Биотехническая система окклюзионной многоканальной электроимпедансной локализации периферических венозных сосудов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.17, кандидат технических наук Аль Харош Муджиб Алрахман Баггаш Али

  • Аль Харош Муджиб Алрахман Баггаш Али
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 2017, МоскваМосква
  • Специальность ВАК РФ05.11.17
  • Количество страниц 110
Аль Харош Муджиб Алрахман Баггаш Али. Биотехническая система окклюзионной многоканальной электроимпедансной локализации периферических венозных сосудов: дис. кандидат технических наук: 05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения. Москва. 2017. 110 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аль Харош Муджиб Алрахман Баггаш Али

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ К РАЗРАБОТКЕ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ОККЛЮЗИОННОЙ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ

ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ ВЕНОЗНЫХ СОСУДОВ

1.1 Анатомические особенности периферических венозных сосудов

1.2 Инструментальные методы локализации периферических венозных сосудов

1.3 Основные принципы построения биотехнической системы окклюзионной многоканальной электроимпедансной локализации периферических венозных сосудов

1.4 Выводы к главе 1

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МНОГОКАНАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНОГО МЕТОДА ЛОКАЛИЗАЦИИ ПЕРФЕРИЧЕСКИХ ВЕН (МЭМЛПВ)

2.1 Математическое моделирование распределения электроимпеданса в однородной среде с цилиндрическим включением

2.2 Вывод аналитического выражения зависимости импеданса от параметров используемой математической модели

2.3 Применение метода кажущегося удельного сопротивления для определения локализации периферических венозных сосудов

2.4 Верификация разработанной математической модели

2.5 Разработка экспериментального стенда

2.6 Выводы к главе 2

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОДНОЙ СИСТЕМЫ МЭМЛПВ

3.1. Обоснование выбора геометрических размеров электродной системы для окклюзионного МЭМЛПВ

3.2. Исследование различных электродных систем для окклюзионного МЭМЛПВ

3.3. Разработка макета электродных систем измерения электрического импеданса

3.4. Влияние точности задания геометрических параметров электродных систем на измеренное значение импеданса

3.5 Тестирование электродных систем на лабораторном стенде

3.6. Выводы к главе 3

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ЛОКАЛИЗАЦИИ ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ ВЕНОЗНЫХ СОСУДОВ

4.1. Исследование процессов влияющих на изменение электрического импеданса при локализации вен

4.2. Влияние прижатия электродов на изменение электрического импеданса

4.3. Применение первой производной для анализа экспериментальных сигналов

4.4. Серия экспериментальных исследований на добровольцах

4.5. Рекомендуемые требования к аппаратному обеспечению БТС окклюзионной многоканальной локализации периферических венозных сосудов

4.6. Выводы к главе 4

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВ - внутривенная терапия

БО - биологический объект

БТС - биотехническая система

УЗ - ультразвук

КС - кажущееся сопротивление

ПВД - периферический венозный доступ

ЭМП - электромагнитное поле

ЭС - электронная система

МЭМЛПВ - многоканальный электроимпедансный метод локализации периферических венозных сосудов

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Приборы, системы и изделия медицинского назначения», 05.11.17 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биотехническая система окклюзионной многоканальной электроимпедансной локализации периферических венозных сосудов»

ВВЕДЕНИЕ

За последние годы в развитых странах появляется интерес к визуализации периферических кровеносных сосудов, в том числе и вен, поскольку локализация периферических кровеносных сосудов является неотъемлемой частью при проведении минимально инвазивной процедуры.

В случае чрезвычайных медицинских ситуаций, таких как кровотечение, острая почечная недостаточность, артериальная гипотензия, шок и остановка сердца, необходим незамедлительный доступ к вене пациента.

Для обеспечения сосудистого доступа используют хорошо видимые и пальпируемые вены, и для улучшения визуализации венозных сосудов традиционно используют венозную окклюзию, чтобы затруднить отток крови и сделать вены более контрастными на поверхность кожных покров, однако у многих пациентов из-за ряда причин, таких как: ожирение пациента, снижение тонуса вены, малого диаметра вены, изгиб, повреждение кожи, слабо контурированная или скользящая вена, квалификация врача и так далее повышает вероятность неуспешных пункций и приводит к возникновению постинъекционных осложнений таких как: кровотечения, непреднамеренные пункции артерии, повреждения стенки сосуда. В связи с этим разработка метода локализации вены, с помощью которого можно повысить уровень оказания медицинской помощи, а также уменьшить время на проведение медицинской манипуляции, считается актуальной задачей медицины и биомедицинской инженерии.

Некоторые устройства, разработанные в последнее время, способны визуализировать периферические вены. Например:

Ультразвуковой метод, основанный на отражении ультразвука от границ между тканями с различными акустическими свойствами обеспечивает хорошее качество изображения поверхностных и глубоких сосудов, но существует недостаток, связанный с привлечением дорогостоящей аппаратуры и специалиста ультразвуковой диагностики.

Оптические методы, работающие по принципу освещения кожи пациента оптическим излучением в диапазоне длин волн от 600 до 800 нм., и в результате различия в отражении этих излучений мягкой ткани и кровью формируется изображение подкожных и внутрикожных вен, что позволяет определить их локализацию. Однако, оптические методы предназначены для повышения контрастности подкожных вен и имеют низкую чувствительность к венам находящим на глубине более 5 мм. в мягкой ткани.

Венография обеспечивает изображение вен после введения контрастного вещества, однако данный метод является инвазивным и не позволяет локализовать вены в реальном времени.

Электроимпедансный метод локализации сосудов применяется в основном западными и отечественными учеными для инвазивного и мало инвазивного применения. В работах [28-30] предложен инвазивный метод для локализации крупных кровеносных сосудов с целью обеспечения быстрого сосудистого доступа для охлаждения и контроля реперфузии у пациентов с остановкой сердца. Однако данный метод не позволяет определить проекции сосудов на поверхность кожных покровов. В работах[31-37] была предложена биотехническая система с использованием традиционной инъекционной иглы под контролем измерительной системы для проведения контроля венепункции. Система применяется для контроля проникновения инъекционной иглы в просвет венозного сосуда, но не позволяет локализовать периферические вены

В связи с перечисленными особенностями известных прототипов было предложено разработать биотехническую систему неинвазивной локализации периферических вен на основе измерения электрического импеданса.

Для локализации поверхностных вен электроимпедансным методом предложена биотехническая система принцип, которой состоит в том, что на поверхность области исследования устанавливается система токовых и потенциальных электродов. Между токовыми электродами пропускают зондирующий ток и потенциальные электроды для измерения разности электрических потенциалов. Измеряемые значения электрического импеданса

несут информацию об электрических свойствах структур на глубинах зондирования тока в тканях организма. Областью зондирования электрического тока является предплечье, состоящее из комплекса биологических тканей таких как: мышечная ткань, жировая, соединительная ткань, слой кожи, венозные сосуды. Ткани обладают различными электрофизическими свойствами, разным удельным сопротивлением. Причем удельное электрическое сопротивление венозной крови в разы ниже, чем у окружающих тканей, что дает возможность локализовать вены, поскольку при этом область проекции вены на поверхность кожных покровов соответствует минимуму значения сопротивления. Однако предварительный анализ показывает, что для разработки подобной технологии локализации периферических венозных сосудов необходимо решить следующие научно-технические задачи: Исследование механизма влияния геометрических параметров и глубин залегания кровеносных сосудов на величину импеданса. Обоснование и разработка метода измерения, Разработка и исследование эффективности метода локализации периферических венозных сосудов. В связи с этим и были сформулированы цель и задачи настоящей диссертации.

Цель работы заключалась - в разработке биотехнической системы окклюзионной многоканальной электроимпедансной локализации периферических венозных сосудов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка математической модели позволяющей оценить чувствительность электроимпедансного метода локализации вен с учетом их диаметра и глубины залегания.

2. Разработка и обоснование расположения и размеров электродных систем, обеспечивающих необходимую чувствительность многоканальных измерений импеданса для локализации периферических вен.

3. Разработка метода окклюзионной многоканальной электроимпедансной локализации периферических вен, позволяющего определить проекции вены на поверхность кожных покровов.

4. Медико-биологические исследования эффективности

разработанных средств и методов. Научная новизна

В процессе решения поставленных задач получены следующие новые научные результаты:

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований показано что, для моделирования распределения электрического импеданса на поверхности предплечья с целью определения проекции вены на поверхность кожных покровов допустимо использовать математическую модель с цилиндрическим включением, учитывающую геометрические параметры, глубины залегания и проводимость кровеносных сосудов и мягких тканей.

2. На основе теоретических и экспериментальных исследований влияния расположения и размеров электродных систем определены приемлемые их значения для эффективной локализации периферических венозных сосудов предплечья.

3. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований установлены механизмы формирования электрического импеданса при венозной окклюзии.

4. Разработан метод локализации периферических венозных сосудов, включающий:

- наложение электродной матрицы из 4-х измерительных каналов на область охватывающую проекцию венозного сосуда на поверхности кожных покровов.

- мониторирование величин электрического импеданса каналов матрицы с одновременным проведением венозной окклюзии при уровни давления в манжете 60-70 тт. Н^. в течение 20-30 с.

- определение проекции вены на поверхность кожных покровов на основе анализа амплитудно-временных параметров по каждому из каналов измерения и расположения электродных сборок.

Практическая ценность

Разработанная окклюзионная многоканальная биотехническая система позволяет локализовать периферические венозные сосуды. Результаты диссертации внедрены в практику научных исследований научно -исследовательского института биомедицинской техники и учебный процесс факультета биомедицинской техники, а также в медицинскую практику научного образовательного медико-технологического центра МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Апробация работы

Апробация работы проведена на объединенном научном семинаре кафедр факультета биомедицинской техники МГТУ им. Н.Э. Баумана. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: 16-й научно-технической конференции «Медико-технические технологии на страже здоровья» (Греция, Кефалония, 2014); 18-й научно-технической конференции «Медико-технические технологии на страже здоровья» (Москва, 2016)«2nd Russia German Conference on Biomedical Engineering» (Russia, St. Petersburg, 2014); «3d Russia German Conference on Biomedical Engineering» (Germany, Aachen, 2015). «4th Russia German Conference on Biomedical Engineering» (Russia, Suzdule, 2016). «World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, Toronto (Canada, Toronto, 2015) ».

Публикации

По материалам работы опубликовано 9 печатных работ, из которых 3 в рецензируемых журналах и изданиях из перечня ВАК РФ.

Объем и структура диссертации

Содержание диссертации соответствует специальности 05.11.17.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Основное содержание работы изложено на 110

страницах, работа содержит 65 рисунков, 12 таблиц и 80 список литературы из библиографических источников.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Щукину С.И. за постоянную и всестороннюю помощь.

ГЛАВА 1. ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ К РАЗРАБОТКЕ АППАРАТНО-

ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ОККЛЮЗИОННОЙ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПЕРИФЕРИЧЕСКИХ ВЕНОЗНЫХ СОСУДОВ

За последние годы в развитых странах появляется интерес к визуализации периферических кровеносных сосудов, в том числе и вен. Так как пункции и катетеризаций периферических вен относится к числу наиболее распространенных манипуляции в практической медицине. Это обусловлено тем, что большинство случаев диагностики и лечения заболеваний требуют забора крови из вен или введение лекарственного вещества. При неотложных ситуациях возникает потребность в сосудистом доступе. Поэтому обеспечение адекватного сосудистого доступа имеет важное значение.

Из литературных данных следует, что за один год в мире для обеспечения различных видов внутривенной терапии (ВВ) врачами устанавливается свыше 500 миллионов периферических венозных катетеров. При этом количество успешных пункций с первой попытке составляет 95,2 процентов. Таким образом, локализовать вены с первого раза трудно примерно в 14 миллионах случаев. Кроме того, 15000 пациентов в день подвергаются четырем или более процедурам забора крови из вен или введения лекарственного вещества, заставляя их испытывать дискомфорт и боль [1]. Существенно, что любая методика вмешательства с нарушением целостности сосудов требует повышенной надежности и безопасности, т.к. в настоящее время чрезвычайно остро стоит проблема инфекций, передаваемых через кровь (СПИД, гепатит). В этом плане, при проведении ВВ терапии особое значение придается практическим навыкам врачей. Однако в случае плохой визуализации вен, забора крови из вены или введение лекарственного вещества может представлять трудности для мало опытного медицинского персонала [2].

Основными требованиями визуализации периферических вен являются точность, практичность и экономическая выгода, минимизация количества осложнений и количества неудачных пункции, и безвредность.

Рассмотрим подробнее особенности периферических венозных сосудов и инструментальные методы их локализации.

1.1. Анатомические особенности периферических венозных сосудов

1.1.1. Анатомия венозной системы предплечья

Анатомия венозной системы предплечья представлена на Рисунке 1.1.

Рисунок 1.1. Периферическая венозная система предплечья. 1 - добавочная вена предплечья, 2 - срединная вена локтя, 3 - медиальная подкожная вена руки, 4- латеральная подкожная вена руки, 5 - анастомозы предплечья, 6 -поперечный анастомоз, 7 - ладонные пальцевые вены [4]

1

В периферической системе вены в зависимости от их глубины залегания в мягкой ткани делятся на поверхностные и глубокие. Поверхностные вены расположены в подкожно-жировом слое и их можно легко увидеть через кожный покров. Глубокие вены находятся между мышцами рядом с артериями. Поверхностные вены развиты сильнее, чем глубокие и хорошо видны у мужчин, у женщин менее, поскольку более выражен подкожно-жировой слой.

Расположение магистральной срединной вены локтя в локтевой ямке позволяет производить из нее забор венозной крови для проведения лабораторных анализов. Обычно эту крупную вену легко увидеть или нащупать, однако, если пациент страдает излишним весом, найти её достаточно трудно. Однако забор крови из срединной вены локтя сопровождается определенным риском. Сухожилие двух главной мышцы и плечевая артерия расположены рядом с этой веной, поэтому следует избегать глубокого прокола. В некоторых случаях на верхнюю часть руки требуется наложить жгут, чтобы затруднить отток крови и сделать их более контрастными на поверхности кожных покровов[4,5].

Вены в отличие от артерии не имеют толстой мышечной стенки, так как кровь поступает с низким давлением от капилляров. Стенки вены не способны к пульсации, что считается признаком выбора сосуда для пункции. Во многих венах встречаются клапаны. Как представлено на Рисунке 1.1 периферические вены состоят из эндотелия, средней оболочки и наружной оболочки. Эндотелиальный слой состоит из одного слоя эндотелиальных клеток, который взаимодействует с кровью и плазмой. Средняя оболочка является более толстой и состоит из коллагеновых и эластических элементов. Наружная оболочка, состоит из соединительной ткани и жировой ткани [3].

средняя оболочка

коллагеновые и эластические волокна

наружная оболочка

наружная эластическая пластинка

венозный клапан ^

внутренняя —| эластическая

пластинка внутренняя

оболочка

эндотелий

Рисунок 1.2. Схема строения сосудистой стенки [3]

1.1.2. Преимущество периферического венозного доступа

Периферический венозный доступ (ПВД) в отличие от центрального венозного доступа является мало инвазивным, и часто используется для пункции. В случае, когда ПВД окажется не возможным или мало доступным устанавливают центральный доступ, что является потенциально опасной манипуляцией, поскольку отмечается достаточно большое число серьезных осложнений, связанных с техническим исполнением пункции и катетеризации центральных вен (пневмоторакс, гидроторакс, пункция артерии, флегмона подключичной области и др.). Кроме этого, введение катетера и его длительное нахождение в венозном русле являются дополнительными неблагоприятными факторами из-за возможного развития инфекционных процессов и тромбоза центральных сосудов. Обычно, чтобы попасть в периферическую вену, ее надо увидеть или прощупать. Однако не все периферические вены видны сквозь кожу. Обеспечение хорошего ПВД позволяло бы избегать многих серьёзных осложнений, связанных с пункцией центральных вен.

Периферический ВВ катетер - это устройство, введенное в периферическую вену и обеспечивающее доступ в кровяное русло при следующих внутривенных манипуляциях:

1. Поддержание или коррекция водного и электролитного баланса.

2. Забор крови для клинических исследований.

3. Частое введение препаратов, например введение антибиотиков.

4. Инвазивный мониторинг кровяного давления.

5. Восполнение объема циркулирующей крови.

6. Переливание крови и ее компонентов.

7. Оперативное вмешательство (наркоз).

8. Обеспечение венозного доступа в экстренных ситуациях.

Катетеризация периферических вен является относительно несложной процедурой и может выполняться квалифицированными медицинскими сестрами, имеющими соответствующие профессиональные навыки [6,7].

1.1.3. Причины неуспешных пункцией

Хорошо выбранный венозный доступ является существенным моментом успешной ВВ терапии. Для улучшения визуализации венозных сосудов применяются различные традиционные методы.

Установка жгута на 10-15 см выше предполагаемого места венепункции приводит к увеличению количество крови в венах за счет остановки оттока крови, в результате вены становятся более видимыми.

Вместо обычного жгута можно ещё использовать манжету тонометра и накачивать её до 40-60 тт. Н^.

Максимальное время нахождения жгута на конечности не должно превышать двух минут.

Наложение к соответствующему участку кожи теплого компресса на 1020 минут или смазывание кожи 2% нитроглицерином способствуют венозной дилатации.

Однако существует множество факторов, затрудняющих налаживание сосудистого доступа особенно у больных в тяжелом состоянии.

Наличие существенных отложений подкожной жировой клетчатки у тучных пациентов делает вены недоступными на ощупь и не видны сквозь кожу пациента.

У пожилых людей, кожа теряет эластичность, и становиться более хрупкой. Старение затрагивает кожу, стенки вен, и кровоток. Кроме того, потеря подкожного жира у пожилых делает вены подвижными, поэтому обеспечение сосудистого доступа у пожилых людей является трудной задачей даже для опытного специалиста.

Вены у педиатрических пациентов часто хрупкие и очень малы по размеру.

Обнаружение вен у детей тоже является особенно сложным, так как вены у детей часто малы по размеру и расположены глубоко в подкожной ткани.

Частые венепункции, проводимые для получения проб крови или сосудистого доступа, могут повреждать здоровую кожу и еще более травмировать уже поврежденные сосуды. На венах могут образовываться рубцы, образуются мелкие капилляры-коллатерали, и появляются тонкие, хрупкие вены, которые плохо подходят для пункции.

Многие люди испытывают страх перед уколами, что приводит к сужению вен, и в результате венозный доступ становится затруднительным [1,8].

Для минимизации количества осложнений и количества неудачных пункций ведутся разработки различных средств локализации и визуализации периферических венозных сосудов. При этом основными задачами перед пункцией и катетеризацией вен являются измерение глубины расположения вены от поверхности кожи, диаметр вены, протяженность венозного сосуда, а также взаимное расположение вены и артерии [9].

Разработка средств, с помощью которых можно определить проекцию сосуда на поверхность кожных покровов до осуществления прокола и получить информации о строении вен, такие как размер, расположение, и глубина позволит повысить уровень оказания медицинской помощи, а также уменьшить время на проведение медицинской манипуляции.

В связи с вышеупомянутыми особенностями разрабатываются инструментальные методы локализации периферических венозных сосудов.

1.2. Инструментальные методы локализации периферических венозных

сосудов

1.2.1. Ультразвуковые методы локализации периферических венозных сосудов

Ультразвуковые (УЗ) методы основаны на эффекте отражения УЗ от границ между тканями с различными акустическими свойствами. Эти методы позволяют получить информации о строении внутренних органов, таких как размер, расположение, и глубина структур внутри человеческого тела. При прохождении УЗ на границе между тканями с различными акустическими свойствами возникают явления отражения, преломления, рассеивания и поглощения [10].

УЗ методы работает по принципу передачи УЗ волн в виде коротких импульсов в ткани тела человека с помощью УЗ датчика и приема отраженного сигнала от внутренних структур и органов для дальнейшей его обработки и получения изображения исследуемых органов или тканей. Для медицинских диагностических целей используют УЗ с частотой в диапазоне от 2 до 15МШ. Чем больше рабочая частота датчика, тем лучше пространственное разрешение изображения и меньше глубина исследование и наоборот [11].

УЗ-сканеры высокого разрешения с линейным датчиком 7,5 МГц обеспечивают хорошее качество изображения поверхностных и глубоких

сосудов. При этом локализация сосуда определяется путём установки датчика на коже пациента в соответствии с предполагаемым положением сосуда. Затем в режиме реального времени под УЗ-наблюдением оператор может видеть, как игла входит в просвет сосуда (Рисунок 1.3) [12].

Рисунок 1.3. УЗ визуализации сосудов [12], 1- УЗ - датчик

Поверхностные вены по своим свойствам легко спадаются при их надавливании, поэтому при УЗ-визуализации сосудов не рекомендуется сильное прижатие датчика, так как спавшиеся поверхностные вены можно вообще не увидеть. Свойство вен спадаться при надавливании датчиком на кожу позволяет отличить их от артерий. Также рекомендуется наложение жгута на конечность для максимального расширения вен.

При УЗ-визуализации периферических сосудов в зависимости от расположения УЗ датчика сосуд обычно отображается либо по длинной оси (long axis (LAX)), либо по короткой оси (short axis (SAX)) как представлено на Рисунок 1.4. [13]

Рисунок 1.4. Продольное и поперченное расположение уз датчика

Однако, несмотря на широкое применение, УЗ- метод имеет ряд недостатков, основными недостатками являются:

1. Привлечение дорогостоящей аппаратуры и специалиста УЗ-диагностики

2. При статической методике возможно смещение накожной разметки и реального расположения вены при любом движении пациента. Кроме того, накожные разметки не несут информации о глубине сосуда.

3. При динамической методике оператор должен все время смотреть на экран монитора УЗ сканера, а не на область пункции.

1.2.2. Оптические методы локализации периферических венозных сосудов

Оптические методы применяются для повышения контрастности подкожных вен. Принцип работы оптических методов основан на

взаимодействии излучения с биологическими тканями. При воздействии оптического излучения на биообъект (БО) часть этого излучения отражается, другая рассеивается, третья поглощается, а четвертая проходит сквозь различные слои биологических тканей [14].

В строении кожи можно выделить три основных слоя: эпидермис, дерма и подкожно-жировая клетчатка (гиподермы). Толщина эпидермиса составляет 0,027-0,15 мм. и не содержит кровеносных сосудов, в свою очередь при воздействии излучения на биообъект, эпидермис поглощает часть этого излучения и пропускает его в слои ткани, лежащие под ней. Дерма это основной слой кожи, толщина которого составляет 0,6-3 мм., расположенный под эпидермисом, в дерме большая часть излучения рассеиваются до его прохождения в гиподермальный слой, и часть излучения поглощается. В подкожно-жировой клетчатке рассеивается значительную часть излучения и мало поглощается. Излучения, достигающего крови в сосудах поглощается гемоглобином, а некоторые рассеивается из-за большого размера эритроцитов.

Глубина проникновения оптического излучения зависит от длины волны ( Рисунке. 1.5). Излучение в инфракрасном диапазоне длины волн (700 - 1000 нм.) меньше поглощается другими тканями и достигает кровеносных сосудов в подкожно-жировой клетчатке[1].

Рисунок. 1.5. Глубина проникновения оптического излучения в подкожной ткани в зависимости от длины волны [1]

На сегодняшний день существуют различные оптические методы локализации поверхностных вен. Таких как:

1.2.2.1 Трансиллюминационые методы визуализации поверхностных вен

Трансиллюминационый метод использует для просвечивания кожи пациента источник света с длиной волн в диапазоне 580-620 нм., что позволяет видеть кожу полупрозрачной.

Устройство, работающее по трансиллюминационому методу представляет собой кольцо из световых диодов (Рисунок 1.6). Все световые диоды имеют фокус в центре кольца и просвечивают кожу с различных сторон. При этом сфокусированный свет создает объем освещения, с центральным фокусом, действующим как виртуальный источник света под кожей [15-17].

Этот метод обеспечивает равномерное освещение малой области ткани в любом месте на теле не создавая при этом тени, ограничивающие полезность других методов просвечивания.

Устройство очень компактное и не вызывает повреждения кожи пациента, но визуализация поверхностных вен проводится в темноте.

Рисунок. 1.6. Трансиллюминационый метод локализации поверхностных вен, 1 - кольцо световых диодов

1.2.2.2. Инфракрасные методы визуализации поверхностных вен

Устройство «АссиУет» освещает кожу пациента излучением в диапазоне длин волн от 600 до 800нм. Гемоглобин поглощает оптическое излучение с длиной волны близкой к инфракрасному, а окружающие ткани рассеивают это излучения. Инфракрасная чувствительная камера собирает отраженные кожей излучения. В результате компьютерной обработки полученной информации на кожных покровах пациента с помощью видеопроектора формируется изображение подкожных и внутрикожных вен в реальном времени, что позволяет определить их локализацию[1].

Однако оптические методы имеют ряд недостатков. Основными недостатками являются:

1.объект исследования должен быть строго гладкими;

2.кожа должна быть бритой и хорошо подготовлена к процедуре;

3. не равноудалености все точки освещения от источника излучения вызывает неравномерное освещение биообъекта;

4. оптические методы предназначены для повышения контрастности подкожных вен и имеют низкую чувствительность к венам, находящим на глубине больше 5 мм.

1.2.3. Венография

Венография- это вид ангиографии, обеспечивающий изображение вен после введения контрастного вещества. Метод венографии позволяет увидеть все вены, расположенные на поверхности ткани или более глубоко (Рисунок 1.8).

Похожие диссертационные работы по специальности «Приборы, системы и изделия медицинского назначения», 05.11.17 шифр ВАК

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аль Харош Муджиб Алрахман Баггаш Али, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ganesh, Soujanya. Depth and size limits for the visibility of veins using the veinviewer imaging system: Diss. ... The University of Memphis, 2007.103 p.

2. Обеспечение сосудистого доступа у пациентов отделений реанимации и интенсивной терапии. Периферический венозный доступ / А.В. Николенко [и др.] // Интенсивная терапия. 2008. С. 83-87.

3. Кудашов И.А. Биотехническая система контроля венепункции на основе измерений электрического импеданса: дис. ...кан.тех.наук. Москва. 2016. 120 c.

4. Энциклопедия медицины. Анатомический атлас URL. http://zhurnalko.net/=seria/telo-cheloveka-snaruzhi-i-vnutri/telo-cheloveka-47--num16. (дата обращения 14.10.2016).

5. Золотко Ю.Л. Атлас топографической анатомии человека. М.: Медицина, 1967. 79 с.

6. Катетеризация периферических вен и роль руководителя сестринского персонала в организации этой работы URL. http:www.zdrav.ru/rubric/8721-soblyudenie-trebovaniy-k-kachestvu-meditsinskoy-pomoshchi. (дата обращения 14.10.2016).

7. Пункция и катетеризация вен. Традиционные и новые технологии / В.П. Сухоруков [и др.] // Вестник интенсивной терапии. 2001.С. 83-87.

8. Осипова И.А. Катетеризация периферических вен. М.: Медико-генетический научный центр. Институт клинической генетики РАМН. 2000. С. 35-39.

9. Быков М.В. Ультразвуковые исследования в обеспечении инфузионной терапии. М.: Москва. 201. 30 с.

10. Аколян В.Б., Ершов Ю.А., Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. М.: Изд-во МГТУ, 2005. 224. 560 с.

11. Kremkau F. W. Diagnostic ultrasound: principles, instruments and exercises. WB Saunders Company, Philadelphia, 2001. 411 с.

12. Ма Д., Матиэр Д., Блэйвес М. Ультразвуковое исследование в неотложной медицине. пер. 2-го анг.изд. М.: БИНОМ, 2014. 560 с.

13. Hertz C.H. Ultrasonic engineering in heart diagnosis. 1967. 27 p.

14. Тучин В.В. Лазеры и волновая оптика в биомедицинских исследованиях. С.: Саратов, 1998. 384 с.

15. Transilluminator light shield:a.c.8032205 US / Mullani N. A.:заявл.16.9.2005;опубл.22.3.2007.

16. Vein locator:a.c.20050168980 A1 US / Dryden P., Haselby K.: заявл.25.1.2005;опубл.4.8.2005.

17. Katsogridakis Y. L. et al. Veinlite transillumination in the pediatric emergency department: a therapeutic interventional trial //Pediatric emergency care. 2008. Т. 24, № 2. С. 83-88.

18. Большая медицинская энциклопедия. Помощник при лечении всех болезней и недугов. URL. http://doktorland.ru/venografiya.html (дата обращения 14.10.2016).

19. Teschner E., Imhoff M., Leonhardt S. Electrical Impedance Tomography: The realization of regional ventilation monitoring. Drager Medical GmbH. 2011.

20. Щукин С.И. Основы взаимодействия физических полей с биообъектами: Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ, 2002. 66 с.

21. Holder D. S., Tidswell T. Electrical Impedance Tomography: Methods, History and Applications. London. 2006. 464 p.

22. Цветков А.А. Биоимпедансные методы контроля системной гемодинамики Исследование. Москва, 2010. 330 с.

23. Zlochiver S. Induced current electrical impedance tomography for medical application a theoretical: Diss.Tel-Aviv university, 2005. 218 p.

24. Malmivuo J., Plonsey R. Biomagnetism. New York: Oxford Press, 1995. 512 p.

25. Кирпиченко Ю.Е. Разработка биотехнической системы прекардиальной векторной электроимпедансной реографии: дис. ... канд. техн. наук. Москва, 2012. 141 с.

26. Тимохин Д.П. Разработка биотехнической системы многоканального электроимпедансного картирования биомеханической деятельности сердца: дис. ... канд. техн. наук. Москва, 2012. 141 с.

27. Gabriel C., Gabriel S., Corthout E. The dielectric properties of biological tissues: I. Literature survey. Physics Department, King's College, Strand. London. 1996. 5 р.

28. Hill D.W., Thompson F.D. The effect of haematocrit on the resistivity of human blood at 37°C and 100 kHz // Medical and Biological Engineering and Computing. 1975. Vol. 2. P. 182-186.

29. Grimnes S., Martinsen 0G. Bioimpedance and bioelectricity basics. Department of biomedical engineering. Oslo. Norway. 2008. Р. 27-29.

30. Impedance based tissue discrimination for needle guidance Physiol / Kalv0y H Department of biomedical engineering. Oslo. Norway 2009, Р. 129-140.

31. Martinsen 0. G. et al. Invasive electrical impedance tomography for blood vessel detection // The open biomedical engineering journal. 2010. 135 p.

32. Разработка метода для контроля венепункции / И.А. Кудашов [и др.] // Биомедицинская радиоэлектроника. 2013. № 10. С. 8-12.

33. Численное моделирование системы контроля венепункции / И.А. Кудашов [и др.] // Биомедицинская радиоэлектроника. 2013. № 10. С. 13-19.

34. Kudashov I. Development of the injection needle positioning detection method at venipuncture // Russian German Conference on Biomedical Engineering.: Abstracts. 1st RGC. Hannover. 2013. P. 68.

35. Kudashov I. Theoretical Study of Intravenous Injection Control System on Heterogeneous // Russian German Conference on Biomedical Engineering.: Abstracts. 2nd RGC. St. Petersburg. 2014. P.51-53.

36. Кудашов И.А. Теоретическое исследование метода контроля пункции сосудов на гетерогенной модели // Медико-технические технологии на страже здоровья.: Тез. докл. 16-я Научно-техн. конф.Кефалония. 2014. С. 21-25.

37. Кудашов И.А. Теоретическое исследование метода контроля венепункции // Медико-технические технологии на страже здоровья.: Тез. докл. 15-я Научно-техн.конф.Мадейра. 2013. С. 13.

38. Кудашов И.А. Разработка метода определения положения инъекционной иглы при венепункции // Медико-технические технологии на страже здоровья.: Тез. докл. 15-я Научно-техн. конф. Мадейра. 2013. С. 15-17.

39. Kudashov I. The application of the logistic regression method as a decision rule for the peripheral vessels puncture control algorithm // Russian German Conference on Biomedical Engineering.: Abstracts. 3rd RGC .Aachen. 2015. Р. 31-33.

40. Реокардиомониторные системы. / К.Р. Беляев [и др.] // Биомедицинская радиоэлектроника. 1999г. С. 12-17.

41. Сергеев И.К. Биотехническая система импедансного мониторинга параметров центральной гемодинамики: дис. . канд. техн. наук. Москва, 2004. 182 с.

42. Цветков А.А. Исследование биоимпедансного метода и разработка аппаратуры для измерения региональных объёмов жидкости и крови у человека: дис. ... канд. техн. наук. Москва, 1985. 210 с.

43. Морозов А.А., Светашев М.Г. Технические аспекты создания реокардиомониторных систем // Новые информационные технологии в медицине и экологии: Тез. докл. III Межд. конф. Ялта-Гурзуф, 1997. С. 88-89.

44. Зубенко В.Г. Новая реокардиографическая электродная система: разработка, перспективы и сравнительный анализ // Новые информационные технологии в медицине и экологии: Тез. докл. IV Межд. конф. Ялта-Гурзуф, 1998. С. 63-68.

45. Морозов А.А., Светашев М.Г., Баринов И.Н. Анализ влияния кабеля пациента на точность импедансных измерений // Новые информационные технологии в медицине и экологии: Тез. докл. IV Межд. конф. Ялта-Гурзуф, 1998. С. 307-309.

46. Особенности импедансного картирования передней стенки правого желудочка сердца / А.В. Кобелев [и др.] // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2008. № 10. С. 4 -13.

47. Тихонов А.Н., К вопросу о влиянии неоднородности земной коры на поле теллурических токов // Известия академия наук СССР. Серия географическая и геофизическая. 1942г.

48. Бухгольц Г. Расчет электрических и магнитных полей. Москва 1961г.

49. Ватсон Д. Н. Теория бесселевых функций. Москва 1949г.

50. Заборовский А.И. Электроразведка. Москва 1963г. 429 с.

51. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Высшая школа, 1994. 467 с.

52. Krajcovic S. On the calculation of geoelectric resistivity anomalies of infinite circular half-cylinder // Matematicko-fyzikalny casopis. 1966. Т. 16, № 3. С. 299-302.

53. Лаврентьев М. А., Шабат Б. В. Методы теории функций комплексного переменного. 1965г.

54. Беляева М.Б. Математическое моделирование электрических полей в цилиндрических кусочно-однородных средах со сплайн-аппроксимацией границ: дис. .. канд. фм. наук. Стерлитамак, 2007.136 с.

55. Доброхотова И.А, Новиков К.В. Электроразведка. Учебное пособие.М.:Москва, 2009. 54 с.

56. Численное моделирование электроимпедансного метода локализации периферических вен/ М.Б. Аль-харош[и др.] // Биомедицинская радиоэлектроника. 2014. № 10. С. 4-8.

57. Al-harosh M.B. Mathematical model for non-invasive electrical impedance detection of veins // Russian German Conference on Biomedical Engineering.: Abstracts. 2nd RGC. St. Petersburg. 2014. P. 69.

58. Аль-харош М.Б. Математическая модель для неинвазивного электроимпедансного обнаружение вен // Медико-технические технологии на страже здоровья.: Тез. докл. 16-я Научно-техн. конф. Кефалония. 2014. С. 14-15.

59. К вопросу о механизмах формирования сигнала реогепатграммы / А.В. Кобелев [и др.] // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2008. № 1. С. 4 - 13.

60. Okpoli C. C. Sensitivity and Resolution Capacity of Electrode Configurations // International Journal of Geophysics. 2013.

61. Sensitivity of the tetrapolar lead configurations on the impedance changes of the lungs / J. Vaisanen [et al.] // IFMBE Proceedings. Graz (Austria), 2007. Vol. 17. P.48-51.

62. Al-harosh M.B. The sensitivity of electrical impedance method to detect peripheral // Russian German Conference on Biomedical Engineering.: Abstracts. 3rd RGC . Aachen. 2015. Р. 200-204.

63. Исследование различных электродных систем для электроимпедансного метода локализации поверхностных вен / М.Б. Аль-харош [и др.] // Биомедицинская радиоэлектроника. 2015. № 7. С. 812.

64. AL-Harosh M. B., Shchukin S. I. Numerical modeling of the electrical impedance method of peripheral veins localization // World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, Toronto (Canada). 2015. P. 1683-1686.

65. Светашев М.Г. Аппаратное обеспечение импедансных реокардиомониторных систем: дис. ... канд. техн. наук. Москва. 1999. 132 с.

66. Wilkinson, I. B. and Webb, D. J. Venous occlusion plethysmography in cardiovascular research: methodology and clinical applications. British Journal of Clinical Pharmacology. 2001 P. 631-646.

67. Seagar A. D., Gibbs J. M., Davis F. M. Interpretation of venous occlusion plethysmographic measurements using a simple model // Medical and Biological Engineering and Computing. 1984. Т. 22, № 1. С. 12-18.

68. Planken R. N. et al. Forearm cephalic vein cross-sectional area changes at incremental congestion pressures: towards a standardized and reproducible vein mapping protocol // Journal of vascular surgery. 2006 Т. 44, № 2. P. 353-358.

69. Полухина Е.В. Реографические методы исследования сосудистой системы. Хабаровск. 2006. 27 с.

70. Mihajlovic V., Grundlehner B. The effect of force and electrode material on electrode-to-skin impedance // IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS). 2012. С. 57-60.

71. Al-harosh M.B. The electrical impedance method of peripheral vein localization // Russian German Conference on Biomedical Engineering.: Abstracts. 4th RGC . Suzdule. 2016. С. 51-53.

72. Электроимпедансный метод локализации периферических венозных сосудов / М.Б. Аль-харош [и др.] // Биомедицинская радиоэлектроника. 2016. № 7. С. 8-12.

73. Аль-харош М.Б. Механизм формирования сигнала при венозной окклюзии с целю локализации периферических венозных

сосудов // Медико-технические технологии на страже здоровья.: Тез. докл. 18-я Научно-техн. конф. Москва. 2016. С. 16-18.

74. Морозов А.А. Методы анализа биосигналов. М.: Учебное пособие. Москва. 2006. 230с.

75. Рангайян Р.М. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 440 с.

76. Сато Ю., Обработка сигналов. М.: «Додэка-ХХЪ>, 2010. 176с.

77. Уидроу Б., Стирнз С.Д., Адаптивная обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1989. 440 с.

78. Хемминг Р.В. Цифровые фильтры: Пер. с англ. М.: Недра, 1987. 220 с.

79. Гутников В.С., Фильтрация измерительных сигналов. Л.: Энергоатомиздат, 1990. 192 с.

80. Гольденберг Л.М. Цифровая обработка сигналов: Справ. М.: Радио и связь, 1985. 312 с.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.