УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТРАХЕОБРОНХИАЛЬНОЙ ДИСКИНЕЗИИ
DEVICE FOR DIAGNOSTICS OF TRACHEOBRONCHIAL DISKINESIA

Изобретение относится к медицине и может использоваться в пульмонологии и торакальной хирургии.
В функционально напряженной дыхательной системе организма трахея играет роль воздуховода и в этой функции полого органа имеет специфическое и сложное анатомическое строение. Для поддержания устойчивого рабочего просвета, в условиях изменения баланса внутреннего и внешнего давлений в процессе дыхания, стенка трахеи образована 16-20 гиалиновыми хрящами, каждый из которых представляет собой дугу, открытую кзади на одну треть полной окружности. Оставшаяся часть окружности замкнута мягкой связкой, образующей на длине трахеи эластичную продолговатую мембрану. Последняя служит подвижной стенкой для облегчения пропуска пищевого кома по пищеводу, расположенному непосредственно позади трахеи. Любое патологическое изменение анатомической структуры этого комплекса приводит к серьезным, жизненно угрожающим (и не только со стороны дыхания) последствиям. При заболевании трахеи корректная диагностика, как и в любом другом месте организма, является одним из решающих факторов состоятельности предстоящего лечения.
Обозримо исходная причина трахеобронхиальной дискинезии определяется в нарушении (снижении) эластичных свойств гиалиновых хрящей (трахеомаляция), а особенно, в анатомии мембранозного фрагмента. Во время выдоха, сопровождающегося повышением давления вне трахеи по сравнению с внутренним газовым давлением, ослабленная мембрана пролабирует внутрь просвета, перекрывая его частично или полностью. При этом форма остающегося просвета, до его полного смыкания, напоминает ущербный серп месяца. Симптомами заболевания являются нарушение дыхания, в тяжелых случаях - асфиксия.
Известные способы диагностики трахеобронхиальной дискинезии основаны на использовании технических средств экстракорпорального тестирования состояния трахеи или, более непосредственно, визуального контроля с помощью эндоскопа.
Известен диагностический комплекс рентгенокинематографии трахеи с контрастированием пищевода и кашлевым тестом [Перельман М.И. Хирургия трахеи. М., 1975 г.] Диагностирование с его помощью создает лучевую нагрузку на и без того ослабленный организм пациента. Возможны ложноотрицательные результаты, возникающие при случайных пропусках пролапса мембраны в отдельных циклах дыхания.
Устройство не позволяет обследовать пациентов, находящихся в бессознательном состоянии, диагностировать патологию, локализованную в главных бронхах. Комплекс сложен структурно и в обслуживании, непозволительно дорог для многих медицинских заведений, нуждающихся в такой службе.
Другое известное устройство для диагностики трахеобронхиальной дискинезии использует принцип спирометрии - замеров динамики и объема выдыхаемого воздуха [Белов А.А., Данилогорская Ю.А., Лакшин А.А. Основные методы функциональной диагностики в клинике внутренних болезней. Руководство для врачей. М.: Издательство «Русский врач». - 2003. С.86]. Полезная информация о состоянии легких и дыхательных путей содержится в спирометрическом графике - временной зависимости экспирации в процессе выдоха. По наличию провала на этой кривой, соответствующего снижению скорости экспирации, судят о пролапсе мембраны, обструкции просвета, как признаках трахеобронхиальной дискинезии.
Устройство не обеспечивает достаточной достоверности диагноза, поскольку исходная картина спирометрических результатов может наблюдаться при обструктивной эмфиземе, бронхиальной астме, либо когда причина повышения газодинамического сопротивления локализована в бронхах малого калибра и бронхиолах.
Необходимый для спирометрии форсаж дыхания затруднен или вовсе невозможен при тяжелом или бессознательном состояниях пациента.
По наибольшему сходству технической сущности в качестве прототипа выбрано устройство визуального контроля состояния полости трахеи - эндоскоп.
Классический эндоскоп [Торакальная хирургия. Руководство для врачей/ под ред. Л.Н.Бисенкова. - СПб., «Элби-Спб», 2004. С.757] в его наблюдательном фрагменте содержит датчик полезной информации в виде микрообъектива, помещенного на конец гибкой трубки, погружаемый в заинтересованный орган. Трубка служит базисом устройства и оболочкой гибкого волокнистого световода. По ней же подается энергия для питания осветителя, расположенного вблизи микрообъектива. Изображение с микрообъектива выводится по световоду наружу и подается в окуляр для прямого наблюдения, а чаще - на электронную схему, например видеомонитор.
Визуальный эндоскопический мониторинговый контроль полости трахеи требует высокой квалификации и большого опыта оператора, так как внешний вид тканевых структур дает неоднозначную информацию о заболевании. Повышенный фактор субъективности вынуждает врача-диагноста дополнять обследование другими способами и техническими средствами, что усложняет, а главное снижает оперативность обследования и постановки диагноза.
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение оперативности обследования и расширение области применения за счет пациентов, находящихся в тяжелом состоянии.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для диагностики трахеобронхиальной дискинезии, содержащем гибкую трубку для эндотрахеального погружения с расположенной в ней линией коммуникаций, датчик информации на погружаемом конце трубки, соединенный линией коммуникаций с блоком регистрации сигнала, в качестве датчика информации использован оптический локатор в составе генерирующего и фотоприемного полупроводниковых диодов, соединенных электрическими линиями с источником питания и блоком регистрации сигналов, в качестве которого использован импульсный усилитель и осциллограф.
Достижимость технического результата основана на принципиальных возможностях нового, для решения указанной задачи, аппаратурного состава с соответствующей методикой расшифровки полученной информации.
Используемое зондовое устройство оптической локации содержит оптоэлектронную пару в составе двух полупроводниковых световодов, размещенных рядом, в конце гибкой трубки и ориентированных рабочими зонами однонаправленно, радиально относительно трубки, т.е. в сторону стенки органа при размещении устройства в трахее (фиг.1, 2). Один диод 1 служит генератором световых монохроматических импульсов (зондирующий сигнал), другой 2 - фотоприемником отраженных сигналов. Питание к диодам подводится от источника питания 6 по электрической линии 4, проложенной внутри трубки. Здесь же расположена линия связи 4 выхода фотоприемника с регистрирующей схемой в составе импульсного усилителя 7 и осциллографа 8 (фиг.2). Внешний диаметр трубки минимизирован по габаритам светодиодов; длина трубки превышает сумму длин трахеи, одного из главных бронхов и участка дыхательной системы до трахеи.
Ориентация обоих диодов, в соответствии с принципом локации, должна определяться направленностью рабочими зонами в сторону контролируемой стенки. Из соображения рационального использования полости трубки, для минимизации ее поперечных размеров, предпочтительно соосное размещение цилиндрических, по форме, диодов, со встречной ориентацией их рабочих зон (фиг.2). При этом, для обеспечения работоспособности, они разделены светоотражателем сферической формы 9. Последний, за счет преломления падающей и отраженной волн, предотвращает непосредственную связь генератора и приемника и обеспечивает должную направленность зондирующего и принятого сигналов.
Для мониторингового тестирования устройство вводят через нос или трахеостому (при наличии таковой) в трахею до бифуркации или далее - в один из главных бронхов. Устройство действует по классическому принципу локации. Излученный генерирующим диодом импульс зондирующего светового сигнала падает на мембрану (или гиалиновую стенку) и отраженный от нее возвращается в фотоприемник, преобразуется в электрический импульс и, усиленный, регистрируется на экране осциллографа. Величина принятого сигнала зависит, в числе прочих факторов, от расстояния между мембраной и устройством по закону обратной пропорции. Таким образом, по величине этого сигнала можно судить о величине просвета трахеи, т.е. диспозиции мембраны или стенок.
Дыхательная экскурсия мембраны отражается на осциллограме релаксациями амплитуды сигнала синхронно фазам вдоха и выдоха (фиг.3). Большая амплитуда 10 соответствует выдоху, т.е. пролапсу мембраны и сокращению просвета трахеи. Устройство калибруется по среднестатистическому уровню экскурсии мембраны здорового человека (фиг.3, поз. а). Увеличение сигнала в фазе выдоха 10 (фиг.3, поз. б) относительно этого уровня свидетельствует о повышении подвижности мембраны как симптоме трахеобронхиальной дискинезии.
При медленной, по меркам зрительной реакции оператора, ретракции устройства от дистальных участков главных бронхов в сторону гортани можно отследить картину состояния полости трахеи и зафиксировать локализацию патологии. Таким образом, устройство позволяет судить о:
- наличии стеноза;
- степени стеноза (качественно);
- локализации или распределенном характере стеноза по длине трахеи и/или главных бронхов.
Дополнительную информацию, полезную для диагностики заболевания, несут колебания амплитудной модуляции, четко прослеживаемые на осциллограммах. Источником их служат механические колебания мембраны (флотация), возникающие при протекании струи газов вдоль эластичной стенки. Физиология этого явления была открыта профессором Грузиновым в 1812 году при массовой паталого-анатомической экспертизе жертв Бородинского сражения. Позднее результаты этого открытия исследовались специалистами и находили применение при постановке голоса певцов. Применительно к предлагаемому изобретению полезный результат наличия этих колебаний вытекает из причинно-следственной связи:
- частота вынужденных колебаний мембраны определяется ее геометрическими размерами и эластичными свойствами ткани. При неизменных размерах мембраны большей ее жесткости соответствует более высокая частота колебаний. При обнаружении понижения частоты врач-диагност может судить о разрыхлении ткани мембраны и строить предварительную версию этиологии заболевания. Совокупная оценка всей информации, полученной при анализе осциллограммы достаточна для постановки первичного диагноза (работоспособность устройства). Несложная и недлительная, по медицинским меркам, технология эндотрахеального доступа, наглядность полученных результатов, позволяющая производить их быструю оценку, обеспечивают высокую оперативность диагностирования заболевания (технический результат). Сокращение времени процедуры диагностирования и повышение достоверности выводов особенно актуальны при оказании неотложной помощи в отягчающих обстоятельствах. Поэтому приоритетной областью применения предлагаемого устройства представляется служба скорой медицинской помощи. Относительно низкая стоимость устройства является дополнительным стимулирующим фактором его широкого применения.
Оптолокационный принцип обследования полости трахеи для диагностирования дискинезии является оригинальным в мировой практике, что в сочетании со специфичностью получаемой информации свидетельствует о соответствии предлагаемого решения критерию «изобретательский уровень».
На иллюстрациях представлено:
Фиг.1. Схема устройства, расположенного в трахее: 1 - генерирующий светодиод, 2 - фотоприемник, 3 - гибкая трубка, 4 - линии связи, 5 - трахея.
Фиг.2. Электрическая блок-схема устройства: 6 - источник питания, 7 - импульсный усилитель, 8 - осциллограф, 9 - светоотражатель.
Фиг.3. Осциллограмма сигнала работы трахеи: а) здорового человека б) больного трахеобронхиальной дискинезией; 10 - сигнал в фазе выдоха, 11 - сигнал в фазе вдоха, 12 - сигнал колебаний мембраны.
Фиг.4. Осциллограммы сигнала работы трахеи в эксперименте:
а) здорового животного; б) трахея с моделью трахеомаляции.
Фиг.5. Осциллограмма сигнала работы трахеи в эксперименте Модель рубцового стеноза.
Работоспособность устройства и достижимость технического результата проверены экспериментально на беспородных собаках в Центральной научно-исследовательской лаборатории (ЦНИЛ); СибГМУ. Испытывалось предлагаемое устройство со следующими техническими характеристиками.
- тип используемых светодиодов АЛ - 107Б;
- длина волны излучаемого сигнала 960 нм;
- мощность излучаемого сигнала 10 МВт;
- частота следования импульсов 10 Гц.
Для питания диодов и регистрации сигналов использовались (как не имеющие специфических требований) типовые радиотехнические схемы самостоятельного изготовления.
Для диагностирования патологии устройство погружают в трахею или далее, до конца одного из главных бронхов и активируют подачей напряжения питания на диоды. Выходной сигнал наблюдают на экране осциллографа. Для оценки работоспособности устройства проводился сравнительный анализ осциллограмм, полученных при тестировании трахеи здорового животного (опорный результат) и трахеи с моделью экспиратозного стеноза, вызванного трахеомаляцией - удаление гиалиновых хрящей и искусственным размягчением стенки трахеи (Фиг.4). Увеличение амплитуды сигнала в фазе выдоха модели определенно свидетельствует о наличии стеноза (поз. б, фиг.4) как следствия нарушения целостности прочностного каркаса органа и пролапса размягченной стенки внутрь
Клиническая апробация устройства проводилась как акция дублирования диагноза установленным штатным способом.
Пример 1
Больная М., 19 лет, госпитализирована в клинику СибГМУ после сложной операции на тонком кишечнике с жалобами на затрудненное дыхание. Проведенная в течении 4-х дней искусственная вентиляция легких стойкого улучшения состояния не дала. Способом фибробронхоскопии выявлен циркулярный стеноз трахеи на уровне средней трети. Повторное обследование больной с помощью предлагаемого устройства подтвердило установленный диагноз - трахеомаляция грудного отдела трахеи, трахеобронхиальная дискинезия. В соответствии с установленным диагнозом выполнены протокольные процедуры лечения болезни, которые завершились успехом. В развитии оценки работоспособности устройства проведено первичное обследование больного в другом конкретном примере.
Пример 2
Больной К., 65 лет. Госпитализирован с острым нарушением кровообращения в бассейне средней мозговой артерии, в состоянии сопора. В связи с добавившимися явлениями дыхательной недостаточности больному выполнено исследование просвета трахеи. Зонд предлагаемого устройства был введен через трахеостоматическое отверстие, продвинут до дальних участков главных бронхов, и обратной тракцией осуществлен мониторинговый контроль просвета дыхательных путей. На участке трахеи, в 6 см от подскладочного пространства обнаружена патологическая подвижность стенок - свидетельство трахеобронхиальной дискинезии. Диагноз подтвержден рентгененологическим обследованием и способом фибробронхоскопии. В соответствии с установленным диагнозом предпринята коррекция терапии заболевания.
Пример 3
Дополнительные возможности устройства выявлены в эксперименте при диагностировании другого вида патологии - рубцового стеноза, обусловленного уплотнением тканей стенки трахеи с сокращением просвета на локальном участке. На осциллограмме сигнала характерна прямоугольная форма фаз вдоха и выдоха и снижение амплитуды колебаний, обусловленных флотацией мембраны (фиг.5), что вполне объяснимо и соответствует закономерностям деформации тканей и физике вынужденных колебаний.
Приведенные экспериментальные и клинические примеры свидетельствуют о полезности предложения, его технической и методологической готовности к вышеупомянутому широкому применению, как обоснование критерия патентоспособности «промышленная применимость».