КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРФУЗИИ В ТКАНЯХ ЖИВОГО ОРГАНИЗМА

Компьютеризированное устройство для определения скоростных характеристик перфузии в тканях живого организма
Полезная модель относится к медицине, в частности к патофизиологии, а более конкретно к устройствам для определения скоростных характеристик перфузии в тканях живого организма, и может быть использовано как при экспериментальных исследованиях на животных и в физиологии труда, так и в клинической практике, например, для контроля перфузионных процессов при фармакологическом, физиотерапевтическом воздействии при лечении заболеваний, связанных с нарушением жидкостного обмена в тканях организма.
Наиболее успешно заявляемая полезная модель может быть использована для исследования жидкостного обмена в слизистых и мышечных тканях.
Известно устройство для исследования объемного кровотока методом электроплетизмографии (Кедров А.А. Электроплетизмография как метод объективной оценки кровообращения. Авто-реф. дисс. докт. Л., 1949), основанным на изменении импеданса участка тела между наложенными на его поверхность электродами, между которыми пропускается ток малой амплитуды и высокой частоты (60-600 КГц).
Наиболее близким техническим решением к заявляемому, принятым за ближайший аналог - прототип полезной модели, является устройство для измерения тока крови микрососудов пародонта - ультразвуковой допплеровский индикатор кровотока (см. описание к патенту РФ № 2152173 по заявке № 98113703/14 от 10.07.98г., кл. А 61В 8/06, бюл. № 19 от 10.07.2000г.).
Устройство предусматривает  числовых значений величины и направления скорости кровотока единичного микрососуда в тканях пародонта методом ультразвуковой допплерографии путем их локации с помощью ультразвукового допплеровского датчика и последующей обработки полученных данМ. кл/:А61В 8/00
ных - обсчета допплерограммы выбранного участка ткани в соответствии с заложенной в программное обеспечение устройства (персональный компьютер) программой обработки допплеровского сигнала и вывода информации на монитор или внешний носитель.
Недостатком прототипа является невозможность его использования для определения скоростных характеристик - линейных и объемных скоростей перфузии (жидкостного обмена) в тканях живого организма на различной глубине и в конкретно выбранной точке из-за того, что в прототипе программа обработки допплерограмм предназначена для расчёта параметров только артериального кровотока.
Кроме того, недостатком устройства является невозможность оперативной смены датчиков в процессе медицинского исследования, а также отсутствие возможности выявления полезного сигнала на фоне собственных шумов, например путем подавления последних непосредственно программными средствами устройства.
Полезная модель направлена на повышение достоверности результатов определения скоростных и объемных характеристик микроциркулярного кровотока и перфузии методом ультразвуковой допплерографии в любых системах, органах и тканях живого организма.
При этом решена задача создания компьютеризированного устройства для определения скоростных характеристик перфузии в тканях живого организма, позволяюпдего реализовать на практике способ определения скоростных характеристик перфузии в тканях живого организма на различной глубине и в конкретно выбранной точке с выявлением направления составляющих перфузии.
Это достигается тем, что предлагаемое компьютеризированное устройство (КУ) для определения скоростных характеристик перфузии в тканях живого организма включает последовательно соединенные: ультразвуковые датчики, одновременно подключаемые к коммутирующему устройству, звуковую карту, один из выходов которой подключен к устройству звукового контроля, а другой к процессору, работающему под управлением специального программного
Uc /f-iU
обеспечения (ПО), содержащего модуль интерфейса пользователя с блоками ввода-вывода информации, визуализации и регистрации, управляющего соответствующими периферийными устройствами (клавиатура или мышь, дисплей, принтер), модуль обработки информации, который в отличие от прототипа, содержит взаимосвязанные между собой анализатор спектра допплеровского сигнала и программно-управляемый фильтр, при этом анализатор соединен с звуковой картой (АЦП) и блоком обработки информации, а последний взаимосвязан с упомянутым программно-управляемым фильтром.
Кроме того, с целью расширения функциональных возможностей, компьютеризированное устройство (КУ) дополнительно содержит модуль базы данных, включающий блок базы данных по исследуемым органам и блок базы данных пациентов, соединенный с блоком памяти компьютеризированного устройства , выполненный с возможностью отображения на экране дисплея отдельных видов органов и тканей живого организма и соединенный с устройствами визуализации и регистрации.
В заявляемом устройстве основная структурная схема такая же, как у вышеуказанного устройства-прототипа, однако программное обеспечение, в отличии от прототипа, позволяет устранить недостатки последнего, а именно: производить смену датчиков с различной рабочей частотой непосредственно в процессе исследования тканей живого организма (т.к. все датчики находятся в режиме одновременного подключения), а ввод новых данных используемого датчика может быть произведен в процессе или после записи полезного сигнала перед началом обработки данных с помощью КУ. Кроме того, непосредственно в процессе определения скоростных характеристик перфузии на рабочий экран основной программы (на дисплее) могут быть дополнительно выведены вспомогательные технические экраны, с помощью которых можно определять уровень собственных шумов, наличие полезного сигнала с параметрами, которые в некоторых случаях невозможно контролировать на слух (без выраженного артериального или венозного звука кровотока) или по экрану основного программного окна КУ.
,
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема КУ.
Примером конкретного выполнения заявляемой полезной модели является компьютеризированное устройство для неинвазивного определения скоростных (линейных и объемных) характеристик перфузии в тканях живого организма (компьютеризированный допплерограф), состоящее из последовательно соединенных ультразвуковых датчиков (набора датчиков) 1, устройства коммутирующего 2, звуковой карты (АЦП) 3, устройства звукового контроля 4, микропроцессорного блока 5, программного обеспечения 6, включающего блок интерфейса пользователя 7, блок обработки информации с анализатором спектра 8 и взаимосвязанных с ним фильтра 9 и блока обработки допплеровского сигнала 10, а также блок базы данных по отдельным органам и системам организма 11 и базы данных (карточек) пациентов 12, блока памяти 13, соединенного с процессором 14, устройства ввода-вывода 15, устройства визуализации 16 (дисплей), устройства регистрации 17.
Звуковая карта 3 преобразует поступающий с датчика через устройство коммутации 2 аналоговый допплеровский сигнал в цифровой код, который, в свою очередь, поступает на процессор 14, работающий под управлением программного обеспечения 6, где в блоке обработки информации 8 происходит обработка спектра допплеровского сигнала, который через интерфейс пользователя 7 поступает на устройство визуализации 16 и отображается на экране дисплея компьютеризированного устройства. Одновременно сигнал с датчика через устройство коммутирующее 2 и линейный выход звуковой карты 3 , управляемой интерфейсом пользователя, поступает на устройство звукового контроля 4.
Для различения сигналов перфузии и единичного сосуда ( мм) в зоне локации УЗ-датчика 1 используется анализатор спектра в блоке обработки информации 8 и управляемый им фильтр 9, который позволяет выделить сигнал от единичного сосуда на фоне сигналов перфузии и исключить последний из спектра допплеровского сигнала кровотока единичного сосуда. При отсутствии сигнала кровотока единичных сосудов, фильтр автоматически отключается.
Мел /-Лй- f
программное обеспечение КУ позволяет создавать карточки пациентов с указанием исследуемых сосудов в отдельных органах в соответствии с базой данных 11, хранящейся в блоке памяти 13, а также создавать архивную базу данных (карточек) пациентов 12, организуемую в соответствии с требованиями пользователя. Устройство регистрации 17 через интерфейс пользователя 7 обеспечивает распечатку рабочих экранов программы: допплерограмм отдельных сосудов и карточки пациента в целом. Создание базы данных карточек пациентов, а также анализ и сравнение данных обследований обеспечивается блоком базы данных 12.
Компьютеризированное устройство работает под управлением интерфейса пользователя 7 через устройство ввода-вывода 15, который обеспечивает ввод исходных данных и их изменения в процессе обследований, регулировку параметров звуковой карты, перемещение информации между рабочими экранами, вывод информации из базы данных, перенос информации в память и пр.
Компьтеризированное устройство получило коммерческое обозначение
«мм-д-к.
Предлагаемое устройство работает следующим образом: Для получения данных о линейных скоростях микроциркуляции кровотока или перфузии тканей в соответствии с поставленной задачей исследования, например, вид исследуемой ткани (мышцы, кожа, слизистые), выбирается ультразвуковой датчик 1 из комплекта (набора) с рабочими частотами 5, 10, 20, 25 МГц, одновременно подключенных к устройству коммутирующему 2 (глубина УЗ-зондирования обратно пропорциональна рабочей частоте УЗ-датчика) и устанавливается в выбранной точке таким образом, чтобы в области прозвучивания отсутствовали крупные сосуды ( мм), а на экране дисплея 16 появился слабо пульсирующий сигнал, контролируемый на слух через устройство звукового контроля 4. Полученный устойчивый сигнал - допплерограмма поступает на блок обработки информации 8, где обрабатывается с помощью специального математического аппарата, а результаты обработки представляются в виде числовых значени линейных скоростей кровотока в мм/с (максимальной, средней, минимальной), а при введении данных о площади прозвучиваемого участка ткани получают данные об объемном микрокровотоке или перфузии в мл/с.
Для расчета площади прозвучивания используется так называемый приведенный диаметр сосуда Dnp, который определяется, в свою очередь, через площадь приведенного сосуда Snp  7rDnpV4, формально равную площади сечений всех микрососудов в зоне ультразвуковой локации, и зависит от площади рабочей части ультразвуковой головки датчика, глубины зондирования, определяемой рабочей частотой датчика, и коэффициента Кпл, учитывающего степень насыщенности определенного вида тканей кровеносными сосудами и определяемого методом микробиологического исследования срезов тканей организма. Например, для прибора ММ-Д-К коэффициенты К пл равны 0,02; 0,24; 0,33 для датчиков с рабочими частотами 20 (25), 10 и 5 МГц соответственно, а приведенные диаметры Dnp равны: для датчика 5 МГц - 10 мм, 10 Мгц - 5 мм, 20(25) МГц - 0,35 мм при исследовании кровотока слизистых и 0,95 мм для прочих тканей.
Таким образом, предлагаемое компьютеризированное устройство позволяет исследовать и получать числовые значения характеристик перфузии максимальный Qmax и средний Qcp объем кровотока через исследуемый участок ткани по предварительно рассчитанным программой линейным скоростям (Vmax и Vcp) и введении значений приведенных диаметров Dnp, соответствующих задействованным датчикам по формуле:
Qmax/cp  Vmax/cp х Snp, мл/с, где Vmax/cp - максимальная или средняя скорость кровотока, мм/с
Snp - площадь сечения приведенного сосуда, определяемая по формуле: Snp - d/2 X Н X Кпл, мм, где Н - глубина зондирования, определяемая рабочей частотой датчика,
d - диаметр рабочей поверхности УЗ-головки датчика,
К пл. - коэффициент насыщенности исследуемой ткани кровеносными микрососудами в зоне ультразвукового зондирования,
а. /-/
6
частоты выбранного датчика и глубины локации, например эмнирически по данным патофизиологических исследований различных видов тканей.
Ультразвуковой Датчик и его частоту зондирования выбирают, как правило, в диапазоне 5-25 МГц, что на практике осуществляют применением набора датчиков с разными зондирующими частотами, перекрывающими весь вышеуказанный диапазон. При этом, контроль положения датчика относительно исследуемого участка ткани в процессе его установки осуществляют визуальным и/или акустическим способом с помощью соответствующих технических средств компьютеризированного устройства.
Таким образом, заявляемое компьютеризированное устройство позволяет определять скоростные характеристики перфузии тканей практически в любом выбранным врачом месте, не содержащем крупных сосудов в поле прозвучивания. При наличии в зоне прозвучивания крупного сосуда на дисплее 11 прибора появляется его допплерограмма, а низкочастотная часть спектра (менее 180 Гц), соответствующая перфузии, автоматически отфильтровывается фильтром 7. При изменении положения датчика, когда крупный сосуд выходит из поля зрения датчика, фильтр 7 автоматически отключается. При этом линейную скорость кровотока определяют прямым способом - по изменению частоты допплеровского сдвига, а применением набора датчиков с разными зондирующими частотами получают возможность исследования микроциркуляции на различной глубине и в конкретно выбранном месте с выявлением направления составляющих перфузии.
Весьма важным является то, что компьютеризированное устройство позволяет получать скоростные линейные и объемные характеристики перфузии в цифровом виде непосредственно в режиме реального времени.
Авторы - заявители: 1л-  Гирина М.Б.