RU2637102C1 - Device for spectrophotometric assessment of blood filling level of human tissues and organs surface layers in vivo - Google Patents
Device for spectrophotometric assessment of blood filling level of human tissues and organs surface layers in vivo Download PDFInfo
- Publication number
- RU2637102C1 RU2637102C1 RU2016136950A RU2016136950A RU2637102C1 RU 2637102 C1 RU2637102 C1 RU 2637102C1 RU 2016136950 A RU2016136950 A RU 2016136950A RU 2016136950 A RU2016136950 A RU 2016136950A RU 2637102 C1 RU2637102 C1 RU 2637102C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodetector
- data processing
- processing unit
- optical head
- radiation source
- Prior art date
Links
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 title claims description 20
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 title claims description 11
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 title abstract description 16
- 239000008280 blood Substances 0.000 title abstract description 16
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 title description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 52
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 50
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000036770 blood supply Effects 0.000 claims description 23
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 9
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 23
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N Melanin Chemical compound O=C1C(=O)C(C2=CNC3=C(C(C(=O)C4=C32)=O)C)=C2C4=CNC2=C1C XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 46
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 46
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 38
- 206010015150 Erythema Diseases 0.000 description 19
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 17
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 231100000321 erythema Toxicity 0.000 description 14
- 208000012641 Pigmentation disease Diseases 0.000 description 11
- 230000019612 pigmentation Effects 0.000 description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 8
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 7
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 210000004400 mucous membrane Anatomy 0.000 description 3
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000002583 angiography Methods 0.000 description 1
- 210000002565 arteriole Anatomy 0.000 description 1
- 230000036765 blood level Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 210000004207 dermis Anatomy 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 1
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 description 1
- 210000000496 pancreas Anatomy 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000011477 surgical intervention Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 210000000264 venule Anatomy 0.000 description 1
- 210000001835 viscera Anatomy 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/0261—Measuring blood flow using optical means, e.g. infrared light
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/0265—Measuring blood flow using electromagnetic means, e.g. electromagnetic flowmeter
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине и к медицинскому приборостроению, а именно к приборам и устройствам для неинвазивной (in vivo) оценки медико-биологических параметров мягких тканей человека, в частности уровня кровенаполнения внутренних органов и тканей при интраоперационной диагностике и/или степени выраженности эритемы для поверхностных слоев кожи.The invention relates to medicine and medical instrumentation, and in particular to devices and devices for non-invasive (in vivo) assessment of biomedical parameters of human soft tissues, in particular the level of blood supply to internal organs and tissues during intraoperative diagnosis and / or the degree of severity of erythema for the surface layers skin.
Количество крови, содержащееся в тканях и органах (кровенаполнение), для кожи на уровне микроциркуляторного звена кровообращения, также известное под термином степени выраженности (индекса) кожной эритемы; в целом кровоснабжение органов и тканей - важные параметры в оценке их функционального состояния, особенно до и во время проведения хирургических вмешательств.The amount of blood contained in tissues and organs (blood supply) for the skin at the level of the microcirculatory circulatory component, also known by the term severity (index) of skin erythema; in general, blood supply to organs and tissues are important parameters in assessing their functional state, especially before and during surgical interventions.
Известен широко применяемый в медицине общий, универсальный метод диагностики кровенаполнения и кровоснабжения органов, вплоть до уровня микроциркуляторного русла, - ангиография (Петровский Б.В., Рабкин И.Х., Матевосов А.А. «Рентгенорадиоизотопное исследование микроциркуляции в клинике» - М.: Медицина, 1980). Однако это дорогой, сложный метод, требующий введения в организм специальных рентгеноконтрастных препаратов, применения специального дорогостоящего рентгеновского оборудования и высококвалифицированных кадров. Метод также сопряжен с нежелательным облучением человека рентгеновским излучением.A well-known general, universal method for the diagnosis of blood supply and blood supply to organs, up to the level of the microvasculature, is widely used in medicine - angiography (Petrovsky B.V., Rabkin I.Kh., Matevosov A.A. “X-ray and radioisotope study of microcirculation in the clinic” - M .: Medicine, 1980). However, this is an expensive, complex method, requiring the introduction of special radiopaque preparations, the use of special expensive x-ray equipment and highly qualified personnel. The method also involves unwanted exposure of a person to x-rays.
Известен более простой, неинвазивный способ оценки уровня кровенаполнения и нарушения кровенаполнения органов, в частности поджелудочной железы, основанный на использовании методов реовазографии (патент RU №2098011). Этот способ требует наложения электродов на исследуемые ткани и органы, после чего производится запись в течение некоторого времени реограммы, причем предварительно амплитуда реограммы должна быть калибрована по каким-либо эталонным сигналам в единицах кровенаполнения. Полученные реограммы обрабатывают и анализ кривых проводят по некоторым расчетным формулам и величинам. Этим величинам дают физиологическую интерпретацию и в итоге производится диагностическая оценка состояния кровенаполнения. Однако точность реовазографии оказывается недостаточной, воспроизводимость результатов низкой, а по методам и алгоритмам оценки амплитудных и временных характеристик реограмм нет сегодня единого мнения, какие методы и алгоритмы следует применять, что снижает достоверность диагностики в целом. Кроме того, существенный недостаток данного метода необходимость большой свободной поверхности органа для наложения электродов и временной интервал в несколько минут для записи реограммы, что затрудняет применение метода интраоперационно, особенно для маленьких участков органов и тканей, при эндоскопическом доступе и т.д.A simpler, non-invasive method is known for assessing the level of blood supply and circulatory disorders of organs, in particular the pancreas, based on the use of rheovasography methods (patent RU No. 2098011). This method requires the application of electrodes on the studied tissues and organs, after which the rheogram is recorded for some time, and the rheogram amplitude must first be calibrated according to some reference signals in units of blood supply. The resulting rheograms are processed and the analysis of the curves is carried out according to some calculation formulas and values. These values are given a physiological interpretation and, as a result, a diagnostic assessment of the state of blood supply is made. However, the accuracy of rheovasography is insufficient, the reproducibility of the results is low, and today there is no consensus on the methods and algorithms for assessing the amplitude and time characteristics of rheograms, which methods and algorithms should be used, which reduces the reliability of the diagnosis as a whole. In addition, a significant drawback of this method is the need for a large free surface of the organ for applying electrodes and a time interval of several minutes for recording a rheogram, which complicates the application of the method intraoperatively, especially for small areas of organs and tissues, with endoscopic access, etc.
Известен также целый ряд неинвазивных оптических, лазерных и спектрофотометрических устройств для определения степени выраженности эритемы и меланиновой пигментации кожи человека. Их принцип действия основан на том, что в видимом диапазоне спектра основными хромофорами, определяющими спектр отражения и обратного рассеяния кожи и других органов и тканей, являются гемоглобин (содержащийся в эритроцитах крови) и меланин, который содержится преимущественно в эпидермисе кожи и сильно поглощает свет в широком диапазоне длин волн: от ультрафиолетового (УФ) до ближнего инфракрасного (ИК) [Синичкин Ю.П., Утц С.Р., Долотов Л.Е., Пилипенко Е.А., Тучин В.В. Методика и прибор для оценки степени эритемы и меланиновой пигментации кожи человека // Радиотехника, №4, 1997. - с. 77-81]. Гемоглобин локализуется в сосудах дермы и имеет характерные сильные полосы поглощения в спектральных диапазонах 420 нм и 545…575 нм, что выделяет его как доминантный хромофор в этих диапазонах, а меланин имеет более плавный, затухающий характер поглощения, примерно экспоненциальный, от очень сильного в УФ области спектра до слабого в ближней ИК области спектра, где его поглощение, как и гемоглобина крови, уменьшается и сравнивается по порядку величины с поглощением света другими компонентами тканей (липидами, водой и т.д.). Соответственно, спектральный состав отраженного и рассеянного кожей излучения в видимом диапазоне спектра во многом определяется спектрами поглощения именно гемоглобина крови и меланина эпидермиса, что и используется для диагностики.A number of non-invasive optical, laser and spectrophotometric devices are also known for determining the severity of erythema and melanin pigmentation of human skin. Their principle of operation is based on the fact that in the visible range of the spectrum, the main chromophores that determine the reflection and backscattering spectra of the skin and other organs and tissues are hemoglobin (contained in red blood cells) and melanin, which is mainly found in the epidermis of the skin and strongly absorbs light in a wide range of wavelengths: from ultraviolet (UV) to near infrared (IR) [Sinichkin Yu.P., Utts S.R., Dolotov L.E., Pilipenko EA, Tuchin VV Methodology and device for assessing the degree of erythema and melanin pigmentation of human skin // Radio Engineering, No. 4, 1997. - p. 77-81]. Hemoglobin is localized in the vessels of the dermis and has characteristic strong absorption bands in the spectral ranges of 420 nm and 545 ... 575 nm, which distinguishes it as a dominant chromophore in these ranges, and melanin has a smoother, fading absorption pattern, approximately exponential, from very strong in UV spectral region to weak in the near IR spectral region, where its absorption, like blood hemoglobin, decreases and is compared in order of magnitude with the absorption of light by other tissue components (lipids, water, etc.). Accordingly, the spectral composition of the radiation reflected and scattered by the skin in the visible spectrum is largely determined by the absorption spectra of the hemoglobin of the blood and epidermal melanin, which is used for diagnosis.
Известно, например, оптическое устройство для определения степени выраженности эритемы и меланиновой пигментации кожи человека [Dawson J.D., Barker D.J, et al. A theoretical and experimental study of light absorption and scattering by in vivo skin // Phys. Biol. Med, №4, 1980. - p. 695-709], содержащее источник сплошного излучения в видимом диапазоне спектра, излучение которого через волоконно-оптический световод подводится к исследуемому участку кожи; отраженное кожей излучение собирается с помощью волоконно-оптического световода и направляется на входную щель монохроматора, а на выходной щели монохроматора размещен приемник отраженного излучения, соединенный с блоком обработки данных. С помощью монохроматора и приемника, расположенного на выходной щели монохроматора, регистрируется спектральная зависимость коэффициента отражения кожи в диапазонах спектра 510-610 нм и 645-705 нм, измеренные величины в блоке обработки данных обрабатываются и преобразуются в определяемые величины степени выраженности эритемы и меланиновой пигментации кожи.It is known, for example, an optical device for determining the severity of erythema and melanin pigmentation of human skin [Dawson J.D., Barker D.J, et al. A theoretical and experimental study of light absorption and scattering by in vivo skin // Phys. Biol. Med, No. 4, 1980. - p. 695-709], containing a source of continuous radiation in the visible range of the spectrum, the radiation of which is supplied through the optical fiber to the studied area of the skin; The radiation reflected by the skin is collected using a fiber optic fiber and directed to the entrance slit of the monochromator, and a reflected radiation receiver connected to the data processing unit is placed on the output slit of the monochromator. Using a monochromator and a receiver located on the exit slit of the monochromator, the spectral dependence of the skin reflection coefficient is recorded in the spectral ranges 510-610 nm and 645-705 nm, the measured values in the data processing unit are processed and converted into determined values of the severity of erythema and melanin skin pigmentation .
Недостатком данного устройства являются его большие габариты и необходимость использования дорогостоящего спектрального оборудования (монохроматор), работающего только в специально приспособленных лабораторных помещениях, что создает определенные ограничения для широкого применения данного устройства в медицине, особенно в операционных помещениях. Кроме того, хотя поглощение света другими хромофорами кожи, кроме гемоглобина и меланина, и не велико в этих спектральных диапазонах, их влияние на регистрируемые коэффициенты отражения кожи в диапазонах спектра 510-610 нм и 645-705 нм тоже может быть в ряде случаев ощутимым, но оно никак не учитывается в данном приборе и методе, что снижает точность диагностики.The disadvantage of this device is its large size and the need to use expensive spectral equipment (monochromator) that works only in specially adapted laboratory rooms, which creates certain limitations for the widespread use of this device in medicine, especially in operating rooms. In addition, although the absorption of light by other chromophores of the skin, except for hemoglobin and melanin, is not large in these spectral ranges, their effect on the recorded skin reflection coefficients in the spectral ranges of 510-610 nm and 645-705 nm can also be noticeable in some cases. but it is not taken into account in this device and method in any way, which reduces the accuracy of diagnostics.
Известно более простое и дешевое устройство для определения степени выраженности эритемы кожи [Kopola Н., Lahti A., Myliyla R.A., Hannuksela М. Two channel fiber optic skin erythema meter. // Optical Engineering, v. 32, №2, 1993. - p. 222-226], содержащее два светоизлучающих диода, являющихся источниками излечения в двух спектральных диапазонах (545-575 нм и 620-710 нм), излучение которых с помощью волоконно-оптического световода подводится к коже, а отраженное кожей излучение регистрируется фотоприемником, который соединен с блоком обработки данных. Отличительной особенностью этого устройства является то, что измеренные величины в блоке обработки данных обрабатываются и преобразуются в определяемую величину степени выраженности эритемы, пропорциональную отношению коэффициентов отражения кожи, измеренных в обозначенных спектральных интервалах. Отсутствие монохроматора и использование в качестве источников излучения светоизлучающих диодов делает прибор легким и компактным, что потенциально позволяет использовать его в качестве прибора широкого диагностического применения. Однако недостатком данного устройства является его невысокая точность при определении индекса эритемы (кровенаполнения) кожи, т.к. не учитывается, в первую очередь, степень меланиновой пигментации - поглощение света меланином эпидермиса, которое сильно влияет на регистрируемые коэффициенты отражения кожи, особенно в диапазоне длин волн 545-575 нм, и неучет которого сильно сказывается на точности определения кровенаполнения (степени выраженности эритемы) кожи. Также не учитывается вклад в поглощение (хоть и небольшой) и других хромофоров кожи, что тоже снижает точность диагностики.A simpler and cheaper device for determining the severity of skin erythema is known [Kopola N., Lahti A., Myliyla R.A., Hannuksela M. Two channel fiber optic skin erythema meter. // Optical Engineering, v. 32, No. 2, 1993. - p. 222-226], containing two light-emitting diodes, which are sources of cure in two spectral ranges (545-575 nm and 620-710 nm), the radiation of which is supplied to the skin using a fiber optic fiber and the radiation reflected by the skin is detected by a photodetector, which is connected with data processing unit. A distinctive feature of this device is that the measured values in the data processing unit are processed and converted into a determined value of the severity of erythema, proportional to the ratio of the reflection coefficients of the skin, measured in the indicated spectral ranges. The absence of a monochromator and the use of light-emitting diodes as radiation sources makes the device light and compact, which potentially allows it to be used as a device for wide diagnostic use. However, the disadvantage of this device is its low accuracy in determining the index of erythema (blood supply) of the skin, because first of all, the degree of melanin pigmentation is not taken into account - the absorption of light by epidermal melanin, which strongly affects the recorded skin reflection coefficients, especially in the wavelength range of 545-575 nm, and the neglect of which greatly affects the accuracy of determining the blood supply (severity of erythema) of the skin . Also, the contribution to the absorption (albeit small) of other skin chromophores is not taken into account, which also reduces the accuracy of diagnosis.
Известно также аналогичное устройство для определения степени выраженности эритемы кожи (Diffey B.L., Oliver R.J., Fair P.M. A portable inatrument for quantified erythema induced by ultraviotet radiation. // British Jour, Dermatol., 1984, v. III, pp. 663-672), содержащее светоизлучающие диоды также двух типов, являющиеся источниками излучения в двух спектральных диапазонах 545-575 нм и 650-680 нм, излучение которых с помощью волоконно-оптического световода подводится к коже: отраженное кожей излучение собирается другим волоконно-оптическим световодом и направляется на фотоприемник, соединенный с блоком обработки данных, который преобразует измеренные величины коэффициентов отражения кожи в двух указанных спектральных диапазонах в величины оптической плотности кожи в тех же спектральных диапазонах 545-575 нм и 650-680 нм и рассчитывает величину степени выраженности эритемы как величину, пропорциональную разности этих оптических плотностей.A similar device for determining the severity of skin erythema is also known (Diffey BL, Oliver RJ, Fair PM A portable inatrument for quantified erythema induced by ultraviotet radiation. // British Jour, Dermatol., 1984, v. III, pp. 663-672) containing light-emitting diodes also of two types, which are sources of radiation in two spectral ranges of 545-575 nm and 650-680 nm, the radiation of which is supplied to the skin using a fiber optic fiber: the radiation reflected from the skin is collected by another fiber-optic fiber and sent to a photodetector connected to the processing unit yes GOVERNMENTAL, which converts the measured magnitude of reflection coefficient of the skin in the two spectral ranges in the skin of the optical density in the same spectral ranges 545-575 nm and 650-680 nm, and calculates the degree of severity of erythema as being proportional to the difference between these absorbances.
Недостатками данного устройства, так же, как и предыдущего, является невысокая точность определения индекса эритемы из-за неучета вклада пигмента меланина и других хромофоров в оптическую плотность кожи в используемых спектральных диапазонах длин волн.The disadvantages of this device, as well as the previous one, is the low accuracy of determining the erythema index due to the neglect of the contribution of the pigment melanin and other chromophores to the optical density of the skin in the used spectral wavelength ranges.
Известно также и устройство, аналогичное по назначению и по техническому решению, позволяющее определять по регистрируемой оптической плотности кожи в спектральном диапазоне 545-575 нм степень выраженности кожной эритемы с коррекцией регистрируемой оптической плотности на индекс меланиновой пигментации тканей [Измеритель физико-биологических характеристик кожи // Свидетельство РФ на полезную модель RU №4900 U1 с приоритетом от 16.09.96, МПК6 А61В 1/00]. Это достигается в устройстве путем предварительного вычисления индекса меланиновой пигментации по регистрируемой оптической плотности на дополнительных двух длинах волн 660 и 710 нм.There is also known a device that is similar in purpose and in technical solution, which allows to determine the degree of severity of skin erythema from the recorded optical density of the skin in the spectral range 545-575 nm with the correction of the recorded optical density to the index of tissue melanin pigmentation [Measurement of physical and biological characteristics of the skin // Certificate of the Russian Federation for utility model RU No. 4900 U1 with priority dated September 16, 1996, IPC 6 А61В 1/00]. This is achieved in the device by preliminary calculating the melanin pigmentation index from the recorded optical density at two additional wavelengths of 660 and 710 nm.
Это устройство содержит полую оптическую головку с размещенными на ее стенках светоизлучающими диодами, генерирующими излучение в спектральных диапазонах 545-575 нм и 620-900 нм и размещенным в верхней части головки фотоприемником, регистрирующим одновременно отраженное и обратно рассеянное кожей излучение. Электронная схема устройства содержит источник питания, соединенный через блок коммутации с оптической головкой, блок обработки данных и индикатор определяемых величин. При этом выражение для вычисления индекса эритемы по результатам измерений имеет вид:This device contains a hollow optical head with light-emitting diodes placed on its walls, generating radiation in the spectral ranges of 545-575 nm and 620-900 nm and placed in the upper part of the head with a photodetector that simultaneously records radiation reflected and backscattered by the skin. The electronic circuit of the device contains a power source connected through a switching unit with an optical head, a data processing unit and an indicator of detectable values. Moreover, the expression for calculating the erythema index according to the measurement results has the form:
где Е носит название индекса эритемы и является критерием содержания крови (гемоглобина) в кожной ткани человека; D1 и D3 - вычисленные по результатам измерений оптические плотности кожи на длинах волн λ1 и λ3 соответственно. Δλ13=λ1-λ3; М - вычисленный по результатам измерений индекс меланиновой пигментации кожи.where E is called the erythema index and is a criterion for the content of blood (hemoglobin) in human skin tissue; D1 and D3 are the optical densities of the skin calculated by the measurement results at wavelengths λ 1 and λ 3, respectively. Δλ 13 = λ 1 -λ 3 ; M - calculated according to the measurement results, the index of melanin pigmentation of the skin.
К существенным недостаткам этого устройства относится то, что конструкция устройства и методики измерения построены по принципу одновременной регистрации как отраженного от поверхности ткани излучения (от границы раздела «ткань-воздух»), так и обратно рассеянного излучения, т.е. вышедшего из нее за счет актов многократного внутреннего рассеяния на неоднородностях внутритканевой структуры. Этот недостаток сильно ограничивает диагностические возможности аппаратуры для реальной медицинской практики. Излучение, отраженное от границы раздела, равно как и излучение, выходящее из самых верхних слоев ткани, т.е. не проникающее внутрь до глубин залегания капилляров и мелких венул и артериол, практически не несет в себе полезной медицинской информации и, следовательно, является для данного метода помеховым или фоновым излучением. В представленной в данном устройстве схеме измерения отделить это фоновое излучение от обратно рассеянного излучения, выходящего из более глубинных слоев ткани и несущего, собственно, основную информацию об уровне насыщения тканей кровью (содержании гемоглобина), не представляется возможным. Следовательно, точность и достоверность диагностики параметров кровенаполнения в этом устройстве заведомо занижены. Также не учитываются возможные ошибки определения уровня кровенаполнения от поглощения света другими, кроме гемоглобина и меланина, хромофорами тканей. Более того, применение описываемого устройства весьма ограничено в реальной клинической практике, т.к. полая оптическая головка с открытой входной апертурой не удовлетворяет стандартным требованиям по стерилизации и дезинфекции изделий медицинского назначения [Стерилизация изделий медицинского назначения. Методы, средства и режимы / ОСТ 42-21-2-85]. Кроме того, ее габариты достаточно велики, чтобы использовать ее интраоперационно на малых участках доступа к тканям.Significant disadvantages of this device include the fact that the device’s design and measurement procedures are based on the principle of simultaneous registration of both radiation reflected from the tissue surface (from the fabric-air interface) and backscattered radiation, i.e. emerging from it due to acts of multiple internal scattering by inhomogeneities of the interstitial structure. This drawback greatly limits the diagnostic capabilities of the equipment for real medical practice. Radiation reflected from the interface, as well as radiation emerging from the uppermost layers of tissue, i.e. which does not penetrate to the depths of capillaries and small venules and arterioles, practically does not carry useful medical information and, therefore, is interference or background radiation for this method. In the measurement scheme presented in this device, it is not possible to separate this background radiation from the back-scattered radiation coming from deeper layers of the tissue and carrying, in fact, basic information about the level of tissue saturation with blood (hemoglobin content). Therefore, the accuracy and reliability of the diagnosis of blood supply parameters in this device are deliberately underestimated. Also, possible errors in determining the level of blood supply from the absorption of light by other chromophores of tissues other than hemoglobin and melanin are not taken into account. Moreover, the use of the described device is very limited in real clinical practice, because a hollow optical head with an open input aperture does not meet the standard requirements for sterilization and disinfection of medical devices [Sterilization of medical devices. Methods, means and modes / OST 42-21-2-85]. In addition, its dimensions are large enough to be used intraoperatively in small areas of tissue access.
Наиболее близким по назначению и по техническому решению прототипом для данного заявляемого устройства является медицинское диагностическое устройство для неинвазивной спектрофотометрической оценки параметров кровоснабжения кожи и слизистых оболочек органов человека, предложенное в [Рогаткин Д.А., Колбас Ю.Ю. Диагностическое устройство для измерения физико-биологических характеристик кожи и слизистых оболочек in vivo - Патент РФ №2234853 от 26.12.2002, Бюл. №24/04]. Прибор предназначен для определения уровня объемного капиллярного кровенаполнения поверхностных слоев мягких биологических тканей (кожа, слизистые оболочки органов), среднего уровня оксигенации (сатурации) смешанной крови микроциркуляторного русла обследуемой биоткани и среднего уровня ее меланиновой пигментации. Этот прибор является многофункциональным, определяет, в отличие от приведенных выше аналогов, еще отдельно и уровень содержания оксигенированной фракции гемоглобина в тканях и органах, но в части определения объемного кровенаполнения аналогичен по своему принципу действия приведенным выше и определяет уровень кровенаполнения по содержанию общего гемоглобина с коррекцией результатов измерений на поглощение света эпидермальным меланином.The closest in purpose and technical solution to the prototype for this inventive device is a medical diagnostic device for non-invasive spectrophotometric assessment of blood supply parameters of the skin and mucous membranes of human organs, proposed in [Rogatkin D.A., Kolbas Yu.Yu. Diagnostic device for measuring the physico-biological characteristics of the skin and mucous membranes in vivo - RF Patent No. 2234853 of 12.26.2002, Bull. No. 24/04]. The device is designed to determine the level of volumetric capillary blood filling of the surface layers of soft biological tissues (skin, mucous membranes of organs), the average level of oxygenation (saturation) of the mixed blood of the microvasculature of the examined biological tissue, and the average level of its melanin pigmentation. This device is multifunctional, determines, unlike the above analogues, the level of content of the oxygenated hemoglobin fraction in tissues and organs separately, but in terms of determining the volumetric blood supply is similar in principle to the above and determines the level of blood filling according to the content of total hemoglobin with correction epidermal melanin light absorption measurement results.
Прибор содержит источник питания (например, компьютер, электропитание осуществляется через устройство сопряжения - интерфейсную плату), обеспечивающий энергией все элементы устройства, соединенную с ним оптическую головку, включающую в себя источники излучения, излучающие энергию в различных спектральных диапазонах, в том числе источник, излучающий свет в диапазоне спектра 520-590 нм, и фотоприемник, регистрирующий обратно рассеянное тестируемой тканью излучение, при этом оптическая головка выполнена с открытыми полостями, стенки которых покрыты светопоглощающим материалом, а источники излучения установлены в указанных открытых радиально расположенных полостях. В центральной открытой полости расположен фотоприемник, при этом его входное окно при проведении диагностики располагается на поверхности тестируемой биологической ткани так, чтобы исключить попадание в него отраженного от границы раздела воздух-ткань излучения. Блок управления работой излучателя, выполненный с возможностью соединения с источником излучения оптической головки; блок обработки данных; блок усилителя аналоговых электрических сигналов с фотоприемника и их преобразования в цифровую форму, вход которого выполнен с возможностью соединения с выходом фотоприемника, а выход которого выполнен с возможностью соединения с блоком обработки данных; и индикатор определяемых величин, соединенный с выходом блока обработки данных. При этом блок обработки данных и индикатор определяемых величин расположены в том же, что и источник питания, компьютере, который вычисляет по результатам измерений конечные медико-биологические показатели.The device contains a power source (for example, a computer, power is supplied through the interface device - an interface board) that provides energy to all elements of the device, an optical head connected to it, including radiation sources that emit energy in various spectral ranges, including a source that emits light in the spectral range 520-590 nm, and a photodetector detecting radiation backscattered by the test fabric, the optical head being made with open cavities, the walls of which coated with light-absorbing material and the radiation sources are arranged in said open radially arranged cavities. A photodetector is located in the central open cavity, while its input window is located on the surface of the tested biological tissue during diagnostics so as to prevent radiation reflected from the air-tissue interface from entering it. The control unit of the emitter, made with the possibility of connection with the radiation source of the optical head; data processing unit; an amplifier block of analog electrical signals from the photodetector and their conversion to digital form, the input of which is configured to connect to the output of the photodetector, and the output of which is configured to connect to a data processing unit; and an indicator of detectable values connected to the output of the data processing unit. In this case, the data processing unit and the indicator of the determined values are located in the same as the power source, a computer that calculates the final biomedical indicators based on the measurement results.
К основным и существенным недостаткам устройства, взятого за прототип, применительно к рассматриваемой проблеме определения уровня кровенаполнения поверхностных слоев органов и тканей человека относятся:The main and significant disadvantages of the device, taken as a prototype, in relation to the considered problem of determining the level of blood supply to the surface layers of human organs and tissues include:
1. Избыточное число излучателей в оптической головке, что увеличивает габариты оптической головки прибора и не позволяет использовать данное устройство интраоперационно.1. The excess number of emitters in the optical head, which increases the size of the optical head of the device and does not allow the use of this device intraoperatively.
2. Излучатели расположены радиально вокруг фотоприемника по секторам в отдельных полостях для каждого спектрального диапазона и длин волн, поэтому, фактически, при диагностике излучение от разных излучателей (разных длин волн) эффективно просвечивает разные участки тканей вокруг фотоприемника по его радиусу, что снижает точность диагностики, т.к. при вычислении содержания гемоглобина и меланина в ткани принципиально, чтобы освещался один и тот же участок тканей. Содержание кровеносных сосудов и оптических неоднородностей в ткани, ее биохимический состав неравномерны на масштабах оптической головки устройства-прототипа (2-3 см в диаметре), поэтому разные участки тканей, освещаемые излучением разных длин волн, содержат разное количество гемоглобина и меланина, и более грамотным было бы равномерное освещение ткани по всей апертуре фотоприемника и, соответственно, усреднение показаний по всему освещаемому диагностическому объему в ткани с одновременным уменьшением области освещения до размеров 5-10 мм.2. The emitters are located radially around the photodetector in sectors in separate cavities for each spectral range and wavelengths, therefore, in diagnostics, radiation from different emitters (different wavelengths) effectively shines through different tissue sections around the photodetector along its radius, which reduces the diagnostic accuracy because when calculating the content of hemoglobin and melanin in the tissue, it is important that the same tissue site is illuminated. The content of blood vessels and optical heterogeneities in the tissue, its biochemical composition is uneven on the scale of the optical head of the prototype device (2-3 cm in diameter), therefore, different parts of the tissues illuminated by radiation of different wavelengths contain different amounts of hemoglobin and melanin, and more competent there would be uniform illumination of the fabric over the entire aperture of the photodetector and, accordingly, averaging of the readings over the entire illuminated diagnostic volume in the fabric while reducing the lighting area to sizes 5-1 0 mm
3. Вычисление содержания гемоглобина происходит с учетом меланиновой пигментации, но не учитывается содержание других хромофоров в ткани. Погрешности определения меланиновой пигментации увеличивают погрешности вычисления и уровня кровенаполнения поверхностных слоев органов и тканей, т.е. точность и достоверность диагностики остаются не очень высокими.3. The hemoglobin content is calculated taking into account melanin pigmentation, but the content of other chromophores in the tissue is not taken into account. Errors in the determination of melanin pigmentation increase the errors in the calculation and the level of blood supply to the surface layers of organs and tissues, i.e. the accuracy and reliability of the diagnosis remain not very high.
4. Комплектация устройства подразумевает обязательное использование компьютера, что существенно осложняет и ограничивает его повсеместное применение.4. The device configuration implies the mandatory use of a computer, which significantly complicates and limits its widespread use.
Таким образом, существует потребность в устройстве, лишенном вышеуказанных недостатков.Thus, there is a need for a device devoid of the above disadvantages.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание более точного и компактного устройства для спектрофотометрической оценки уровня кровенаполнения поверхностных слоев тканей и органов человека in vivo, позволяющего объективно определять искомый параметр равномерно в освещаемом объеме, исключая влияние на показания прибора других хромофоров, кроме крови, с возможностью использования устройства как для оценки выраженности эритемы для поверхностных слоев кожи, так и для интраоперационной экспресс-оценки уровня кровенаполнения поверхностных слоев и других тканей и органов во время хирургических операций.The technical result of the present invention is the creation of a more accurate and compact device for spectrophotometric assessment of the level of blood supply to the surface layers of human tissues and organs in vivo, which allows you to objectively determine the desired parameter evenly in the illuminated volume, eliminating the influence of instrument other chromophores other than blood, with the possibility of using the device both for assessing the severity of erythema for the surface layers of the skin, and for intraoperative rapid assessment of blood level neniya surface layers and other tissues and organs during surgery.
Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для спектрофотометрической оценки уровня кровенаполнения поверхностных слоев тканей и органов человека, содержащем источник питания, обеспечивающий энергией все элементы устройства, соединенную с ним оптическую головку, включающую в себя источник излучения, излучающий свет в диапазоне спектра 520-590 нм и фотоприемник, регистрирующий обратно рассеянное тестируемой тканью излучение, при этом оптическая головка выполнена с открытой полостью, стенки которой покрыты светопоглощающим материалом, а источник излучения установлен в открытой полости; блок управления работой излучателя, выполненный с возможностью соединения с источником излучения оптической головки; блок обработки данных; блок усилителя аналоговых электрических сигналов с фотоприемника и их преобразования в цифровую форму, вход которого выполнен с возможностью соединения с выходом фотоприемника, а выход которого выполнен с возможностью соединения с блоком обработки данных; и индикатор определяемых величин, соединенный с выходом блока обработки данных, дополнительно включает в себя единый внешний корпус и датчик давления, открытая полость расположена в центре фотоприемника кольцеобразной формы, при этом оптическая головка размещена на поверхности датчика давления, выполненного с возможностью регистрации давления оптической головки на тестируемую ткань, а выход датчика давления выполнен с возможностью соединения с блоком обработки данных, к которому дополнительно присоединено запоминающее устройство для хранения промежуточных результатов измерений, а источник питания, блок управления работой источника излучения, блок усилителя аналоговых электрических сигналов с фотоприемника и их преобразования в цифровую форму, блок обработки данных, запоминающее устройство и индикатор определяемых величин представлены единым электронным блоком, заключенным в корпусе устройства.This technical result is achieved in that in a device for spectrophotometric assessment of the level of blood supply to the surface layers of human tissues and organs, containing a power source that provides energy to all elements of the device, an optical head connected to it, including a radiation source that emits light in the spectrum range 520- 590 nm and a photodetector detecting radiation backscattered by the fabric under test, while the optical head is made with an open cavity, the walls of which are coated with light absorption yuschim pictures, and a radiation source in an open cavity; an emitter operation control unit configured to connect to a radiation source of the optical head; data processing unit; an amplifier block of analog electrical signals from the photodetector and their conversion to digital form, the input of which is configured to connect to the output of the photodetector, and the output of which is configured to connect to a data processing unit; and an indicator of detectable values connected to the output of the data processing unit further includes a single external housing and a pressure sensor, an open cavity is located in the center of the annular-shaped photodetector, while the optical head is placed on the surface of a pressure sensor configured to record the pressure of the optical head on the fabric under test, and the pressure sensor output is configured to connect to a data processing unit, to which an additional memory device is attached To store the intermediate results of measurements, the power supply, the control unit for the operation of the radiation source, the amplifier block of the analogue electric signals from the photodetector and their conversion to digital form, the data processing unit, the storage device and the indicator of detected values are represented by a single electronic unit enclosed in the device case.
Принцип действия нового устройства предлагается базировать на явлении выдавливания крови из кожи или другой клеточной ткани при небольшом нажатии на нее (локальном давлении от 1 до 105 Па) и на изменении вследствие этого ее оптических свойств за счет локального обескровливания. При спектрофотометрическом синхронном и измерении оптических плотностей обследуемой клеточной ткани до нажатия на нее и в сам момент нажатия (приложенного давления), разность измеренных оптических плотностей будет определяться только разницей от кровенаполнения ткани (органа), поэтому никакие другие «статические» хромофоры, в частности, содержание меланина в зоне обследования, не будут влиять на показания прибора (их содержание не меняется при надавливании). Это означает, что прибор можно сделать компактным и дешевым, с одним единственным излучателем в диапазоне спектра 520-590 нм, где ярко выраженный провал в спектре отражения (обратного рассеяния) обусловлен, главным образом, поглощением гемоглобина (α и β полосы) и поглощение излучения разными фракциями гемоглобина в среднем одинаково. Изменение концентрации гемоглобина приводит к изменению площади и формы этого провала, поэтому, если представить спектр отражения или спектр обратного рассеяния тестируемой ткани в виде спектральной зависимости ее оптической плотности D(λ), то оценка площади под кривой в диапазоне 520-590 нм путем измерения оптической плотности в этом диапазоне позволяет количественно и достаточно точно определить содержание крови (гемоглобина) в этой ткани.The principle of operation of the new device is proposed to be based on the phenomenon of squeezing blood from the skin or other cellular tissue with a slight pressure on it (local pressure from 1 to 10 5 Pa) and due to this, its optical properties change due to local bleeding. When spectrophotometric synchronously and measuring the optical densities of the examined cell tissue before pressing it and at the very moment of pressing (applied pressure), the difference in the measured optical densities will be determined only by the difference from the blood supply to the tissue (organ), therefore, no other “static” chromophores, in particular the content of melanin in the examination area will not affect the readings of the device (their content does not change with pressure). This means that the device can be made compact and cheap, with one single emitter in the spectrum range 520-590 nm, where a pronounced dip in the reflection spectrum (back scattering) is mainly due to the absorption of hemoglobin (α and β bands) and the absorption of radiation different fractions of hemoglobin on average the same. A change in the hemoglobin concentration leads to a change in the area and shape of this dip, therefore, if we represent the reflection spectrum or the backscatter spectrum of the test tissue in the form of the spectral dependence of its optical density D (λ), then the area under the curve is estimated in the range 520-590 nm by measuring the optical density in this range allows you to quantitatively and fairly accurately determine the content of blood (hemoglobin) in this tissue.
В целом это явление изменения оптических свойств при надавливании на ткани за счет обескровливания известно и описано, например, применительно к спектрофотометрическим измерениям in vivo в медицине в [Рогаткин Д.А., Лапаева Л.Г., Быченков О.А., Терещенко С.Г., Шумский В.И. Основные источники погрешностей в неинвазивной медицинской спектрофотометрии. 4.2. Медико-биологические факторы погрешностей // Измерительная техника, №4, 2013. - с. 66-71]. Однако эффективного, компактного, дешевого устройства для измерения кровенаполнения, который был бы основан на этом явлении и который мог бы использоваться в том числе интраоперационно на малых участках кожи и тканей и при операциях с ограниченным доступом, на рынке медицинской техники пока нет.In general, this phenomenon of changes in optical properties when pressure is applied to tissues due to bleeding is known and described, for example, in relation to in vivo spectrophotometric measurements in medicine in [Rogatkin DA, Lapaeva LG, Bychenkov OA, Tereshchenko S .G., Shumsky V.I. The main sources of errors in non-invasive medical spectrophotometry. 4.2. Biomedical error factors // Measuring equipment, No. 4, 2013. - p. 66-71]. However, an effective, compact, cheap device for measuring blood supply, which would be based on this phenomenon and which could be used including intraoperatively in small areas of skin and tissues and with operations with limited access, is not yet available on the medical equipment market.
Предлагаемое новое устройство (Фиг. 1) состоит из оптической головки (1), содержащей источник излучения (2) (светодиод), излучающий свет диапазоне спектра 520-590 нм, и приемник оптического излучения - фотоприемник (3) (например, кремневый фотодиод) с центральным отверстием (4) кольцеобразной формы, которые вместе смонтированы в оптической головке (1) таким образом, что излучение источника (2) может проходить через отверстие (4) в фотоприемнике, за счет того, что миниатюрный источник излучения (2) располагается в этом отверстии-полости (4) фотоприемника (3), как показано на Фиг. 1. Устройство также включает в себя датчик давления (5), (например, тензодатчик), к которому смонтирована оптическая головка (1). Датчик давления (5) выполнен с возможностью фиксации величины создаваемого оптической головкой давления на тестируемую область клеточной ткани при измерениях. Устройство также включает в себя единый электронный блок (6), содержащий источник питания (7), выполненный с возможностью обеспечения энергией всех блоков устройства; блок управления (8) работой источника излучения (2), соединенного с источником излучения (2) оптической головки (1); блок усиления аналоговых электрических сигналов с фотоприемника и их преобразования в цифровую форму (9), блок обработки данных (10), запоминающее устройство (11) и индикатор определяемых величин (12). Единый электронный блок (6) заключен в единый внешний корпус (13) устройства (Фиг. 3). При этом выход фотоприемника (3) соединен со входом блока усиления аналоговых электрических сигналов с фотоприемника и их преобразования в цифровую форму (9), выход блока усилителя аналоговых электрических сигналов с фотоприемника и их преобразования в цифровую форму (9) соединен со входом блока обработки данных (10), с которым также соединено запоминающее устройство (11), а выход блока обработки данных соединен со входом индикатора определяемых величин (12).The proposed new device (Fig. 1) consists of an optical head (1) containing a radiation source (2) (LED) emitting light in the spectral range 520-590 nm, and an optical radiation receiver - a photodetector (3) (for example, a silicon photodiode) with a central hole (4) of an annular shape, which are mounted together in the optical head (1) so that the radiation from the source (2) can pass through the hole (4) in the photodetector, due to the fact that the miniature radiation source (2) is located in this hole-cavity (4) of the photodetector (3) as shown in FIG. 1. The device also includes a pressure sensor (5), (for example, a strain gauge), to which an optical head (1) is mounted. The pressure sensor (5) is configured to record the magnitude of the pressure created by the optical head on the test area of the cell tissue during measurements. The device also includes a single electronic unit (6), containing a power source (7), configured to provide energy to all units of the device; a control unit (8) for the operation of the radiation source (2) connected to the radiation source (2) of the optical head (1); a unit for amplifying analog electrical signals from a photodetector and converting them to digital form (9), a data processing unit (10), a storage device (11) and an indicator of detectable values (12). A single electronic unit (6) is enclosed in a single external housing (13) of the device (Fig. 3). In this case, the output of the photodetector (3) is connected to the input of the amplification unit of analog electrical signals from the photodetector and their digitalization (9), the output of the amplifier block of analogue electrical signals from the photodetector and their digitalization (9) is connected to the input of the data processing unit (10), to which the storage device (11) is also connected, and the output of the data processing unit is connected to the input of the indicator of determined values (12).
Работа устройства осуществляется следующим образом. При проведении диагностики чувствительную поверхность фотоприемника (3) располагают непосредственно на поверхности тестируемой биологической ткани (13) (Фиг. 2). Источник излучения (2) освещает тестируемую область биологической ткани (14) симметрично по всем направлениям через отверстие кольцевого фотоприемника (3), что позволяет добиться равномерной засветки тестируемого объема ткани и фотоприемника (3) обратно рассеянным оптическим излучением по всем направлениям по диаметру фотоприемника (3), а также локально уменьшить освещаемую область до размеров 5-10 мм.The operation of the device is as follows. During diagnostics, the sensitive surface of the photodetector (3) is located directly on the surface of the tested biological tissue (13) (Fig. 2). The radiation source (2) illuminates the test area of biological tissue (14) symmetrically in all directions through the hole of the annular photodetector (3), which allows uniform illumination of the test volume of tissue and the photodetector (3) with backscattered optical radiation in all directions along the diameter of the photodetector (3) ), and also locally reduce the illuminated area to sizes of 5-10 mm.
При легком касании оптической головкой (1) прибора тестируемой биологической ткани (13) и регистрации начального давления датчиком давления (5) в диапазоне 1-2 Па происходит регистрация фотоприемником (3) величины обратно рассеянного оптического излучения при наличии крови в тестируемой области (13), по которому в блоке обработки данных (10) вычисляется коэффициент обратного рассеяния R1 и оптическая плотность D1:When the optical head (1) lightly touches the device of the test biological tissue (13) and the initial pressure is recorded by the pressure sensor (5) in the range of 1-2 Pa, the photodetector (3) registers the amount of backscattered optical radiation in the presence of blood in the test area (13) according to which in the data processing unit (10) the backscattering coefficient R1 and the optical density D1 are calculated:
Эта величина сохраняется в памяти запоминающего устройства (11).This value is stored in the memory of the storage device (11).
Далее при дальнейшем надавливании на тестируемую биологическую ткань при достижении давления 105 Па происходит вторая регистрация фотоприемником величины обратно рассеянного оптического излучения, по которому в блоке обработки данных (10) вычисляется коэффициент обратного рассеяния R2 и оптическая плотность D2 уже обескровленной ткани:Then, with further pressure on the tested biological tissue when the pressure reaches 10 5 Pa, the photodetector registers the value of the backscattered optical radiation for the second time, according to which the backscattering coefficient R2 and the optical density D2 of the already bloodless tissue are calculated in the data processing unit (10):
На заключительном этапе в блоке обработки данных с учетом сохраненного в памяти устройства D1 вычисляется индекс кровенаполнения ткани по аналогии с формулой (I) по разности D1 и D2, но без учета меланина:At the final stage, in the data processing unit, taking into account the device D1 stored in the memory, the blood supply index of the tissue is calculated by analogy with formula (I) by the difference between D1 and D2, but excluding melanin:
где K - калибровочный коэффициент (в формуле (1) K=100).where K is the calibration coefficient (in the formula (1) K = 100).
Таким образом, предлагаемое устройство определяет искомый параметр равномерно в освещаемом объеме, исключая влияние на показания прибора других хромофоров, кроме крови. Поскольку современная схемотехника позволяет выполнить все перечисленные оптико-электронные компоненты предлагаемого устройства весьма миниатюрными, на уровне микрочипов, само такое устройство может быть весьма компактным, монолитным и автономным, заключенным в единый внешний корпус, выполненным в габаритах шариковой ручки, как показано на Фиг. 3, или, даже менее, что позволяет использовать его и для интраоперационной оценки уровня кровенаполнения поверхностных слоев тканей и органов во время проведения хирургических операций.Thus, the proposed device determines the desired parameter evenly in the illuminated volume, excluding the effect on instrument readings of other chromophores, except for blood. Since modern circuitry allows all of the listed optoelectronic components of the proposed device to be very miniature at the microchip level, such a device itself can be very compact, monolithic and autonomous, enclosed in a single external housing, made in the dimensions of a ballpoint pen, as shown in FIG. 3, or even less, which allows it to be used for intraoperative assessment of the level of blood supply to the surface layers of tissues and organs during surgical operations.
Таким образом, в данном предлагаемом устройстве достигаются все заявленные цели изобретения.Thus, in this proposed device, all the stated objectives of the invention are achieved.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016136950A RU2637102C1 (en) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | Device for spectrophotometric assessment of blood filling level of human tissues and organs surface layers in vivo |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016136950A RU2637102C1 (en) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | Device for spectrophotometric assessment of blood filling level of human tissues and organs surface layers in vivo |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2637102C1 true RU2637102C1 (en) | 2017-11-29 |
Family
ID=60581378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016136950A RU2637102C1 (en) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | Device for spectrophotometric assessment of blood filling level of human tissues and organs surface layers in vivo |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2637102C1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4494550A (en) * | 1981-01-12 | 1985-01-22 | Vladimir Blazek | Measuring apparatus for the non-invasive detection of venous and arterial blood flow and drainage disorders |
| SU1673043A1 (en) * | 1988-01-07 | 1991-08-30 | Э.И. Холопченко, В.Н. Миртовска , Г.И Лисица и Ю.С, Михеев | Device for measuring the blood circulation speed in vessel |
| WO1996041566A2 (en) * | 1995-06-09 | 1996-12-27 | Cybro Medical Ltd. | Sensor, method and device for optical blood oximetry |
| JP2000342547A (en) * | 1999-06-04 | 2000-12-12 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Ring sensor |
| JP2002119487A (en) * | 2000-10-18 | 2002-04-23 | Ami Techno Ltd | Contact pressure blood flow sensor |
| RU2234853C1 (en) * | 2002-12-26 | 2004-08-27 | Рогаткин Дмитрий Алексеевич | Diagnostic device for measuring physical and biological characteristics of skin and mucous membranes in vivo |
| US9198586B2 (en) * | 2002-06-20 | 2015-12-01 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Methods of monitoring oxygenation by positive end expiratory pressure using photoplethysmography |
| EP3000388A1 (en) * | 2014-09-29 | 2016-03-30 | Nihon Kohden Corporation | Sensor and biological signal measuring system |
-
2016
- 2016-09-15 RU RU2016136950A patent/RU2637102C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4494550A (en) * | 1981-01-12 | 1985-01-22 | Vladimir Blazek | Measuring apparatus for the non-invasive detection of venous and arterial blood flow and drainage disorders |
| SU1673043A1 (en) * | 1988-01-07 | 1991-08-30 | Э.И. Холопченко, В.Н. Миртовска , Г.И Лисица и Ю.С, Михеев | Device for measuring the blood circulation speed in vessel |
| WO1996041566A2 (en) * | 1995-06-09 | 1996-12-27 | Cybro Medical Ltd. | Sensor, method and device for optical blood oximetry |
| JP2000342547A (en) * | 1999-06-04 | 2000-12-12 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Ring sensor |
| JP2002119487A (en) * | 2000-10-18 | 2002-04-23 | Ami Techno Ltd | Contact pressure blood flow sensor |
| US9198586B2 (en) * | 2002-06-20 | 2015-12-01 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Methods of monitoring oxygenation by positive end expiratory pressure using photoplethysmography |
| RU2234853C1 (en) * | 2002-12-26 | 2004-08-27 | Рогаткин Дмитрий Алексеевич | Diagnostic device for measuring physical and biological characteristics of skin and mucous membranes in vivo |
| EP3000388A1 (en) * | 2014-09-29 | 2016-03-30 | Nihon Kohden Corporation | Sensor and biological signal measuring system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7304724B2 (en) | Method and apparatus for quantification of optical properties of superficial volumes | |
| EP2273914B1 (en) | Method for dating a body sample | |
| Brown et al. | Advances in quantitative UV–visible spectroscopy for clinical and pre-clinical application in cancer | |
| US8426819B2 (en) | Method for the non-invasive optic determination of the temperature of a medium | |
| US20060200012A1 (en) | Methods and sensors for monitoring internal tissue conditions | |
| JP4559995B2 (en) | Tumor testing device | |
| JPH0274862A (en) | Spectrophotometer and method of monitoring oxygen saturation | |
| KR100716801B1 (en) | Device Measuring Thickness of Subcutaneous Fat | |
| US20180008172A1 (en) | System for analyzing tissue | |
| KR102002589B1 (en) | Frequency domian based multi-wavelength bio-signal analysing apparatus and method thereof | |
| RU2510506C2 (en) | Method for determining optical and biophysical tissue parameters | |
| ES2541500T3 (en) | Procedure and instrument for non-invasive measurement of oxygenation / saturation of biological tissue | |
| KR100866258B1 (en) | Apparatus and method for measuring thickness of skin using a linear image sensor | |
| RU2637102C1 (en) | Device for spectrophotometric assessment of blood filling level of human tissues and organs surface layers in vivo | |
| RU2234853C1 (en) | Diagnostic device for measuring physical and biological characteristics of skin and mucous membranes in vivo | |
| US20230263392A1 (en) | Systems and methods for monitoring an analyte or parameter for a patient | |
| Kleshnin et al. | A technique for measuring oxygen saturation in biological tissues based on diffuse optical spectroscopy | |
| Liebold et al. | In vivo spectroscopy in dermatology: methods and new fields of application | |
| JPH07120384A (en) | Method and apparatus for optical measurement | |
| Fantini et al. | Frequency-domain multisource optical spectrometer and oximeter | |
| JP2013140126A (en) | Concentration assaying device, concentration assaying method and program | |
| KR100716800B1 (en) | Measuring Method of Subcutaneous Fat Thickness | |
| RU2687775C1 (en) | Device for diagnosing organ pathology | |
| Otto et al. | Medical applications of VIS/NIR spectroscopy of human tissue surfaces by a novel portable instrumentation | |
| Cheng et al. | A novel optical scanning system for breast cancer imaging |