Устройство для идентификации биологической ткани эпидурального пространства позвоночного канала

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для идентификации биологической ткани эпидурального пространства позвоночного канала при осуществлении эпидуральной анестезии. Техническим результатом является повышение точности идентификации ткани эпидурального пространства с одновременным исключением перфорации твердой мозговой оболочки спинного мозга за счет однозначности определения момента вхождения конца иглы в ткань эпидурального пространства. Устройство содержит оптически соединенные источник оптического излучения, светоделитель, оптический световод, фотодатчик. Выход фотодатчика соединен с видеомонитором, конец световода для передачи оптического излучения установлен в павильоне медицинской иглы с возможностью удаления из нее. Полированный торец световода совмещен с концом иглы и выполнен под углом α, определяемым из соотношения arc sin (1/n₂)<α<arc sin (n₁/n₂), где n₂ - показатель преломления материала световода, n₁ - показатель преломления ткани эпидурального пространства. 2 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для определения момента вхождения конца иглы шприца в ткань эпидурального пространства позвоночного канала, например, при проведении эпидуральной анестезии.

Определение момента вхождения конца медицинской иглы в биологическую ткань эпидурального пространства при проведении эпидуральной анестезии обычно основывается на тактильных ощущениях пальцев руки врача к сопротивлению при прохождении через биологические ткани конца иглы и давлению на поршень шприца (см. учебное пособие для врачей: Морган мл. Д.Э., Мэгид С. Михаил. Клиническая анестезиология - М./СПб., Бином /Невский диалект, 1998 (с.303-304). Недостатком этого приема является субъективность ощущений врача, приводящая к ошибкам определения момента вхождения конца иглы шприца в эпидуральное пространство и возможной перфорации (повреждения) твердой мозговой оболочки спинного мозга, вызывающей опасности и осложнения при эпидуральных блокадах (см. Светлов В.А., Козлов С.П. Опасности и осложнения центральных сегментарных блокад. Анестезиология и реаниматология. 2000, №5, с.86).

Известно также “Устройство для идентификации положения иглы в эпидуральном пространстве” (свидетельство на полезную модель №25390 от 10.10.2002, Бюл. №28), в котором с помощью фотоэлектрических преобразователей и эталонных пружин измеряются усилия на корпусе и поршне шприца, с передачей их значений на видеомонитор, что снижает субъективность ощущений врача и повышает его уверенность при проведении анестезии. Недостатком этого устройства является недостаточная надежность и точность определения момента вхождения конца иглы в искомую ткань эпидурального пространства из-за изменчивости зависимости между измеряемыми усилиями и видом биологической ткани, в которой находится конец иглы, особенно, когда игла оказывается обтурированной (отверстие в игле закупорено).

Наиболее близким по технической сущности является патент США №5172685, РЖ ИСМ 7-14-94 “Эндоскоп с лазерной камерой”, выбранный в качестве прототипа. Устройство содержит источник оптического излучения, световод, имеющий рабочий конец, который вставлен в эндоскопический зонд, светоделитель, установленный на оптическом пути, образованном вторым концом световода для освещения биологической ткани и направления отраженного от нее излучения на фотодатчик, выход которого соединен с видеомонитором.

Недостатками этого устройства является недостаточная точность определения расположения рабочего конца зонда относительно искомой биологической ткани, так как расположение рабочего конца световода относительно рабочегого конца зонда и биологической ткани является недостаточно определенным. Кроме этого, устройство не позволяет использовать вместо зонда стандартные одноразовые иглы, так как рабочий конец световода стационарно установлен в эндоскопическом зонде. В прототипе для передачи изображения ткани необходимо использование так называемого “изображающего” световода (с регулярной укладкой отдельных волокон), стоимость которого много выше стоимости световода, передающего только излучение.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения точности определения момента вхождения рабочего конца иглы в ткань эпидурального пространства за счет совмещения полированного торца рабочего конца световода с рабочим концом иглы, позволяет использовать стандартные медицинские иглы, за счет установки рабочего конца световода в павильон иглы с возможностью удаления из него, позволяет использовать более дешевый неизображающий (передающий только оптическое излучение)" световод с нерегулярной укладкой жил или одножильные за счет выполнения рабочего торца световода под определенным углом.

Устройство для идентификации ткани эпидурального пространства позвоночного канала, содержащее оптически соединенные источник оптического излучения, светоделитель, оптический световод, фотодатчик, выход которого соединен с монитором, отличающееся тем, что рабочий конец световода для передачи оптического излучения к искомой ткани установлен в павильоне медицинской иглы с возможностью удаления из нее, полированный торец рабочего конца световода совмещен с рабочим концом иглы, а торец рабочего конца световода выполнен под углом α, определяемым соотношением arcsin(1/n₂)<α<arcsin(n₁/n₂), где n₂ - показатель преломления материала световода, n₁ - показатель преломления ткани эпидурального пространства.

Сущность изобретения состоит в том, что определение момента вхождения рабочего конца иглы в ткань эпидурального пространства, при введении в нее иглы со встроенным в ее павильон световодом, полированный торец которого совмещен с рабочим концом иглы, по которому передается оптическое излучение к ткани, прилегающей к рабочему концу иглы и рабочему торцу световода, определяется по степени нарушения угла полного внутреннего отражения от полированного торца световода, измеряемое по уровню сигнала с фотодатчика.

Угол полного внутреннего отражения ω₀ определяется для падающего на рабочий торец световода оптического излучения известным соотношением: sin ω₀=n₁/n₂, где n₁ - показатель преломления внешней среды, n₂ - показатель преломления материала световода.

Для случая, когда рабочий торец световода находится в воздухе n₁=1, например, для световода, выполненного из кварцевого стекла (n₂=1,45843), угол полного внутреннего отражения Если рабочий торец световода выполнить под этим, или несколько большим углом, то значительная часть передаваемого излучения после многократных отражений от торца и стенок световода вернется обратно и с фотодатчика будет получен максимальный сигнал.

Биологическая ткань (субстрат), находящаяся в эпидуральном пространстве имеет желеобразную консистенцию с показателем преломления в диапазоне поэтому для световода, выполненного, например, из кварцевого стекла (n₂=1,45843), угол полного внутреннего отражения находится в диапазоне

Биологическая ткань, по ходу иглы находящаяся перед эпидуральным пространством (мышечная, надостистая, межостистая, желтая связки), имеет более плотную консистенцию, в меньшей степени смачивает полированный торец световода, является фактически непрозрачной для видимого диапазона длин волн света (не передающей, а отражающей и поглощающей излучение), поэтому доля отраженного излучения уменьшается, по сравнению со случаем, когда конец иглы находится в воздухе (но все же остается существенной) и амплитуда сигнала с фотодатчика уменьшается.

Таким образом, если рабочий торец световода выполнить под углом (α) в диапазоне, большим угла полного внутреннего отражения, в случае, когда он находится в воздухе, и меньшим угла полного внутреннего отражения в случае, когда он находится в ткани эпидурального пространства (т.е. то из-за нарушения угла полного внутреннего отражения в момент вхождения рабочего конца иглы (световода) в ткань эпидурального пространства, значительная часть света будет распространяться в эту ткань, доля отраженного излучения резко уменьшается и амплитуда сигнала с фотодатчика падает до минимального значения.

Сущность заявляемого изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1 поясняется явление нарушения угла полного внутреннего отражения, на фиг.2 - принципиальная схема устройства.

На фиг.1 изображены среда (ткань эпидурального пространства) 1 с показателем преломления n₁; световод 2, имеющий показатель преломления n₂; медицинская игла 3 со вставленным в ее павильон рабочим концом световода 2, ткани желтой и межостистой связок 4.

Пока рабочий конец иглы находится в тканях желтой и межостистой связок, световой луч АВ, падающий на торец световода, выполненный под углом α, претерпевает полное внутреннее отражение, отклоняется по направлению ВС и далее часть его после многократных отражений от стенок и торца световода возвращается обратно. Когда рабочий конец иглы попадает в эпидуральное пространство, луч АВ преломляется на границе двух сред, распространяется в направлении ВД и поглощается.

Измерение степени нарушения угла полного внутреннего отражения осуществляют по амплитуде сигнала с фотоприемника, работающего с отраженным от рабочего торца световода и прилегающих к нему тканей излучением. Резкое падение амплитуды сигнала (минимум сигнала) будет соответствовать случаю, когда рабочий торец световода, а следовательно, и рабочий конец иглы войдет в ткань эпидурального пространства. Так как здесь не нужно получать изображения объекта наблюдения, то световод используется неизображающий (моноволоконный или без регулярной укладки отдельных волокон).

Заявляемое устройство представлено на фигуре 2.

Здесь рабочий конец световода 2 вставлен в павильон медицинской иглы 3, полированный торец рабочего конца световода 2 выполнен под углом α и совмещен с рабочим концом иглы 3, приспособление 5 для совмещения и фиксации полированного торца рабочего конца световода с рабочим концом иглы.

Второй конец световода расположен в корпусе 6, где находятся оптически связанные светоделитель 7, источник излучения 8, фотодатчик 9, выход которого соединен с видеомонитором 10 компьютера.

Светоделитель 7 может быть выполнен, например, в виде разветвителя на два жгута, по одному из которых производят подсветку от источника излучения 8 (например, светодиода с оптимальной длиной излучения), а по другому отраженное от рабочего торца световода и ткани излучение поступает на фотодатчик 9, выполненный, например, в виде фотодиода, выход которого соединен с видеомонитором 10 компьютера, установленным на удобном расстоянии от врача.

Устройство работает следующим образом.

Вставляют в полость стандартной иглы 3 рабочий конец световода 2, совмещают его полированный рабочий торец с рабочим концом иглы 3 и фиксируют их друг относительно друга приспособлением 5. Включают источник излучения 8 и наблюдают уровень амплитуды сигнала на видеомониторе 10 компьютера. Вводят иглу в кожную ткань пациента и начинают последовательно продвигать ее в тканях, наблюдая на видеомониторе изменения амплитуды сигнала, вырабатываемого фотодатчиком 9 по оптическому излучению, отраженному от рабочего торца световода и соответствующей биологической ткани.

Резкое уменьшение амплитуды сигнала будет соответствовать моменту вхождения рабочего конца иглы в ткань эпидурального пространства.

После определения положения конца иглы в ткани эпидурального канала световод удаляется из павильона иглы для того, чтобы к игле подсоединить шприц, либо установить катетр и т.п. Это позволяет использовать одноразовые иглы. Световод 2 может быть также одноразовым.

Световод 2 может быть составным и иметь соединитель 11 для того, чтобы та его часть, которая вставляется в иглу (т.е. рабочий конец), могла быть выполнена различной по диаметру, так как стандартные иглы имеют различный диаметр просвета.

Приспособление 5 для совмещения и фиксации положения полированного торца рабочего конца световода с рабочим концом иглы может быть выполнено в виде цангового зажима или съемного кольца, имеющего прорезь для зажима винтом (см. Справочник конструктора точного приборостроения под ред. Литвина Ф.Л., М-Л, Машиностроение, 1964, стр.414-416). Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет повысить точность определения момента вхождения конца медицинской иглы в ткань эпидурального пространства так как рабочий конец иглы совмещен с полированным торцом рабочего конца световода, контактирующим с искомой тканью, оптические свойства которой влияют на величину отраженного оптического излучения и величину амплитуды сигнала, однозначно определяющего этот момент, что уменьшает (исключает) вероятность пункции твердой мозговой оболочки спинного мозга, вызывающей опасности и осложнения при эпидуральной анестезии. Возможность удаления рабочего конца световода из павильона иглы после идентификации ткани эпидурального пространства позволяет использовать одноразовые стандартные медицинские иглы, что уменьшает возможное инфицирование и также повышает качество лечения. Выполнение полированного торца рабочего конца световода под углом, большим угла полного внутреннего отражения, когда торец световода находится в воздухе, и меньшим этого угла, когда он находится в ткани эпидурального пространства, позволяет использовать неизображающий световод, что существенно уменьшает стоимость устройства.

Устройство для идентификации биологической ткани эпидурального пространства позвоночного канала, содержащее оптически соединенные источник оптического излучения, светоделитель, оптический световод, фотодатчик, выход которого соединен с видеомонитором, отличающееся тем, что, конец световода для передачи оптического излучения установлен в павильоне медицинской иглы с возможностью удаления из нее, его полированный торец совмещен с концом иглы и выполнен под углом, определяемым соотношением

arc sin (1/n₂)<α<arc sin (n₁/n₂),

где n₂ - показатель преломления материала световода;

n₁ - показатель преломления ткани эпидурального пространства.