УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО МОНИТОРИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КАПИЛЛЯРОВ И КАПИЛЛЯРНОГО КРОВОТОКА

Изобретение относится к области медицинской техники, в частности, к измерению характеристик капилляров и капиллярного кровотока для диагностических целей, осуществляемому средствами оптического контроля.

Важнейшим звеном кровеносного русла является система капилляров, предназначенных для обеспечения органов и тканей всеми веществами необходимыми для жизнедеятельности. Крупные сосуды осуществляют доставку этих веществ, а в капиллярах происходит их переход в ткани и одновременно извлечение из тканей продуктов распада в кровеносное русло. Исследование микроциркуляции у здоровых и больных лиц с отдельными нарушениями сердечно-сосудистой системы может быть использовано для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека и его ортостатической устойчивости, в частности, применительно к практике клинической и космической медицины.

Известно устройство для автоматической регистрации динамических характеристик протекания процесса [1], содержащее держатель для исследуемого образца, выполненный с возможностью обеспечения оптического контроля динамических характеристик, оптическую систему наблюдения за объектом исследования, сообщенную с системой контроля и записи состояния исследуемого объекта, содержащую блок на базе процессора, предназначенный для перевода сигнала системы в видеосигнал, и компьютер, содержащий плату ввода видеоизображения, соединенную с вышеуказанным блоком.

Данное устройство может регистрировать упомянутые характеристики, но оно не позволяет исследовать движущиеся объекты (движение крови в капиллярах). Кроме того, этот прибор работает только на просвет, что невозможно в случае наблюдения движущейся крови в капилляре, поскольку эти исследования необходимо производить в отраженном свете.

Известно устройство для автоматической регистрации динамических характеристик протекания процесса [2], выбранное нами в качестве прототипа, которое содержит держатель для исследуемого образца, оптическую систему наблюдения с осветительной системой, системой контроля и записи состояния исследуемого образца и процессор для перевода сигнала системы в видеосигнал с компьютером.

Оптическая система и держатель размещены в корпусе, держатель снабжен сенсором параметров образца с интерфейсом для ввода данных в компьютер. Держатель выполнен в виде кюветы и имеет возможность вертикального и горизонтального перемещения относительно фокуса оптической системы.

Работает устройство следующим образом. После установки пальца обследуемого в держателе и настройки прибора, при котором добиваются попадания капилляров в фокус регистрирующей оптической системы, включается запись изображения движущихся по капиллярам клеток крови. При этом пучок светового излучения после попадания на палец обследуемого отражается от капилляров, находящихся под ногтевой пластиной, и после прохождения через оптическую систему регистрируется ПЗС матрицей с последующим превращением в электрический сигнал и поступает в компьютер. Это устройство предназначено для осуществления регистрации динамики процессов и может быть применено для исследования капиллярного кровотока, но оно не обеспечивает требуемой достоверности исследований, поскольку в нем производится установка мягкой части ладони или пальца на основании держателя, что приводит к дрожанию исследуемой части пальца и его смещению относительно оптической системы. В силу этого невозможно длительное мониторное наблюдение за параметрами капиллярного кровотока.

Техническим результатом предложенного изобретения является устранение указанных недостатков прототипа, а именно повышение точности измерений характеристик за счет возможности получения трехмерного изображения, увеличение степени достоверности исследований и расширение функциональных возможностей прибора в результате длительного мониторирования.

Этот технический результат достигается за счет усовершенствования известного устройства для автоматического неинвазивного мониторирования динамических характеристик капилляров и капиллярного кровотока, который содержит размещенную в корпусе адаптивную оптическую систему наблюдения с устройством освещения и приемником изображения, соединенным с электронным блоком обработки сигналов и прикрепленный к корпусу ложемент для размещения пальца обследуемого таким образом, чтобы его внешняя сторона с ногтем была обращена к визуальному окну адаптивной оптической системы наблюдения.

Усовершенствование заключается в том, что ложемент пальца выполнен с возможностью осуществления фиксации пальца с внешней и соответствующей ей внутренней сторон с усилием сжатия, направленным перпендикулярно продольной оси ложемента, со стороны одного из торцов ложемента установлен упор для фиксации пальца от продольного смещения, в верхней области ложемента, соответствующей размещению ногтевого ложа пальца, выполнено отверстие, через которое проходит ось фокусировки адаптивной оптической системы наблюдения, при этом, по крайней мере, либо приемник изображения, либо фокусирующие линзы адаптивной оптической системы наблюдения установлены с возможностью автоматического перемещения в трех взаимоперпендикулярных направлениях.

Предусмотрены также следующие конструктивные особенности выполнения устройства:

- в ложементе выполнены два канала, один - впускной - для заполнения полости ложемента иммерсионной жидкостью и второй - выпускной - для ее удаления, при этом в ложементе установлены уплотнительные манжеты для герметизации зазора между пальцем и стенками ложемента, а адаптивная система наблюдения установлена герметично в отверстии, выполненном в верхней части ложемента;

- ложемент выполнен в виде двух пластин, нижней и верхней, с углублениями для пальца на внутренних, обращенных друг к другу, поверхностях, и соединенных с торцевых сторон упругими элементами;

- ложемент выполнен в виде напальчника с внешней металлической оболочкой и внутренней упругой оболочкой;

- к боковым сторонам ложемента жестко прикреплены два вспомогательных напальчника для фиксации двух соседних пальцев;

- закрепление двух вспомогательных напальчников с ложементом осуществлено посредством пластин;

- на внутреннем участке ложемента размещена манжета для пережатия сосудов пальца для осуществления функциональных проб;

- на внутренней поверхности ложемента установлен датчик температуры пальца;

- ложемент соединен с резистивным нагревателем;

- ложемент соединен с Пельтье-элементом.

Существо изобретения поясняется чертежами, на фиг.1 показана схема устройства для неинвазивного мониторирования динамических характеристик капилляров и капиллярного кровотока; на фиг.2 изображен ложемент, выполненный в виде цилиндрической капсулы с вспомогательными цилиндрическими капсулами.

Устройство содержит размещенную в корпусе 1 адаптивную оптическую систему наблюдения 2, оптически связанную с приемником изображения 3 (фотоприемником) и с электронным блоком 4 процессора обработки сигналов, соединенным с компьютером (фиг.1). Корпус 1 устройства жестко закреплен на ложементе, предназначенном для размещения в нем пальца обследуемого. Ложемент выполнен таким образом, чтобы зафиксировать палец с двух противоположных сторон - наружной области с ногтем и соответствующей ей внутренней области, т.е. чтобы усилие фиксации пальца было перпендикулярно продольной оси ложемента. При этом исключается сжатие боковых поверхностей исследуемого пальца и нарушение кровообращения в нем. Один из таких вариантов выполнения ложемента - это две пластины 5 и 6, соответственно верхняя и нижняя, с углублениями на их внутренних поверхностях для пальца, закрепленные между собой упругим соединением, например, пружинами 7, установленными со стороны торцов пластин (фиг.1).

В другом варианте ложемент выполнен в виде цилиндрической капсулы 8 типа напальчника с внешней металлической оболочкой и внутренней упругой оболочкой, которая обеспечивает указанное направление сжатия пальца. Для обеспечения большей устойчивости пальца к боковым сторонам ложемента такой конструкции прикреплены две дополнительные вспомогательные цилиндрические капсулы 9 и 10 для размещения в них соседних пальцев (фиг.2). Вспомогательные цилиндрические капсулы 9 и 10 жестко прикреплены к боковым сторонам расположенного между ними ложемента, например, пластинами (на чертеже не показаны).

В верхней пластине 5 (или в верхней части ложемента, выполненного в виде цилиндрической капсулы) выполнено отверстие 11, через которое проходит ось фокусировки адаптивной оптической системы наблюдения 2 и осуществляется исследование капилляров ногтевого ложа пальца обследуемого. Это отверстие расположено напротив визуального окна оптической системы наблюдения 2 и может быть использовано также для освещения пальца.

Внутри полости ложемента установлен упор 12 для фиксации пальца от продольного смещения.

Для проведения функциональных проб в ложементе, имеющем форму цилиндрической капсулы, предусмотрена установка манжеток для пережатия сосудов на боковых участках пальца.

Ложемент может быть соединен либо с резистивным нагревателем 13, либо с Пельтье-элементом 14, снабженным датчиками температуры управления 15. Внутри ложемента установлены датчики температуры пальца 16.

Для исключения погрешностей в исследованиях от непроизвольного смещения пальца предусмотрена соответствующая ему возможность автоматического перемещения в 3-х взаимно-перпендикулярных направлениях либо приемника изображения 3, либо фокусирующих линз оптической системы наблюдения 2, либо и приемника и линз. Эта система автоматического перемещения может быть использована также при осуществлении сканирования обследуемого участка для получения трехмерного изображения.

Работает устройство следующим образом.

Обследуемый укладывает палец (предпочтительно безымянный) в ложемент со стороны его открытого торца до соприкосновения с упором 12 таким образом, чтобы его ногтевая часть с периваскулярной зоной размещалась под отверстием 11 ложемента.

Регулировка положения пальца производится путем перемещения упора 12 таким образом, чтобы обследуемый участок с капиллярами оказался в области сканирования адаптивной оптической системы наблюдения 2. Контроль положения пальца осуществляется по выводимому на экран компьютера (монитора) изображения.

Требуемое усилие фиксации пальца осуществляется регулировкой упругих элементов 7, стягивающих пластины 5 и 6 (для одного конструктивного выполнения) или воздействием на верхнюю и нижнюю области внутренней упругой оболочки ложемента, выполненного в виде цилиндрической капсулы 8.

После установки в ложементе пальца производят сканирование ногтевого ложа пальца с помощью систем перемещения линз адаптивной оптической системы наблюдения 2 и приемника изображения 3. В результате сканирования определяют наиболее приемлемый (по достаточному количеству капилляров и их виду) для мониторинга участок исследования, а затем производят вычисление и статическую обработку таких параметров, как плотность капилляров, степень извитости, диаметры капилляров, площадь секторов периваскулярной зоны, ее объемные характеристики, размеры и глубина залегания.

Далее приступают к мониторингу состояния кровотока в капиллярах на выбранном участке. При этом для подавления случайных смещений участка внутри исследуемого изображения производится динамическая подстройка положения линз адаптивной оптической системы наблюдения 2.

Для мониторирования состояния микроциркуляции крови изображение с приемника вводится в процессор и обрабатывается. После каждого считывания вырабатывается управляющий сигнал на систему настройки адаптивной оптической системы.

Для каждого изображения производится измерение и сохранение в массиве статических параметров капилляров. При сравнении двух соседних изображений производится определение скорости кровотока в артериальном, венозном и переходном отделах капилляров.

Для устранения световых рефлексов и получения наиболее качественного изображения капилляров и форменных элементов протекающих в них крови между пальцем и внутренней поверхностью ложемента вводят иммерсионную жидкость, которая позволяет устранить промежуточную воздушную среду между оптической системой прибора и поверхностью кожи, создав тем самым наиболее благоприятные условия для исследования. Для этого среднюю фалангу пальца должна облегать уплотнительная манжета 17. Через впускное отверстие 18, снабженное клапаном, система заполняется иммерсионной жидкостью до появления ее в выпускном отверстии 19. Адаптивную оптическую система наблюдения 2 устанавливают герметично в отверстие 11.

Параллельно с мониторингом состояния кровотока и независимо от него производится измерение и, при необходимости, стабилизация температуры пальца. Сигнал от датчика температуры пальца 16 сравнивается с заданным значением и, с учетом величины сигналов от датчиков температуры управления 12, Пельтье-элементов 11, вырабатывается управляющий сигнал, регулирующий величину и направление тока в этих элементах.

Предложенное изобретение обеспечивает возможность устойчивого длительного неинвазивного мониторирования параметров микроциркуляции капилляров с выдачей данных в режиме реального времени, в режимах единичных и периодических измерений кровотока с использованием тестов, задаваемых исследователем, при этом в результате осуществления фиксации пальца относительно адаптивной оптической системы наблюдения и автофокусировке приемника изображения и линз оптической системы наблюдения обеспечивается необходимая точность исследований.

Источники информации.

1. Авторское свидетельство №2088922, G 01 N 33/48.

2. Патент RU №2129266, G 01 N 21/00 - прототип.