Российский медицинский информационный ресурс rosmedic.ru
Главная arrow Приборные медицинские методы диагностики и лечения arrow Фотометрические методы при диагн. исследованиях arrow Методы и технические средства для инвазивной оценки показателей и характеристик кровотока
Методы и технические средства для инвазивной оценки показателей и характеристик кровотока

Для оценки оксигенации крови используются методы спектрофотометрии. Она может быть выполнена как с помощью инвазивного, так и с помощью неинвазивного методов. Инвазивный метод дает более объективные результаты, но связан с необходимостью проведения травматического внешнего воздействия. Неинвазивный метод обеспечивает получение менее объективных результатов, но он очень удобен для медицинской практики.

Инвазивный метод, например, используют для оценки сатурации венозной крови (Sv02). Для этого в катетер, вводимый в подключичную вену или легочную артерию, вмонтированы два световода. При их реализации используются элементы волоконной оптики. Световод представляет собой тонкую нить из специального стекла или полимера, которая покрыта веществом, выполняющим роль отражающего слоя (с малым коэффициентом преломления). Свет, попавший на торец такой нити, под углом, меньшим (θmax, распространяется по нему вследствие полного внутреннего отражения, если углы изгиба нити меньше 90° (рис. 1).

Image
Рис. 1. Распространение света по световоду


Угол θmax зависит от коэффициентов преломления среды и покрытия или внешних и внутренних слоев (когда показатель преломления изменяется в световоде плавно) и характеризуется числовой апертурой световода A 0

Image

где n c - коэффициент преломления сердцевины;

n n - коэффициент преломления покрытия.

Толщина нитей световода может колебаться от десятков мкм до долей мм. Поэтому имеется возможность через жгут, состоящий из нескольких волокон одновременно и независимо пропускать световое излучение, имеющее разные длины волн. На торец одного световода подается световое излучение. Со второго конца в катетере это излучение вводится в зону, где циркулирует кровь. Это излучение, отраженное от элементов крови, попадает на торец второго световода, на другом конце которого имеется фотоприемник. В зависимости от того, как расположены торцы световодов, будут реализовываться методы измерений, имеющие разные названия. Если свет из одного торца попадает на второй торец и среда между ними меняет величину поглощения света (абсорбцию), то используется абсорбционный спектрофотометрический метод измерения (рис. 2).

Image
Рис. 2. Структура абсорбционного измерителя показателей оксигенации


Если торцы световода находятся в одной плоскости, что в малогабаритном катетере технически сделать проще, то световой поток на торце световода с фотоприемником появится только вследствие отражения светового излучения от элементов крови (рис. 3). В этом случае будет использоваться метод нефелометрии. Различия между методами, с точки зрения технической реализации, не очень существенны. При абсорбции и турбидиметрии источник и приемник светового излучения находятся на одной оси. При нефелометрии (классической) источник и приемник излучения находятся под углом 90° для того, чтобы исключить попадание на фотоприемник излучения, прошедшего через вещество. Так как в малогабаритном катетере это выполнить тяжело, то торцы световодов часто находятся в одной плоскости. Для повышения диагностической ценности результатов измерительные операции выполняют на нескольких частотах, например, при длинах волн 670, 700, 800 нм

Image
Рис. 3 Структура нефелометрического измерителя параметров оксигенации


Двухчастотный датчик насыщенности крови кислородом показан на рис. 4,а. В нем использовано то обстоятельство, что коэффициент отражения у гемоглобина и оксигемоглобина существенно различается при длинах волн 620÷650 нм и мало различается при длинах волн 800÷900 нм. Это хорошо видно из рисунка 4,б

Image
Рис. 4. Двухчастотный датчик насыщенности крови кислородом (а) и частотная зависимость коэффициента отражения (б)


Датчик состоит из трех световодов. По двум из них излучение от световодов с длинами волн λ 1 и λ 2 подводится к анализируемой крови. По третьему отраженное от фрагментов крови излучение подводится к фотоприемнику (фотодиоду). Вычислив отношение сигналов, полученных на частотах λ 1 и λ 2, удается определить показатель сатурации крови. Причем изменения чувствительности фотоприемников и яркости излучателей (в небольших пределах) не будут вносить существенных погрешностей.

Следует отметить, что вблизи введенного катетера возможно образование тромбов - переход крови из жидкого состояния в желеобразный сгусток (свертывание крови). Это важнейшая защитная реакция организма, препятствующая кровопотере. Для уменьшения погрешностей от изменения свойств крови в результате этого процесса, в измерительную зону иногда вводят антикоагулянт, устраняющий возможность ее свертывания. В качестве его обычно используют гепарин.

При использовании световодов и неинвазивного метода имеется возможность измерить скорость движения крови V. В основу метода положено физическое явление, имеющее название эффект Доплера. При освещении движущегося тела лучом лазера, отраженный от него луч имеет сдвиг по частоте fD , зависящий от его скорости. Он характеризуется уравнением:

Image

где Ks и Ko - волновые векторы падающего и рассеянного света; V - вектор скорости движущегося тела.

При построении измерителей скорости движения крови используется структура оптической системы с опорным источником света. Измеряемый объект освещается через волоконно-оптический зонд, с помощью которого также принимается отраженный от фрагментов крови сигнал (рис. 5).

В результате проявления эффекта Доплера он будет иметь частотный сдвиг

Image

где λ - длина волны источника излучения; θ - угол между вектором скорости объекта и лучом.

Для облегчения оценки частоты fD, зависящей от скорости движения крови, световой поток лазера расщепляют на два пучка. Один пучок освещает объект, а другой (опорный) модулируется ультразвуковым модулятором с частотой fMМодулированный луч через зеркало и призму подается на фотоприемник. Он имеет частоту f0 + fM.

Image
Рис. 5 Установка для измерения скорости крови


Отраженный луч имеет частоту f0 + fD. Он также подается на фотоприемник с помощью призмы. В составе выходного сигнала фотоприемника будет присутствовать частота биений fδ

Image

при cos=1, fδ = fМ - fD

Она зависит от скорости движения крови. При использовании в качестве фотоприемника лавинного фотодиода удается измерять скорости движения крови от 4 см/с до 10 м/с с погрешностью, менее 5%. Пространственное разрешение 100 мкм. Этот же принцип используется при измерении скоростей газовых потоков. Один из возможных вариантов конструкции наконечника волоконно-оптического катетера показан на рис. 6

Image
Рис. 6 Конструкция наконечника волоконно-оптического катетера


Если Вам требуется быстро и абсолютно безопасно обменять валюту wmu - wmb, то наш сайт - это правильный выбор. У нас лучшие курсы обмена валюты!


 
« Пред.   След. »
 
 
Rambler's Top100