине.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В клинической практике для исследования тканевой микроциркуляции наиболее часто используются интравитальная микроскопия, лазерная доплеровская флоуметрия, радионуклидный клиренс-метод, транскутанное определение pO₂ и pCO₂, термографию. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, но ни один из них полностью не удовлетворяет клиницистов. Объектами исследования при этом обычно являются сосуды микроциркуляторного русла кожи, слизистых оболочек, сетчатки глаза. Возможности этих методов для оценки тканевой микроциркуляции внутренних органов, в том числе интраоперационно, ограничены.

Известны аппараты "Acuson-128XP" и HP-1500 для исследования кровотока периферических сосудов (Ультразвуковое комплексное исследование больных с аневризмой аорты // Ангиология и сосудистая хирургия. - 1996. - № 5. - С.46-58). В известных аппаратах используются ультразвуковые датчики с рабочей частотой 7,5 МГц.

Известен аппаратный комплекс "VASCULAB SP25A" (Сопоставление данных ультразвуковой доплерографии подкожных вен нижних конечностей и клинических проявлений варикозной болезни // Визуализация в клинике. - 1996. - Декабрь. № 9. - С.30-35). Для исследования гемодинамики подкожных сосудов в известном аппаратном комплексе используется ультразвуковой датчик с рабочей частотой 8 МГц в непрерывно-волновом доплеровском режиме. Угол наклона ультразвукового луча выдерживается в пределах 45-50°, что позволяет уменьшить погрешности в количественной оценке скорости движения крови.

Датчики вышеперечисленных аппаратов имеют рабочую частоту значительно меньше 20 МГц, что не позволяет получать четкий сигнал, несущий информацию о кровотоке единичного микрососуда с глубиной залегания до 8 мм. Кроме того, известные аппараты позволяют оценивать лишь величину скорости кровотока без определения направления его движения, что необходимо для ранней неинвазивной диагностики различных заболеваний, например пульпитов, стоматита и других.

Также к недостаткам данных приборов относится невозможность проведения обследования в полевых условиях и условиях мобильного госпиталя, т.к. эти приборы являются громоздкими стационарными устройствами, а перед проведением обследования необходима дополнительная длительная подготовка приборов с целью их размещения, подключения кабелей электродов и датчиков.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству для оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом является устройство для оценки регионарного кровообращения, содержащее прибор для измерения кровотока, включающий ультразвуковой доплеровский преобразователь с датчиком, включающим приемный и излучающий пьезоэлементы (RU, патент №2152173, кл. A61B 8/06, 1998 г.).

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к предложенному способу оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом является способ оценки регионарного кровообращения путем локации тканей ультразвуковым доплеровским датчиком, установленным в точке зондирования, и определение характеристик кровотока с помощью блока обработки данных (RU, патент №2152173, кл. A61B 8/06, 1998 г.).

Наиболее существенным недостатком известного устройства и способа оценки регионарного кровообращения является невозможность комплексного исследования системы кровообращения макро- и микрососудов одновременно с параметрами пульсоксиметра, а также отсутствие возможности комплексной оценки реакции всей системы кровообращения на различные психофизиологические и функциональные тесты.

Кроме того, недостатками известного устройства и способа являются:

1. Невозможность их использования для определения скоростных характеристик - линейных и объемных скоростей кровотока в тканях живого организма при оперативных вмешательствах, т.к. конструктивно датчики известного устройства не позволяют это сделать и их использовали только транскутанно (чрескожно), форма датчика не позволяла использовать их интраоперационно.

2. Отсутствие возможности выявления полезного сигнала при оперативных вмешательствах на фоне собственных шумов.

3. Невозможность одновременного измерения линейных, объемных скоростей кровотока, насыщения крови кислородом, частоту сердечных сокращений (ЧСС).

4. Невозможность дифференциации сигнала: артериолярного, венулярного, капиллярного, шунтирующего, лимфатического, что обычно ставит общую диагностику на более высокий уровень.

5. Невозможность определения насыщения крови кислородом, частоты пульса одновременно с данными по кровообращению.

6. Невозможность определения характеристик кровотока в единичном срезе и срезе ткани.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа и мобильного устройства для оценки кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом, позволяющих с высокой точностью контролировать линейные, объемные скорости кровотока, индексы резистивности, и пульсовой, доплерограмму, плетизмограмму, частоту сердечных сокращений (ЧСС).

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом, содержащее прибор для измерения кровотока, включающий ультразвуковой доплеровский преобразователь с датчиком, включающим приемный и излучающий пьезоэлементы, согласно изобретению, дополнительно снабжено прибором для пульсоксиметрии с датчиком и блоком для определения характеристик пульсоксиметра, датчик пульсоксиметра имеет два светодиода, один их которых излучает видимый свет красного спектра (600 нм), другой в инфракрасном спектре (940 нм); при этом прибор для измерения кровотока включает два электронно-программных блока для определения количественных характеристик в единичном сосуде и в срезе ткани: макро- и микрорежимов измерения, причем данные со всех блоков выводят на блок отображения данных, при этом форма и конструкция акустических головок датчиков прибора для измерения кровотока выполнены с учетом анатомических особенностей исследуемой области: хирургические, транскутанные, лапароскопические, с частотой 10, 20, 25, 30 МГц, удлиненные, Г-образные, при этом датчики снабжены титановым корпусом для обеспечения условий многократной стерилизации.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом согласно изобретению лапароскопические датчики могут быть использованы с троакарами 5 мм и 10 мм в диаметре.

Кроме того, длина акустических головок датчиков прибора для измерения кровотока может составлять 0,1÷250 мм, диаметр датчика составляет 1,5÷30 мм, а угол Г-образного датчика составляет 135° при радиусе 10 мм.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом путем локации тканей ультразвуковым доплеровским датчиком, установленным в точке зондирования и определения характеристик кровотока с помощью блока обработки данных, согласно изобретению ультразвуковой доплеровский преобразователь устанавливают или в проекцию единичного сосуда, или в проекцию или непосредственно на микроциркуляторный срез, при этом при работе с единичным сосудом используют программно-электронный блок «Макро», использующий при обсчете специальный фильтр, выделяющий сигнал с единичного сосуда, а при работе с микроциркуляторным срезом ткани используется программно-электронный блок «Микро», который работает на максимуме усиления, при этом на ухо или палец пациента дополнительно устанавливают датчик пульсоксиметра, причем от двух светодиодов датчика пульсоксиметра, один их которых излучает видимый свет красного спектра (600 нм), другой в инфракрасном спектре (940 нм), свет проходит через ткани к фотодетектору, при этом часть излучения поглощается кровью и мягкими тканями в зависимости от концентрации гемоглобина, причем количество поглощенного света каждой из длин волн зависит от степени оксигенации гемоглобина в тканях, при этом блок обработки данных пульсоксиметра выделяет из спектра поглощения пульсовой компонент крови, т.е. отделяет компонент артериальной крови от постоянного компонента венозной или капиллярной крови, при этом блок обработки доплеровского сигнала и блок обработки данных пульсоксиметра с помощью соединенного с ними блока визуализации отображают данные на экране.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в способе оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом согласно изобретению датчик 25 МГц транскутанный удлиненный (цилиндрический, длина головки 30±2 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм) могут использовать при абдоминальных операциях, а датчики 10 МГц хирургический (цилиндрический, длина головки не менее 100±5 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм), 20 МГц хирургический изогнутый (цилиндрический, длина головки 100±5 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм), 25 МГц хирургический (цилиндрический, длина головки 100±5 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм) могут быть использованы при нейрохирургических операциях.

Датчик 20 МГц лапароскопический (цилиндрический, длина головки не менее 250±5 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм) применяют при лапароскопических операциях. Кроме того, датчик 25 МГ Г-образный (завальцованный - скругленная рабочая часть головки) используют для оценки раздражающего действия веществ на сосудах хориоаллантоисной оболочки (ХАО) куриного эмбриона.

Устройство для оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом является универсальным диагностическим прибором и может использоваться как в условиях клиники, так и в полевых условиях, у космонавтов непосредственно после посадки, в условиях герметичных замкнутых объектов, при повышенном давлении в барокомплексах.

Устройство и способ для оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом имеют большое научное и клиническое значение и позволяют выявлять патологические изменения тканевой микроциркуляции на ранних стадиях развитии, актуальны при динамическом наблюдении за процессами восстановления в ходе лечения. Устройство и способ востребованы в научной практике при изучении механизмов сердечно-сосудистой системы при различных экстремальных воздействиях.

Такой комплексный подход позволяет оценить изменения, происходящие в системе кровообращения, еще на стадии функциональной дисфункции.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 изображено устройство для оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом.

Устройство для оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом содержит прибор для измерения кровотока (на чертеже не показан). Прибор включает ультразвуковой доплеровский преобразователь 1 с датчиком, включающим приемный и излучающий пьезоэлементы (на чертеже не показано); прибор для пульсоксиметрии с датчиком 2. Прибор для измерения кровотока включает два электронно-программных блока 3 и 4 для определения количественных характеристик в единичном сосуде и в срезе ткани: макро- и микрорежимов измерения. Данные с блоков 3 и 4 выводят на блок отображения данных 5 (блок обработки данных доплеровского сигнала).

Форма и конструкция акустических головок датчиков прибора для измерения кровотока выполнены с учетом анатомических особенностей исследуемой области: хирургические, транскутанные, лапароскопические, с частотой 10, 20, 25, 30 МГц, удлиненные, Г-образные, при этом датчики снабжены титановым корпусом для обеспечения возможности многократной стерилизации.

Прибор для пульсоксиметрии включает блок 6 для определения характеристик пульсоксиметра (блок обработки данных пульсоксиметра).

Датчик пульсоксиметра 2 имеет два светодиода (на чертеже не показано), один их которых излучает видимый свет красного спектра (600 нм), другой в инфракрасном спектре (940 нм). Все данные выведены на блок визуализации 7.

Способ оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом, реализуемый с помощью предложенного устройства для оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом, осуществляют следующим образом.

Ультразвуковой доплеровский преобразователь 1 с предварительно нанесенным на него гелем устанавливают или в проекцию единичного сосуда, или в проекцию или непосредственно на микроциркуляторный срез. При работе с единичным сосудом используют программно-электронный блок 3 «Макро», использующий при обсчете специальный фильтр, выделяющий сигнал с единичного сосуда. При работе с микроциркуляторным срезом ткани используется программно-электронный блок 4 «Микро», который работает на максимуме усиления. При обследовании на ухо или палец пациента дополнительно устанавливают датчик 2 пульсоксиметра, причем от двух светодиодов датчика пульсоксиметра, один их которых излучает видимый свет красного спектра (600 нм), другой в инфракрасном спектре (940 нм), свет проходит через ткани к фотодетектору. Часть излучения поглощается кровью и мягкими тканями в зависимости от концентрации гемоглобина, причем количество поглощенного света каждой из длин волн зависит от степени оксигенации гемоглобина в тканях. Блок 6 обработки данных пульсоксиметра выделяет из спектра поглощения пульсовой компонент крови, т.е. отделяет компонент артериальной крови от постоянного компонента венозной или капиллярной крови. При этом блок 5 обработки доплеровского сигнала и блок 6 обработки данных пульсоксиметра соединены с блоком 7 визуализации для отображения данных на экране.

Ультразвуковой доплеровский преобразователь 1 и датчик пульсоксиметра 2 подключены к устройству параллельно. Съем и обработка данных производится одновременно.

При абдоминальных операциях преимущественно используют датчик 25 МГц транскутанный удлиненный (цилиндрический, длина головки 30±2 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм).

Датчики 10 МГц хирургический (цилиндрический, длина головки не менее 100±5 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм), 20 МГц хирургический изогнутый (цилиндрический, длина головки 100±5 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм), 25 МГц хирургический (цилиндрический, длина головки 100±5 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм) могут быть использованы при нейрохирургических операциях.

Датчик 20 МГц лапароскопический (цилиндрический, длина головки не менее 250±5 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм) применяют при лапароскопических операциях. Кроме того, датчик 25 МГц Г-образный (завальцованный - скругленная рабочая часть головки) используют для оценки раздражающего действия веществ на сосудах хориоаллантоисной оболочки (ХАО) куриного эмбриона.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

Нейрохирургия

Возможность адекватной оценки различных звеньев мозгового кровотока и насыщения крови кислородом при нейрохирургических вмешательствах во многом предопределяет успех оперативного лечения в целом. С помощью данного устройства со встроенным пульсоксиметром можно проводить коррекцию плана и объема операции, изменять длительность отдельных манипуляций, регулировать степень тракционных воздействий на мозг и тем самым снижать вероятность интра- и послеоперационных осложнений, а также изучать возможность оценки кровотока в артериях и венах различного калибра коры, ствола головного мозга, в синусах, артериях черепных нервов хирургическими датчиками 10, 20, 25 МГц.

Пример 1.

Интраоперационные исследования с помощью предложенного устройства и способа проводились у 70 пациентов с опухолями и сосудистой патологией головного мозга с помощью специальных стерилизуемых датчиков 10, 20 и 25 МГц. Изучалась возможность оценки кровотока в артериях и венах различного калибра коры, ствола головного мозга, в синусах, артериях черепных нервов.

При исследовании крупных сосудов мозга - таких, например, как ветви СМА, адекватный результат достигался при использовании датчика 20 МГц и позволял оценить радикальность клипирования аневризмы, риск развития послеоперационного спазма.

При вмешательствах в области синусов головного мозга использование контактного датчика позволяет оценить наличие кровотока в участке синуса, вовлеченном в опухолевую ткань.

Исследование артерий и вен коры головного мозга можно проводить датчиком 20-25 МГц, что позволяет адекватно оценить скоростные параметры кровотока в сосудах наружным диаметром до 0,25 мм.

Изучался кровоток в сосудах малого диаметра коры головного мозга у больных с нейроэктодермальными опухолями различной гистоструктуры с помощью функциональных нагрузочных тестов.

Получены предварительные данные о наличии определенной связи между типом реакции кровотока на гипервентиляцию и гистологическим строением опухоли.

При операциях на опухолях хиазмально-селлярной области проводилась оценка кровотока в зрительном нерве и отработаны критерии, позволяющие спрогнозировать возможное нарушение кровообращения в нем.

Установлено, что устройство и способ оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом дают возможность оценки кровотока в сосудах ствола, черепных нервов, в том числе в месте их непосредственного выхода из ствола головного мозга (лицевые, блуждающие нервы). Таким образом, можно заключить, что данные устройство и способ могут использоваться при нейрохирургических операциях и обладают рядом возможностей для контроля кровотока в различных сосудах мозга и черепных нервов.

Пример 2.

Обследовано 12 больных с аденомами гипофиза и менингиомами бугорка турецкого седла - трое мужчин и девять женщин. Возраст больных от 42 до 69 лет. У пациентов имелось 4 менингиомы бугорка турецкого седла и 8 аденом гипофиза. Клиника представлена преимущественно зрительными и (для аденом) гормональными нарушениями различной степени выраженности.

Всем больным производилось оперативное вмешательство - бифронтальная трепанация, удаление опухоли. Лоцировались различные участки сагиттального синуса до и после вскрытия ТМО, а также в условиях гипервентиляции с помощью ультразвукового датчика 20 МГц. Проводился контроль кровотока по артериям зрительных нервов во время доступа к опухоли непосредственно после выделения зрительных нервов с помощью того же аппарата микродоплеровским датчиком 25 МГц.

Полученные данные: параметры линейной скорости кровотока по начальным отделам передней трети верхнего сагиттального синуса составляют 6±2,1 см/сек максимальная и 4±1,8 см/сек минимальная. По направлению к дистальным отделам синуса скоростные характеристики нарастают и на границе передней и средней трети составляют уже 18±6,6 см/сек максимальная и 9±4,4 см/сек минимальная.

При вскрытии ТМО (до момента отделения начала синуса от петушиного гребня) отмечалось падение скоростных показателей на 70-90% в начальных отделах синуса и от 20 до 50% на границе передней и средней трети.

Контроль кровотока по артериям зрительных нервов осуществлялся в момент доступа к опухоли под контролем зрения. Средняя скорость по артериям зрительных нервов составила 24,5±4,8 см/сек, PI - 0,67±0,11, RI - 0,49±0,07.

У оперированных пациентов отмечалась различная динамика зрительных функций: у трех пациентов имелось улучшение зрения (острота, поля) после операции, у трех - динамики не отмечалось и у двух больных имелось ухудшение зрения.

У обоих пациентов с последующим ухудшением зрения отмечался резко увеличенный пульсовой индекс (1,1 и 1,3 соответственно), а также, в несколько меньшей степени, увеличенный резистивный индекс (0,6 и 0,8 соответственно) при сохранности среднескоростных характеристик (21 и 24 см/сек).

Таким образом, можно предположить возможность интраоперационного прогнозирования состояния кровотока в зрительном нерве с дальнейшей коррекцией объема манипуляций в области зрительного нерва.

Применение в полостной и лапарскопической хирургии

Ультразвуковая доплерография совместно с пульсоксиметром может применяться в различных областях хирургии для определения микроциркуляторного кровотока, гемодинамики в магистральных сосудах различного диаметра. Возможные сферы применения:

- исследования, проводимые в кишечнике при операциях по поводу острой кишечной недостаточности: происходит определение показателей кровотока и насыщения крови кислородом после разущемления кишки при странгуляции, в краях резецированной кишки перед наложением анастомозаб, оценка жизнеспособности кишки при странгуляции и ущемлении грыж;

- в сосудистой хирургии: интраоперационная оценка кровообращения и оценка насыщения крови кислородом в сосудах непосредственно после реваскуляции;

- оценка кровоснабжения лоскутов и трансплантатов, в том числе применяемых при пластике пищевода, определения кровотока и насыщения крови кислородом в толстой кишке (низводимом отделе) при брюшно-анальной резекции.

Пример 3.

В настоящее время операции реваскуляризации миокарда (аортокоронарное шунтирование - АКШ) у больных с ишемической болезнью сердца стали традиционными методами лечения этого заболевания. Эффективность хирургического лечения ишемической болезни сердца (ИБС) определяется многими факторами - возраст пациента, наличие сопутствующих заболеваний (перенесенные инфаркты миокарда, аневризма ЛЖ (левый желудочек), артериальная гипертензия и т.д.), и, в первую очередь, распространенностью поражения коронарных артерий и микроциркуляторного русла миокарда. Учитывая это, ключевым вопросом в улучшении результатов хирургического лечения больных с ишемической болезнью сердца (ИБС) остается объективная оценка коронарного и миокардиального кровотока до основного этапа вмешательства и после реваскуляризирующей операции.

Внедрение в кардиохирургическую практику современных методов регистрации кровотока в коронарных артериях и оценки суммарного кровотока в микроциркуляторном русле миокарда позволяет по-новому взглянуть на эту проблему.

Цель: оценить возможность применения устройства высокочастотной ультразвуковой доплеровской флоуметрии для интраоперационного мониторинга и оценки кровотока по коронарным артериям и суммарного кровотока в микроциркуляторном звене миокарда.

Параметры, оцениваемые устройством:

Индексы:

Ri - индекс периферического сопротивления(индекс Пурселло). RI=(Vs-Vd)/Vs

Vs - максимальная систолическая скорость.

Vd - конечная диастолическая скорость.

ISD - систолодиастолический индекс (индекс Стюарта) отражает упругоэластические свойства сосудов. ISD=Vs/Vd/

Pi - индекс пульсации (индекс Гослинга) - отражает упругоэластические свойства артерий. Pi=(Vs-Vd)/Vm.

Линейные характеристики кровотока:

Vas - максимальная систолическая скорость по кривой средней скорости.

Vam - средняя скорость по кривой средней скорости.

Vd - максимальная диастолическая скорость по кривой средней скорости.

Объемные характеристики кровотока:

Qas - максимальная систолическая скорость по кривой средней скорости.

Этапы проведения исследования:

Исследования проводили интраоперационно с регистрацией всех вышеуказанных характеристик кровотока. Миокардиальный кровоток исследовали в области верхушки сердца на миокарде левого и правого желудочков.

Исследования проводили в соответствии с этапами операции. 1 этап - измеряли характеристики кровотока до искусственного кровообращения, а именно после перикардотомии стерильный ультразвуковой датчик с частотой ультразвуковых колебаний 20 МГц помещался хирургом под углом 60 градусов в проекции коронарной артерии. Датчик с частотой ультразвуковых колебаний 25 МГц помещался непосредственно на миокард в области верхушки сердца. 2 этап - во время кардиоплегии непосредственно в миокарде - датчик с рабочей частотой 25 МГц. 3 этап - после выполнения анастомозов и пуска кровотока оценивали линейные и объемные характеристики кровотока в миокарде, по шунту, в области дистальных анастомозов и коронарных артериях дистальнее шунта.

На всех этапах операции определяли особенности кровотока по передней межжелудочковой ветви (ПМЖВ), правой коронарной артерии (ПКА) и огибающей ветви (ОВ). Критерием отбора больных для проведения исследования явилось наличие поражения этих артерий.

Для каждой артерии выбирались датчики с определенной рабочей частотой: ПМЖВ, ОВ, ПКА - 10 МГц; в дистальных отделах ПМЖВ - 20 МГЦ; непосредственно на миокарде - 25 МГц.

Все измерения осуществляли в положении лежа на спине при постоянной температуре и влажности воздуха. Всем пациентам в режиме «on line» измерялись цифры артериолярного давления и пульса.

Характеристика клинических наблюдений

В исследование был включен 21 пациент обоего пола. Все пациенты были с ишемической болезнью сердца (ИБС) и стенокардией 3-4 ФК. Для оценки эффективности метода пациенты были разделены на 3 группы: группа I - нормотермическое ИК (искусственное кровообращение) с нормотермической кровяной кардмиоплегией; группа II - гипотермическое ИК с кардиоплегией Кустодиолом; группа III - операции без ИК. Всем больным для контроля проводили ЭХОКГ в до- и послеоперационных периодах. Все исследования проводились во время операции аортокоронарного шунтирования (АКШ).

Результаты исследования

Особенности коронарного кровотока при выполнении операции у пациентов I группы

При анализе пациентов I группы в начале операции суммарный показатель ЛСК по ПМЖВ, ДВ, ПКА, ЗМЖВ и в миокарде снижался с 46±5 см/с до 39±2 см/с к началу ИК (p>0,05). На этапе выполнения дистальных анастомозов не отмечено достоверного снижения показателей ЛСК в сравнении с началом НИК (p>0,05). После удаления зажима с аорты отмечено быстрое увеличение ЛСК в бассейнах ЛКА и ПКА до 62±4 см/с в сравнении с этапом выполнения дистальных анастомозов (p<0,05), ЛСК оставался на этом уровне до окончания операции, что связано с восстановлением адекватного коронарного кровотока.

Аналогичная картина прослеживалась и при анализе тканевой микроциркуляции миокарда в проекции ПМЖВ и ПКА в начале и в конце операции с физиологическим снижением средних скоростей кровотока. Так в начале операции суммарные показатели скорости снижались с 43±3 см/с до 36±4 см/с к началу ИК (p>0,005). На этапе выполнения дистальных анастомозов также не отмечено достоверного снижения скоростей в сравнении с началом НИК (p>0,05). После удаления зажима с аорты отмечено быстрое увеличение скоростей в бассейнах ПМЖВ и ПКА до 50±6 см/с в сравнении с этапом выполнения дистальных анастомозов (p<0,05), который оставался на этом уровне до окончания операции.

Анализ исследования ЛСК и тканевой микроциркуляции ЛЖ (левый желудочек) и ПЖ (правый желудочек) в группе I показал факт равномерного кровоснабжения ПМЖВ, ПКА, миокарда ЛЖ и ПЖ в течение всей операции. Это связано с перфузией коронарного русла нормотермической оксигенированной кровяной кардиоплегической смесью на этапе пережатия аорты при минимальных потребностях в кислороде и энергосубстратах на фоне асистолии.

Особенности коронарного кровотока при выполнении операции у пациентов II группы

При анализе пациентов II группы отмечено снижение показателей ЛСК с 45±5 см/с до 0 на этапе пережатия аорты, что соответствует периоду ишемии миокарда (p<0,05). Удаление зажима с аорты вело к восстановлению ЛСК в бассейнах ЛКА и ПКА до 59±7 см/с, который оставался на этом уровне до окончания операции.

При анализе тканевой микроциркуляции отмечено падение средних скоростей кровотока в миокарде с 41±4 см/с до 0 к началу этапа выполнения дистальных анастомозов (p<0,05) с последующим быстрым подъемом до 47±6 см/с после удаления зажима с аорты.

Полное прекращение коронарного кровотока на этапе пережатия аорты в группе III, быстрое увеличение линейных, объемных характеристик коронарного кровотока, а также увеличение перфузии микроциркуляторного звена миокарда после шунтирования и пуска кровотока обуславливало реперфузионные повреждения при переходе от анаэробного к аэробному метаболизму и от гипо- к нормотермическому кровообращению.

Особенности коронарного кровотока при выполнении операции у пациентов III группы.

Исследование пациентов III группы показало, что в начале операции суммарный показатель ЛСК по ПМЖВ, ДВ, ПКА, ЗМЖВ и в миокарде снижался с 48±4 см/с до 41±2 см/с к этапу выполнения дистальных анастомозов, что связано с использованием устройств для стабилизации миокарда (p>0.05). На этапе выполнения дистальных анастомозов не отмечено достоверного снижения показателей ЛСК в сравнении с началом операции. После восстановления адекватного коронарного кровотока отмечено быстрое в сравнении с этапом выполнения дистальных анастомозов увеличение ЛСК в бассейнах ЛКА и ПКА до 63±5 см/с (p<0,05), который оставался на этом уровне до окончания операции.

Аналогичная картина прослеживалась при анализе тканевой микроциркуляции миокарда в начале и в конце операции с физиологическим снижением средних скоростей кровотока. Так, в начале операции суммарный показатель скорости снижался с 44±3 см/с до 39±2 см/с к этапу выполнения дистальных анастомозов (p>0,005). В сравнении с этапом выполнения дистальных анастомозов после его завершения отмечено значимое увеличение скоростей в бассейнах ЛКА и ПКА до 53±4 см/с (p<0,05), которые оставались на этом уровне до окончания операции.

Характер тканевой микроциркуляции в группе III был благоприятным при шунтировании бассейна ПКА и ПМЖВ. При шунтировании ЗБВ и ВТК отмечено значительное снижение линейных и объемных характеристик кровотока, приводящих к нарушению тканевой микроциркуляции на фоне повышенных потребностей в кислороде и энергосубстратах. Это связано со значительным нарушением внутрисердечной гемодинамики при вывихивании сердца и обеспечении доступа к коронарным артериям на его заднебоковой поверхности.

Проведенный ВУДФ мониторинг коронарного кровотока во время операций на сердце показал, что важным этапом операции являлась постановка аортальной канюли. При неосложненной канюляции восходящей аорты микроэмболия не регистрировалась. Увеличение продолжительности манипуляций с аортой приводило к микроэмболии в бассейнах ЛКА и ПКА. Начало ИК всегда сопровождалось изменением скоростей кровотока и снижением перфузии микроциркуляторного русла миокарда. Однако во всех случаях средняя линейная скорость кровотока была больше своего критического значения (20 см/с). Вероятно, сохранение ауторегуляции коронарного кровотока позволяет компенсировать кратковременные эпизоды снижения артериолярного давления.

Полное искусственное кровообращение значительно меняло форму доплерограммы - кровоток принимал «непульсирующий» синусоидный характер. На этапе пережатия аорты коронарный кровоток в группе II отсутствовал. После восстановления сердечной деятельности и пуска кровотока значения ЛСК и микроциркуляция миокарда восстанавливались до исходных значений. Однако в первой группе наблюдалось большее снижение показателей миокардиальной тканевой микроциркуляции в бассейне пораженной артерии.

Достоверно высокие линейные, объемные характеристики коронарного кровотока и кровотока по шунтам, а также достоверное увеличение перфузии микроциркуляторного звена миокарда во время выполнения дистальных анастомозов отмечено в группах I и III в сравнении с группой II. При этом группы I и III незначительно отличались между собой. В группе I кардиоплегическая смесь, а в группе III кровь равномерно поступали как в ЛЖ, так и ПЖ через систему ПМЖВ, ОВ и ПКА на протяжении всей операции, что исключало период ишемии миокарда.

Проведенный ВУДФ мониторинг скорости кровотока по коронарным артериям и перфузии миокарда во время операций на сердце в условиях ИК показал, что во время проведения гипотермического ИК отмечалась стойкая тенденция к снижению скоростей кровотока и перфузии микроциркуляторного звена, изменялся ее пульсирующий характер на синусоидальный. Причем изменения в большей степени затрагивали гипотермическую перфузию, в меньшей степени они возникали на фоне нормотермического ИК и меньше всего изменялись при операциях без ИК. Метод позволил не только оценить характеристики коронарного кровотока, но и адекватность восстановления перфузии по микроциркуляторному звену коронарного русла после реваскуляризации миокарда. Проведенное исследование показало, что поражение коронарного русла приводит к асимметрии кровотока в ЛЖ и ПЖ, снижению ЛСК в бассейне пораженной артерии и компенсаторному повышению ЛСК в бассейне непораженной артерии. Те же закономерности отмечаются и в микроциркуляторном звене коронарного русла. Данная закономерность зафиксирована во всех исследуемых группах.

Для иллюстративности мы взяли отношения скорости суммарного микроциркуляторного кровотока в миокарде желудочков (миокард левого желудочка/ миокард правого желудочка - ЛЖ/ПЖ). Так, было отмечено равномерное распределение нормотермического кардиоплегического раствора на основе крови между миокардом левого и правого желудочка сердца, что подтверждалось показателями, снятыми во время операции - ЛЖ/ПЖ=1. При фармакохолодой кардиоплегии эти показатели составляли ЛЖ/ПЖ=1,25 (p<0,02).

Одним из следствий длительной перфузии сердца является развитие станинга миокарда, проявляющегося повышением средней линейной скорости кровотока более чем на два среднеквадратических отклонения по сравнению с исходными данными в сочетании со снижением периферического сопротивления. В наших наблюдениях синдром станинга миокарда у больных отмечен не был, что было подтверждено ЧПЭХО-КГ до операции и на операционном столе после восстановления сердечной деятельности и пуска кровотока. Это говорит об эффективности всех анализируемых методов несмотря на наличие периода ишемии и реперфузионных повреждений в группе II.

Таким образом, данное устройство в интраоперационной оценке коронарного и миокардиального кровотока является наглядным и высокоинформативным методом.

Возможность применения в гигиене, токсикологии и санитарии

Для токсикологических исследований и испытаний парфюмерно-косметических (ПК) испытаний продукции, средств гигиены полости рта, а также сырья для их производства, в том числе полученных с применением нанотехнологий или содержащих наноматериалы, используется датчик 25 МГц Г-образный (завальцованный - скругленная рабочая часть головки).

С помощью данного устройства проводится количественная оценка скорости кровотока при возникновении раздражающего действия.

Пример 4.

Яйцо помещают на фиксирующую поставку тупым концом вверх и вскрывают воздушную камеру. От скорлупы освобождают всю воздушную камеру, после чего поверхность подскорлуповой оболочки смачивают физиологическим раствором и полностью ее удаляют так, чтобы не повредить ХАО. На ХАО наслаивают 400 мм физиологического раствора (для предотвращения высыхания). Яйцо помещают в термостат на 20 мин для снятия травматического шока. (Если происходит повреждение ХАО или возникают кровотечения, то яйцо отбраковывается).

Выбрав кровеносный сосуд на поверхности ХАО, датчик располагают так, чтобы он находился под углом 60° к исследуемому сосуду, добиваясь при этом слабых по амплитуде пульсаций без острых пиков (медленно меняющаяся волна) доплерограмм, отображающихся на мониторе устройства.

После измерения скорости кровотока в выбранном сосуде на 0 минуте проводится наслаивание экстракта из исследуемого образца в количестве 400 мм³. Нулевая минута соответствует интактному состоянию сосудов ХАО эмбриона. Через 80 сек оценивается изменение скорости кровотока сосудов ХАО под влиянием исследуемого образца.

Анализируется не менее 10 эмбрионов для испытания одного образца.

Программное обеспечение, разработанное для устройства, автоматически проводит анализ доплерограмм, вычисляя линейную скорость кровотока (параметр V_S, см/сек). Программное обеспечение позволяет выделять микросрезы ткани, наполненные артериальным, венулярным, капиллярным и шунтирующим кровотоком. Введена гистограмма: 4 столбца отображает % частиц, который движутся с соответствующей скоростью по возрастающей. Введен расчет коэффициента K - % капиллярного кровотока в данном срезе ткани, для осуществления расчета поставлен дополнительный фильтр, который отсекает все скорости более 0,1 см/с.

Четырехканальность устройства позволяет одновременно снимать сигналы микро- и макросигнал в режиме реального времени с 4 точек.

Сочетание электронной, программно-аппаратной и механической конструкции датчиков с учетом дополнительной фильтрации позволяет достичь измерения низких скоростей от 0,001 см/с.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Таким образом, использование предложенных устройства для оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом и способа оценки регионарного кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом позволяет с высокой точностью контролировать линейные, объемные скорости кровотока, индексы резистивности и пульсовой, доплерограмму, плетизмограмму, частоту сердечных сокращений (ЧСС).

Группа изобретений относится к медицине и может быть использовано для неинвазивного и интраоперационного определения параметров кровообращения и насыщения крови кислородом. Группа изобретений позволяет проводить оценку кровообращения, тканевой микроциркуляции и насыщения крови кислородом для контроля и коррекции фармакологического, физиотерапевтического и хирургического лечения в реальном режиме времени. В заявленном способе одновременно определяют качественные и количественные характеристики кровотока с микроциркуляторного среза ткани в точке зондирования ультразвуковыми доплеровскими индикаторами кровотока, включающими акустические головки, с непрерывным режимом излучения частотой от 20 МГц. Одновременно определяют насыщение крови кислородом с помощью датчика пульсоксиметра, который устанавливают на область зондирования, и по анализу полученных данных насыщения крови кислородом и характеристик кровотока в единичном сосуде и микроциркуляторном срезе ткани производят оценку тканевой микроциркуляции, регионарного кровообращения для последующей диагностики скринингового контроля и коррекции фармакологического, физиотерапевтического и хирургического лечения в реальном режиме времени. При этом ультразвуковой доплеровский индикатор снабжен титановым корпусом для обеспечения условий многократной стерилизации. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ оценки микроциркуляции крови, включающий определение характеристик кровотока единичного сосуда в точке зондирования, отличающийся тем, что одновременно с указанным определением характеристик кровотока единичного сосуда определяют характеристики кровотока с микроциркуляторного среза ткани в точках зондирования ультразвуковыми доплеровскими индикаторами кровотока с непрерывным режимом излучения и по анализу качественных и количественных характеристик кровотока в единичном сосуде и микроциркуляторном срезе ткани производят диагностику, скрининговый контроль и коррекцию лечения в реальном режиме времени.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при определении качественных характеристик микроциркуляторного среза выделяют артериолярный, венулярный, капиллярный и шунтирующий кровоток.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при определении количественных характеристик микроциркуляторного среза рассчитывают процентную составляющую капиллярного кровотока в данном срезе ткани.

4. Устройство для реализации способа по п. 1, состоящее из ультразвукового доплеровского индикатора, включающего приемный и излучающий пьезоэлементы, выполненные в виде акустической головки, включенной в корпус индикатора, выполненного из титана, обеспечивающей непрерывный режим излучения, причем форму и частоту акустических головок индикатора выбирают в зависимости от анатомических особенностей исследуемого объекта; также в устройство включен программно-электронный блок, обеспечивающий обработку полученного доплеровского сигнала в режиме для единичного сосуда и микроциркуляторного среза, и блок визуализации количественных и качественных характеристик кровотока.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что акустическая головка индикатора, указанного выше, с частотой излучения 25 МГц выполнена удлиненной, имеет длину не менее 30±2 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм, применяют при абдоминальных операциях для анализа качественных и количественных характеристик кровотока в единичном сосуде и микроциркуляторном срезе ткани.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что акустическая головка индикатора, указанного выше, с частотой излучения 10 МГц для хирургии имеет длину не менее 100±5 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм, применяют для анализа качественных и количественных характеристик кровотока в единичном сосуде.

7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что акустическая головка индикатора, указанного выше, с частотой излучения 20 МГц для хирургии выполнена изогнутой, имеет длину не менее 100±5 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм, применяют для анализа качественных и количественных характеристик кровотока в единичном сосуде и микроциркуляторном срезе ткани.

8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что акустическая головка индикатора, указанного выше, с частотой излучения 25 МГц для хирургии имеет длину не менее 100±5 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм, применяют для анализа качественных и количественных характеристик кровотока в единичном сосуде и микроциркуляторном срезе ткани.

9. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что акустическая головка индикатора, указанного выше, с частотой излучения 20 МГц для лапароскопических операций имеет длину не менее 250±5 мм, рабочий диаметр 1,5±0,2 мм, может быть использована с троакарами 5 мм и 10 мм в диаметре, применяют для анализа качественных и количественных характеристик кровотока в единичном сосуде и микроциркуляторном срезе ткани.

10. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что акустическая головка индикатора, указанного выше, с частотой излучения 25 МГц выполнена Г-образной, имеет рабочий диаметр 1,5÷30 мм, угол составляет 135° при радиусе скругления 10 мм, также имеет скругленную рабочую часть, применяют для оценки раздражающего действия веществ на кровообращение куриного эмбриона, для анализа качественных и количественных характеристик кровотока в единичном сосуде и микроциркуляторном срезе ткани.