Устройство и способ неинвазивного исследования характеристик капилляров и капиллярного кровотока

Устройство и способ неинвазивного исследования характеристик капилляров и капиллярного кровотока

Реферат

Изобретение относится к области медицинской техники, в частности, к измерению характеристик капилляров и капиллярного кровотока, осуществляемому средствами оптического контроля, и может быть применено для диагностических целей в терапии, диабетологии, гематологии, в поликлинических и диспансерных службах, при массовых профилактических обследованиях населения для выявления скрытых и начальных форм ряда заболеваний, а также в хирургии, гинекологии, анестезиологии, акушерстве, в спортивной медицине.

Известно устройство для автоматической регистрации динамических характеристик протекания процесса [1], 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 для передачи в компьютер.

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 статистических параметров капиллярной сети и окружающих капилляры пространств, а также для исследования динамических 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 ногтевого валика эпонихия в поле зрения оптической системы. Кроме того, исследование капилляров ногтевого ложа не позволяет производить длительное мониторное наблюдение за параметрами капиллярного кровотока.

Известно устройство для неинвазивного мониторирования динамических характеристик капилляров и капиллярного кровотока [2], выбранное в качестве прототипа, которое позволяет повысить точность измерений характеристик за счет возможности получения трехмерного изображения, а также увеличить степень достоверности исследований и расширить функциональные возможности прибора в результате длительного мониторирования.

Это устройство содержит размещенные 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, при этом либо приемник изображения, либо фокусирующие линзы адаптивной оптической системы наблюдения установлены с возможностью автоматического перемещения в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Это известное устройство осуществляет способ неинвазивного мониторирования характеристик капилляров и капиллярного кровотока, включающий предварительный выбор области исследования и последующее осуществление мониторирования динамического состояния кровотока в капиллярах выбранной области.

Однако регистрирующая система наблюдения этого известного устройства (капилляроскопа) не позволяет получить четкое изображение капилляров в течение продолжительного времени и осуществить высокую точность определения морфологических и динамических характеристик, и соответственно, обеспечить необходимую достоверность диагностики.

Техническим результатом предложенного изобретения является устранение указанных недостатков прототипа, конкретно увеличение точности определения морфологических и динамических характеристик капилляров и капиллярного кровотока и повышение достоверности диагностики. Изобретение позволяет осуществить скрининговые диагностические возможности с определением процентной доли вероятности наиболее значимых видов патологии.

Для достижения этого технического результата предложено усовершенствовать известные устройство и способ.

В известном устройстве неинвазивного исследования характеристик капилляров и капиллярного кровотока, содержащем корпус, приемник изображений с объективом, соединенный с компьютером, систему освещения области исследования и прикрепленный к корпусу ложемент для размещения пальца обследуемого таким образом, чтобы ногтевое ложе было обращено к объективу приемника изображений, предложено в качестве приемника изображений использовать КМОП-матрицу со скоростью не менее 100 кадр/сек, а в систему освещения включить ряд лучевых источников, расположенных вокруг ложемента, центральные оси лучей которых образуют с основанием ложемента угол подсветки в интервале (10÷12)°, при этом компьютер снабдить управляющим программным обеспечением опроса пикселей КМОП-матрицы с коррекцией выбора области исследования и ее удержанием в поле зрения в течение всего процесса исследования.

Усовершенствование известного способа неинвазивного мониторирования характеристик капилляров и капиллярного кровотока, включающего предварительный выбор области исследования путем произведения обработки статистических параметров капилляров и периваскулярной зоны ногтевого ложа с последующим осуществлением мониторирования динамического состояния кровотока в капиллярах выбранной области, заключается в том, что выбор области исследования производят в результате осмотра всей периваскулярной зоны ногтевого ложа при опросе пикселей КМОП-матрицы с получением комплекта кадров при каждом поочередном подключении одного из ряда лучевых источников системы освещения, а мониторирование динамического состоянии кровотока в капиллярах реализуют при скорости не менее 100 кадр/сек.

Существо изобретения поясняется прилагаемым чертежом, на котором показана принципиальная схема предложенного устройства неинвазивного мониторирования характеристик капилляров и капиллярного кровотока (капилляроскопа).

В состав капилляроскопа входят размещенные в корпусе регистрирующее устройство и система фокусировки и позиционирования. Регистрирующее устройство состоит из приемника изображений 1 с оптической системой 2 и системой освещения 3 области исследования. В корпусе капилляроскопа установлен ложемент 4 с фиксатором 5 пальца руки. Приемником изображений 1 является КМОП-матрица, соединенная с компьютером 6. Система фокусировки и позиционирования (на чертеже не указана) предусматривает перемещение оптической системы 2 по трем осям координат в вертикальном и горизонтальном направлениях. Примененная в капилляроскопе КМОП-матрица обеспечивает скорость смены кадров не менее 100 кадр/сек и возможность увеличения частоты (скорости) кадров при уменьшении исследуемой площади. Компьютер снабжен управляющим программным устройством опроса пикселей КМОП-матрицы с коррекцией выбора области исследования и ее удержанием в поле зрения в течение всего процесса мониторирования. Для реализации алгоритма обработки параметров кровотока используется увеличение посредством оптической системы 2 в 150 и 350 раз. Для получения качественного изображения с высоким разрешением используется сменный объектив, позволяющий получить увеличенное изображение на экране монитора в 1000 раз.

Система освещения 5 исследуемой области состоит из набора лучевых источников (не менее 8), которые установлены вокруг ложемента 4, при этом их лучи направлены на освещаемую область под углом - центральные оси лучей образуют с основанием ложемента 4 угол подсветки в интервале (10÷12)°. В ложементе 4 предусмотрен подогрев кисти и пальцев обследуемого и датчик температуры, фиксируемый на пальце для осуществления температурного контроля. Способ исследования характеристик капилляров и капиллярного кровотока осуществляют следующим образом. После закрепления фиксатором 5 в ложементе 4 пальца обследуемого пациента так, чтобы периваскулярная зона ногтевого ложа находилась в поле зрения и фокусировки оптической системы 2, производят настройку лучевых источников системы освещения 3 с углом подсветки α, образованным центральной осью луча с горизонтальной поверхностью основания ложемента 4, в интервале (10÷12)°. Затем просматривают всю периваскулярную зону ногтевого ложа путем опроса всех пикселей КМОП-матрицы с высоким разрешением при поочередном последовательном подключении одного из ряда лучевых источников системы освещения. В результате просмотра комплектов кадров, полученных под разными углами освещения периваскулярной зоны каждым из лучевых источников, расположенных по окружности вокруг этой области, осуществляют выбор области исследования (по контрасту, количеству капилляров). В экспериментальном варианте было использовано 8 лучевых источников и соответственно получено и рассмотрено 8 комплектов кадров. Увеличению контраста и детализации морфологических особенностей капиллярной сети способствует управляемая система освещения 3 с указанным интервалом (10÷12)° угла подсветки лучевыми источниками.

После выбора области исследования и определения морфологических особенностей капиллярной сети осуществляют мониторирование динамического состояния кровотока в капиллярах при скорости не менее 100 кадр/сек. Для получения высокого разрешения при выборе области исследования предпочтительна меньшая скорость смены кадров, чем при мониторировании динамического состояния.

В процессе всего исследования программно производится компенсация «дрожания» капилляра в поле зрения.

Как показали эксперименты, точность измерения структуры эндотелия капилляра, а также структур движущихся в нем клеток крови в предложенном устройстве примерно в четыре раза выше по сравнению с известными, что позволяет повысить достоверность диагностики.

Изобретение позволяет автоматически определить длительность стаза в единичных капиллярах и группе капилляров в единице площади (объема), определить наличие истинных и ложных (зависимых от температуры) агрегатов, их распределение по размерам при нормальной температуре и при ступенчатом повышении температуры до 39°, а также реализовать скрининговые диагностические возможности.

Источники информации

1. Патент RU №2129266, G01N 21/00.

2. Патент RU №2294689, А61В 5/0295.

1. Устройство для неинвазивного исследования характеристик капилляров и капиллярного кровотока, содержащее корпус, приемник изображений с объективом, соединенный с компьютером, систему освещения области исследования и прикрепленный к корпусу ложемент для размещения пальца обследуемого таким образом, чтобы ногтевое ложе было обращено к объективу приемника изображений, отличающееся тем, что в качестве приемника изображений использована КМОП-матрица со скоростью смены кадров не менее 100 кадр/сек, а система освещения включает ряд лучевых источников, расположенных вокруг ложемента, центральные оси лучей которых образуют с основанием ложемента угол подсветки в интервале (10÷12)°.

2. Способ неинвазивного исследования характеристик капилляров и капиллярного кровотока посредством устройства по п.1, включающий предварительный выбор области исследования путем обработки статистических параметров капилляров и периваскулярной зоны ногтевого ложа с последующим осуществлением мониторирования динамического состояния кровотока в капиллярах выбранной области, отличающийся тем, что используют устройство по п.1, при этом выбор области исследования производят в результате осмотра всей периваскулярной зоны ногтевого ложа посредством системы освещения и КМОП-матрицы, получая комплект кадров при каждом поочередном подключении одного из ряда лучевых источников системы освещения, а мониторирование динамического состояния кровотока в капиллярах реализуют при скорости не менее 100 кадр/сек.