RU2696072C1

RU2696072C1 - Способ выявления и прогнозирования момента отрыва атеросклеротического образования и устройство для его осуществления

Info

Publication number: RU2696072C1
Application number: RU2018136379A
Authority: RU
Inventors: Наиль Ринатович Закиржанов; Ильдар Галиевич Халилов; Александр Азикович Порунов; Марина Михайловна Тюрина; Наталья Ильнасовна Баязова
Original assignee: Государственное автономное учреждение здравоохранения Городская клиническая больница N7
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-07-30

Abstract

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к сосудистой хирургии, и может быть использовано при принятии решений о возможности хирургического вмешательства в профилактике больных с острыми нарушениями мозгового кровообращения. Предложено устройство для реализации способа выявления и прогнозирования момента отрыва атеросклеротического образования, по которому с помощью ультразвукового дуплексного сканера получают значение локальной скорости кровотока, его биофизические параметры, определяют структуру и морфологию атеросклеротического образования, выполняют оконтуривание основания и лобовой поверхности атеросклеротического образования. Дополнительно проводят серию последовательных многократных измерений локальной скорости кровотока в продольном сечении сосуда до и после атеросклеротического образования и в зоне его наименьшего просвета в течение времени наблюдения, которые затем математически обрабатывают путем осреднения во времени текущих значений скорости кровотока. Далее осуществляют построение эпюры распределенных по оси сосуда скоростей кровотока в сосуде в пределах наблюдаемого участка. Затем в соответствии с уравнениями гидродинамики потока жидкости в сосуде осуществляют определение распределенного давления по оси наблюдаемого участка сосуда и осуществляют построение его эпюры в пределах длины рассматриваемого участка сосуда, на основе которой определяют силу отрыва бляшки Y в радиальном направлении, а также силу лобового сопротивления X, оказываемого кровотоком на атеросклеротическое образование в осевом направлении. После этого сравнивают полученные значения активных сил, действующих на атеросклеротическое образование, с их допустимыми значениями сил реакции, которые определяются силами трения F_тp и адгезии F_ад его с сосудом. Если эти неравенства выполняются, то осуществляют проверку другой пары условий превышения значений отношений активных сил X и Y к силам реакции F_тр и F_ад соответственно в осевом и в радиальном направлениях над заданными числовыми значениями пороговых величин h_X и h_Y, соответствующих предельно допустимым значениям с точки зрения выявления момента отрыва АСО. Далее на основании временной развертки перепада давления из массива данных серии последовательных и равноотстоящих по времени многократных измерений скорости кровотока, полученных в проксимальном сечении сосуда с атеросклеротическим образованием, посредством пересчета по зависимости получают осредненное значение скорости изменения осевого давления

за всю серию последовательных измерений. Далее на основании временной развертки перепада давления из массива данных серии последовательных и равноотстоящих по времени измерений скорости кровотока, полученных в центральном сечении сосуда с атеросклеротическим образованием, посредством пересчета по зависимости получают осредненное значение скорости изменения радиального давления

за всю серию последовательных измерений по отношению перепада давления в проксимальном сечении атеросклеротического образования, определяемого лобовым сопротивлением с_х АСО, к скорости изменения давления в осевом направлении

определяют интервал времени

, определяющий момент отрыва АСО в осевом направлении. Потом по отношению перепада давления в центральном сечении к скорости изменения давления в радиальном направлении

определяют интервал времени

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно к сосудистой хирургии и может быть использовано при принятии решений о возможности хирургического вмешательства в профилактике больных с острыми нарушениями мозгового кровообращения.

Среди параметров состояния атеросклеротического образования (АСО) на начальных его этапах наиболее известны ультразвуковые методы измерения кинематических параметров кровотока (Циабель В., Пеллерито Дж. Ультразвуковое исследование сосудов. Изд. 5-е / Пер. с англ. под редакцией В.В. Митькова и др. - М.: Видар, 2008, С. 159-171.; Ультразвуковое исследование сердца и сосудов / Под ред. О.Ю. Атькова. - 2-е изд., доп. и расшир. М: Эксмо, 2015. -456 с. ) - [1, 2]. Известен способ измерения скорости кровотока по патенту РФ на изобретение №2585416, МПК А61В 8/06, опубл. в бюл. №15, 27.05.2016 -[3], согласно которому измерения скорости кровотока осуществляют методом допплерографии, при этом само измерение проводится на двух глубинах из одной точки, на прямолинейном участке сосуда длиной не менее 1,5 см, причем разница в глубинах измерения составляет не менее 10 мм, контрольный объем локации составляет 50% от разницы глубин локации, но не более 10 мм, полученные скорости кровотока (см/с) и глубины локации (в см) подставляются в формулу, по которой производится расчет истинной скорости кровотока.

Способ позволяет с высокой точностью измерить скорость кровотока в сосуде с учетом угла его локации, но не позволяет проводить оценку позиционирования и оконтуривания атеросклеротического образования.

Известен способ определения механических свойств атеросклеротического образования сонной артерии с помощью ультразвуковой технологии эхо-трекинга (Paini A, Boutouyrie Р, Calvet В, Zidi М, Agabiti-Rosei Е, Laurent S. Multiaxial Mechanical Characteristics of Carotid Plaque: Analysis by Multiarray Echotracking System. Stroke 2007; 38; 117-123 p.) - [4]. Этот способ основан на оценке контура пульсовой волны, полученной посредством ультразвукового радиочастотного отслеживания колебания стенок сосуда. Он позволяет оценивать диаметр сонной артерии, толщину стенки сонной артерии, относительное изменение диаметра артерии в систолу или радиальную деформацию (radial strain) и эластические свойства артерии артериальной стенки, такие как растяжимость и податливость артерии. Локальные эластические свойства артерии, оцененные этим методом, определяют по изменению диаметра артерии под действием растягивающего пульсового давления. Способ позволяет изучать механические характеристики артерии как в интактной зоне, так и в зоне с наличием атеросклеротической бляшки. Однако технология эхо-трекинга peaлизована лишь в некоторых ультразвуковых системах и не доступна в широкой клинической практике. Кроме того, данный способ позволяет оценивать растяжение бляшки в поперечном направлении и не несет информации о движении бляшки в продольном направлении относительно стенки или продольной оси сосуда.

Существенный вклад в повышение достоверности принятия решений о возможности хирургического лечения имеет определение механических свойств АСО, в том числе реноваскулярных, взаимодействия стенки сосуда с кровотоком (масса частиц крови). Это связано с механизмом развития АСО в динамике.

Известен способ изучения продольных механических свойств атеросклеротического образования, основанный на векторном анализе серошкальных изображений (технология VVI - Velocity vector imaging) (Huang XZ, Wang ZY, Dai XH, Yun-Zhang, Zhang M. Velocity vector imaging of longitudinal mechanical properties of upstream and downstream shoulders and fibrous cap tops of human carotid atherosclerotic plaque. Echocardiography. 2013 Feb; 30(2): 211-8.) - [5]. Данный способ позволяет с помощью векторного анализа движения артерии в режиме реального времени в пределах сердечного цикла определять диаметр артерии, толщину стенок артерии, относительное расширение артерии, скорость наибольшего расширения артерии в систолу, уровень относительной деформации артерии. Технология VVI используется для обработки ультразвукового изображения атеросклеротического образования в сонной артерии. Данные показатели определяют в области, соответствующей максимальному выпячиванию бляшки в просвет сосуда, и двух точках, расположенных на стенках артерии в месте перехода бляшки в интактную артериальную стенку. Способ рассматривает локальные сократимости в трех областях, при этом только одна из областей расположена на бляшке, кроме того не учитывается форма и геометрия бляшки и движение стенки сосуда рассматривают относительно датчика (или в системе координат датчика), таким образом, этот способ не является информативным с точки зрения движения самой бляшки.

Известен способ оценки каротидной бляшки с применением ультразвуковой визуализации с контрастированием по заявке на изобретение №2016134210 МПК А61В 8/00, опубл. в бюл. №7, 28.02.2018 - [6]. Оценка проводят посредством диагностической ультразвуковой системы визуализации для оценки бляшки ультразвуком с контрастированием следующим образом: собирают последовательность ультразвуковых изображений бляшки во время подвода контрастного вещества; вычисляют кривые времени-интенсивности для каждой точки на изображении бляшки, где присутствует контраст; создают анатомическую карту бляшки, показывающую, где происходит перфузия; количественно измеряют процентное содержание пикселей на изображении бляшки, демонстрирующем перфузию, сохраняют собранную последовательность и с помощью разметчика бляшки очерчивают ее на изображении сонной артерии.

Известен способ определения эластичности атеросклеротических образований с помощью компрессионной эластографии (или «эластографии стрейна») (А.Р. Зубарев, И.В. Рычкова, М.Б. Саратов и др. Возможности ультразвуковой эластографии для диагностики структуры атеросклеротических бляшек сонных артерий. Пилотное исследование. // Медицинская визуализация. - 2011. - №3. - С. 89-97.; Е.М. Ермак Возможности ультразвуковой эхографии в определении реологических свойств циркулирующей крови // Вестник ЮУрГУ. Серия «Образование, здравоохранение, физическая культура». - 2014, том 14, №1. - С. 83-87) - [7, 8], когда деформация тканей формируется оператором при мануальной компрессии датчиком. Способ позволяет определить эластические свойства атеросклеротических бляшек в сонных артериях, которые могут быть использованы при определении структуры и склонности бляшки к разрушению. При визуализации бляшки в режиме эластографии более мягкие участки бляшки в ответ на компрессионное воздействие окрашивались в зеленый цвет по сравнению с более плотными участками, имеющими синюю окраску. Однако способ является операторзависимым и опасным, так как деформация тканей создается оператором при мануальной компрессии с использованием датчика, обладает низкой воспроизводимостью результатов измерений и реализован лишь в определенных ультразвуковых системах, а компрессионное воздействие на бляшку, может привести к ее отрыву и стать причиной острого нарушения мозгового кровообращения.

Значительно возрастает полнота информации о гидродинамическом взаимодействии АСО с кровотоком ультразвуковыми методами за счет измерения геометрических параметров АСО, которые реализованы в способе определения однородности структуры атеросклеротической бляшки по патенту РФ на изобретение №2584135, МПК А61В 8/08, опубл. в бюл. №4, 20.05.2016 - [9], согласно которому получают серию последовательных кадров ультразвукового изображения атеросклеротической бляшки в продольном сечении артерии в течение одного сердечного цикла. Выполняют оконтуривание основания и поверхности бляшки на одном из начальных кадров и выделение на линии контура трех сегментов - дистального, проксимального и центрального. Оценивают параметры движения выделенных сегментов поверхности бляшки относительно основания за период сердечного цикла посредством определения тангенциальной скорости движения сегмента бляшки и/или скорости изменения сдвиговой деформации сегмента бляшки с последующим построением графиков зависимостей измеренных скоростей от времени. При получении сонаправленных кривых по сегментам бляшки делают вывод об однородной структуре бляшки.

Известен способ определения динамики подвижности атеросклеротической бляшки, расположенной в артерии, по патенту РФ на изобретение №2536785, МПК А61В 8/00, опубл. в бюл. №36, 27.12.2014 - [10], согласно которому получают серию последовательных кадров ультразвукового изображения атеросклеротической бляшки в продольном сечении артерии в течение одного сердечного цикла, выполняют оконтуривание основания и поверхности бляшки на одном из начальных кадров и выделение на линии контура, по крайней мере, трех сегментов - проксимального, центрального и дистального с последующей оценкой параметров движения контуров выделенных сегментов поверхности атеросклеротической бляшки относительно основания за период сердечного цикла посредством определения тангенциальной скорости движения сегмента бляшки, сдвиговой деформации сегмента бляшки, скорости изменения сдвиговой деформации сегмента бляшки, по которым судят о подвижности бляшки.

Недостатком данного способа является то, что полученная в ходе него информация о скорости деформации атеросклеротической бляшки, позволяющая судить о ее подвижности, имеет ограничение, связанное с невозможностью получения оценки близости состояния АСО к моменту его отрыва от стенок сосуда. Это определяется только после деформации бляшки под воздействием кровотока, в результате чего хирург лишается возможности принимать решение о допустимости хирургического вмешательства в дооперационный период.

Для сравнительного анализа с предлагаемым изобретением взят способ ультразвукового дуплексного сканирования, являющийся ультразвуковым методом, описанным в работе Т.В. Балахоновой, М.И. Трипотень, О.А. Погореловой Ультразвуковые методы оценки толщины комплекса интима-медиа артериальной стенки.// Медицинский журнал "SonoAce-Ultrasound". - №21. - 2010 г. -С. 57-63. - [11]. Этот способ позволяет определить ряд функциональных параметров состояния артериальной стенки - гемодинамический аспект функции эндотелия, эластические свойства артериальной стенки, а также с большой точностью выявить начальные структурные изменения стенки в виде утолщения, уплотнения, изменения структуры, определить структуру и морфологию атеросклеротической бляшки. С помощью ультразвукового дуплексного сканера определяют значение скорости кровотока, его биофизические параметры, оценивают эластические свойства «системы», включающей артериальную стенку, кровоток и атеросклеротическое образование, определяют структуру и морфологию атеросклеротического образования, выполняют оконтуривание основания и поверхности атеросклеротического образования.

Известно устройство, представляющее собой ультразвуковой дуплексный сканер, реализующее данный способ - [11], и позволяющее измерять скоростные параметры кровотока, биофизические и геометрические параметры АСО. Основным элементом этого устройства является акустопара, состоящая из излучающего и принимающего пьезопреобразователей ультразвукового сканера, выходы которой подключены к блоку обработки.

Недостатком описанного способа и реализующего его устройства является отсутствие информации о прогнозе момента отрыва АСО, что приводит к большому риску возможного возникновения острого нарушения мозгового и коронарного кровообращения с возможным летальным исходом.

В клинической практике сосудистого хирурга существует проблема, связанная с необходимостью отображения показаний к хирургическому вмешательству в условиях неопределенности. Недостаточность информации о стабильности АСО приводит к отсрочке проводимой операции, и тем самым увеличивает риск возникновения острого нарушения мозгового кровообращения с возможным летальным исходом. При этом у хирурга имеется информация только о статических параметрах АСО (его положение и просвет сосуда) и скорости кровотока в месте его расположения, что явно недостаточно для принятия решений, связанных с прогнозной оценкой временной стабильности, особенно в начальный период госпитализации.

Гидродинамические параметры АСО определяются на основе кинематических параметров кровотока (скорости и направления движения после отрыва его от стенок сосуда) и структуры АСО. Это приводит к необходимости переносить или вообще отказываться от оперативного вмешательства, когда риск этого воздействия слишком высок, и его последствия не могут быть оценены даже в вероятностном смысле. Поэтому задача повышения достоверности диагностической оценки параметров состояния АСО, включающих численное значение времени момента отрыва АСО и времени экстраполяции, необходимого для принятия решения о допустимости оперативного вмешательства, имеет чрезвычайно большую актуальность. Вместе с тем исходный базис информации о параметрах состояния АСО чрезвычайно ограничен и включает, как правило, результаты только ультразвуковых и ангиографических исследований по определению топологии АСО и скорости кровотока в месте его расположения.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в определении необходимости и приоритетности проведения хирургического лечения по прогнозной оценке близости момента отрыва АСО с высокой достоверностью его определения. При этом под отрывом АСО понимается процесс захвата нестабильного фрагмента АСО потоком крови.

Технический результат достигается тем, что по способу выявления и прогнозирования момента отрыва атеросклеротического образования, по которому с помощью ультразвукового дуплексного сканера получают значение локальной скорости кровотока, его биофизические параметры, определяют структуру и морфологию атеросклеротического образования, выполняют оконтуривание основания и лобовой поверхности атеросклеротического образования, новым является то, что дополнительно проводят серию последовательных многократных измерений локальной скорости кровотока в продольном сечении сосуда до и после атеросклеротического образования и в зоне его наименьшего просвета в течение времени наблюдения, которые затем математически обрабатывают путем осреднения во времени текущих значений скорости кровотока,

далее осуществляют построение эпюры распределенных по оси сосуда скоростей кровотока в сосуде в пределах наблюдаемого участка,

затем в соответствии с уравнениями гидродинамики потока жидкости в сосуде осуществляют определение распределенного перепада давления по оси наблюдаемого участка сосуда и осуществляют построение его эпюры в пределах длины рассматриваемого участка сосуда, на основе которой определяют силу отрыва бляшки Y в радиальном направлении, а также силу лобового сопротивления X, оказываемого кровотоком на атеросклеротическое образование в осевом направлении,

после этого сравнивают полученные значения активных сил, действующих на атеросклеротическое образование, с их допустимыми значениями сил реакции, которые определяются силами трения F_тp и адгезии F_ад его с сосудом,

если эти неравенства выполняются, то осуществляют проверку другой пары условий превышения значений отношений активных сил Х и Y к силам реакции F_тp и F_ад соответственно в осевом и в радиальном направлениях над заданными числовыми значениями пороговых величин h_x и h_Y, соответствующих предельно допустимым значениям с точки зрения выявления момента отрыва АСО,

далее на основании временной развертки перепада давления из массива данных серии последовательных и равноотстоящих по времени многократных измерений скорости кровотока, полученных в проксимальном сечении сосуда с атеросклеротическим образованием, посредством пересчета по зависимости

получают осредненное значение скорости изменения осевого давления

за всю серию последовательных измерений

далее на основании временной развертки перепада давления из массива данных серии последовательных и равноотстоящих по времени измерений скорости кровотока, полученных в центральном сечении сосуда с атеросклеротическим образованием, посредством пересчета по зависимости

получают осредненное значение скорости изменения радиального давления

за всю серию последовательных измерений

по отношению перепада давления в проксимальном сечении атеросклеротического образования, определяемого лобовым сопротивлением с_х АСО и равного

, к скорости изменения давления в осевом направлении

определяют интервал времени

определяющий момент отрыва АСО в осевом направлении,

потом по отношению перепада давления в центральном сечении к скорости изменения давления в радиальном направлении

определяют интервал времени

определяющий момент отрыва АСО в радиальном направлении

и затем определяют наименьший интервал времени, который и является временем прогнозирования момента отрыва атеросклеротического образования.

Серию последовательных и равноотстоящих по времени многократных измерений локальной скорости кровотока проводят с интервалом 10 с.

Многократные измерения локальной скорости кровотока проводят в продольном сечении сосуда на участке от 5 до 10 диаметров сосуда.

По устройству выявления и прогнозирования момента отрыва атеросклеротического образования, выполненного в виде ультразвукового дуплексного сканера, состоящего из акустопары, включающей излучающий и принимающий пьезопреобразователи, подключенные к блоку обработки, содержащему модуль первичных преобразователей, новым является то, что оно дополнительно содержит блок тревожной сигнализации, периферийное устройство для электронного документирования параметров состояния атеросклеротического образования, блок реографических и биофизических параметров;

при этом выходы излучающего пьезокристалла и принимающего пьезокристаллов ультразвукового дуплексного сканера подсоединены к первому и второму входу блока обработки, к третьему входу которого подсоединен выход блока реографических и биофизических параметров по сигналам плотности крови ρ_кр, плотности АСО ρ_АСО, коэффициента трения ƒ_тр, коэффициента адгезии k_ад, массы АСО m_АСО, относительных величин допустимого порогового значения силовых факторов в осевом h_x и в радиальном h_Y направлениях,

выход блока обработки соединен с входами блока тревожной сигнализации и периферийного устройства для электронного документирования параметров состояния АСО,

блок обработки дополнительно содержит

модуль формирования величины активных сил, модуль формирования величины реактивных сил, модуль реализации решающего правила по определению гидродинамической стабильности, модуль оценки интервала экстраполяции,

при этом входы модуля первичных преобразователей, входящего в блок обработки, являются первым и вторым входами этого блока соответственно, его первый выход подсоединен к входу модуля формирования величины активных сил и к первому входу модуля оценки интервала экстраполяции, а второй выход подсоединен к входу модуля формирования величины реактивных сил и ко второму входу модуля оценки интервала экстраполяции,

первый и второй выходы модуля формирования величины активных сил соединены с первым и вторым входами выходом модуль реализации решающего правила по определению гидродинамической стабильности, на третий и четвертый входы которого подсоединены выходы модуль формирования величины реактивных сил,

кроме того выход модуля оценки интервала экстраполяции объединен с выходом модуля реализации решающего правила по определению гидродинамической стабильности и подключен к выходу блока обработки.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 - фиг. 4, где

фиг. 1 - картина силового взаимодействия кровотока и атеросклеротического образования;

фиг. 2 - картина обтекания (а) АСО кровотоком, а также эпюры скорости (б) и давления (в) на участке сосуда, содержащего бляшку;

фиг. 3. - блок-схема алгоритма устройства выявления и прогнозирования момента отрыва АСО;

фиг. 4 - структурная схема устройства выявления и прогнозирования момента отрыва АСО.

Здесь:

V_кр - скорость кровотока в артерии;

V_пр - скорость кровотока в проксимальном сечении артерии;

V_цен - скорость кровотока в центральном сечении артерии;

V_дис - скорость кровотока в дистальном сечении артерии;

р_пр - давление кровотока в проксимальном сечении артерии;

p_цен - давление кровотока в центральном сечении артерии;

р_дис - давление кровотока в дистальном сечении артерии;

Y - сила отрыва АСО от стенки сосуда;

X - сила лобового сопротивления;

F_тр- сила трения;

F_ад - сила адгезии;

S_ACО - площадь контакта АСО со стенкой артерии;

S_м.с. - сечение миделя АСО;

Δр - перепад давления на эпюре в осевом направлении;

- скорость изменения осевого давления;

- скорость изменения радиального давления;

1 - ультразвуковой дуплексный сканер;

2 - излучающий пьезопреобразователь;

3 - принимающий пьезопреобразователь;

4 - блок обработки;

5 - модуль первичных преобразователей;

6 - блок тревожной сигнализации;

7 - периферийное устройство для электронного документирования параметров состояния атеросклеротического образования;

8 - блок реографических и биофизических параметров;

9 - модуль формирования величины активных сил;

10 - модуль формирования величины реактивных сил;

11 - модуль реализации решающего правила по определению гидродинамической стабильности;

12 - модуль оценки интервала экстраполяции.

По предлагаемому способу с помощью помощью ультразвукового дуплексного сканера получают значение локальной скорости кровотока, его биофизические параметры, определяют структуру и морфологию атеросклеротического образования, выполняют оконтуривание основания и лобовой поверхности атеросклеротического образования. Дополнительно проводят серию последовательных многократных измерений локальной скорости кровотока в продольном сечении сосуда до и после атеросклеротического образования и в зоне его наименьшего просвета в течение времени наблюдения, которые затем математически обрабатывают путем осреднения во времени текущих значений скорости кровотока. Далее осуществляют построение эпюры распределенных по оси сосуда скоростей кровотока в сосуде в пределах наблюдаемого участка, затем в соответствии с уравнениями гидродинамики потока жидкости в сосуде осуществляют определение распределенного давления по оси наблюдаемого участка сосуда и осуществляют построение его эпюры в пределах длины рассматриваемого участка сосуда, на основе которой определяют силу отрыва бляшки Y в радиальном направлении, а также силу лобового сопротивления X, оказываемого кровотоком на атеросклеротическое образование в осевом направлении. После этого сравнивают полученные значения активных сил, действующих на атеросклеротическое образование, с их допустимыми значениями сил реакции, которые определяются силами трения F_тр и адгезии F_ад его с сосудом,

Если эти неравенства выполняются, то осуществляют проверку другой пары условий превышения значений отношений активных сил Х и Y к силам реакции F_тр и F_ад соответственно в осевом и в радиальном направлениях над заданными числовыми значениями пороговых величин h_X и h_Y, соответствующих предельно допустимым значениям с точки зрения выявления момента отрыва АСО,

за всю серию последовательных измерений

Далее на основании временной развертки перепада давления из массива данных серии последовательных и равноотстоящих по времени измерений скорости кровотока, полученных в центральном сечений сосуда с атеросклеротическим образованием, посредством пересчета по зависимости

за всю серию последовательных измерений

определяют интервал времени

Устройство выявления и прогнозирования момента отрыва атеросклеротического образования, выполненное в виде ультразвукового дуплексного сканера 1, состоящего из акустопары, включающей излучающий 2 и принимающий 3 пьезопреобразователи, подключенные к блоку 4 обработки, содержащему модуль 5 первичных преобразователей.

Устройство дополнительно содержит блок 6 тревожной сигнализации, периферийное устройство 7 для электронного документирования параметров состояния атеросклеротического образования, блок 8 реографических и биофизических параметров;

при этом выходы излучающего пьезокристалла 2 и принимающего 3 пьезокристалла ультразвукового дуплексного сканера 1 подсоединены к первому и второму входу блока 2 обработки, к третьему входу которого подсоединен выход блока 8 реографических и биофизических параметров по сигналам плотности крови ρ_кр, плотности АСО ρ_АСО, коэффициента трения ƒ_тр, коэффициента адгезии k_ад, массы АСО m_АСО, относительных величин допустимых пороговых значений силовых факторов в осевом h_x и в радиальном h_Y направлениях,

выход блока 4 обработки соединен с входами блока 6 тревожной сигнализации и периферийного устройства 7 для электронного документирования параметров состояния АСО,

блок 4 обработки дополнительно содержит

модуль 9 формирования величины активных сил, модуль 10 формирования величины реактивных сил, модуль 11 реализации решающего правила по определению гидродинамической стабильности, модуль 12 оценки интервала экстраполяции,

при этом входы модуля первичных преобразователей, входящего в блок 4 обработки, являются первым и вторым входами блока 4 обработки, первый выход подсоединен к входу модуля 9 формирования величины активных сил и к первому входу модуля 12 оценки интервала экстраполяции, а второй выход подсоединен, а второй выход подсоединен к входу модуля 10 формирования величины реактивных сил и ко второму входу модуля 12 оценки интервала экстраполяции,

первый и второй выходы модуля 9 формирования величины активных сил соединены с первым и вторым входами выходом модуль 11 реализации решающего правила по определению гидродинамической стабильности, на третий и четвертый входы которого подсоединены выходы модуль 10 формирования величины реактивных сил,

кроме того выход 12 оценки интервала экстраполяции объединен с выходом модуля 11 реализации решающего правила по определению гидродинамической стабильности и подключен к выходу блока 2 обработки.

Способ, реализованный в устройстве, работает согласно алгоритму реализации способа выявления и прогнозирования момента отрыва АСО, представленному на фиг. 3. Алгоритм заключается в оценке текущего момента отрыва АСО от стенок сосуда, а также в его прогнозировании.

На этапе 1 реализуют инициализацию блоков устройства, далее на этапе 2 осуществляют ввод исходных данных, включающих индивидуальную информацию на каждого нового пациента. При этом с помощью блока 8 реографичеких и биофизических параметров проводят предварительное определение физико-механических параметров АСО: плотности крови ρ_кр, плотности АСО ρ_АСО, коэффициента трения ƒ_тр, коэффициента адгезии k_ад, массы АСО m_АСО, относительных величин допустимых пороговых значений силовых факторов в осевом h_x и в радиальном h_Y направлениях, которые потом передаются в блок 2 обработки.

После этого на этапе 3 осуществляют позиционирование (локализацию) АСО, которое состоит в определении его положения в исследуемом сосуде. Затем по результатам ультразвуковой локации АСО выполняют его оконтуривание, результатом которого является измерение с максимально высокой точностью величины площади S_м.сАСО миделева сечения АСО и площади S_ACО контакта АСО с сосудом. Для этого посредством ультразвукового дуплексного сканера 1 проводят последовательно серию замеров геометрических размеров участка сосуда, на котором прикреплено АСО.

Основную роль в оценке момента отрыва АСО имеет информация о скорости кровотока, которая измеряется с помощью ультразвукового дуплексного сканера 1 следующим образом. В продольном сечении сосуда на участке от 5 до 10 диаметров сосуда до и после бляшки в течение времени наблюдения 5 мин проводят серию последовательных и равноотстоящих по времени с интервалом 10 с многократных (не менее пяти раз) измерений скорости кровотока посредством излучающего пьезопреобразователя 2 и принимающего пьезопреобразователя 7 ультразвукового дуплексного сканера 1. На основании этой информации по результатам многократных измерений в модуле 5 первичных преобразователей определяются средние скорости V_пр, V_цен, V_дис по сечениям I-I, II-II, III-III (фиг. 2, а).

Гидродинамические силы, влияющие на возможность отрыва АСО, определяются на основе известных законов механики жидкости (Гидродинамика кровообращения. Сборник переводов под ред. С.А. Регирера. - М.: Мир, 1971. - 269 с; Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - Учебник для вузов. М.: Наука. Гл. ред. ФМЛ, 1987.- 840 с. ) - [12, 13]. Движение кровотока, на рассматриваемом участке сосуда (фиг. 2), при общепринятых допущениях, описывается законом сохранения энергии:

и уравнением неразрывности струи:

В соответствии с законами гидродинамики: законом сохранения энергии и уравнением неразрывности струи, по эпюре распределенных скоростей по длине рассматриваемого фрагмента сосуда определяем эпюру давлений (фиг. 2, б) следующим образом. Если принять допущение, что рассматриваемый сосуд с АСО расположен в пространстве горизонтально и ρ=const, то уравнения (1) и (2) для перерасчета эпюры скорости в эпюру давлений примут вид:

где k_пр и k_цен - поправочные множители на неравномерность распределения скорости соответственно в сечениях I-I и II-II (это соответствует трем фрагментам рассматриваемого участка сосуда, а именно проксимального (выше по потоку крови, т.е. до АСО), центрального (в сечении минимального просвета), дистального (т.е. после АСО); ξ - коэффициент сопротивления (Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям - М.: Машиностроение, 1975. -559 с. ) - [14] на участке I-I - II-II, отнесенный к скорости. V_цен; F_I и F_II - площади струи кровотока в сечениях I-I и II-II соответственно.

В связи с этим на этапе 4 осуществляют обработку полученной информации по рассмотренным зависимостям путем формирование эпюры скоростей и эпюры давлений. После этого в модуле 9 формирования величины активных сил вычисляют гидродинамические (активные) силы (фиг. 1): силу лобового сопротивления X и силу отрыва АСО Y от стенки сосуда, возникающую за счет перепада давлений в центральном сечении, по следующим зависимостям:

где с_х - коэффициент лобового сопротивления АСО (зависит от принятой геометрической формы АСО и скорости кровотока); S_м.с - сечение миделя АСО; V_пр, ρ - скорость и плотность кровотока;

где Δр - перепад давления на эпюре в осевом направлении (фиг. 2, в), S_АСО. -площадь контакта АСО со стенкой артерии.

Затем в модуле 10 формирования величины реактивных сил, вычисляют реактивные силы: силу трения F_тр, которая направлена навстречу кровотоку и в противоположную сторону силе лобового сопротивления X, и силу адгезии F_ад(Гуляев Н.И. и др. Особенности адгезивных свойств аортальных полулуний и атеросклеротических бляшек у больных кальцинирующим аортальным стенозом. // Ульяновский медико-биологический журнал. 2017. - №1. - С. 23-30.; Гуляев Н.И. Дисфункция эндотелия у больных с дегенеративным стенозом клапана аорты: Современное состояние проблемы. // Клиническая медицина, 2015. - №5. - С. 37-42.) - [15, 16], которая направлена в противоположную сторону силе отрыва Y, по следующим зависимостям (подробнее об определении сил трения в работах:):

где N - сила веса АСО, определяемая по зависимости N=m_АСО⋅g, где m_АСО=V_АСО⋅ρ_АСО ^_ масса АСО, g - ускорение свободного падения, V_ACO - объем АСО, ρ_АСО - плотность АСО (определяемые по результатам ультразвуковых обследований); ƒ_тр - коэффициент трения. При этом определение плотности АСО и коэффициента трения осуществляется с помощью работ (Perry R.H., Green D.W. (ed.) Chemical Engineers' Handbook - 7th ed on CD-ROM. - McGraw-Hill, 1999. - 2582 p.; Биофизические характеристики тканей человека: Справ./ Березовский В. А., Колотилов Н. Н. - Киев: Наук, думка, 1990. - 224 с; Гаузнер С.И. и др. Измерение массы, объема и плотности. М.: Изд-во стандартов, 1982. - С. 502-517.; Бражников Н.И. Ультразвуковые методы измерения плотности // Приборы и системы управления. 1976. - №10. - С. 17-21.; Шилько С.В., Туманов Э.В. Определение механических характеристик биотканей сердца и сосудов IN IVO. [Электронный ресурс] // http://www.elib.bsu.by /bitstream/ 123456789 /56548/) - [17-21].

На этапе 5 осуществляют проверку условия отрыва АСО по двум направлениям: осевому и радиальному. Условием определения момента отрыва АСО от стенки сосуда является выполнение условий по системе неравенств:

Если условие (9) выполняется, то осуществляется проверка условия по системе неравенств

где h_x и h_Y - относительные величины допустимого порогового значения силовых факторов соответственно в осевом и в радиальном направлениях, определяемые по предварительным клиническим исследованиям. При этом силовые факторы h_x и h_Y в критическом сечении сосуда определяются в модуле 11 peaлизации решающего правила по определению гидродинамической стабильности.

Полученные отношения активных сил X, Y и сил реакций F_тр, F_ад сравниваются соответственно их с заданными допустимыми пороговыми значения-ми h_X и h_Y. В случае одновременного превышения отношения сил, действующих на бляшку, по отношению к их пороговому уровню блоком 6 тревожной сигнализации формируется акустический сигнал высокой тональности, свидетельствующий об отрыве АСО и требующий принятия экстренных мер по купированию АСО в наблюдаемом фрагменте сосуда.

На этапе 6 осуществляется прогнозирование момента отрыва. Для этого в модуле 12 оценки интервала экстраполяции по результатам измерений, проводимых в модуле 5 первичных преобразователей, осуществляется оценка времени прогноза отрыва АСО. Из массива данных серии последовательных и равно-отстоящих по времени с интервалом 10 с многократных измерений скорости кровотока, полученных в проксимальном сечении I-I, посредством пересчета по зависимости

определяют ряд значений перепад давлений Δр_ос

из массива данных серии последовательных и равноотстоящих по времени с интервалом 1 с многократных измерений скорости кровотока, полученных посредством пересчета по зависимостям (3), (4) эпюры скоростей в центральном сечении II - II в эпюру давлений, определяют ряд значений перепада давлений Δp_рад

Затем, используя временную развертку численных значений перепадов давлений Δp_ос и Δp_рад, определяют ряд значений скорости изменения давления соответственно в осевом

и радиальном

направлениях по зависимостям

Далее по отношению перепада давления Δp_ос, определяемого лобовым сопротивлением АСО в центральном сечении (II-II) к скорости изменения давления в осевом направлении

определяют интервал времени

определяющий момент отрыва АСО в осевом направлении

Затем по отношению перепада давления в центральном сечении к скорости изменения давления в радиальном направлении

определяют интервал времени

За время экстраполяции, определяющее момент отрыва АСО, принимается меньшее из интервалов времени

или

который используется для формирования информации о запасе времени для принятия решения. При этом блоком тревожной сигнализации формируется акустический сигнал низкой тональности. В случае, когда происходит отрыв АСО от стенок сосуда формируется акустический сигнал высокой тональности, свидетельствующий об отсутствии запаса времени. Значение временного запаса индицируется и позволяет определить меры для принятия хирургом решения о дальнейших действиях по предупреждению попадания АСО в жизненно важные артерии головного мозга или сердца.

На этапе 7 осуществляется проверка окончания работы устройства. Если работа устройства продолжается, то проверяется условие о необходимости введения исходных биофизических данных для нового пациента, если условие не выполняется, то продолжают работу с текущим пациентом.

Таким образом, способ и устройство для его реализации объединены единым изобретательским замыслом и служат для достижения общего технического результата. Эффективность применения заявленного способа заключается в своевременной поддержке хирурга при принятии решения о возможности оперативного вмешательства или о необходимости проведения перфузии сосуда с бляшкой, кроме того, исследование кровеносной системы по этому способу позволяет определить степень близость момента отрыва бляшки и за счет этого появляется запас времени для принятия решения по своевременной корректировке тактики хирургического лечения в плане профилактики сердечно-сосудистых осложнений, таких как острые нарушения мозгового кровообращения, транзиторные ишемические атаки и т.п.

Claims

1. Способ выявления и прогнозирования момента отрыва атеросклеротического образования, по которому с помощью ультразвукового дуплексного сканера получают значение локальной скорости кровотока, его биофизические параметры, определяют структуру и морфологию атеросклеротического образования, выполняют оконтуривание основания и лобовой поверхности атеросклеротического образования, отличающийся тем, что дополнительно

проводят серию последовательных многократных измерений локальной скорости кровотока в продольном сечении сосуда до и после атеросклеротического образования и в зоне его наименьшего просвета в течение времени наблюдения, которые затем математически обрабатывают путем осреднения во времени текущих значений скорости кровотока,

затем в соответствии с уравнениями гидродинамики потока жидкости в сосуде осуществляют определение распределенного давления по оси наблюдаемого участка сосуда и осуществляют построение его эпюры в пределах длины рассматриваемого участка сосуда, на основе которой определяют силу отрыва бляшки Y в радиальном направлении, а также силу лобового сопротивления X, оказываемого кровотоком на атеросклеротическое образование в осевом направлении,

если эти неравенства выполняются, то осуществляют проверку другой пары условий превышения значений отношений активных сил X и Y к силам реакции F_тр и F_ад соответственно в осевом и в радиальном направлениях над заданными числовыми значениями пороговых величин h_X и h_Y, соответствующих предельно допустимым значениям с точки зрения выявления момента отрыва АСО,

за всю серию последовательных измерений

определяют интервал времени

, определяющий момент отрыва АСО в осевом направлении,

определяют интервал времени

, определяющий момент отрыва АСО в радиальном направлении:

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что серию последовательных и равноотстоящих по времени многократных измерений локальной скорости кровотока проводят с интервалом 10 с.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что многократные измерения локальной скорости кровотока проводят в продольном сечении сосуда на участке от 5 до 10 диаметров сосуда.

4. Устройство выявления и прогнозирования момента отрыва атеросклеротического образования, выполненное в виде ультразвукового дуплексного сканера, состоящего из акустопары, включающей излучающий и принимающий пьезопреобразователи, подключенные к блоку обработки, содержащему модуль первичных преобразователей,

отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок тревожной сигнализации, периферийное устройство для электронного документирования параметров состояния атеросклеротического образования, блок реографических и биофизических параметров;

при этом выходы излучающего пьезокристалла и принимающего пьезокристалла ультразвукового дуплексного сканера подсоединены к первому и второму входу блока обработки, к третьему входу которого подсоединен выход блока реографических и биофизических параметров по сигналам плотности крови ρ_кр, плотности АСО ρ_АСО, коэффициента трения ƒ_тр, коэффициента адгезии k_ад, массы АСО m_АСO, относительных величин допустимого порогового значения силовых факторов в осевом h_X и в радиальном h_Y направлениях,

блок обработки дополнительно содержит

первый и второй выходы модуля формирования величины активных сил соединены с первым и вторым входами модуля реализации решающего правила по определению гидродинамической стабильности, на третий и четвертый входы которого подсоединены выходы модуля формирования величины реактивных сил,

кроме того, выход модуля оценки интервала экстраполяции объединен с выходом модуля реализации решающего правила по определению гидродинамической стабильности и подключен к выходу блока обработки.