УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КРОВИ
DEVICE FOR NON-INVASIVE DETERMINING OF BLOOD PARAMETRES

Изобретение относится к области медицинской техники, в частности к измерению характеристик циркулирующей крови, осуществляемому средствами оптического контроля и спектроскопии.
Важнейшим звеном кровеносного русла является система капилляров, предназначенных для обеспечения органов и тканей всеми веществами, необходимыми для жизнедеятельности. Крупные сосуды осуществляют доставку этих веществ, а в капиллярах происходит их переход в ткани и одновременно извлечение из тканей продуктов распада в кровеносное русло. Исследование микроциркуляции у здоровых и больных лиц с отдельными нарушениями сердечно-сосудистой системы может быть использовано для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека и его ортостатической устойчивости, в частности, применительно к клинической практике.
В настоящее время медицинская лабораторная диагностика с большим вниманием и готовностью к использованию относится к разработке новых диагностических тестов без необходимости забора образцов крови. Это определяется и возросшей вероятностью заражения пациента во время процедуры, связанной с повреждением кожных покровов при пункции вен и капиллярных сосудов, а также с дискомфортом и болевыми ощущениями, связанными с забором крови. Поэтому создание устройств и методов для диагностики переживает резкий подъем. При этом основное внимание уделяется разработке неинвазивных методов, которые наиболее часто используются в деятельности клинико-диагностических лабораторий (общий анализ крови, определение количества глюкозы и т.д.).
Получение подобной информации возможно при проведении процедуры визуализации микроциркуляторного русла с помощью оптической микроскопии и анализа спектров диффузного рассеяния от сосудистых структур.
Разработка подобных устройств активно проводится в последние годы в США и Японии. Анализ патентной литературы показал, что наиболее прогрессивные технические решения заложены в патенте [1].
Близкие технические решения заложены в американском патенте [2] японской фирмы Sysmex Corporation " Noninvasive blood analyzer".
Перспективность неинвазивного определения этих лабораторных показателей подтверждается включением в эту патентную гонку американского гиганта производителя медицинской техники фирмы Abbott Laboratories [3].
1c
В последнее время показана принципиальная возможность по спектральным особенностям отраженного излучения различать нормальный гемоглобин от гликозилированного. Так в патенте США [4] от 24 июня 2003 количество гликозилированного гемоглобина определяется по различию абсорбционных спектров Нb и HbA.
Близкие предложения были запатентованы ранее в патенте США [5] от 13 ноября 2001 года. Нужно отметить, однако, что названные подходы определения гликозилированного гемоглобина относятся к случаям, когда необходимо взятие пробы, поэтому они к неинвазивным методам не относятся.
Известно устройство для автоматической регистрации динамических характеристик протекания процесса [6], содержащее держатель для исследуемого образца, выполненный с возможностью обеспечения оптического контроля динамических характеристик, оптическую систему наблюдения за объектом исследования, сообщенную с системой контроля и записи состояния исследуемого объекта, содержащую блок на базе процессора, предназначенный для перевода сигнала системы в видеосигнал, и компьютер, содержащий плату ввода видеоизображения, соединенную с вышеуказанным блоком.
Данные устройства могут регистрировать упомянутые характеристики, но они не позволяют определять параметры крови по неинвазивным измерениям ее характеристик.
Работают устройства следующим образом. После установки пальца обследуемого в держателе и настройки прибора, при котором добиваются попадания капилляров в фокус регистрирующей оптической системы, включается запись изображения движущихся по капиллярам клеток крови. При этом пучок светового излучения после попадания на палец обследуемого отражается от капилляров, находящихся под ногтевой пластиной, и после прохождения через оптическую систему регистрируется ПЗС матрицей с последующим превращением в электрический сигнал и поступает в компьютер. Однако названные устройства не позволяют различать эритроциты, тромбоциты и лейкоциты, не позволяют проводить количественное определение их характеристик. Что особенно важно, названные устройства не используют спектральных характеристик отраженного на фотоприемную матрицу сигнала с целью его анализа и получения таких характеристик крови как: количество гемоглобина в крови, степень оксигенации гемоглобина, степень гликирования гемоглобина.
Техническим результатом предложенного изобретения является устранение указанных недостатков прототипа, а именно повышение точности измерений характеристик за счет неинвазивного мониторирования характеристик капилляров, капиллярного кровотока и прилегающих тканей через оптическую систему наблюдения с устройствами освещения и приемниками изображения, соединенными с электронным блоком обработки сигналов, и прикрепленный к корпусу ложемент для размещения пальца обследуемого таким образом, чтобы внешняя его сторона с ногтем была обращена к визуальному окну оптической системы наблюдения, отличающееся тем, что устройство содержит не менее двух приемников изображения, в устройство освещения помимо стандартного источника освещения введено не менее одного лазерного источника излучения, в оптическую систему введено не менее одного дихроичного зеркала, обеспечивающего спектральное разложения изображения объекта исследования (основания ногтя).
Устройство (см. чертеж) состоит из оптической системы наблюдения (1) с введенным в нее не менее чем одним дихроичным зеркалом (2) для спектрального разложения изображения объекта исследования, устройств освещения (5) и не менее двух приемников изображения (3), соединенных с электронным блоком обработки сигналов (4), и ложемента (6) для размещения пальца обследуемого таким образом, чтобы внешняя его сторона с основанием ногтя (объект исследования) была обращена к визуальному окну оптической системы наблюдения (1). В системе освещения (5) помимо стандартного осветителя расположены не менее одного лазерного источника излучения.
Использование эффективных дихроичных зеркал позволяет осуществлять разложение изображения объекта по спектральным диапазонам. Помимо этого, зеркала позволяют осуществлять независимую засветку объекта исследования в различных спектральных диапазонах, в том числе и лазерными источниками излучения, и независимо принимать на отдельные фотоприемные матрицы изображения объекта в индивидуальных спектральных диапазонах.
Применение лазерных источников позволяет использовать динамику спекл-структуры для определения динамических характеристик движущихся в крови клеточных структур. В частности, динамика спекл-структур позволяет определять скорости отдельных клеточных структур. Появляется возможность наблюдения за внутренней динамикой эритроцитов.
Постановка нескольких видеокамер, работающих каждая в своем диапазоне, позволяет исследовать динамические характеристики спектров отражения тканей и крови. Это позволяет наблюдать за процессами передачи кислорода с гемоглобина эритроцитов в окружающие ткани прямо во время прохождения их по капиллярам, что позволяет получать спектральные характеристики объектов исследования с покадровым разрешением по времени и с предельным для данной оптической системы пространственным разрешением.
Работает устройство следующим образом:
Свет от источников освещения (5) через вспомогательные полупрозрачные зеркала (7) вводится в оптическую систему прибора (1) и, пройдя через объектив оптической системы (1), попадает на объект исследования (6). Отраженный свет попадает на приемники изображения (3), и на экране монитора системы обработки сигнала (4) появляется изображение микрокапилляров периваскулярной зоны.
Обследуемый укладывает палец (предпочтительно безымянный) в ложемент (6) со стороны его открытого торца таким образом, чтобы его ногтевая часть с периваскулярной зоной размещалась под объективом оптической системы (1).
После установки в ложементе (6) пальца производят перемещение ногтевого ложа пальца. При этом на экране монитора системы обработки сигналов (4) наблюдают за характером микрокапилляров. В результате перемещения определяют наиболее приемлемый (по достаточному количеству капилляров и их виду) для мониторинга участок исследования, а затем производят вычисление и статическую обработку таких параметров, как плотность капилляров, степень извитости, диаметры капилляров, площадь секторов периваскулярной зоны, ее объемные характеристики, размеры и глубина залегания.
Далее приступают к мониторингу состояния кровотока и параметров крови в капиллярах на выбранном участке. Для мониторирования состояния микроциркуляции крови и параметров крови изображение с приемников вводится в процессор и обрабатывается.
Для каждого изображения производится измерение и сохранение в массиве статических параметров капилляров, вид изображения в разных спектральных диапазонах. При сравнении двух соседних изображений производится определение скорости кровотока в артериальном, венозном и переходном отделах капилляров. Определяются также места и скорость потери кислорода эритроцитами.
Для устранения световых рефлексов и получения наиболее качественного изображения капилляров и форменных элементов протекающей в них крови между пальцем и внутренней поверхностью ложемента вводят иммерсионную жидкость, которая позволяет устранить промежуточную воздушную среду между оптической системой прибора и поверхностью кожи, создав тем самым наиболее благоприятные условия для исследования.
Предложенное изобретение обеспечивает возможность устойчивого длительного неинвазивного мониторирования параметров микроциркуляции капилляров и спектральных характеристик крови и прилегающих тканей с выдачей данных в режиме реального времени, в режимах единичных и периодических измерений кровотока с использованием тестов, задаваемых исследователем.
Источники информации
1. Патент США №6104939 от 15 августа 2000 г.
2. Патент США №6061583 от 9 мая 2000 г.
3. Патент США US 6662031 от 9 мая 2003 г.
4. Патент США US 6582964 от 24 июня 2003 г.
5. Патент США US 6316265 от 13 ноября 2001 г.
6. Патент RU №2294689 от 18.05.05.