Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧРЕЗКОЖНОЙ КАПНОМЕТРИИ

Изобретение относится к области аэрокосмической медицины и может быть использовано при разработке новых систем жизнеобеспечения в качестве дополнительной медицинской технологии для исследования и управления состоянием человека, для обеспечения медико-биологических исследований и экспериментов, как информативное средство диагностики физиологического состояния организма человека после различных воздействий на него.

Известно, что высокой диагностической ценностью обладают результаты транскутанной (чрезкожной) капнометрии, поскольку концентрация углекислоты в тканях организма отражает баланс между тканевым кровотоком и местной продукцией CO2, а по концентрации углекислого газа, диффундирующего через кожу, можно оценить качество метаболизма (Царенко С.В., Вахницкая В.В., Белова Н.В., Давыдова Л.А., Капнометрия и капнография: «изгои» реанимационного мониторинга, http://reancenter.ru/node/116).

Подобные измерения могут быть выполнены с помощью транскутанных мониторов газов, например TCO2, ТСМ 4 (TCO2M - транскутанный монитор для измерения содержания газов в крови, http://www.medkurs.ru/equipment/section18/, Неинвазивный транскутанный мониторинг газов крови, (ТСМ 4, ТСМ 40, ТСМ 400) http://www.yumgiskor.kz/ru/cat.php?id=102). Датчики этих мониторов реализованы на основе полярографии Кларка. Каждый из них представляют собой электролитическую ячейку, дно которой выполнено в виде газопроницаемой мембраны. Мембрана приводится в соприкосновение с кожей и нагревается до температуры около 44°C. Под действием нагревания углекислый газ из капиллярных сосудов диффундирует в эпидермис, а затем в электролитическую ячейку, где происходит измерение электропроводности раствора с помощью платинового и серебряного электродов. По полученным значениям электропроводности рассчитываются значения концентрации углекислоты.

Основными недостатками указанных мониторов являются:

- их высокая стоимость;

- необходимость нагрева участка кожи, на котором ведется измерение;

- обязательная смена места локализации датчика через 2-4 часа для предотвращения термических раздражений;

- использование в датчиках электродов из драгоценных металлов;

- необходимость использования специальных расходных материалов (мембраны, электролит).

Задачей изобретения является обеспечение разработка технически простого способа измерения концентрации углекислого газа в составе газовой смеси и на его основе устройства для капнометрии, не уступающего по точности измерения применяемым мониторам.

В основе предлагаемого способа лежит высокая избирательная чувствительность дистиллированной воды к углекислому газу. Показано, что при контакте с чистым воздухом, типичная концентрация углекислоты в котором 0.033%, удельная проводимость сверхчистой воды повышается с 0.055 мкС/см до 1 мкС/см при 25°C. При этом другие компоненты воздуха не образуют каких-либо ионов и не воздействуют на проводимость воды (The conductivity of low concentrations of CO₂ dissolved in ultra pure water from 0-100°C, Truman S. Light, Elizabeth A. Kingman, and Anthony C. Bevilacqua // Paper presented at the 209th American Chemical Society National Meeting, Anaheim, CA, April 2-6, 1995).

Технический результат заключается в возможности чрезкожной капнометрии в течение неограниченного времени без перегрева кожи, упрощение конструкции устройства для измерения, отсутствие расходных материалов и снижение себестоимости измерений.

Заявленный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе чрезкожной капнометрии для измерения концентрации углекислого газа, выделяющегося с поверхности кожи, к точке измерения присоединяется конец воздухозаборной трубки, газовую смесь с углекислотой прокачивают вдоль поверхности дистиллированной воды, залитой в диэлектрическую емкость, измеряют значения электропроводности воды после контакта с газовой смесью и определяют концентрацию углекислого газа по измеренным значениям электропроводности воды, используя предварительно полученные калибровочные данные.

Устройство, реализующее предложенный способ чрезкожной капнометрии, содержит измерительную диэлектрическую емкость, снабженную воздухозаборными трубками, воздушный насос, согласующее устройство, соединенное с персональным компьютером, измерительная диэлектрическая емкость частично заполнена дистиллированной водой, в воду погружены два электрода из нержавеющей стали и терморезистор, выводы которых соединены с входами согласующего устройства, а выходы согласующего устройства соединены с входами персонального компьютера, при этом одна воздухозаборная трубка соединяет измерительную емкость и воздушный насос,а вторая предназначена для соединения с участком поверхности кожи, на котором выполняется капнометрия.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема устройства для капнометрии.

Устройство содержит измерительную диэлектрическую замкнутую емкость 1, частично заполненную дистиллированной водой. В части емкости 1, заполненной водой расположены два электрода 2 из нержавеющей стали, используемые для измерения электропроводности воды и терморезистор 3 для компенсации изменения электропроводности воды при изменении температуры. Электроды 2 и терморезистор 3 соединены с согласующим устройством 4. В верхней части емкости 1, незаполненной водой, расположены воздухозаборные трубки, одна из которых устанавливается в точке измерения на коже, а вторая соединяется с воздушным насосом 5. Согласующее устройство 4, где производится аналоговая обработка сигналов с электродов 2 и резистора 3, соединено с персональным компьютером 6. Электрические сигналы с электродов 2 и терморезистора 3 поступают на входы согласующего устройства 4. Согласующее устройство содержит электрическую схему на двух аналоговых операционных усилителях и выполняет функции согласования уровней сигналов и согласования сопротивлений между электродами, терморезистором и входом персонального компьютера 6. В качестве платы сбора данных для удешевления устройства предполагается использовать штатную звуковую карту персонального компьютера (Рыбин Ю.М., Агеев И.М., Бубнова М.Д., Устройство сбора данных на основе звуковой карты ПК, Электронный журнал «Труды МАИ», выпуск №48, 2011). При этом на АЦП первого канала звуковой карты подается сигнал электропроводности воды, а на АЦП второго канала карты - сигнал температуры воды. Дальнейшая обработка сигналов (запись, детектирование, фильтрация шумов, расчет измеряемых параметров, построение графиков) выполняется в компьютере в цифровом виде с помощью специальных программ.

Для измерения концентрации углекислого газа, выделяющегося с поверхности кожи, к точке измерения присоединяется конец воздухозаборной трубки (трубка соединена с измерительной емкостью 1 в месте ввода газовой смеси), включается воздушный насос 5 и в течение выбранного времени измерения через согласующее устройство 4 в персональный компьютер 6 записываются данные проводимости воды и ее температуры, где рассчитывается по известным калибровочным данным содержание углекислоты в газовой смеси. После обработки данных на экране монитора компьютера отображается капнометрическая информация в виде графиков и цифровых значений концентрации углекислоты.

Предлагаемое устройство для капнометрии, в сравнении с известными транскутанными мониторами, имеет следующие преимущества:

1. Аппаратная часть устройства (измерительная емкость, согласующее устройство, насос) фактически является приставкой к стандартному компьютеру (ноутбуку), имеет простую конструкцию и не требует для изготовления дорогостоящих компонентов.

2. Единственным расходным материалом, необходимым для работы устройства, является дистиллированная вода (расход - несколько мл на одно измерение).

3. Измерения выполняются при естественной температуре кожи, дополнительный нагрев поверхности кожи не требуется.

4. Предлагаемый метод измерения является неинвазивным.