RU2625281C2 - Неинвазивный способ комплексного анализа реологических свойств крови in vivo - Google Patents

Неинвазивный способ комплексного анализа реологических свойств крови in vivo Download PDF

Info

Publication number
RU2625281C2
RU2625281C2 RU2015145937A RU2015145937A RU2625281C2 RU 2625281 C2 RU2625281 C2 RU 2625281C2 RU 2015145937 A RU2015145937 A RU 2015145937A RU 2015145937 A RU2015145937 A RU 2015145937A RU 2625281 C2 RU2625281 C2 RU 2625281C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow
area
blood
systole
diastole
Prior art date
Application number
RU2015145937A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015145937A (ru
Inventor
Елена Михайловна Ермак
Original Assignee
Елена Михайловна Ермак
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Елена Михайловна Ермак filed Critical Елена Михайловна Ермак
Priority to RU2015145937A priority Critical patent/RU2625281C2/ru
Publication of RU2015145937A publication Critical patent/RU2015145937A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2625281C2 publication Critical patent/RU2625281C2/ru

Links

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
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/06—Measuring blood flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material

Landscapes

  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для комплексного анализа реологических свойств крови in vivo. В зоне интереса зондируют импульсами ультразвуковых колебаний в режиме энергетического цветового допплеровского кодирования протекающий по сосуду поток крови. Определяют диаметр d сосуда, толщину пограничного слоя потока крови, площадь пограничного слоя потока крови, площадь осевого потока крови, частоту сокращений сердца и рассчитывают на основе полученных данных параметры, характеризующие реологические свойства крови: кинематическую вязкость крови ν, число Уомерсли α, параметр α2, коэффициент ε структуры потока. Определяют пиковую систолическую скорость Vps осевого потока крови и среднюю максимальную скорость Vm осевого потока крови, межинтимальный диаметр сосуда и рассчитывают на основе этих параметров число Re Рейнольдса, скорость V сдвига и напряжение τ сдвига. Зондирование проводят с картой распределения интенсивности движения по сечению потока и дополнительно определяют с использованием измерений площадь Sos осевого потока в систолу, площадь Sns потока в систолу, площадь Sod осевого потока в диастолу, площадь Snd потока в диастолу, площадь Sδs в систолу, площадь Sδd в диастолу, время ts систолы, время td диастолы, время t сердечного цикла и рассчитывают на основе полученных данных: усредненную толщину δxs пограничного слоя в систолу (см) по формуле: δxs=Sδs/[√π*(√Sns+√Sos)], где Sδs - площадь пограничного слоя в систолу, Sns - площадь потока в систолу, Sos - площадь осевого потока в систолу; усредненную толщину δxd пограничного слоя в диастолу (см) по формуле: δxd=Sδd/[√π*(√Snd+√Sod)], где Sδd - площадь пограничного слоя в диастолу, Snd - площадь потока в диастолу, Sod-ω - угловая скорость (с-1); νs - кинематическую вязкость крови в систолу (cSt) по формуле: νs=ωδxs2; νd - кинематическую вязкость крови в диастолу (cSt) по формуле: νd=ωδxd2; νh - гемодинамическую вязкость крови (cSt) по формуле: νh=[(νs х ts)+(νd x td)]/t; Σhs - коэффициент реологической эффективности кровотока в систолу по формуле: Σhs=Sos/Sns, где Sos - площадь осевого потока в систолу; Sns - площадь потока в систолу; Σhd - коэффициент реологической эффективности кровотока в диастолу по формуле: Σhd=Sod/Snd, где Sod - площадь осевого потока в диастолу; Snd - площадь потока в диастолу; Σh - коэффициент реологической эффективности кровотока за сердечный цикл по формуле: Σh=[(Σhs х ts)+(Σhd х td)]/t. Определяют характеристики движения эритроцитов в осевом потоке, такие как интенсивность движения, оценивая ее по уровню интенсивности окрашивания цветовой картограммы осевого потока, сравнивая его с уровнем интенсивности цветовой шкалы, расположенной на экране монитора; степень дезорганизации потока по структуре и степени гетерохромности цветовой картограммы осевого потока, для чего определяют структурный коэффициент осевого потока СКОП как отношение площади участков осевого потока с максимальной интенсивностью окрашивания Sm к площади осевого потока So и при СКОП=1 считают структуру потока организованной нормально, а при СКОП<1 – дезорганизованной; градиент интенсивности движения эритроцитов по направлению от стенки сосуда к осевому потоку, оценивая степень локальной устойчивости потока по характеру контуров осевого потока и полос пограничного слоя, степени центрации осевого потока и равномерности толщины пограничного слоя по сечению сосуда. Способ обеспечивает повышение эффективности анализа реологических свойств крови за счет расчета большого числа количественных реологических характеристик кровотока и визуального выявления, что дает возможность локализовать участки сосуда с нарушением гемореологических параметров. 13 ил., 1 пр.

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к средствам, предназначенным для измерения физических свойств крови с использованием акустических колебаний, и может быть использовано для диагностики заболеваний сосудистой системы.
Известен способ измерения эффективной вязкости суспензии, описанный в Патенте РФ №2127080, кл. А61В 8/00,8/06 и G01N 33/48, заявлен 02.12.96, опубл. 10.03.99.
Известный способ заключается в том, что in vitro измеряют спектр допплеровского ультразвукового сигнала, отраженного от эритроцитов крови, протекающей в исследуемом сосуде, и выполняют сравнение измеренного спектра с рядом опорных спектров, измеренных при определенной вязкости крови в данном сосуде, и за эффективную вязкость крови принимают то значение вязкости крови, при котором опорный спектр наилучшим образом совпадает с измеренным спектром допплеровского сигнала.
Недостатками известного способа являются сложность его осуществления, обусловленная необходимостью вычисления ряда опорных спектров допплеровского сигнала, а также ограниченные эксплуатационные возможности в плане числа измеряемых параметров, поскольку измеряются только вязкость крови, частота сокращений сердца и диаметр артерии.
Известен способ измерения вязкости жидкости, описанный в одноименном Патенте РФ №2112231, кл. G01N 11/02, заявлен 19.02.97, опубл. 27.05.98 и выбранный в качестве прототипа.
Известный способ заключается в том, что зондируют протекающий по магистрали поток жидкости импульсами ультразвуковых колебаний, принимают отраженные сигналы, выделяют спектр допплеровского сдвига частот, определяют по его характеристикам скорость потока, с использованием которой рассчитывают вязкость, при этом осуществляют пережатие магистрали выше или ниже места зондирования, измерение скорости потока осуществляют в момент времени перехода от ламинарного течения к турбулентному, который определяют по спектру доплеровского сдвига частот, а вязкость рассчитывают по формуле:
ν=(V×D)/Rе кр.,
где ν - вязкость жидкости;
V - скорость потока;
D - диаметр магистрали;
Re кр. - критическое число Рейнольдса.
Недостаток известного способа заключается в том, что его эксплуатационные возможности ограничены по следующим причинам:
1. Для определения вязкости используется измерение скорости кровотока. Данный параметр не всегда можно измерить точно, поскольку требуется коррекция допплеровского угла.
2. Способ не позволяет выявить локальные изменения вязкости в сосуде.
3. Для определения вязкости жидкости требуется пережатие магистрали выше или ниже места зондирования, что при исследовании реологических свойств крови in vivo в большинстве сосудистых бассейнов технически не представляется возможным.
4. Кроме того, артифициальная турбулентность кровотока может привести к нежелательным последствиям для пациента (например, при исследовании брахиоцефальных артерий). С его помощью определяют только один из параметров, характеризующих реологические свойства крови, а именно вязкость.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ неинвазивного определения реологических свойств крови in vivo, представленный в Патенте РФ №2482790, кл. А61В 5/026, 8/06, G01N 11/02, заявен 21.12.2011 г., опубл. 27.05.2013 г. и выбранный в качестве прототипа.
Известный способ заключается в том, что проводят в зоне интереса в режиме энергетического цветового допплеровского кодирования зондирование протекающего по сосуду потока крови импульсами ультразвуковых колебаний, определяют диаметр d сосуда, скорость потока, толщину δ пограничного слоя потока крови, площадь Sδ сечения пограничного слоя потока крови, площадь So сечения осевого потока крови, частоту f сокращений сердца и рассчитывают на основе полученных данных параметры, характеризующие реологические свойства крови: кинематическую вязкость ν крови по формуле ν=ωδ2, где ω=2πf - угловая частота, число α Уомерсли по формуле
Figure 00000001
параметр α2, представляющий время, в течение которого действие вязких сил распространяется на всю ширину сосуда к периоду колебаний, по формуле α2=d2/4ν/T, где T=1/ω - период колебаний, коэффициент
Figure 00000002
структуры потока по формуле:
Figure 00000003
где Sδ - площадь сечения пограничного слоя, So - площадь сечения осевого потока.
Недостатками известного способа являются его не вполне удовлетворительная эффективность и ограниченные эксплуатационные возможности по следующим причинам:
1) отсутствуют критерии оценки структуры осевого потока крови;
2) отсутствуют критерии оценки реологических свойств эритроцитарного звена (кинематических свойств потока эритроцитов);
3) гемореологический паттерн не анализируется с точки зрения характеристик движения потока эритроцитов;
4) не учтен пульсирующий характер кровотока.
Задачей является повышение эффективности анализа и расширение эксплуатационных возможностей способа за счет обеспечения более детального исследования количественных и качественных характеристик движения потока эритроцитов крови.
Поставленная задача решается тем, что в неинвазивном способе комплексного анализа реологических свойств крови in vivo, заключающемся в том, что в зоне интереса зондируют импульсами ультразвуковых колебаний в режиме энергетического цветового допплеровского кодирования протекающий по сосуду поток крови, определяют диаметр d сосуда, скорость потока, определяют толщину пограничного слоя потока крови, площадь пограничного слоя потока крови, площадь осевого потока крови, частоту сокращений сердца и рассчитывают на основе полученных данных параметры, характеризующие реологические свойства крови, такие как: кинематическая вязкость крови ν, число Уомерсли α, параметр α2, коэффициент
Figure 00000004
структуры потока, затем определяют пиковую систолическую скорость Vps осевого потока крови и среднюю максимальную скорость Vm осевого потока крови, межинтимальный диаметр сосуда и рассчитывают на основе этих параметров число Re Рейнольдса, скорость V сдвига и напряжение τ сдвига, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ зондирование проводят с картой распределения интенсивности движения по сечению потока и дополнительно определяют с использованием измерений площадь Sos осевого потока в систолу, площадь Sns потока в систолу, площадь Sod осевого потока в диастолу, площадь Snd потока в диастолу, толщину δs пограничного слоя в систолу, толщину δd пограничного слоя в диастолу, площадь Sδs в систолу, площадь Sδd в диастолу, пиковую систолическую скорость Vps кровотока, TAMX - среднюю максимальную скорость кровотока, частоту f сердечных сокращений в секунду, время ts систолы, время td диастолы, время t сердечного цикла и рассчитывают на основе полученных данных комплекс параметров, характеризующий реологические свойства крови, такие как:
усредненная толщина
Figure 00000005
пограничного слоя в систолу по формуле:
Figure 00000006
где Sδs - площадь пограничного слоя в систолу, Sns - площадь потока в систолу, Sos - площадь осевого потока в систолу,
усредненная толщина
Figure 00000007
пограничного слоя в диастолу по формуле:
δxd=Sδd/[√π*(√Snd+√Sod)],
где Sδd - площадь пограничного слоя в диастолу, Snd - площадь потока в диастолу, Sod - площадь осевого потока в диастолу,
ω - угловая скорость (с-1)
ν - кинематическая вязкость крови в систолу (cSt) по формуле: νs=ωδxs2,
ν - кинематическая вязкость крови в диастолу (cSt) по формуле: νd=ωδxd2,
νh - гемодинамическая вязкость крови (cSt) по формуле:
νh=[(νs x ts)+(νd x td)]/t,
Σh - коэффициент реологической эффективности кровотока по формуле:
Σh=So/Sn, где So - площадь осевого потока; Sn - площадь потока,
Σhs - коэффициент реологической эффективности кровотока в систолу по формуле:
Σhs=Sos/Sns, где Sos - площадь осевого потока в систолу; Sns - площадь потока в систолу,
Σhd - коэффициент реологической эффективности кровотока в диастолу по формуле:
Σhd=Sod/Snd, где Sod - площадь осевого потока в диастолу; Snd - площадь потока в диастолу,
Σh - коэффициент реологической эффективности кровотока за сердечный цикл по формуле: Σh=[(Σhs x ts)+(Σhd x td)]/t,
также дополнительно визуально определяют характеристики движения эритроцитов в осевом потоке, такие как интенсивность движения, оценивая ее по уровню интенсивности окрашивания цветовой картограммы осевого потока, сравнивая его с уровнем интенсивности цветовой шкалы, расположенной на экране монитора, степень дезорганизации потока по структуре и степени гетерохромности цветовой картограммы осевого потока, для чего определяют структурный коэффициент осевого потока СКОП как отношение площади участков осевого потока с максимальной интенсивностью окрашивания Sm к площади осевого потока So и при СКОП=1 считают структуру потока организованной нормально, а при СКОП<1 - дезорганизованной, градиент интенсивности движения эритроцитов по направлению от стенки сосуда к осевому потоку, оценивая степень локальной устойчивости (стабильности) потока по характеру контуров осевого потока и полос пограничного слоя, степени центрации осевого потока и равномерности толщины пограничного слоя по сечению сосуда.
Определение путем измерений и расчетов большого числа перечисленных выше количественных реологических характеристик кровотока и визуальное выявление качественных характеристик движения эритроцитов в осевом потоке позволяет выявлять нарушения реологических свойств циркулирующей крови и оценивать кинематические свойства потока эритроцитов (общей интенсивности движения - поступательного и вращательного) в зонах интереса, что дает возможность локализовать участки сосуда с нарушением гемореологических параметров. Это позволяет определить с учетом вязкости крови наличие или отсутствие опасности изменения агрегатного состояния крови у пациента, обеспечивая таким образом более раннюю и высокую точность диагностики, что делает способ более эффективным с точки зрения качества анализа и расширяет его эксплуатационные возможности.
Технический результат - возможность более достоверного исследования гемодинамической вязкости крови на любом участке сосудов для определения реологической эффективности потока крови, наличия или отсутствия опасности возникновения у пациента предтромботического состояния или тромбоза, обеспечивая таким образом более раннюю диагностику.
Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков, как: проведение зондирования с картой распределения интенсивности движения по сечению потока, дополнительное определение с использованием измерений площадей осевого потока в систолу и в диастолу, толщин пограничного слоя в систолу и в диастолу, площадей пограничного слоя в систолу и в диастолу, пиковой систолической скорости кровотока, средней максимальной скорости кровотока, частоты сердечных сокращений в секунду, времен систолы и диастолы, времени сердечного цикла и расчет на основе полученных данных комплекса параметров, характеризующих реологические свойства крови, такие как: усредненные толщины пограничного слоя в систолу и в диастолу, угловая скорость кровотока, кинематическая вязкость крови в систолу и в диастолу (cSt), гемодинамическая вязкость крови, коэффициент реологической эффективности кровотока, коэффициент реологической эффективности кровотока в систолу, коэффициент реологической эффективности кровотока в диастолу и коэффициент реологической эффективности кровотока за сердечный цикл, а также дополнительное определение характеристик движения эритроцитов в осевом потоке, таких как: интенсивность движения с оценкой ее по уровню интенсивности окрашивания цветовой картограммы осевого потока путем сравнения его с уровнем интенсивности цветовой шкалы, расположенной на экране монитора, степень дезорганизации потока по структуре и степени гетерохромности цветовой картограммы осевого потока с определением структурного коэффициента осевого потока СКОП как отношения площади участков осевого потока с максимальной интенсивностью окрашивания Sm к площади осевого потока So и принятия при СКОП=1 структуры потока организованной нормально, а при СКОП<1 - дезорганизованной, градиент интенсивности движения эритроцитов по направлению от стенки сосуда к осевому потоку, степень локальной устойчивости (стабильности) потока по характеру контуров осевого потока и полос пограничного слоя, степени центрации осевого потока и равномерности толщины пограничного слоя по сечению сосуда, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю не известны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый способ может найти широкое применение в медицине для измерения физических свойств крови, а именно в терапии, неврологии, сердечно-сосудистой хирургии, офтальмологии, эндокринологии, ангиологии, гемореологии, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется фотографиями, где приведены на:
- фиг. 1 - Продольный срез сосуда. Цветовая картограмма распределения интенсивности движения потока крови по продольному сечению потока. Стрелка 1 - пограничный слой; стрелка 2 - осевой поток, стрелка 3 - поток.
- фиг. 2 - Поперечный срез сосуда. Цветовая картограмма распределения интенсивности движения крови по поперечному сечению потока. Стрелка 1 - пограничный слой; стрелка 2 - осевой поток, стрелка 3 - поток.
- фиг. 3 - Продольный срез сосуда в систолу. Цветовая картограмма распределения интенсивности движения крови по продольному сечению потока в систолу. Гетерохромное окрашивание осевого потока. Стрелка 4 - толщина пограничного слоя (δ) в систолу; стрелка 5 - диаметр осевого потока в систолу; стрелка 6 - диаметр потока в систолу; стрелка 7 - участки снижения уровня интенсивности осевого потока.
- фиг. 4 - Поперечный срез сосуда в систолу. Цветовая картограмма распределения интенсивности движения крови по поперечному сечению потока в систолу. Гетерохромное окрашивание осевого потока. Стрелка 8 - площадь осевого потока в систолу (Sos); стрелка 9 - площадь потока в систолу (Sns); стрелка 10 - площадь пограничного слоя в систолу (Sδs); стрелка 11 - участки снижения уровня интенсивности осевого потока.
- фиг. 5 - Продольный срез сосуда в систолу. Цветовая картограмма распределения интенсивности движения крови по продольному сечению потока в систолу. Стрелка 8 - площадь осевого потока в систолу (Sos); стрелка 12 - площадь участков осевого потока с максимальной интенсивностью окрашивания в систолу (Sms).
- фиг. 6 - Поперечный срез сосуда в систолу. Цветовая картограмма распределения интенсивности движения крови по поперечному сечению потока в систолу. Стрелка 8 - площадь осевого потока в систолу (Sos); стрелка 12 - площадь участков осевого потока с максимальной интенсивностью окрашивания в систолу (Sms).
- фиг. 7 - Продольный срез сосуда в диастолу. Цветовая картограмма распределения интенсивности движения крови по продольному сечению потока в диастолу. Гетерохромное окрашивание осевого потока. Стрелка 13 - толщина пограничного слоя (δ) в диастолу; стрелка 14 - диаметр осевого потока в диастолу; стрелка 15 - диаметр потока в диастолу; стрелка 16 - участки снижения уровня интенсивности осевого потока.
- фиг. 8 - Поперечный срез сосуда в диастолу. Цветовая картограмма распределения интенсивности движения крови по поперечному сечению потока в диастолу. Гетерохромное окрашивание осевого потока. Стрелка 17 - площадь осевого потока в диастолу (Sod); стрелка 18 - площадь потока в диастолу (Snd); стрелка 19 - площадь пограничного слоя в диастолу (Sδd); стрелка 20 - участки снижения уровня интенсивности осевого потока.
- фиг. 9 - Продольный срез сосуда в диастолу. Цветовая картограмма распределения интенсивности движения крови по продольному сечению потока в диастолу. Стрелка 17 - площадь осевого потока в диастолу (Sod); стрелка 21 - площадь участков осевого потока с максимальной интенсивностью окрашивания в диастолу (Smd).
- фиг. 10 - Поперечный срез сосуда в систолу. Цветовая картограмма распределения интенсивности движения крови по поперечному сечению потока в систолу. Стрелка 17 - площадь осевого потока в диастолу (Sod); стрелка 21 - площадь участков осевого потока с максимальной интенсивностью окрашивания в диастолу (Smd).
- фиг. 11 - Спектрограмма кровотока. Стрелка 22 - время сердечного цикла (t); стрелка 23
- время систолы (ts); стрелка 24 - время диастолы (td).
- фиг. 12 - Пример практического выполнения заявляемого способа в части измерения и определения новых параметров для сосудистого сегмента №1.
- фиг. 13 - Пример практического выполнения заявляемого способа в части измерения и определения новых параметров для сосудистого сегмента №2.
Заявляемый неинвазивный способ комплексного анализа реологических свойств крови in vivo заключается в следующем.
В зоне интереса зондируют импульсами ультразвуковых колебаний в режиме энергетического цветового допплеровского кодирования с картой распределения интенсивности движения по сечению протекающий по сосуду поток крови. При этом определяют диаметр d сосуда, скорость потока, определяют толщину пограничного слоя потока крови, площадь пограничного слоя потока крови, площадь осевого потока крови и частоту f сокращений сердца. Затем рассчитывают на основе полученных данных параметры, характеризующие реологические свойства крови, такие как: кинематическая вязкость крови ν, число Уомерсли α, параметр α2, коэффициент ε структуры потока. Определяют пиковую систолическую скорость Vps осевого потока крови и среднюю максимальную скорость Vm осевого потока крови, межинтимальный диаметр сосуда и рассчитывают на основе этих параметров число Re Рейнольдса, скорость V сдвига и напряжение τ сдвига. Дополнительно определяют с использованием измерений площадь Sos осевого потока в систолу, площадь Sns потока в систолу, площадь Sod осевого потока в диастолу, площадь Snd потока в диастолу, толщину δs пограничного слоя в систолу, толщину δd пограничного слоя в диастолу, время ts систолы, время td диастолы и время t сердечного цикла. На основе полученных данных рассчитывают комплекс параметров, характеризующий реологические свойства крови, такие как:
усредненная толщина δxs пограничного слоя в систолу (мм) по формуле:
δxs=Sδs/[√π*(√Sns+√Sos)],
где Sδs - площадь пограничного слоя в систолу, Sns - площадь потока в систолу, Sos - площадь осевого потока в систолу,
усредненная толщина δxd пограничного слоя в диастолу (мм) по формуле:
δxd=Sδd/[√π*(√Snd+√Sod)],
где Sδd - площадь пограничного слоя в диастолу, Snd - площадь потока в диастолу, Sod-ω - угловая скорость (с-1),
ν - кинематическая вязкость крови в систолу (cSt) по формуле: νs=ωδxs2,
ν - кинематическая вязкость крови в диастолу (cSt) по формуле: νd=ωδxd2,
νh - гемодинамическая вязкость крови (cSt) по формуле:
νh=[νs х ts)+(νd х td)]/t,
Σh - коэффициент реологической эффективности кровотока по формуле:
Σhs - коэффициент реологической эффективности кровотока в систолу по формуле:
Σhs=Sos/Sns, где Sos - площадь осевого потока в систолу; Sns - площадь потока в систолу,
Σhd - коэффициент реологической эффективности кровотока в диастолу по формуле:
Σhd=Sod/Snd, где Sod - площадь осевого потока в диастолу; Snd - площадь потока в диастолу,
Σh - коэффициент реологической эффективности кровотока за сердечный цикл по формуле: Σh=[(Σhs х ts)+(Σhd х td)]/t.
Также дополнительно определяют характеристики движения эритроцитов в осевом потоке, такие как интенсивность движения, оценивая ее по уровню интенсивности окрашивания цветовой картограммы осевого потока, сравнивая его с уровнем интенсивности цветовой шкалы, расположенной на экране монитора. Определяют степень дезорганизации потока по структуре и степени гетерохромности цветовой картограммы осевого потока, для чего определяют структурный коэффициент осевого потока СКОП как отношение площади участков осевого потока с максимальной интенсивностью окрашивания Sm к площади осевого потока So. При СКОП=1 считают структуру потока организованной нормально, а при СКОП<1 - дезорганизованной. Определяют градиент интенсивности движения эритроцитов по направлению от стенки сосуда к осевому потоку. Определяют также степень локальной устойчивости (стабильности) потока по характеру контуров осевого потока и полос пограничного слоя, степени центрации осевого потока и равномерности толщины пограничного слоя по сечению сосуда.
На практике заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Зондируют сегмент сосуда в зоне интереса и протекающий по сосуду поток крови импульсами ультразвуковых колебаний в режиме энергетического цветового допплеровского кодирования (ЦДК) с картой распределения интенсивности движения по сечению линейным датчиком с частотой 9-12 МГц. Получают цветовую картограмму распределения скорости кровотока в просвете сосуда. По характеру цветовой картограммы определяют границы осевого потока и пограничного слоя.
Пограничным слоем называют область жидкости, где скорость (относительно стенки) увеличивается с удалением от стенки. В режиме ЦДК данная область имеет гетерохромную окраску. В области осевого потока градиент скорости отсутствует - данная область имеет монохромное окрашивание.
Выполняют сканирование исследуемого сосуда в продольной и поперечной плоскости. При этом вначале определяют в зоне интереса толщину δ пограничного слоя потока крови,. площадь Sδ сечения пограничного слоя потока крови, площадь So сечения осевого потока крови. Толщина пограничного слоя равна расстоянию от стенки, на котором местная скорость достигает значения 0,99 Uo (Uo - скорость осевого потока). На цветовой картограмме (см. фото 1) толщина δ пограничного слоя равна расстоянию от стенки, на котором прекращается изменение цвета потока. Пограничный слой - это область, в которой вязкость играет определяющую роль в формировании свойств потока. При пульсирующем течении в жесткой трубке толщина δ пограничного слоя равна расстоянию от стенки, на которое распространяется существенное влияние вязкости в течение одного периода колебания. Затем сканируют сосуд в триплексном режиме с использованием спектральной импульсной допплерографии, измеряют частоту f сокращений сердца, скорость Uo кровотока в осевом потоке.
Толщина δ пограничного слоя пропорциональна √ν/ω, где ν - кинематическая вязкость жидкости; ω - угловая частота колебаний, ω=2πf, где f - основная гармоника колебаний потока крови с частотой, равной частоте сокращений сердца.
Следовательно, возможность локального измерения толщины пограничного слоя с помощью режима энергетического цветового допплеровского кодирования и частоты сокращений сердца с помощью спектральной импульсной допплерографии позволяет рассчитать кинематическую вязкость ν крови в зоне интереса in vivo в режиме реального времени в любом сосудистом регионе как: ν=ωδ2, где δ - толщина пограничного слоя, ω -угловая частота.
Кинематическая вязкость ν крови - это интегральный параметр, характеризующий реологические свойства крови. Все остальные параметры являются производными от вязкости. На основании полученных значений кинематической вязкости ν определяют второй показатель - параметр α Уомерсли, характеризующий, какая часть сечения трубки занята пограничным слоем, то есть на какую часть объема движущейся крови действуют вязкие силы. Он определяется как α=1/2d√ω/ν.
Параметр α2 - время, в течение которого действие вязких сил распространяется на всю ширину сосуда к периоду колебаний. Он определяет соотношение между темпом пульсации потока жидкости и ее вязкостью как α2=d2/4ν/Т, где Т=1/ω - период колебаний.
Коэффициент ξ структуры потока представляет собой соотношение площадей Sδ и So сечения пограничного (вязкого) и осевого (инерционного) потоков и определяется как ξ=Sδ/So, где Sδ - площадь сечения пограничного слоя, So - площадь сечения осевого потока. Число Re Рейнольдса представляет собой отношение сил инерции, действующих в потоке, к силам вязкости и определяется как Re=Vmd/ν, где Vm - средняя максимальная скорость осевого потока крови.
Скорость V сдвига определяется как V=4 Vps/d, где Vps - пиковая систолическая скорость осевого потока крови, d - межинтимальный диаметр сосуда, скорость V сдвига измеряется в обратных секундах (с-1) и означает величину градиента скорости движения между параллельно движущимися слоями жидкости на единицу расстояния между ними. При значениях скорости сдвига в диапазоне до 70 с-1 вязкость переменна, кровь обладает неньютоновскими свойствами (неньютоновский тип кровотока). При значениях скорости сдвига в диапазоне от 70 до 200 с-1 вязкость остается постоянной, кровь обладает ньютоновскими свойствами (ньютоновский тип кровотока).
Напряжение сдвига τ=V⋅ν.
При этом дополнительно могут также определять пиковую систолическую скорость Vps осевого потока крови и среднюю максимальную скорость Vm осевого потока крови, межинтимальный диаметр d сосуда и рассчитывают на основе этих параметров τ=V⋅ν.
Дополнительно определяют с использованием измерений площадь Sos осевого потока в систолу, площадь Sns потока в систолу, площадь Sod осевого потока в диастолу, площадь Snd потока в диастолу, толщину δs пограничного слоя в систолу, толщину δd пограничного слоя в диастолу, время ts систолы, время td диастолы и время t сердечного цикла. На основе полученных данных рассчитывают комплекс параметров, характеризующий реологические свойства крови, такие как:
усредненная толщина δxs пограничного слоя в систолу (мм) по формуле:
δxs=Sδs/[√π*(√Sns+√Sos)],
где Sδs - площадь пограничного слоя в систолу, Sns - площадь потока в систолу, Sos - площадь осевого потока в систолу
усредненная толщина δxd пограничного слоя в диастолу (мм) по формуле:
δxd=Sδd/[√π*(√Snd+√Sod)],
где Sδd - площадь пограничного слоя в диастолу, Snd - площадь потока в диастолу, Sod-ω - угловая скорость (с-1),
ν - кинематическая вязкость крови в систолу (cSt) по формуле: νs=ωδxs2,
ν - кинематическая вязкость крови в диастолу (cSt) по формуле: νd=ωδxd2,
νh - гемодинамическая вязкость крови (cSt) по формуле:
νh=[(νs х ts)+(νd х td)]/t,
Σh - коэффициент реологической эффективности кровотока по формуле
Σhs - коэффициент реологической эффективности кровотока в систолу по формуле:
Σhs=Sos/Sns, где Sos - площадь осевого потока в систолу; Sns - площадь потока в систолу,
Σhd - коэффициент реологической эффективности кровотока в диастолу по формуле:
Σhd=Sod/Snd, где Sod - площадь осевого потока в диастолу; Snd - площадь потока в диастолу,
Σh - коэффициент реологической эффективности кровотока за сердечный цикл по формуле: Σh=[(Σhs х ts)+(Σhd х td)]/t.
Пример практического выполнения заявляемого способа в части измерения и определения новых параметров дан на фиг. 12 (для сосудистого сегменте №1) и на фиг. 13 (для сосудистого сегмента №2).
Заключение: высокая реологическая эффективность кровотока в правой общей сонной артерии: нормальная гемодинамическая вязкость крови (1,79 cSt), высокая скорость сдвига (ньютоновский тип течения), высокая инерционность потока, ламинарный тип течения (Re 1450), нормальное соотношение темпа пульсации и вязкости (число Уомерсли 6), высокое напряжение сдвига (атеропротективный эффект). Коэффициент реологической эффективности потока в систолу 0,49, в диастолу 0,16, за сердечный цикл 0,29. Снижение кинематических свойств потока эритроцитов, дезогранизация структуры осевого потока (снижение структурного коэффициента осевого потока в систолу до 0,57, в диастолу 0,45).
Эхографическое заключение: низкая реологическая эффективность кровотока в регионе общей левой общей сонной артерии: повышение гемодинамической вязкости крови до 8,2 cSt, снижение скорости сдвига ниже критического значения (неньютоновский тип кровотока), низкая инерционность потока (Re 13), дестабилизация осевого потока. Коэффициент реологической эффективности потока в систолу 0,13, в диастолу 0,25, за сердечный цикл 0,2. Снижение кинематических свойств потока эритроцитов, дезогранизация структуры осевого потока (снижение структурного коэффициента осевого потока в систолу до 0,45, в диастолу 0,20).
Также дополнительно определяют визуально следующие характеристики движения эритроцитов в осевом потоке.
Интенсивность движения оценивают по уровню интенсивности окрашивания цветовой картограммы осевого потока, сравнивая его с уровнем интенсивности цветовой шкалы, расположенной на экране монитора. Увеличение интенсивности окрашивания и монохромность осевого потока соответствует увеличению интенсивности движения эритроцитов. Снижение интенсивности окрашивания осевого потока соответствует снижению интенсивности движения эритроцитов.
Определяют степень дезорганизации потока по структуре и степени гетерохромности цветовой картограммы осевого потока. Однородная структура и монохромность картограммы осевого потока соответствует равномерному распределению интенсивности движения эритроцитов по сечению сосуда - нормальной организации структуры потока (радиально-кольцевой). Зернистая структура и гетерохромность картограммы осевого потока соответствует неравномерному распределению интенсивности движения эритроцитов по сечению - дезорганизации структуры потока эритроцитов, наличию зон сниженной интенсивности движения.
Для определения степени дезорганизации структуры осевого потока определяют структурный коэффициент осевого потока СКОП как отношение площади участков осевого потока с максимальной интенсивностью окрашивания Sm к площади осевого потока So. При СКОП=1 считают структуру потока организованной нормально, а при СКОП<1 - дезорганизованной.
Определяют градиент интенсивности движения эритроцитов по направлению от стенки сосуда к осевому потоку, оценивая структуру пограничного слоя. «Полосатая» гетерохромная структура пограничного слоя с расположением цветовых карт в направлении нижней части цветовой шкалы отражает градиент интенсивности движения эритроцитов по направлению от стенки сосуда к осевому потоку. Также визуально определяют степень локальной устойчивости (стабильности) потока по характеру контуров осевого потока и полос пограничного слоя, степени центрации осевого потока и равномерности толщины пограничного слоя по сечению сосуда.
Ровные контуры осевого потока и полос пограничного слоя свидетельствуют о стабильности кольцевой структуры потока эритроцитов. Зазубренность и пилообразный контур осевого потока и полос пограничного слоя свидетельствуют о дестабилизации кольцевой структуры потока эритроцитов
Центрированный осевой поток и равномерный по толщине пограничный слой является отражением стабильности потока эритроцитов.
В сравнении с прототипом заявляемый способ является более эффективным и имеет более широкие эксплуатационные возможности.

Claims (17)

  1. Неинвазивный способ комплексного анализа реологических свойств крови in vivo, заключающийся в том, что в зоне интереса зондируют импульсами ультразвуковых колебаний в режиме энергетического цветового допплеровского кодирования протекающий по сосуду поток крови, определяют диаметр d сосуда, определяют толщину пограничного слоя потока крови, площадь пограничного слоя потока крови, площадь осевого потока крови, частоту сокращений сердца и рассчитывают на основе полученных данных параметры, характеризующие реологические свойства крови, такие как: кинематическая вязкость крови ν, число Уомерсли α, параметр α2, коэффициент ε структуры потока, затем определяют пиковую систолическую скорость Vps осевого потока крови и среднюю максимальную скорость Vm осевого потока крови, межинтимальный диаметр сосуда и рассчитывают на основе этих параметров число Re Рейнольдса, скорость V сдвига и напряжение τ сдвига, отличающийся тем, что зондирование проводят с картой распределения интенсивности движения по сечению потока и дополнительно определяют с использованием измерений площадь Sos осевого потока в систолу, площадь Sns потока в систолу, площадь Sod осевого потока в диастолу, площадь Snd потока в диастолу, площадь Sδs в систолу, площадь Sδd в диастолу, время ts систолы, время td диастолы, время t сердечного цикла и рассчитывают на основе полученных данных комплекс параметров, характеризующий реологические свойства крови, такие как:
  2. усредненная толщина δxs пограничного слоя в систолу (см) по формуле:
  3. δxs=Sδs/[√π*(√Sns+√Sos)],
  4. где Sδs - площадь пограничного слоя в систолу, Sns - площадь потока в систолу, Sos - площадь осевого потока в систолу,
  5. усредненная толщина δxd пограничного слоя в диастолу (см) по формуле:
  6. δxd=Sδd/[√π*(√Snd+√Sod)],
  7. где Sδd - площадь пограничного слоя в диастолу, Snd - площадь потока в диастолу, Sod-ω - угловая скорость (с-1),
  8. νs - кинематическая вязкость крови в систолу (cSt) по формуле: νs=ωδxs2,
  9. νd - кинематическая вязкость крови в диастолу (cSt) по формуле: νd=ωδxd2,
  10. νh - гемодинамическая вязкость крови (cSt) по формуле:
  11. νh=[(νs х ts)+(νd x td)]/t,
  12. Σhs - коэффициент реологической эффективности кровотока в систолу по формуле:
  13. Σhs=Sos/Sns, где Sos - площадь осевого потока в систолу; Sns - площадь потока в систолу,
  14. Σhd - коэффициент реологической эффективности кровотока в диастолу по формуле:
  15. Σhd=Sod/Snd, где Sod - площадь осевого потока в диастолу; Snd - площадь потока в диастолу,
  16. Σh - коэффициент реологической эффективности кровотока за сердечный цикл по формуле: Σh=[(Σhs х ts)+(Σhd х td)]/t,
  17. также дополнительно определяют характеристики движения эритроцитов в осевом потоке, такие как интенсивность движения, оценивая ее по уровню интенсивности окрашивания цветовой картограммы осевого потока, сравнивая его с уровнем интенсивности цветовой шкалы, расположенной на экране монитора, степень дезорганизации потока по структуре и степени гетерохромности цветовой картограммы осевого потока, для чего определяют структурный коэффициент осевого потока СКОП как отношение площади участков осевого потока с максимальной интенсивностью окрашивания Sm к площади осевого потока So и при СКОП=1 считают структуру потока организованной нормально, а при СКОП<1 - дезорганизованной, градиент интенсивности движения эритроцитов по направлению от стенки сосуда к осевому потоку, оценивая степень локальной устойчивости (стабильности) потока по характеру контуров осевого потока и полос пограничного слоя, степени центрации осевого потока и равномерности толщины пограничного слоя по сечению сосуда.
RU2015145937A 2015-10-26 2015-10-26 Неинвазивный способ комплексного анализа реологических свойств крови in vivo RU2625281C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015145937A RU2625281C2 (ru) 2015-10-26 2015-10-26 Неинвазивный способ комплексного анализа реологических свойств крови in vivo

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015145937A RU2625281C2 (ru) 2015-10-26 2015-10-26 Неинвазивный способ комплексного анализа реологических свойств крови in vivo

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015145937A RU2015145937A (ru) 2017-05-02
RU2625281C2 true RU2625281C2 (ru) 2017-07-12

Family

ID=58698029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015145937A RU2625281C2 (ru) 2015-10-26 2015-10-26 Неинвазивный способ комплексного анализа реологических свойств крови in vivo

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625281C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA034588B1 (ru) * 2018-06-14 2020-02-25 Институт Систем Управления Национальной Академии Наук Азербайджанской Республики Способ автоматического измерения вязкости крови
RU2799619C1 (ru) * 2022-06-24 2023-07-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) Программно-аппаратный комплекс по прогнозированию эпилептических приступов

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102284858B1 (ko) 2018-02-23 2021-07-30 주식회사 엘지에너지솔루션 전극합제 슬러리의 상 안정성을 평가하는 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2112231C1 (ru) * 1997-02-19 1998-05-27 Научно-технический внедренческий центр ЦНИИ "Комета" Способ измерения вязкости жидкости
RU2127080C1 (ru) * 1996-12-02 1999-03-10 Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им.А.Н.Бакулева РАМН Способ измерения эффективной вязкости суспензии
US20060184026A1 (en) * 2005-01-31 2006-08-17 Takahiko Nakamura Blood viscosity measurement device
RU2482790C1 (ru) * 2011-12-21 2013-05-27 Елена Михайловна Ермак Способ неинвазивного определения реологических свойств крови in vivo

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2127080C1 (ru) * 1996-12-02 1999-03-10 Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им.А.Н.Бакулева РАМН Способ измерения эффективной вязкости суспензии
RU2112231C1 (ru) * 1997-02-19 1998-05-27 Научно-технический внедренческий центр ЦНИИ "Комета" Способ измерения вязкости жидкости
US20060184026A1 (en) * 2005-01-31 2006-08-17 Takahiko Nakamura Blood viscosity measurement device
RU2482790C1 (ru) * 2011-12-21 2013-05-27 Елена Михайловна Ермак Способ неинвазивного определения реологических свойств крови in vivo

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Wells R.E. Viscometry of blood. Engineering in the practice of medicine. - Baltimore: 1967, Williamc & Wilkins Co. р.373 - 379. *
ЕРМАК Е.М. Возможности ультразвуковой эхографии в определении реологических свойств циркулирующей крови. Человек. Спорт. Медицина 2014 Т.14 N1 с.83-87. *
ЕРМАК Е.М. Возможности ультразвуковой эхографии в определении реологических свойств циркулирующей крови. Человек. Спорт. Медицина 2014 Т.14 N1 с.83-87. Wells R.E. Viscometry of blood. Engineering in the practice of medicine. - Baltimore: 1967, Williamc & Wilkins Co. р.373 - 379. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA034588B1 (ru) * 2018-06-14 2020-02-25 Институт Систем Управления Национальной Академии Наук Азербайджанской Республики Способ автоматического измерения вязкости крови
RU2799619C1 (ru) * 2022-06-24 2023-07-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) Программно-аппаратный комплекс по прогнозированию эпилептических приступов

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015145937A (ru) 2017-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Leow et al. Flow velocity mapping using contrast enhanced high-frame-rate plane wave ultrasound and image tracking: Methods and initial in vitro and in vivo evaluation
Gates et al. Measurement of wall shear stress exerted by flowing blood in the human carotid artery: ultrasound Doppler velocimetry and echo particle image velocimetry
Richards et al. Calculation of aortic valve area by Doppler echocardiography: a direct application of the continuity equation.
Stoner et al. Use of ultrasound for non-invasive assessment of flow-mediated dilation
Nakatani et al. Value and limitations of Doppler echocardiography in the quantification of stenotic mitral valve area: comparison of the pressure half-time and the continuity equation methods.
Tortoli et al. Noninvasive simultaneous assessment of wall shear rate and wall distension in carotid arteries
US20110275936A1 (en) Method for determining shear stress and viscosity distribution in a blood vessel
EP3659516B1 (en) Fluid flow analysis
Zwiebel Spectrum analysis in carotid sonography
CN110415248B (zh) 一种基于超声的血管监测方法、装置、设备及存储介质
EP0626822A1 (en) Ultrasound contrast agent examination of tissue perfusion
Paeng et al. Cyclic and radial variation of the echogenicity of blood in human carotid arteries observed by harmonic imaging
Cloutier et al. Non-Gaussian statistics and temporal variations of the ultrasound signal backscattered by blood at frequencies between 10 and 58 MHz
Graettinger et al. Doppler predictions of pulmonary artery pressure, flow, and resistance in adults
RU2625281C2 (ru) Неинвазивный способ комплексного анализа реологических свойств крови in vivo
Hansen et al. In vivo comparison of three ultrasound vector velocity techniques to MR phase contrast angiography
Yeom et al. Effects of red blood cell aggregates dissociation on the estimation of ultrasound speckle image velocimetry
Atkinson et al. Pulse-Doppler ultrasound and its clinical application
Park et al. Ultrasound speckle decorrelation-based blood flow measurements
RU2482790C1 (ru) Способ неинвазивного определения реологических свойств крови in vivo
Karabetsos et al. Design and development of a new ultrasonic doppler technique for estimation of the aggregation of red blood cells
Garcia-Duitama et al. Protocol for robust in vivo measurements of erythrocyte aggregation using ultrasound spectroscopy
Upadhyay et al. Transcranial Doppler (TCD) ultrasonography and its clinical application-A review and update
Allard et al. Doppler velocity ratio measurements evaluated in a phantom model of multiple arterial disease
Goddi et al. Evaluation of shear stress in the arterial wall with Hi-Frame Rate Vector Flow

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181027

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210625