Способ экспресс-диагностики обратимости ишемического повреждения мягких тканей и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2293513:
Главное военно-медицинское управление Министерства обороны Российской Федерации (RU)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТОЧНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ" (RU)
Изобретение относится к медицине, а именно к сердечно-сосудистой хирургии, военно-полевой хирургии, патофизиологии и может быть использовано для экспресс-диагностики обратимости ишемического повреждения мягких тканей. Способ включает воздействие на пораженную и нормальную ткань излучением оптического диапазона. Отличительная особенность заявленного способа состоит в том, что регистрируют пульсограммы исследуемых участков, вычисляют коэффициент обратимости ишемии К по формуле: K=S1/S2, где S1=A1·L1, S2=A2·L2, При К≤0,5 ишемическое поражение мягких тканей считают необратимым, а при К>0,5 ишемическое поражение мягких тканей обратимо. Приведено выполнение устройства, позволяющего осуществить способ экспресс-диагностики ишемического повреждения мягких тканей. Способ и устройство позволяют осуществлять комплексную экспресс-диагностику состояния кровоснабжения поврежденных тканей, как мышц, так и внутренних органов, например, кишечника, печени, почек и других внутренних органов, и оценивать достаточность кровоснабжения тканей в динамике, что расширяет их область применения. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к медицине, сердечно-сосудистой хирургии, военно-полевой хирургии, патофизиологии. При различных повреждениях, травмах, ранениях, синдроме длительного сдавления, при сосудистых заболеваниях, а также во время операции важно иметь представление о состоянии достаточности кровоснабжения тканей организма. Оценка состояния кровоснабжения тканей в месте повреждения дает возможность выработать правильную тактику лечения, определить объем оперативного вмешательства.
Вопрос об изменениях в микроциркуляторном русле поврежденных тканей непосредственно связан с их ишемией. Усугубление ишемии ведет к некрозу тканей, прогрессирующим расстройствам микроциркуляции, резкому снижению метаболической активности, прекращению выработки энергии, дисбалансу в системе перекисного окисления липидов.
Известен метод прижизненной капилляроскопии с подсчетом относительного количества функционирующих капилляров, который позволяет в динамике визуально анализировать сосудистые, внутрисосудистые и паравазальные изменения (RU 2090889 С1, 20.09.1997, RU 2147416, 20.04.2000). Однако в силу субъективности такой диагностики могут возникнуть ошибки при оказании врачебной помощи, что, в свою очередь, может привести к повторным операциям, инфекции.
Известны косвенные способы определения состояния микроциркуляции мягких тканей путем выявления очага поражения: электромиография (RU 2103914, 10.02.19980), импедансометрия (RU 2103914, 10.02.1998), измерение спектральных характеристик вторичной флюоресценции тканей (RU 2103914, 10.02.19980), полярография (Березовский В.А. Полярографическое определение кислорода в организме, М., 1978), электротермометрия или термография (RU 2128941 С1, 20.04.1999, RU 2001125777 A, 20.06.2003). Указанные способы могут констатировать наличие ишемии тканей, но не могут дать количественную оценку в короткий промежуток времени. Невозможно и их применение во время операции.
Гистологические методы определения состояния микроциркуляции в тканях организма (например, SU 1466704, 23.09.1989) дают точное представление о состоянии тканей, однако они не позволяют произвести экспресс-диагностику, требуют применение дорогостоящей техники, квалифицированных специалистов.
Известен также способ определения жизнеспособного состояния мышечных тканей, принятый в качестве ближайшего аналога, в котором сравнивают пропускание коротковолнового излучения с длиной волны 960 нм через поврежденные и неповрежденные ткани (SU 1772751 А1, 30.10.1992). Известный способ включает измерение величины пропускания сигнала в поврежденном участке ткани по отношению амплитуды измеряемого напряжения к тарировочному уровню, равному 1 В, и сравнению его с относительным сигналом в неповрежденном участке. Данный способ позволяет проводить экспресс-диагностику, косвенно количественно охарактеризовать микроциркуляцию тканей в момент обследования, однако он предназначен для исследования только мышечных тканей, не позволяет исследовать кровоснабжение внутренних органов, позволяет проводить только дискретные измерения, без исследования состояния ткани в динамике. Кроме того, известный способ основан на физическом явлении - пропускании волн определенного диапазона, что скорее позволяет оценивать жизнеспособность ткани и не позволяет производить комплексную оценку кровоснабжения исследуемой ткани.
Известна установка, позволяющая определить уровень ишемии травмированных мышечных тканей и состоящая из генератора импульсов, излучающего устройства - светодиода и устройства, воспринимающего излучение - фотодиода. Сигнал от фотодиода подается на усилитель и затем на регистрирующее устройство (SU 1772751 А1, 30.10.1992). Известная установка используется для исследования только травмированных мышечных тканей и не позволяет исследовать кровоснабжение внутренних органов. Кроме того, известная установка позволяет проводить только дискретные измерения, без исследования состояния ткани в динамике.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленного способа, заключается в обеспечении осуществления комплексной экспресс-диагностики состояния кровоснабжения поврежденных тканей, как мышц, так и внутренних органов, например, кишечника, печени, почек и других внутренних органов, и в обеспечении оценки достаточности кровоснабжения тканей в динамике.
Для достижения указанного технического результата предлагается способ экспресс-диагностики обратимости ишемического повреждения мягких тканей, включающий воздействие на пораженную и неповрежденную ткань излучением оптического диапазона, в котором регистрируют пульсограммы пораженных исследуемых участков, вычисляют коэффициент обратимости ишемии К по формуле
К=S1/S2,где S1=A1·L1, S2=А2·L2,
где
A1 - амплитуда пульсовой волны с пораженного исследуемого участка,
А2 - амплитуда пульсовой волны со здорового исследуемого участка,
L1 - длина пульсовой волны с пораженного исследуемого участка,
L2 - длина пульсовой волны со здорового исследуемого участка,
S1 - площадь пульсовой волны с пораженного исследуемого участка,
S2 - площадь пульсовой волны со здорового исследуемого участка,
При этом при К≤0,5 ишемическое поражение мягких тканей считают необратимым, а при К>0,5 ишемическое поражение мягких тканей обратимо.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого устройства, реализующего предлагаемый способ, заключается в обеспечении осуществления комплексной экспресс-диагностики состояния кровоснабжения поврежденных тканей, как мышц, так и внутренних органов, у каждого из которых свой тип кровоснабжения (например, для толстой кишки - оркадный тип кровоснабжения), в повышении точности измерения для разных органов за счет использования двух датчиков для сравнения состояния неповрежденных тканей и поврежденных тканей, в ускорении процесса измерения. Устройство позволяет осуществлять непрерывную регистрацию жизнеспособности тканей по показаниям пульсограммы (т.е. проводить измерение и сравнение в динамике) и получать точную информацию о жизнеспособности ткани.
Для достижения указанного технического результата предлагается устройство, содержащее первый и второй датчики оптического диапазона, в которое введены умножитель, усилитель с коэффициентом усиления, равным единице, первый и второй блоки определения площади пульсовой волны, входы которых соединены с выходами первого и второго датчиков оптического диапазона соответственно, выход АРУ второго блока определения площади пульсовой волны соединен с входом АРУ первого блока определения площади пульсовой волны, выход которого соединен с входом усилителя с коэффициентом усиления, равным единице, и выходом умножителя, первый вход которого соединен с выходом второго блока определения площади пульсовой волны, а второй вход умножителя соединен с выходом усилителя с коэффициентом усиления, равным единице, и выходом устройства.
Изобретение поясняется графическими изображениями.
На фиг.1 изображена пульсограмма со здорового участка тонкой кишки (изолиния - отсутствующая пульсограмма с пораженного участка тонкой кишки).
На фиг.2 - пульсограмма с проксимального и дистального отделов тонкокишечного анастомоза.
На фиг.3 - анализ пульсометрии к фиг.2.
На фиг.4 - пульсограмма с верхней конечности и культи нижней конечности.
На фиг.5 - анализ пульсометрии к фиг.4.
На фиг.6 изображено устройство для осуществления способа.
Способ осуществляется следующим образом.
Датчиками оптического диапазона (стерильными инфракрасными датчиками) регистрируют пульсограмму на поврежденном и неповрежденном участках ткани. Осуществляют оценку площади под кривой пульсовой волны как произведение амплитуды и длительности пульсовой волны. Полученные величины сопоставляются с фоновьми величинами (т.е. зарегистрированными со здорового исследуемого участка) по уравнению:
К=А1·L1/А2·L2 или
(1) K=S1/S2, где
К - коэффициент обратимости ишемии.
A1 - амплитуда пульсовой волны с пораженного исследуемого участка.
А2 - амплитуда пульсовой волны со здорового исследуемого участка.
L1 - длина пульсовой волны с пораженного исследуемого участка.
L2 - длина пульсовой волны со здорового исследуемого участка.
S1 - площадь пульсовой волны с пораженного исследуемого участка.
S2 - площадь пульсовой волны со здорового исследуемого участка.
Оценку достаточности кровоснабжения мягких тканей организма производят по величине коэффициента обратимости ишемии К. Выявлено критериальное значение обратимости ишемического поражения мягких тканей. При К≤0,5 ишемическое поражение мягких тканей считают необратимым. При К>0,5 ишемическое поражение мягких тканей обратимо.
Клинические примеры выполнения изобретения.
Пример 1.
Выписка из истории болезни больного С., 28 лет. Множественные острые язвы тонкой кишки.
Измерения проведены в 16 часов 45 минут 13.07.2004. Проводили пульсометрию на пораженном участке кишки (график А на фиг.1 - изолиния), а также на ее здоровом участке (график В на фиг.1).
На пораженном исследуемом участке пульсовая кривая отсутствует. Принято решение резецировать этот участок с наложением тонко-тонкокишечного анастомоза.
После наложения анастомоза выполнено пульсометрическое исследование его проксимального и дистального отделов (фиг.2: t1-t2 - интервал времени, за которое производится усреднение амплитуды и длины пульсовых кривых). На фиг.2 график I соответствует пульсограмме с дистального отдела тонкокишечного анастомоза, график II - пульсограмме с проксимального отдела тонкокишечного анастомоза.
Измерены амплитуда и длина пульсовой волны с пораженного исследуемого участка (см. фиг.3; прямоугольник I соответствует показаниям A1, L1, снятым датчиком, установленным на пораженном исследуемом участке (дистальный отдел анастомоза), прямоугольник II соответствует показаниям A2, L2, снятым датчиком, установленным на неповрежденном участке ткани (проксимальный отдел анастомоза).
А1=91.
А2=79.
L1=73.
L2=86.
Вычислена площадь под кривой пульсограммы, зарегистрированной со здорового исследуемого участка и площадь пульсовой волны с пораженного исследуемого участка
S1=6643 и S2=6794.
По формуле (1) определен коэффициент К.
К=0,97.
Динамическое наблюдение за пациентом показало состоятельность наложенного анастомоза.
Пример 2. Больной Д., 26 лет. Минно-взрывное ранение. Травматическая ампутация обеих голеней.
Измерения проведены в 18 часов 37 минут 09.03.2004. Проводили пульсометрию на поврежденных тканях нижних конечностей (график I на фиг.4), результаты которой сопоставляли с данными пульсометрии с пальцев левой верхней конечности (график II на фиг.4).
Измерены амплитуда и длина пульсовой волны с пораженного исследуемого участка (см. фиг.5; прямоугольник I соответствует показаниям A1, L1, снятым датчиком, установленным на поврежденных тканях нижних конечностей, прямоугольник II соответствует показаниям A2, L2, снятым датчиком с пальцев левой верхней конечности).
A1=21.
А2=96.
L1=23.
L2=22.
Вычислена площадь под кривой пульсограммы, зарегистрированной со здорового исследуемого участка и площадь пульсовой волны с пораженного исследуемого участка
S1=483 и S2=2112.
По формуле (1) определен коэффициент К.
К=0,23.
Использование модуля хирурга в процессе выполнения ПХО ран позволило производить достоверное определение критической ишемии поврежденных тканей. Тем самым в процессе выполнения операции осуществлялось немедленное уточнение объема резекции органов и тканей.
Предложенный способ позволяет следить за состоянием кровоснабжения пораженной ткани в динамике и точно определять объем хирургического вмешательства, а также контролировать эффективность проводимых мероприятий.
Устройство, реализующее заявленный способ, представлено на фиг.6.
Устройство содержит датчики 1 и 2 оптического диапазона, умножитель 3, единичный усилитель (т.е. усилитель с коэффициентом, усиления равным единице) 4, первый и второй блоки 5 и 6 определения площади пульсовой волны. Выходы датчиков 1 и 2 оптического диапазона соединены с входами первого и второго блоков 5 и 6 определения площади пульсовой волны соответственно. Выход автоматической регулировки усиления (далее АРУ) второго блока 6 соединен с входом АРУ первого блока 5, выход которого соединен с входом единичного усилителя 4 и выходом умножителя 3, первый вход которого соединен с выходом блока 6, а второй вход - с выходом единичного усилителя 4 и выходом устройства.
Первый и второй блоки 5 и 6 определения площади пульсовой волны содержат усилитель 7, узел 8 АРУ, усилитель-ограничитель 9, интегратор 10, формирователь 11 импульса сброса с элементом задержки, два пиковых детектора 12 и 13 и умножитель 14, выход которого соединен с выходом блока определения площади пульсовой волны. Первый вход умножителя 14 через последовательно соединенные первый пиковый детектор 12 и усилитель 7 соединен с входом блока определения площади пульсовой волны. Второй вход умножителя 14 через последовательно соединенные второй пиковый детектор 13, интегратор 10 и усилитель-ограничитель 9 также соединен с входом блока. Вход формирователя 11 импульса сброса с элементом задержки соединен с выходом усилителя-ограничителя 9, а выход формирователя 11 соединен с входами сброса интегратора 10 и пиковых детекторов 12 и 13. Выход узла 8 АРУ соединен с входом АРУ усилителя 7, вход узла 8 АРУ в первом блоке 5 определения площади пульсовой волны соединен с входом АРУ этого блока, а во втором блоке 6 определения площади пульсовой волны - с выходом усилителя 7 и выходом АРУ блока.
Датчики 1 и 2 оптического диапазона выполнены в виде пары излучатель-фотоприемник. В качестве излучателя могут быть использованы светодиод или лазер с соответствующим источником энергии, в качестве фотоприемника - фотодиод, воспринимающий излучение излучателя. Выходом датчиков 1 и 2 является выход фотоприемника. Остальные блоки устройства могут быть выполнены, например, на линейных интегральных схемах (Шило В.Л., Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Сов. радио, 1979).
Устройство работает следующим образом.
Датчики 1 и 2 располагают на поврежденном и неповрежденном участках ткани соответственно и регистрируют их пульсограммы. Сигналы датчиков поступают на входы блоков 5 и 6, где усиливаются усилителями 7, причем узел 8 АРУ в блоке 6 не допускает насыщения усилителя 7, а поскольку сигнал от датчика 2 всегда больше сигнала от датчика 1, то узел 8 АРУ в блоке 5 тем более не допускает насыщения усилителя 7 в блоке 5. Таким образом, усилители 7 в обоих блоках 5 и 6 всегда работают в линейном режиме, и на их выходах всегда сохраняется соотношение напряжений, соответствующее выходным напряжениям датчиков 1 и 2. Напряжения с выходов усилителей 7 поступают на соответствующие пиковые детекторы 12, на выходах которых возникают постоянные напряжения, соответствующие амплитудам пульсовых волн (величины А1 и А2). Усилители-ограничители 9 имеют большой коэффициент усиления (десятки тысяч раз) и при минимально возможных сигналах от датчиков 1 и 2 входят в насыщение и на их выходах появляются импульсы напряжения постоянной амплитуды и длительности, равной длительности соответствующей пульсограммы. Интегрирование этих импульсов в интеграторах 10 и запоминание в пиковых детекторах 13 позволяет получить на их выходах постоянные напряжения, пропорциональные длительности пульсограммы (величины L1 и L2). Формирователи 11 импульса сброса с элементом задержки служат для установки в исходное состояние интеграторов 10 и пиковых детекторов 12 и 13 перед каждой пульсовой волной. Для этого выходным импульсом усилителей-ограничителей 9 в формирователях 11 включаются элементы задержки на время, несколько меньшее периода повторения пульсовой волны (время задержки может регулироваться) и по окончании установленной задержки формируются короткие импульсы сброса, которые с помощью электронных ключей разряжают накопительные элементы в интеграторах 10 и пиковых детекторах 12 и 13.
Таким образом, на входах умножителей 14 присутствуют напряжения, соответствующие амплитудам и длительностям пульсограмм. Перемножение этих напряжений в умножителях 14 дает на их выходах напряжения, соответствующие площадям пульсовых волн (величины S1 и S2).
Отношение этих величин в блоках 3 и 4 устройства получают включением умножителя 3 в цепь обратной связи единичного усилителя 4 (усилителя с коэффициентом усиления, равным 1). Обозначим сигнал на выходе устройства К. Тогда на входах умножителя 3 присутствуют сигналы S2 и К. Их произведение равно сигналу S1:
S2·K=S1,
Откуда получаем коэффициент обратимости ишемии
К=S1/S2.
Выходное напряжение устройства подается через соответствующий преобразователь на какой-либо регистрирующий элемент или прибор: стрелочный прибор, двуцветный светодиод, монитор компьютера и т.д.
1. Способ экспресс-диагностики обратимости ишемического повреждения мягких тканей, включающий воздействие на пораженную и нормальную ткань излучением оптического диапазона, отличающийся тем, что регистрируют пульсограммы исследуемых участков, вычисляют коэффициент обратимости ишемии К по формуле
K=S1/S2,
где S1=A1·L1, S2=A2·L2,
где А1 - амплитуда пульсовой волны с пораженного исследуемого участка;
А2 - амплитуда пульсовой волны со здорового исследуемого участка;
L1 - длина пульсовой волны с пораженного исследуемого участка;
L2 - длина пульсовой волны со здорового исследуемого участка;
S1 - площадь пульсовой волны с пораженного исследуемого участка;
S2 - площадь пульсовой волны со здорового исследуемого участка,
и при К≤0,5 ишемическое поражение мягких тканей считают необратимым, а при К>0,5 ишемическое поражение мягких тканей обратимо.
2. Устройство для экспресс-диагностики обратимости ишемического повреждения мягких тканей, содержащее первый и второй датчики оптического диапазона, установленные соответственно на участке пораженной ткани и на участке неповрежденной ткани, отличающееся тем, что в устройство введены умножитель, усилитель с коэффициентом усиления, равным единице, первый и второй блоки определения площади пульсовой волны, входы которых соединены с выходами первого и второго датчиков оптического диапазона соответственно, выход АРУ второго блока определения площади пульсовой волны соединен с входом АРУ первого блока определения площади пульсовой волны, выход которого соединен с входом усилителя с коэффициентом усиления, равным единице, и выходом умножителя, первый вход которого соединен с выходом второго блока определения площади пульсовой волны, а второй вход умножителя соединен с выходом усилителя с коэффициентом усиления, равным единице, и выходом устройства.
