Ультразвуковые методы определения газонасыщения биологических объектов. 

Известия ТРТУ

Юбилейный выпуск «НЕЛАКС-2003»

А.А. Мухортова, В.Н. Максимов

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОНАСЫЩЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.

При воздействии на организм человека повышенного давления происходит насыщение его крови и мягких тканей растворяющимся в них азотом (или при использовании искусственных дыхательных смесей каким-либо другим газом). [1]

При резком уменьшении давления растворимость газов снижается, и они начинают выделяться в виде газовых включений. Причем, этот эффект может наблюдаться как у водолазов, так и у летчиков и космонавтов, попадающих в зону разрежения (выходы в открытый космос, разгерметизация летательного аппарата и т.д.) [2].

Для диагностики декомпрессионных расстройств у космонавтов и водолазов в настоящее время широко используют методы ультразвуковой локации. Обнаружение газовых пузырьков в кровеносном русле основано на зондировании кровеносного сосуда выходного тракта правого желудочка с помощью импульсно-доплеровской локации. Разработан регистратор газовых пузырьков в крови человека, находящегося в скафандре и подверженного перепадам давления. Лоцирование осуществляется на одной частоте, и появление пузырьков приводит к резкому возрастанию амплитуды доплеровского сигнала.

Этот вопрос также актуален при анализе послеоперационных осложнений. Одним из самых частых осложнений при операции на открытом сердце является микроэмболия сосудов головного мозга.

Микротромбы и крошечные пузырьки воздуха, попадающие в кровь из рассеченных тканей и аппарата искусственного кровообращения, нарушают кровоток по мозговым артериям, вызывая необратимые повреждения тканей мозга. Обнаружить микроэмболы с помощью обычных методик ультразвукового сканирования, применяемых для мониторинга мозгового кровотока, практически невозможно - не хватает разрешающей способности датчиков.

Одно из решений этой проблемы предложили норвежские ученые из Национального госпиталя Осло ("Nando Times" 03.08.02). Разработанная ими система мониторинга мозгового кровотока во время кардиохирургических операций одновременно использует ультразвуковые колебания двух разных частот. Соответственно, от каждого инородного объекта, попадающего в кровь, регистрируются сразу два ответных сигнала - низко- и высокочастотный. Такая система обладает, как минимум, двумя существенными преимуществами по сравнению с традиционной. Во-первых, применение двухчастотного ультразвука повышает вероятность обнаружения микроэм-бола, а во-вторых, по соотношению амплитуды отраженных сигналов разных частот можно отличить газовый пузырек от микротромба и определить, что является причиной микроэмболии - хирургические ошибки или неправильная работа аппарата искусственного кровобращения.

Дополнительную информацию о количестве и размерах газовых пузырьков можно получить используя фазосвязанные многочастотные акустические сигналы, а также нелинейные эффекты, возникающие при резонансном взаимодействии акустических сигналов с пузырьками.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Утевский А.Ю., Луценко Д.Г., Утевская О.М., Луценко Е.Л. Книга для подводных пловцов. SCUBA - diving. Х.: Торсинг, 2001. 312 с.

2. Джонсон Д.А. Советы авиапассажирам: Соблюдение правил безопасности полета и спасене в аварийных ситуациях / Пер. с англ. М.: Транспорт, 1989. 304 с.