ГИНЕКОЛОГИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ОКСИГЕНАЦИИ КРОВИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к медицине, в частности онкогинекологии и может быть использована для измерения оксигинации крови при радиомодификации в комплексном лечении рака шейки матки.
Основным способом лечения рака шейки матки (РШМ) в 90% процентах случаев является лучевая терапия. У 75% больных лучевая терапия применяется в качестве самостоятельного и единственного способа лечения, поэтому повышение эффективности лечения больных РШМ, в первую очередь, связывается с совершенствованием именно лучевых способов лечения. Одним из наиболее перспективных направлений повышения эффективности лучевой терапии в лечении РШМ является радиомодификация чувствительности опухоли. (Панкратов В.А., Андреев В.Г., Гулибов И.А. и др. Химиолучевая терапия в сочетании с физическими способами радоимодификации у больных с местно-расположенным раком ротоглотки // Вопр. Онкол. - 2006. - Т.52 - С.200-202.; Ярмоленко С.П., Вайсон А.А. Клиническая радиобиология. // М. - «Медицина». - 2004. - 317 с.)
Для большинства больных РШМ характерна значительная распространенность опухоли, а ухудшающееся кровоснабжение опухоли и нарастающая в связи с кровотечением анемия являются причинами тяжелой гипоксии опухоли у большинства больных. Обмен веществ в раковых клетках идет почти без доступа кислорода. Они получают энергию в процессе анаэробного гликолиза, который характерен для бактерий. Именно это отличие от остальных клеток организма является уязвимым местом этих клеток. Опухоль, находящаяся в состоянии гипоксии, в 2-3 раза менее чувствительна к облучению. Соответственно в условиях высокого содержания кислорода опухоль становится наиболее уязвимой для действия лучевой терапии и химиопрепаратов.
Кислородный эффект (КЭ), при котором наблюдается усиление лучевого поражения при повышении концентрации кислорода, был обнаружен по различным показателям лучевого поражения как в модельных системах, так и в экспериментах на всех уровнях биологической организации. Наиболее общепринятой признана точка зрения о роли электроноакдепторных свойств молекулы кислорода, являющейся бирадикалом. Вследствие этого кислород активно взаимодействует с образующимися при действии излучений радикалами биологических молекул, и, как бы фиксируя возникшие в них потенциальные повреждения, делает их труднодоступными или недоступными для репарации (способность клеток исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК).
Представления о возникновении потенциальных скрытых повреждений сформировались к концу 50-х годов, согласно которым в макромолекулах при их ионизации возникают скрытые повреждения, которые в отсутствие кислорода сами по себе еще не ведут к потере активности, однако, будучи фиксированы кислородом, переходят в явные повреждения.
Участие кислорода в реализации возникающих под влиянием облучения потенциальных повреждений в клетках происходит в момент их становления. Наиболее четко это продемонстрировано (1958) в экспериментах с использованием метода сверхбыстрого смешивания и импульсного облучения. Предварительно было установлено, что добавление кислорода к бактериям, находящимся в условиях аноксии, за 20 мс до облучения обеспечивало полную оксигенацию, и соответственно, усиливало их поражение. Доставка же кислорода через 5-10 мс после импульсного облучения (длительность импульса 7 мс) уже не модифицировала эффекта, наблюдавшегося в аноксии. Подтверждение этому получено и после усовершенствования методики эксперимента: оказалось, что усиление эффекта становится несущественным даже при добавлении кислорода через 2 мс после облучения.
Аналогичные данные о временных факторах проявления КЭ получены на клетках млекопитающих. В конце 70-х годов было показано, что при подведении кислорода к фибробластам китайского хомячка всего через 0,3 мс после облучения коэффициент кислородного усиления (ККУ) уменьшается с 2,6 (в случае присутствия кислорода в момент облучения) до 1,5. Если же кислород подводили спустя 5 мс после облучения, то ККУ снижался до 1,1. Для получения максимальной сенсибилизации в этих экспериментах кислород надо было подавать в камеру за 1-2 мс до начала облучения. По-видимому, это время было необходимым для того, чтобы кислород мог продиффундировать к «критическим» внутриклеточным структурам.
Согласно данным других исследователей, для достижения полной сенсибилизации клеток млекопитающих кислород должен подводиться еще раньше - не позднее чем за 40 мс до облучения. Подача кислорода за 3-5 мс увеличивает радиочувствительность клеток не более чем в 1,7 раза.
Таким образом, практически сенсибилизирующее действие кислорода при облучении животных клеток может проявиться только тогда, когда он присутствует непосредственно в момент облучения.
(Ярмоленко С.П., Радиобиология человека и животных // Издание 3-е. - М. - «Высшая школа». - 1988. - 424 с.)
Введенный в организм человека озон распадается на молекулярный и атомарный кислород, который, проникая в опухоль, значительно увеличивает ее чувствительность к воздействию лучевой терапии.
1
3
1
2
1
r
1
2
r
2
r
Известен способ неинвазивного измерения насыщения крови кислородом RU 2173082 C1 A61B 5/00, A61B 5/145, опубл. 10.09.2001, основанный на определении коэффициента отражения оптического излучения, включающий облучение участков кожи и биоткани монохроматическими излучениями с длинами волн λ=650±30 нм; λ=830±80 нм, фоторегистрацию сигнала, рассеянного биотканью, с помощью двух каналов, работающих в полосах λ и λ соответственно, при котором после фоторегистрации по первому каналу производят селекцию доплеровского сигнала в полосе f=2nvλ, а по второму - в полосе f=2nvλ, где v - значение скорости движения эритроцитов в исследуемом отделе системы микроциркуляции, n - оптический показатель преломления среды, производят амплитудное детектирование доплеровских сигналов, выделяют переменную (пульсовую или дыхательную) и постоянную части сигнала по первому и второму каналам, производят нормировку переменной к постоянной составляющей сигнала по каждому из каналов, после чего из сигнала второго канала выделяют часть, синфазную с сигналом первого канала, и вычисляют отношение сигнала первого канала с выделенной частью сигнала второго канала.
Недостатком этого способа является сложность аппаратной и программной реализации определения потребления кислорода тканью и селекции различных отделов системы микроциркуляции.
Прототипом заявляемой полезной модели является пульсовой оксиметр RU 2194445 C2 A61B 5/145, A61B 5/02, опубл. 20.12.2002, содержащий источник излучения в красном диапазоне излучения, подключенный к первому источнику тока, источник излучения в инфракрасном диапазоне излучения, подключенный к второму источнику тока, фотоприемник, выполненный в виде фотодиода, и преобразователь ток-напряжение, подключенный к фотоприемнику, усилитель напряжения с логарифмической характеристикой преобразования, вход которого соединен с выходом преобразователя ток-напряжение, последовательно соединенные первый синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя напряжения с логарифмической характеристикой преобразования, первый фильтр верхних частот и первый усилитель напряжения переменного тока, последовательно соединенные второй синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя напряжения с логарифмической характеристикой преобразования, второй фильтр верхних частот и второй усилитель напряжения переменного тока, а также формирователь противофазных импульсов частотой 200-2000 Гц, первый выход которого подключен к управляющему входу первого синхронного детектора, а второй выход - к управляющему входу второго синхронного детектора, и подключенный своим выходом к индикатору и своими первым и вторым входами - к выходам соответственно первого и второго усилителей напряжения переменного тока блока вычисления функции
,
где S - коэффициент сатурации;
и  - коэффициенты экстинкции восстановленного гемоглобина на длинах волн излучения соответственно в красном и инфракрасном диапазонах излучения;
,  и  - двойные амплитуды переменного напряжения на выходах соответственно первого и второго усилителей напряжения переменного тока;
и  - коэффициент экстинкции оксигемоглобина на длинах волн соответственно в красном и инфракрасном диапазонах излучения, отличающийся тем, что он дополнительно содержит формирователь опорных напряжений с регуляторами "Амплитуда токов", "Баланс токов" и "α", а также регулируемый источник переменного напряжения частотой 1-2 Гц и коммутатор, при этом первый и второй выходы формирователя опорного напряжения подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя противофазных импульсов частотой 200-2000 Гц, первый и второй выходы коммутатора подключены к управляющим входам соответственно первого источника тока и второго источника тока, выход регулируемого источника переменного напряжения частотой 1-2 Гц подключен к входу "α" формирователя опорных напряжений, упомянутый блок вычисления функции выполнен в виде последовательно соединенных мультиплексора, аналого-цифрового преобразователя и микропроцессора, при этом первый и второй входы мультиплексора являются соответственно первым и вторым входами упомянутого блока вычисления функции, третий и четвертый входы мультиплексора соединены с выходами первого и второго синхронных детекторов соответственно, управляющие входы аналого-цифрового преобразователя и мультиплексора соединены соответственно с первым и вторым управляющими выходами микропроцессора.
Недостатком представленного прототипа является неудобство его применения при радиомодификации в комплексном лечении плоскоклеточного рака шейки матки.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в улучшении конструкции прибора измерения насыщения крови кислородом, способной измерять насыщение крови кислородом пораженной раком шейки матки при радиомодификации в комплексном лечении рака шейки матки.
Технический результат (вариант 1) достигается тем, что в гинекологическом измерителе оксигенации крови, содержащем датчик насыщения кислородом, состоящий из направленных друг к другу источников излучения в красном и инфракрасном диапазоне и фотоприемника, сигнал которого пропорционален абсорбции света, проходящего через ткани, новым является то, что на дистальных концах бранш медицинского хирургического зажима размещены источники излучения и фотоприемник, при этом питающие и сигнальные провода выведены с проксимальных концов бранш.
Элементы датчика закреплены на дистальных концах бранш, один из которых представляет собой источники излучения в красном и инфракрасном диапазоне излучения, выполненные на одной подложке с пересечением оптических осей излучения, а другой фотоприемник в виде кремниевого фотодиода. Медицинский хирургический зажим выполнен из медицинской пластмассы, при этом дистальные концы бранш имеют закругления.
Технический результат (вариант 2) достигается тем, что в гинекологическом измерителе оксигенации крови, содержащем датчик насыщения кислородом, состоящий из направленных друг к другу источников излучения в красном и инфракрасном диапазоне и фотоприемника, сигнал которого пропорционален абсорбции света, проходящего через ткани, новым является то, что на дистальных концах бранш медицинского хирургического зажима размещены источники излучения и фотоприемник, при этом бранши выполнены полыми, а питающие и сигнальные провода выведены через эти полости с их проксимальных концов.
Элементы датчика закреплены на дистальных концах бранш, один из которых представляет собой источники излучения в красном и инфракрасном диапазоне излучения, выполненные на одной подложке с пересечением оптических осей излучения, а другой фотоприемник в виде кремниевого фотодиода.
Медицинский хирургический зажим выполнен из медицинской пластмассы, при этом дистальные концы бранш имеют закругления.
Особенностью предложенных вариантов оксиметра заключается в размещении источников и приемника излучения на браншах медицинского зажима для непосредственного введения их в исследуемую полость.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1-5, где:
фиг.1 - зажим гинекологического измерителя оксигенации, вид сбоку;
фиг.2 - трехмерная модель зажима измерителя, общий вид;
фиг.3 - трехмерная модель зажима измерителя, вид со стороны датчика;
фиг.4 - трехмерная модель зажима измерителя, вид со стороны отверстий кольцевых ручек;
фиг.5 - фотография экспериментального образца,
здесь:
1 - питающие и сигнальные провода;
2 - кольцевые ручки;
3 - полые бранши;
4 -соединение бранш;
5 - красный и инфракрасный светодиоды, выполненные на одной подложке;
6 - кремниевый фотоприемник;
7 - отверстия для вывода питающих и сигнальных проводов из полых бранш;
Гинекологический измеритель оксигенации крови представляет собой две бранши 3, закрепленные с возможностью движения друг относительно друга 4, при этом на дистальных концах бранш 3 размещены два элемента датчика: красный и инфракрасный светодиоды, выполненные на одной подложке 5 с пересечением их оптических осей излучения и кремниевый фотоприемник 6, а на проксимальных концах выполнены кольцевые ручки 2. По варианту 1 питающие и сигнальные провода от красного и инфракрасного светодиодов 5, выполненных на одной подложке, и кремниевого фотоприемника 6 выведены поверх бранш с закреплением на них. По варианту 2 питающие и сигнальные провода от красного и инфракрасного светодиодов 5, выполненных на одной подложке, и кремниевого фотоприемника 6 проходят внутри полых бранш и выходят через отверстия 7 для подключения к блоку контроля и обработки (на фигурах не показан). Бранши выполнены из медицинской пластмассы марки Purell HM671 T. Дистальные концы бранш имеют закругления (фиг.1-фиг.4).
Прибор используется следующим образом: перед сеансом лучевой терапии производят насыщение пораженной ткани шейки матки кислородом, между фотоприемником 6 и светодиодами 5 на пути луча света размещают участок пораженной раком шейки матки. Сигнал с фотоприемника 6, пропорциональный абсорбции света, проходящего через исследуемую ткань, по сигнальным проводам 1, поступает в блок контроля и обработки информации (на фигурах не показан). При достижении концентрации кислорода, близкой к 100%, проводят лучевую терапию.
Предложенный гинекологический измеритель оксигенации крови в 2-х вариантах, применяемый при комплексном лечении плоскоклеточного рака шейки матки, реализуем и работоспособен, позволяет повысить эффективность лечения плоскоклеточного рака шейки матки за счет адекватного определения степени насыщения пораженных тканей кислородом и значительно увеличить количество больных раком шейки матки для последующего хирургического лечения, то есть перевести заведомо неоперабельных пациенток в группу больных с резектабельным опухолевым процессом, что в перспективе увеличивает выживаемость больных с заболеванием данного вида. Эффективность применения заявляемого измерителя подтверждается результатами лечения с применением экспериментального образца (фиг.5) 33 добровольных пациенток, проведенного в Республиканском Клиническом Онкологическом Диспансере Министерства Здравоохранения Республики Татарстан.