RU2815286C2 - Method and device for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance - Google Patents

Method and device for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance Download PDF

Info

Publication number
RU2815286C2
RU2815286C2 RU2021130474A RU2021130474A RU2815286C2 RU 2815286 C2 RU2815286 C2 RU 2815286C2 RU 2021130474 A RU2021130474 A RU 2021130474A RU 2021130474 A RU2021130474 A RU 2021130474A RU 2815286 C2 RU2815286 C2 RU 2815286C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
biological material
acoustic
intracranial
determination
signals
Prior art date
Application number
RU2021130474A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021130474A (en
Inventor
Мирослав ВРУБЕЛЬ
Original Assignee
Соновум Гмбх
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 Соновум Гмбх filed Critical Соновум Гмбх
Publication of RU2021130474A publication Critical patent/RU2021130474A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2815286C2 publication Critical patent/RU2815286C2/en

Links

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a method and device for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance of biological material. When performing the method, acoustic spectroscopy of the biological material is carried out using the first means. The biological material is a human or animal skull. Several acoustic transmission signals of varying frequencies and/or amplitudes are emitted into the biological material using an acoustic signal transmission device. After their passage through the biological material, the corresponding transmitted and reflected acoustic received signals of various frequencies and/or amplitudes are received using an acoustic signal receiving device. The acoustic transmitted signals are compared with the corresponding received acoustic signals using a comparative analytical device. The characteristic n-dimensional function and signal transit time values are determined for the biological material. The elongation of the biological material is determined using a second means. The linear and/or volumetric stretch of the biological material is measured using a measuring device. The intracranial compliance of the biological material is determined based on the comparisons and measurements performed using a data processing unit. Acoustic spectroscopy and/or determination of the stretch of biological material is performed in the direction of the frontal plane of the skull directly above the external auditory canal. The device contains a first means, a comparative analytical device, a second means, and a data processing unit. The first means includes an acoustic signal transmitting device and an acoustic signal receiving device. The second means includes a measuring device for measuring linear and/or volumetric stretch of the biological material.
EFFECT: use of a measuring segment with the highest possible amount of cerebrospinal fluid is ensured, the result of a physically measured change in the stretch of biological material is taken into account, which makes it possible to maximize the intensity of sound characterizing the areas of the intracranial system due to minimal suppression of acoustic waves in it, and thereby to increase the accuracy of determining intracranial compliance.
12 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к способу и устройству для неинвазивного определения и/или контроля внутричерепной податливости биологического материала в соответствии с родовым понятием согласно независимым пунктам формулы изобретения.The invention relates to a method and device for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance of biological material in accordance with the generic concept according to independent claims.

Динамика меняющегося внутричерепного давления (ВЧД) в черепе человека или животного представляет собой существенное осложнение для многочисленных церебральных заболеваний и оказывает значительное влияние на мобильность и смертность, а также на другие прогнозы. Так, например, установлено, что 18% пациентов с тяжелыми повреждениями мозга, такими как, например, после черепно-мозговой травмы и/или апоплексического удара, имеют сохраняющиеся функциональные нарушения, которые требуют многолетней профессиональной и/или социальной реабилитации. При этом масштаб выраженности этих нарушений не только является определяемым первичной степенью тяжести соответствующей травмы, но и в существенной мере подвержен воздействию развившихся вторичных повреждений мозга. Следовательно, своевременно не выявленному и надлежащим образом не пролеченному изменяющемуся внутричерепному давлению придается существенное партеногенетическое значение. Поэтому измерение внутричерепного давления является важной отправной точкой для принятия терапевтических решений при лечении пациентов с тяжелыми повреждениями мозга. Поэтому нет ничего удивительного в том, что, как известно из уровня техники на текущий момент, предлагают осуществлять по возможности непрерывное определение внутричерепного давления, результаты которого имеют не только терапевтическую, но также и прогностическую значимость.The dynamics of varying intracranial pressure (ICP) in the human or animal skull is a significant complication for numerous cerebral diseases and has a significant impact on mobility and mortality, as well as other prognoses. For example, it has been found that 18% of patients with severe brain damage, such as, for example, after a traumatic brain injury and/or stroke, have persistent functional impairments that require many years of professional and/or social rehabilitation. Moreover, the scale of severity of these disorders is not only determined by the primary severity of the corresponding injury, but is also significantly affected by the developed secondary brain damage. Consequently, significant parthenogenetic significance is attached to changing intracranial pressure that is not detected in a timely manner and not properly treated. Therefore, measuring intracranial pressure is an important starting point for making therapeutic decisions in the treatment of patients with severe brain damage. Therefore, it is not surprising that, as is currently known from the prior art, it is proposed to carry out, whenever possible, continuous determination of intracranial pressure, the results of which have not only therapeutic, but also prognostic significance.

Из уровня техники известны различные способы и устройства для измерения внутричерепного давления. При этом вплоть до сегодняшнего дня внутричерепное давление измеряют исключительно с помощью нейрохирургическим способом имплантированных в череп зондов для измерения давления, причем измерение осуществляют посредством введенного в интравентрикулярную или эпидуральную область зонда для измерения давления, что обеспечивает непрерывный контроль внутричерепного давления также на протяжении длительных периодов времени. Однако у известных из уровня техники способов и устройств имеется недостаток, заключающийся в том, что они являются инвазивными и обусловливают необходимость нейрохирургического вмешательства, включая сопутствующую ему опасность инфицирования.Various methods and devices for measuring intracranial pressure are known from the prior art. Until today, intracranial pressure has been measured exclusively by neurosurgically implanted pressure probes into the skull, the measurement being carried out by means of a pressure probe inserted into the intraventricular or epidural region, which ensures continuous monitoring of intracranial pressure, also over long periods of time. However, the methods and devices known from the prior art have the disadvantage that they are invasive and necessitate neurosurgical intervention, including the attendant risk of infection.

Поэтому, как известно из уровня техники, и дальше предпринимались попытки разработать неинвазивные способы и устройства для контроля внутричерепного давления. В этом отношении можно назвать, например, транскраниальную допплеровскую сонографию (ТКД), которая обеспечивает непосредственный, неинвазивный анализ церебральной гемодинамики в больших базальных артериях мозга. Недостатком в случае с этим способом, однако, является то, что возможны всего лишь приблизительные суждения о внутричерепном давлении у человека или животного. Вместе с тем, недостатком при этом является то, что транскраниальную допплеровскую сонографию проводить трудно и поэтому ее проведение поручают только специально обученному медицинскому персоналу.Therefore, as is known from the prior art, further attempts have been made to develop non-invasive methods and devices for monitoring intracranial pressure. In this regard, one can mention, for example, transcranial Doppler sonography (TCD), which provides direct, non-invasive analysis of cerebral hemodynamics in the large basal arteries of the brain. The disadvantage with this method, however, is that only rough estimates of the intracranial pressure in a person or animal are possible. However, the disadvantage is that transcranial Doppler sonography is difficult to carry out and therefore it is performed only by specially trained medical personnel.

Кроме того, из уровня техники известны и другие непосредственные, неинвазивные способы и/или устройства для контроля внутричерепного давления. В этом отношении, например, следует назвать следующие справочные материалы, при этом ни в коем случае не ограничиваясь исключительно ими: "Пульсирующий мозг. Обзор экспериментальных и клинических исследований внутричерепного пульсового давления", "Устройство с фазовой автоматической подстройкой частоты для контроля внутричерепного давления во время космического полета", "Неинвазивная оценка форм волн внутричерепного давления с помощью технологии передачи звука с использованием фазовой автоматической подстройки частоты. Техническая записка", "Определение увеличения объема черепа по повышенному внутричерепному давлению", "Исследование модели ультразвукового контроля внутричерепных мозговых сред", "Динамика внутричерепного давления по заключению на основе неинвазивного метода УЗК в течение 30 дней постельного режима", "Контроль внутричерепного давления - инвазивные методы в сравнении с неинвазивными методами. Обзор" и "Неинвазивные измерения внутричерепного объема и давления с использованием ультразвука (при обследовании головного и спинного мозга)". При этом недостатком в случае с этими известными из уровня техники способами и/или устройствами является то, что невозможно точно определить и/или проконтролировать внутричерепное давление и связанные с ним повреждения мозга.In addition, other direct, non-invasive methods and/or devices for monitoring intracranial pressure are known in the art. In this regard, for example, the following references should be mentioned, but by no means limited to them: “The pulsating brain. A review of experimental and clinical studies of intracranial pulse pressure”, “Phase-locked frequency control device for monitoring intracranial pressure during spaceflight", "Non-invasive assessment of intracranial pressure waveforms using sound transmission technology using phase-locked frequency control. Technical note", "Determination of increased cranial volume by increased intracranial pressure", "Investigation of a model of ultrasound monitoring of intracranial cerebral media", "Dynamics intracranial pressure as determined by non-invasive ultrasound during 30 days of bed rest", "Intracranial pressure control - invasive versus non-invasive methods. Review" and "Non-invasive measurements of intracranial volume and pressure using ultrasound (for examination of the brain and spinal cord )". However, a disadvantage with these prior art methods and/or devices is that it is not possible to accurately determine and/or monitor intracranial pressure and associated brain damage.

Наряду с этим, из уровня техники на текущий момент известен дуплексный метод ультразвукового обследования артерий как признанное диагностическое средство для контроля состояния сосудов в экстракраниальном отделе, в области шеи, прежде всего артерий a. carotis (сонная артерия) и a. vertebral (вертебральная артерия). За счет этого дуплексный метод ультразвукового обследования артерий предоставляет ценную информацию об обызвествлении сосудов и, следовательно, о связанных с этим завихрениях кровотока и/или дефиците кровотока. В то же время, в качестве проблемы обнаружилось, что толщина черепа и связанное с этим гашение звука препятствуют аналогичным образом детализированному, визуализационному исследованию внутричерепных сосудов. Таким образом, хотя визуализационная техника ультразвуковых исследований, с одной стороны, и является важным и проверенным на практике инструментом для диагностики и терапии в медицине, при этом, однако, эти системы, к сожалению, предоставляют только информацию о внутренней структуре целевого объекта в виде двух- или трехмерного изображения, но не информацию о композиции объекта.Along with this, the duplex method of ultrasound examination of arteries is currently known from the state of the art as a recognized diagnostic tool for monitoring the condition of vessels in the extracranial region, in the neck, especially arteries a. carotis (carotid artery) and a. vertebral (vertebral artery). Due to this, duplex ultrasound of the arteries provides valuable information about vascular calcification and, therefore, about the associated blood flow turbulence and/or blood flow deficits. At the same time, it was found that the thickness of the skull and the associated sound attenuation prevented similarly detailed, visualization of intracranial vessels. Thus, although the ultrasound imaging technique, on the one hand, is an important and proven tool for diagnosis and therapy in medicine, however, these systems, unfortunately, only provide information about the internal structure of the target object in the form of two - or a three-dimensional image, but not information about the composition of the object.

Поэтому существует большая потребность в таком способе и устройстве для неинвазивного определения и/или контроля внутричерепной податливости биологического материала, которые обеспечивают простое, быстрое, надежное и достаточно точное определение и/или контроль состояния биологического материала, чтобы можно было своевременно выявлять меняющееся внутричерепное давление и/или надлежащим образом проводить его лечение. Кроме того, способ и устройство должны быть наименее затратными в плане осуществления/изготовления, надежными в работе и пригодными для кратковременного или длительного определения и/или контроля состояния биологического материала. Другой аспект заключается в том, что определение и/или контроль внутричерепной податливости должно осуществляться таким образом, чтобы оно не было подвержено помехам, не создавало помехи, не требовало трудоемкого обслуживания, не создавало шум, не вызывало побочные воздействия и не причиняло ущерб соответствующему пациенту. Поэтому перед изобретением была поставлена задача подготовить способ и устройство для неинвазивного определения и/или контроля внутричерепной податливости биологического материала, чтобы преодолеть вышеназванные трудности и, прежде всего, своевременно выявлять меняющееся внутричерепное давление и/или вторичные, развивающиеся из него повреждения мозга.Therefore, there is a great need for such a method and device for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance of biological material, which provides a simple, fast, reliable and sufficiently accurate determination and/or control of the state of biological material so that changing intracranial pressure and/or can be timely detected. or treat it appropriately. In addition, the method and device must be the least expensive in terms of implementation/manufacturing, reliable in operation and suitable for short-term or long-term determination and/or monitoring of the state of biological material. Another aspect is that the determination and/or control of intracranial compliance should be carried out in such a way that it is not subject to interference, does not cause interference, does not require labor-intensive maintenance, does not create noise, does not cause side effects and does not cause harm to the patient concerned. Therefore, the invention was faced with the task of preparing a method and device for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance of biological material in order to overcome the above-mentioned difficulties and, above all, to timely detect changing intracranial pressure and/or secondary brain damage that develops from it.

Эта задача решена удивительно простым, но эффективным образом благодаря способу неинвазивного определения и/или контроля внутричерепной податливости биологического материала, а также соответствующему устройству согласно техническому решению в независимых основных пунктах формулы изобретения.This problem is solved in a surprisingly simple but effective manner thanks to a method for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance of biological material, as well as a corresponding device according to the technical solution in the independent main claims.

Согласно изобретению, предложен способ неинвазивного определения и/или контроля внутричерепной податливости биологического материала, который включает в себя следующие шаги:According to the invention, a method is proposed for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance of biological material, which includes the following steps:

а) выполнение акустической спектроскопии биологического материала, представляющего собой череп человека или животного, причем в биологический материал испускают несколько акустических передаваемых сигналов различной частоты и/или амплитуды и после их прохождения через биологический материал принимают соответствующие прошедшие и отраженные акустические принимаемые сигналы различной частоты и/или амплитуды,a) performing acoustic spectroscopy of a biological material, which is a human or animal skull, wherein several acoustic transmitted signals of various frequencies and/or amplitudes are emitted into the biological material and, after their passage through the biological material, the corresponding transmitted and reflected acoustic received signals of various frequencies and/or are received amplitudes,

б) сравнение акустических передаваемых сигналов с соответствующими принимаемыми акустическими сигналами, причем для биологического материала определяют характеристическую n-мерную функцию и значения времени прохождения сигналов,b) comparison of the acoustic transmitted signals with the corresponding received acoustic signals, and for the biological material the characteristic n-dimensional function and signal travel time values are determined,

в) определение растяжения биологического материала, причем измеряют линейное и/или объемное растяжение биологического материала, иc) determining the stretch of the biological material, wherein the linear and/or volumetric stretch of the biological material is measured, and

г) определение внутричерепной податливости биологического материала на основе сравнений, выполненных на шаге б), и измерений, выполненных на шаге в),d) determination of intracranial compliance of biological material based on comparisons made in step b), and measurements made in step c),

причем акустическую спектроскопию и/или определение растяжения биологического материала выполняют в направлении фронтальной плоскости черепа непосредственно выше наружного слухового прохода.wherein acoustic spectroscopy and/or determination of the stretch of biological material is performed in the direction of the frontal plane of the skull immediately above the external auditory canal.

Способ согласно изобретению базируется на основной идее, что для достаточно точного определения и сопутствующего ему надлежащего лечения меняющегося внутричерепного давления будет достаточно процедуры определения и/или контроля внутричерепной податливости черепа человека или животного. При этом было определено, что на основе акустической спектроскопии черепа человека или животного измеряют время прохождения акустического сигнала, а также, одновременно с этим, его изменение вдоль мерного отрезка и скорость звука. Опираясь на эти данные, можно надежно в соответствующем измерительном диапазоне определять внутричерепную податливость и, исходя из этого, прежде всего, на основе разделения измеренных значений на категории делать заключение о внутричерепном давлении, церебральном кровотоке и/или патологическом состоянии. Это обосновано тем, что в контексте настоящего изобретения было установлено, что соответствующая изобретению концепция, а именно - акустоцеребрография (АЦГ), которая преследует другой возможный способ применения акустических волн, может быть использована применительно к биологическому материалу. Соответственно, было установлено, что использование нескольких частот отображает дисперсионный характер мозговой ткани и позволяет определенным образом толковать изменения сигналов. Дисперсия представляет собой эффект, при котором нелинейный, зависящий от частоты модуль объемного сжатия среды приводит к различным скоростям распространения звука на различных частотах. В нелинейном материале, таком как, например, биологическая ткань, прежде всего мозговая ткань человека или животного, можно отчетливо наблюдать и измерять эффект дисперсии звуковых волн. Речь идет о таком эффекте, при котором модуль объемного сжатия нелинейной, зависящей от частоты среды приводит к различным скоростям распространения звука на различных частотах. Поскольку свойства модуля объемного сжатия зависят от специфичных отличительных признаков среды, таких как состав, концентрация смеси, распределение содержимого и/или - в некоторых ситуациях - также от химического состава, то шаблон частотно-зависимых скоростей распространения звука может быть использован для идентификации состояния среды.The method according to the invention is based on the basic idea that for a sufficiently accurate determination and accompanying appropriate treatment of changing intracranial pressure, a procedure for determining and/or monitoring the intracranial compliance of the human or animal skull will be sufficient. At the same time, it was determined that on the basis of acoustic spectroscopy of the skull of a person or animal, the travel time of the acoustic signal is measured, as well as, at the same time, its change along the measured segment and the speed of sound. Based on these data, it is possible to reliably determine the intracranial compliance in the appropriate measuring range and, based on this, first of all, based on the division of the measured values into categories, a conclusion can be drawn about the intracranial pressure, cerebral blood flow and/or pathological state. This is justified by the fact that in the context of the present invention it has been found that the concept corresponding to the invention, namely acoustocerebrography (ACG), which pursues another possible method of applying acoustic waves, can be used in relation to biological material. Accordingly, it was found that the use of multiple frequencies reflects the dispersive nature of brain tissue and allows signal changes to be interpreted in a specific way. Dispersion is an effect in which the nonlinear, frequency-dependent bulk modulus of a medium results in different sound propagation velocities at different frequencies. In nonlinear material, such as, for example, biological tissue, especially human or animal brain tissue, the dispersion effect of sound waves can be clearly observed and measured. We are talking about an effect in which the volumetric compression modulus of a nonlinear, frequency-dependent medium leads to different speeds of sound propagation at different frequencies. Since the properties of the bulk modulus depend on specific characteristics of the medium, such as composition, mixture concentration, content distribution and/or - in some situations - also on the chemical composition, a pattern of frequency-dependent sound velocities can be used to identify the state of the medium.

Выражаясь другими словами, из приведенных далее уравнений (ур. 1) и (ур. 2) видно, что скорость распространения c(f) является функцией частоты и/или длины волны. Она зависит от модуля объемного сжатия или модуля Юнга Kv для жидких сред и от модуля объемной упругости KB для твердых сред.In other words, from the following equations (Eq. 1) and (Eq. 2), it can be seen that the propagation speed c(f) is a function of frequency and/or wavelength. It depends on the bulk modulus or Young's modulus Kv for liquid media and on the bulk modulus K B for solid media.

Из уравнений (ур. 1 и ур. 2) видно, что модуль объемного сжатия К может быть разложен на объем V, изменение объема dV и соответствующее изменение давления dp. По аналогии с этим, заданная плотность ρ может быть разложена на массу m и объем V.From the equations (Eq. 1 and Eq. 2) it is clear that the bulk modulus K can be decomposed into volume V, volume change dV and the corresponding pressure change dp. By analogy, a given density ρ can be decomposed into mass m and volume V.

Далее, в контексте изобретения было установлено, что вышеприведенные уравнения (ур. 1) и (ур. 2) могут быть применимы в отношении черепа человека или животного только тогда, когда учитывают структуру соответствующего биологического материала. Следовательно, было установлено, что проведения одной только акустической спектроскопии биологического материала оказывается недостаточно, чтобы достаточно точно определить внутричерепную податливость биологического материала. Кроме того, необходимо параллельно учитывать расширение черепа человека или животного вследствие внутричерепного давления во время систолической фазы. Оно сильно зависит от различных факторов, таких как, например, возраст, внутричерепное давление и/или наличие по меньшей мере одного патологического состояния и составляет, как было подтверждено на добровольцах во время исследований с соблюдением постельного режима, величину порядка до 20 мкм. При этом в контексте изобретения была установлена связь, что расширение и сжатие черепа происходят в результате изменений внутричерепного давления и компенсируются за счет жесткости окружающих отделов черепа. При этом измерение расширения черепа человека или животного во время систолической фазы может предоставлять ценные данные по меняющемуся внутричерепному давлению, церебральному кровотоку и/или по меньшей мере одному патологическому состоянию.Further, in the context of the invention, it was found that the above equations (Eq. 1) and (Eq. 2) can be applied to a human or animal skull only when the structure of the corresponding biological material is taken into account. Consequently, it has been found that acoustic spectroscopy of biological material alone is not sufficient to accurately determine the intracranial compliance of biological material. In addition, it is necessary to take into account in parallel the expansion of the human or animal skull due to intracranial pressure during the systolic phase. It is highly dependent on various factors, such as, for example, age, intracranial pressure and/or the presence of at least one pathological condition and has been confirmed in volunteers during bed rest studies to be on the order of 20 µm. Moreover, in the context of the invention, it was established that expansion and contraction of the skull occur as a result of changes in intracranial pressure and are compensated by the rigidity of the surrounding parts of the skull. In doing so, measuring the expansion of the human or animal skull during the systolic phase can provide valuable data on changing intracranial pressure, cerebral blood flow and/or at least one pathological condition.

Выражение "способ для неинвазивного определения и/или контроля" относится к способу для определения внутричерепной податливости биологического материала, с помощью которого возможно достаточно точное и надежное определение внутричерепной податливости в соответствующем измерительном диапазоне. При этом, как это можно себе представить, способ основан на определении внутричерепной податливости, а также ее изменения, которым может быть улучшение или ухудшение. Предпочтительно, это изменение определяют с течением времени. Еще более предпочтительно, определение изменения выполняют одноразово или повторяют через регулярные или нерегулярные интервалы, а также проводят кратковременно или в длительном режиме, чтобы можно было уловить тенденцию изменения внутричерепной податливости. Это особенно важно, поскольку в случае с исследуемым биологическим материалом речь идет не о статической системе. К тому же, можно отследить, при каких условиях и/или факторах воздействия изменение внутричерепной податливости прогрессирует или замедляется. Кроме того, можно выявить возникновение и/или причину этого изменения. При этом представляется возможным, что способ согласно изобретению может включать в себя дополнительные шаги после или между конкретно указанными существенными шагами от а) до г). Предпочтительно, способ является осуществляемым в автоматизированном режиме.The expression "method for non-invasive determination and/or control" refers to a method for determining the intracranial compliance of a biological material, with which a sufficiently accurate and reliable determination of the intracranial compliance in the corresponding measuring range is possible. In this case, as one can imagine, the method is based on determining intracranial compliance, as well as its changes, which can be improvement or deterioration. Preferably, this change is determined over time. Even more preferably, the determination of the change is performed once or repeated at regular or irregular intervals, and is carried out short-term or long-term so that the trend of changes in intracranial compliance can be captured. This is especially important since in the case of the biological material being studied we are not talking about a static system. In addition, it is possible to track under what conditions and/or influencing factors the change in intracranial compliance progresses or slows down. In addition, the occurrence and/or cause of this change can be identified. It is therefore possible that the method according to the invention may include additional steps after or between the specifically identified essential steps a) to d). Preferably, the method is carried out in an automated manner.

Выражение "биологический материал" относится к черепу человека или животного, как это известно специалистам. Также специалистам известны общие и специальные отличительные признаки анатомического и/или физиологического окружения черепа и/или мозга и системы сосудов головного мозга.The expression "biological material" refers to the skull of a person or animal, as known to those skilled in the art. Also, specialists are aware of the general and special distinctive features of the anatomical and/or physiological environment of the skull and/or brain and the cerebral vascular system.

Выражение "определение внутричерепной податливости" относится к определению фактического показателя внутричерепной податливости. Предпочтительно, определение осуществляют путем полуколичественного анализа, количественного анализа, непосредственным и/или опосредованным путем. Так, например, с помощью определения внутричерепной податливости представляется возможным опосредованно получать дополнительную информацию об исследуемом материале.The expression "determination of intracranial compliance" refers to the determination of the actual indicator of intracranial compliance. Preferably, the determination is carried out by semi-quantitative analysis, quantitative analysis, direct and/or indirect way. For example, by determining intracranial compliance, it seems possible to indirectly obtain additional information about the material being studied.

Выражение "контроль внутричерепной податливости" относится к отслеживанию и/или прогнозированию определяемого показателя внутричерепной податливости. Результаты контроля могут быть представлены, например, в цифровом формате и/или графически, при этом ни в коем случае только таким образом. Поэтому для повышения точности контроля его, предпочтительно, осуществляют через регулярные или нерегулярные интервалы либо на постоянной основе. Преимущество длительного контроля на постоянной основе заключается в том, что можно выполнить предсказание, прогнозирование и/или изменение внутричерепной податливости.The expression "monitoring intracranial compliance" refers to monitoring and/or predicting a measured indicator of intracranial compliance. The control results can be presented, for example, in digital format and/or graphically, but in no case only in this way. Therefore, to improve the accuracy of monitoring, it is preferably carried out at regular or irregular intervals or on an ongoing basis. The advantage of long-term monitoring on an ongoing basis is that prediction, prediction and/or modification of intracranial compliance can be performed.

Специалистам должно быть понятно, что определение и/или контроль, как правило, не может быть точным на 100 процентов. Поэтому, что касается точности определения или отслеживания и/или предсказания, выражение относится к статистически значимой вероятности. Является ли подобное определение и/или контроль статистически значимым, специалисты, даже не занятые в сфере изобретательства, могут определить с помощью методов, известных в экспертном сообществе. Например, можно назвать инструменты статистической оценки, такие как, например, оценка интервала совпадений, оценка показателя р, проверка по критерию t Стьюдента, критерий Манна-Уитни и т.д. Соответствующие интервалы являются точными по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 97%, по меньшей мере на 98% или по меньшей мере на 99%. Показатели р, предпочтительно, составляют 0,1, 0,05, 0,01, 0,005 или 0,0001. Предпочтительно, определение и/или контроль внутричерепной податливости в контексте настоящего изобретения является точным по меньшей мере на 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99,5%, 99,6%, 99,7%, 99,8%, 99,9%, 99,95%, 99,99% или 100%.It will be appreciated by those skilled in the art that determination and/or monitoring generally may not be 100 percent accurate. Therefore, with regard to detection or tracking accuracy and/or prediction, the expression refers to a statistically significant probability. Whether such a determination and/or control is statistically significant can be determined by specialists, even those not involved in the field of invention, using methods known in the expert community. For example, statistical evaluation tools can be mentioned, such as, for example, the assessment of the coincidence interval, the assessment of the p-statistic, the Student's t test, the Mann-Whitney test, etc. The corresponding intervals are at least 90% accurate, at least 95% accurate, at least 97% accurate, at least 98% accurate, or at least 99% accurate. The p values are preferably 0.1, 0.05, 0.01, 0.005 or 0.0001. Preferably, the determination and/or control of intracranial compliance in the context of the present invention is at least 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99.5%, 99.6% accurate. 99.7%, 99.8%, 99.9%, 99.95%, 99.99% or 100%.

Выражение "внутричерепная податливость" использовано как взаимозаменяемый синоним для выражения "соотношение внутричерепного давления и объема", которые оба известны специалистам и описывают взаимосвязь между внутричерепным объемом и внутричерепным давлением в черепе человека или животного. Так, повышения внутричерепного давления обычно буферизируются вытеснением венозной крови и спинномозговой жидкости из черепа, когда увеличивается внутричерепной объем (ВЧО). При этом специалистам известно, что внутричерепная податливость зависит от различных факторов, таких как, например, изменение давления внутри черепа, упругая жесткость (показатель, обратный податливости), гидравлическая податливость (соотношение между мгновенным изменением внутричерепного объема и/или соответствующим изменением внутричерепного давления) и/или подвижка костей черепа в их швах. Кроме того, известно, что повышение внутричерепного давления при увеличении внутричерепного объема имеет нелинейную характеристику, как это описывается показателем соотношения давления и объема. Кроме того, специалистам известны нормативные показатели.The expression "intracranial compliance" is used interchangeably with the expression "intracranial pressure-volume ratio", which are both known to those skilled in the art and describe the relationship between intracranial volume and intracranial pressure in the skull of a human or animal. Thus, increases in intracranial pressure are usually buffered by the displacement of venous blood and cerebrospinal fluid from the skull when intracranial volume (ICV) increases. However, those skilled in the art know that intracranial compliance depends on various factors, such as, for example, changes in intracranial pressure, elastic stiffness (the inverse of compliance), hydraulic compliance (the relationship between the instantaneous change in intracranial volume and/or the corresponding change in intracranial pressure), and /or movement of the skull bones at their sutures. In addition, it is known that the increase in intracranial pressure with an increase in intracranial volume has a non-linear characteristic, as described by the pressure-volume ratio. In addition, specialists know the standard indicators.

Способ согласно изобретению включает в себя шаг выполнения акустической спектроскопии биологического материала, причем в биологический материал испускают несколько акустических передаваемых сигналов различной частоты и/или амплитуды и после их прохождения через биологический материал принимают соответствующие прошедшие и отраженные акустические принимаемые сигналы различной частоты и/или амплитуды. На следующем шаге акустические передаваемые сигналы сравнивают с соответствующими принимаемыми акустическими сигналами, причем для биологического материала задают характеристическую функцию в п-измерениях и определяют значения времени прохождения сигналов и/или в качестве эквивалента смещение по фазе. Представляется возможным, что по каждой паре передаваемых и принимаемых сигналов наряду со значениями времени прохождения сигналов определяют также сдвиг по частоте соотнесенного акустического сигнала. Выражаясь другими словами, это означает, что с помощью способа согласно изобретению по каждой паре передаваемых и принимаемых сигналов на одной соответствующей или определенной частоте в результате получают пару данных, состоящую из соответствующего времени прохождения сигнала и в данном случае сдвига по частоте.The method according to the invention includes the step of performing acoustic spectroscopy of a biological material, wherein several acoustic transmitted signals of different frequencies and/or amplitudes are emitted into the biological material and, after their passage through the biological material, corresponding transmitted and reflected acoustic received signals of different frequencies and/or amplitudes are received. In the next step, the transmitted acoustic signals are compared with the corresponding received acoustic signals, whereby a characteristic function in n-dimensions is specified for the biological material and the signal travel times and/or, equivalently, the phase shift are determined. It seems possible that for each pair of transmitted and received signals, along with the values of the signal travel time, the frequency shift of the associated acoustic signal is also determined. In other words, this means that with the method according to the invention, for each pair of transmitted and received signals at one corresponding or specific frequency, the result is a pair of data consisting of the corresponding signal travel time and in this case the frequency offset.

Согласно изобретению, с помощью способа согласно изобретению по каждой паре передаваемых и принимаемых сигналов на одной соответствующей или определенной частоте в результате получают пару данных, состоящую из соответствующих значений времени прохождения сигналов и - в данном случае сдвига по частоте и, если необходимо, сохраняют в соответствующим образом настроенном устройстве, выставленном на соответствующую частоту. При осуществлении способа получают очень большие массивы выходных данных, поскольку по каждой частоте и соотнесенной с ней парой передаваемых и принимаемых сигналов определяют, сохраняют и/или графически представляют массив выходных данных с соответствующим временем прохождения и в данном случае сдвигом по частоте.According to the invention, using the method according to the invention, for each pair of transmitted and received signals at one corresponding or defined frequency, the result is a pair of data consisting of the corresponding values of the signal travel time and - in this case, frequency offset and, if necessary, stored in the corresponding a properly tuned device set to the appropriate frequency. When implementing the method, very large arrays of output data are obtained, since for each frequency and the pair of transmitted and received signals associated with it, an array of output data with the corresponding transit time and, in this case, the frequency shift is determined, stored and/or graphically represented.

Поэтому предпочтительно предусмотрено, что выполняют сжатие данных, например в устройстве для сжатия данных из определенного массива выходных данных делают производный сжатый массив данных, причем сжатый массив выходных данных отображает специфику определенного массива выходных данных и имеет меньший объем данных. Каким образом осуществляют сжатие данных, в принципе все равно, и это определяется профессиональным умением.Therefore, it is preferably provided that data compression is performed, for example in the data compression device, a derived compressed data array is made from a certain output data array, wherein the compressed output data array reflects the specificity of the particular output data array and has a smaller data volume. How data compression is carried out is, in principle, all the same, and this is determined by professional skill.

Выражение "акустическая спектроскопия" относится к акустическому исследованию среды на основе заключений по изменениям акустических волн и/или акустических колебаний в диапазоне звуковых частот (от 20 кГц до 1 ГГц), прежде всего в диапазоне ультразвуковых и/или продольных волн, причем основой изменений является взаимодействие содержащихся в биологическом материале структур с акустическими волнами и/или колебаниями. Таким образом, с помощью акустической спектроскопии можно неинвазивным способом исследовать биологический материал, чтобы тем самым определить изменения структуры среды. Предпочтительно, акустическую спектроскопию проводят с помощью соответствующего устройства, которое является частично или полностью располагаемым на биологическом материале и которое выполнено для испускания колебаний, передачи колебаний, усиления колебаний и/или приема колебаний в материале такого как, например, устройство для передачи и/или приема акустических сигналов.The expression "acoustic spectroscopy" refers to the acoustic study of a medium based on inferences about changes in acoustic waves and/or acoustic vibrations in the audio frequency range (from 20 kHz to 1 GHz), primarily in the range of ultrasonic and/or longitudinal waves, the basis of the changes being interaction of structures contained in biological material with acoustic waves and/or vibrations. Thus, using acoustic spectroscopy, it is possible to non-invasively examine biological material, thereby determining changes in the structure of the environment. Preferably, acoustic spectroscopy is carried out using a suitable device, which is partially or completely located on the biological material and which is configured to emit vibrations, transmit vibrations, amplify vibrations and/or receive vibrations in the material, such as, for example, a device for transmitting and/or receiving acoustic signals.

Кроме того, согласно изобретению предусмотрено, что на основе сравнения соответствующих пар передаваемых и принимаемых сигналов, предпочтительно, на основе полученных соответствующих массивов выходных данных можно задавать для биологического материала характеристическую функцию в п-измерениях, а также определять значения времени прохождения сигналов и/или - в качестве эквивалента - смещение по фазе. Специалистам известно, что выражения "n-мерная функция" и "функция в n-измерениях" используются как взаимозаменяемые синонимы. Кроме того, специалистам известны соответствующие способы и устройства для определения значений времени прохождения сигналов, такие как, например, измерение времени прохождения, но ни в коем случае не ограничиваясь только этим. Выражения "измерение времени прохождения" и "измерение времени пролета" использованы как взаимозаменяемые синонимы для обозначения способа для опосредованного измерения расстояния и/или скорости посредством измерения того времени, которое необходимо сигналу для прохождения вдоль мерного отрезка. Предпочтительно, определяют, по существу, только разности во времени, так что измерение времени прохождения представляет собой относительную временную систему без конкретно заданной нулевой точки.In addition, according to the invention, it is provided that, based on a comparison of the corresponding pairs of transmitted and received signals, preferably on the basis of the obtained corresponding arrays of output data, it is possible to set a characteristic function for the biological material in n-dimensions, as well as determine the values of the signal transit time and/or - as an equivalent - phase shift. Those skilled in the art will recognize that the expressions "n-dimensional function" and "function in n-dimensions" are used interchangeably as synonyms. In addition, those skilled in the art know appropriate methods and apparatus for determining travel time values of signals, such as, but by no means limited to, travel time measurement. The expressions "time-of-flight measurement" and "time-of-flight measurement" are used interchangeably to refer to a method for indirectly measuring distance and/or speed by measuring the time it takes a signal to travel along a measured distance. Preferably, essentially only time differences are determined, so that the travel time measurement is a relative time system without a specifically defined zero point.

В контексте изобретения было установлено, что скорость распространения волн непосредственно зависит от свойств биологического материала и, следовательно, опосредованно отражает его характерное состояние. Так, например, можно предположить, что плотность биологического материала изменяется, когда венозная кровь будет вытесняться из мозга человека или животного. Далее, можно предположить, что скорость распространения волн изменяется под действием церебрального кровотока (диастолический/систолический ток) и/или перфузии церебральных тканей.In the context of the invention, it was found that the speed of wave propagation directly depends on the properties of the biological material and, therefore, indirectly reflects its characteristic state. For example, it can be assumed that the density of biological material changes when venous blood is displaced from the brain of a person or animal. Further, it can be assumed that the speed of wave propagation changes under the influence of cerebral blood flow (diastolic/systolic flow) and/or perfusion of cerebral tissues.

Затем, на шаге в) определяют растяжение биологического материала, причем измеряются линейное и/или объемное растяжение биологического материала. Этот шаг является особенно важным, поскольку в контексте изобретения было установлено, что вследствие растяжения черепа во время выполнения акустической спектроскопии в отношении передаваемого сигнала должно происходить изменение фазы и/или замедление хода времени или как эквивалент сокращение времени прохождения. Растяжение обследуемого черепа во время акустической спектроскопии приходится на диапазон до 20 мкм и зависит от различных условий, таких как возраст, внутричерепное давление и/или возможные предшествующие заболевания. Предпочтительно, растяжение определяют во время систолической фазы. Определение растяжения осуществляют, предпочтительно, путем полуколичественного анализа, количественного анализа, непосредственным и/или опосредованным путем. Далее, представляется возможным, что для определения растяжения биологического материала используют соответствующее устройство, с помощью которого достаточно точно можно измерять линейное и/или объемное растяжение биологического материала. При этом представляется возможным, что это соответствующее устройство будет непосредственно или опосредованно измерять растяжение с помощью известных из уровня техники устройств и/или способов.Then, in step c), the elongation of the biological material is determined, and the linear and/or volumetric elongation of the biological material is measured. This step is particularly important since, in the context of the invention, it has been found that due to the stretching of the skull during acoustic spectroscopy, a phase change and/or time dilation or equivalently a reduction in travel time must occur in the transmitted signal. The stretching of the examined skull during acoustic spectroscopy is in the range of up to 20 µm and depends on various conditions such as age, intracranial pressure and/or possible pre-existing diseases. Preferably, the stretch is determined during the systolic phase. The determination of stretch is preferably carried out by semi-quantitative analysis, quantitative analysis, direct and/or indirect. Further, it seems possible that to determine the stretch of a biological material, an appropriate device is used, with which the linear and/or volumetric stretch of the biological material can be measured quite accurately. It is therefore possible that this respective device will directly or indirectly measure the stretch using devices and/or methods known from the prior art.

Функциональная взаимосвязь может быть представлена, например, но ни в коем случае не ограничиваясь только этим, в виде двухмерной функции как тенденции динамики параметров в зависимости от времени, например, в виде линейной, логарифмической, экспоненциальной, логистической, полигональной функций и/или их комбинации.The functional relationship can be represented, for example, but by no means limited to, as a two-dimensional function as a trend of parameters over time, for example, as linear, logarithmic, exponential, logistic, polygonal functions and/or a combination thereof .

Выражение "сравнение" относится к сравнению соотносительных параметров друг с другом, прежде всего к сравнению акустических передаваемых сигналов с соответствующими принимаемыми акустическими сигналами. При этом подразумевается, что используемое в данном контексте сравнение увязано со сравнением соответствующих параметров и/или значений.The expression "comparison" refers to the comparison of relative parameters with each other, especially the comparison of acoustic transmitted signals with corresponding received acoustic signals. It is understood that the comparison used in this context is related to the comparison of the corresponding parameters and/or values.

В контексте изобретения сравнение, определение и/или выявление проводят, предпочтительно, с помощью компьютерной техники. Для выполнения этих шагов, например шагов б), в) и/или г), с помощью компьютерной техники можно использовать все известные специалистам средства, такие как, например, компьютер и/или компьютерная программа. Компьютерная программа может дополнительно анализировать соответствующий результат, например, может автоматически выдавать оценку значению. Кроме того, представляется возможным, например, что в помощь выполнению шагов б) и/или г) используют блок обработки данных, анализирующее устройство и/или сравнительно-аналитическое устройство для оценки результатов. Предпочтительно, также представляется возможным учитывать в процедуре сравнения следующие по времени друг за другом передаваемые и/или акустические принимаемые сигналы таким образом, что на основе этого сравнения можно сделать предсказание, как состояние материала будет изменяться во временной зависимости.In the context of the invention, the comparison, determination and/or identification is carried out preferably using computer technology. To perform these steps, for example steps b), c) and/or d), using computer technology, you can use all means known to those skilled in the art, such as, for example, a computer and/or a computer program. The computer program may further analyze the corresponding result, for example, may automatically provide a score for the value. It is also possible, for example, that a data processing unit, an analysis device and/or a comparative analysis device are used to assist in performing steps b) and/or d) to evaluate the results. Advantageously, it is also possible to take into account in the comparison procedure successive transmitted and/or acoustic received signals in such a way that, based on this comparison, a prediction can be made as to how the state of the material will change as a function of time.

В контексте изобретения считается вполне понятным, что результат способа, то есть определение внутричерепной податливости непосредственно или опосредованно зависит от исследуемого биологического материала. Следовательно, можно предположить, что малое и не значимое, большое и значимое и/или никакое изменение внутричерепной податливости биологического материала во временной зависимости является индикативным показателем изменения внутричерепной податливости. Изменение внутричерепной податливости, предпочтительно, может являться улучшением и/или ухудшением таковой. В этой связи представляется возможным, что результат способа может выдаваться в виде увязанных со временем данных как абсолютное и/или относительное значение.In the context of the invention, it is considered quite clear that the result of the method, that is, the determination of intracranial compliance, directly or indirectly depends on the biological material being studied. Therefore, it can be assumed that a small and insignificant, large and significant and/or no change in the intracranial compliance of biological material in a time dependence is an indicative indicator of a change in intracranial compliance. A change in intracranial compliance may preferably be an improvement and/or a deterioration thereof. In this regard, it is possible that the result of the method can be output as time-related data as an absolute and/or relative value.

На последнем шаге осуществляют определение внутричерепной податливости биологического материала на основе сравнений, выполненных на шаге б), и измерений, выполненных на шаге в). При этом специалистам понятно, что определение может осуществляться посредством расчета, обратного отсчета, выведения производных и/или путем причинно-следственных заключений, прежде всего на основе принятия одного или нескольких допущений. Кроме того, представляется возможным, что осуществляют выполнение оценки полученных результатов.In the last step, the intracranial compliance of the biological material is determined based on the comparisons made in step b) and the measurements made in step c). It is clear to those skilled in the art that the determination can be made through calculation, countdown, derivation and/or through cause-and-effect inferences, primarily based on the adoption of one or more assumptions. In addition, it is possible that an evaluation of the results obtained is carried out.

Таким образом, с помощью способа согласно изобретению можно просто, быстро, надежно и достаточно точно определять и/или контролировать внутричерепную податливость в черепе человека или животного, чтобы определять внутричерепную податливость, например, в какое-то время или в длительном режиме. При этом также представляется возможным осуществлять это определение и/или контроль в интерактивном режиме. Благодаря простоте способа согласно изобретению, таким образом, представляется возможным, что не только специально обученный медицинский персонал может реализовать изобретение, но также и любой человек для самоконтроля, будь это в частном домовладении, или санитары аварийно-спасательной службы, сиделки и/или подсобные работники.Thus, using the method according to the invention, it is possible to simply, quickly, reliably and sufficiently accurately determine and/or control the intracranial compliance in the human or animal skull in order to determine the intracranial compliance, for example, over time or over a long period of time. It is also possible to carry out this determination and/or control interactively. Due to the simplicity of the method according to the invention, it is therefore possible that not only specially trained medical personnel can implement the invention, but also any person for self-monitoring, be it in a private household, or emergency service paramedics, nurses and/or auxiliary workers .

Предпочтительно, в контексте изобретения было установлено, что способ обеспечивает измерительный диапазон в несколько микросекунд с разрешающей способностью в единичные пикосекунды и, таким образом, представляет собой адекватно подходящий инструмент для неинвазивного определения и/или контроля внутричерепной податливости в черепе человека или животного, который (способ, инструмент) при этом существенно способствует постановке медицинского диагноза при внутричерепном давлении, церебральном кровотоке и/или по меньшей мере одном патологическом состоянии. За счет этого представляется возможным своевременно выявлять меняющееся внутричерепное давление и надлежащим образом проводить его лечение, что особенно позитивно сказывается на прогнозировании мобильности и смертности и/или состояния пациентов.Preferably, in the context of the invention, it has been found that the method provides a measurement range of several microseconds with a resolution of single picoseconds and, thus, represents an adequately suitable tool for non-invasive determination and/or monitoring of intracranial compliance in the human or animal skull, which (method , tool) while significantly contributing to the medical diagnosis of intracranial pressure, cerebral blood flow and/or at least one pathological condition. Due to this, it is possible to promptly detect changing intracranial pressure and properly treat it, which has a particularly positive effect on predicting mobility and mortality and/or the condition of patients.

Предпочтительные усовершенствованные варианты изобретения, которые могут быть реализованы по отдельности или в комбинации, представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.Preferred improved embodiments of the invention, which can be implemented individually or in combination, are presented in the dependent claims.

В одном усовершенствованном варианте изобретения допущена возможность, что способ дополнительно включает в себя:In one improved embodiment of the invention, it is possible that the method further includes:

д) определение внутричерепного давления, церебрального кровотока и/или патологического состояния биологического материала на основе определенной на шаге г) внутричерепной податливости.e) determination of intracranial pressure, cerebral blood flow and/or pathological state of biological material based on the intracranial compliance determined in step d).

С помощью этого варианта на основе установленной внутричерепной податливости можно посредством расчета, обратного отсчета, выведения производных и/или путем причинно-следственных заключений (принимая допущения) получить информацию о других важных факторах.With this option, based on the established intracranial compliance, information about other important factors can be obtained through calculation, countdown, derivation and/or through causal inference (making assumptions).

Выражение "внутричерепное давление (ВЧД)" относится к давлению, которое имеет место внутри черепа и, следовательно, в мозговой ткани и спинномозговой жидкости. Специалистам известно, что внутричерепное давление имеет решающее значение для кровоснабжения, а следовательно, и для функционирования мозга, поскольку оно противодействует давлению, на котором кровь перекачивается в мозг. Кроме того, специалистам известна взаимообусловленная связь между объемами спинномозговой жидкости и крови доктрина Монро-Келли, согласно которой при неповрежденном черепе объем мозга, крови и спинномозговой жидкости в нем является постоянным. Следовательно, повышение давления в одной составляющей приводит к снижению давления в одной или обеих других составляющих. Кроме того, специалистам известны нормативные показатели. Предпочтительно, внутричерепное давление является получаемым производным путем из приведенных в другом месте уравнений (ур. 1) и (ур. 2) и зависит от линейного и/или объемного растяжения черепа.The expression "intracranial pressure (ICP)" refers to the pressure that occurs inside the skull and therefore in the brain tissue and cerebrospinal fluid. Experts know that intracranial pressure is critical to blood flow, and therefore to brain function, because it counters the pressure at which blood is pumped to the brain. In addition, specialists know the interdependent relationship between the volumes of cerebrospinal fluid and blood; the Monroe-Kelly doctrine, according to which, with an intact skull, the volume of the brain, blood and cerebrospinal fluid in it is constant. Therefore, an increase in pressure in one component results in a decrease in pressure in one or both of the other components. In addition, specialists know the standard indicators. Preferably, intracranial pressure is derived from equations (Eq. 1) and (Eq. 2) given elsewhere and depends on the linear and/or volumetric distension of the skull.

Выражения "спинномозговая жидкость (СМЖ)", "liquor cerebrospinal" и "ликвор" известны специалистам и использованы в контексте изобретения как взаимозаменяемые синонимы для спинномозговой жидкости, в просторечии называемой мозговой жидкостью. Кроме того, специалистам известны нормативные показатели.The expressions "cerebrospinal fluid (CSF)", "liquor cerebrospinal" and "CSF" are known to those skilled in the art and are used in the context of the invention as interchangeable synonyms for cerebrospinal fluid, colloquially referred to as cerebral fluid. In addition, specialists know the standard indicators.

Выражение "церебральный кровоток (ЦКТ)" известно специалистам и относится к мере снабжения мозга кровью за определенную единицу времени.The expression “cerebral blood flow (CBF)” is known to specialists and refers to the amount of blood supplied to the brain in a certain unit of time.

Кроме того, специалистам известны нормативные показатели. Из уровня техники известно, что на церебральный кровоток приходятся около 15 процентов сердечного выброса, и он составляет примерно 750 мл/мин. При этом в контексте изобретения общий церебральный кровоток может отличаться от реального церебрального кровотока. Предпочтительно, церебральный кровоток рассчитывают из приведенных в другом месте уравнений (ур. 1) и (ур. 2).In addition, specialists know the standard indicators. It is known from the prior art that cerebral blood flow accounts for about 15 percent of cardiac output and is approximately 750 ml/min. However, in the context of the invention, the total cerebral blood flow may differ from the actual cerebral blood flow. Preferably, cerebral blood flow is calculated from equations (Eq. 1) and (Eq. 2) given elsewhere.

Выражение "патологическое состояние" относится к любому повреждению черепа человека или животного и поэтому имеет особое значение. Например, патологическое состояние относится к черепно-мозговой травме, повреждению черепа, апоплексическому удару, гиперемии, отеку головного мозга, недостаточному кровоснабжению, церебральной ишемии, кровоизлиянию в мозг, прежде всего интракраниальному, интрацеребральному, паренхимальному и/или экстрацеребральному кровоизлиянию в мозг, субарахноидальному кровоизлиянию, тромбозу, раздражению и/или изменению кровеносных сосудов, недостаточной перфузии и/или перфузии мозговой ткани. Предпочтительно, патологическое состояние является получаемым производным путем из приведенных в другом месте уравнений (ур. 1) и (ур. 2). Кроме того, предпочтительно, можно определять локализацию патологического состояния в черепе человека или животного.The expression "pathological condition" refers to any injury to the skull of a person or animal and therefore has a special meaning. For example, the pathological condition refers to traumatic brain injury, skull damage, apoplexy, congestion, cerebral edema, insufficient blood supply, cerebral ischemia, cerebral hemorrhage, especially intracranial, intracerebral, parenchymal and/or extracerebral cerebral hemorrhage, subarachnoid hemorrhage , thrombosis, irritation and/or changes in blood vessels, insufficient perfusion and/or perfusion of brain tissue. Preferably, the pathological condition is derived from equations (Eq. 1) and (Eq. 2) given elsewhere. In addition, it is advantageous to determine the location of the pathological condition in the human or animal skull.

С помощью этого дополнительного шага, таким образом, на основе ранее определенной внутричерепной податливости можно получать другие важные параметры для своевременного выявления (патологии) и надлежащего лечения пациента.With this additional step, therefore, based on the previously determined intracranial compliance, other important parameters can be obtained for timely detection (pathology) and proper treatment of the patient.

В другом варианте изобретения допущена возможность, что способ дополнительно включает в себя:In another embodiment of the invention, it is possible that the method further includes:

е) представление результатов определения, выполненного на шаге г) и/или шаге д).f) presentation of the results of the determination made in step d) and/or step e).

С помощью этого варианта выявленные параметры можно представлять в цифровом формате и/или графически, чтобы тем самым упростить понимание того, что было выявлено на шаге г) и/или шага д). Специалистам известны соответствующие средства для представления выводимых параметрических данных. В помощь выполнению шага е) дополнительно может быть использовано устройство вывода данных.With this option, the identified parameters can be presented in digital format and/or graphically, thereby making it easier to understand what was identified in step d) and/or step e). Those skilled in the art will know appropriate means for presenting the output parametric data. An additional output device may be used to assist in step e).

В еще одном варианте изобретения допущена возможность, что акустические передаваемые сигналы испускают в первой точке биологического материала, а акустические принимаемые сигналы принимают во второй точке биологического материала и что первая и вторая точки расположены идентично или противоположно друг другу. С помощью этого варианта необходимые для осуществления способа средства можно располагать с экономией места и комфортно для обследуемого пациента при одновременно надежном выявлении вышеуказанных параметров.In yet another embodiment of the invention, it is possible that acoustic transmitted signals are emitted at a first point of the biological material and acoustic received signals are received at a second point of the biological material and that the first and second points are located identically or opposite to each other. With this option, the means necessary for implementing the method can be arranged in a space-saving and comfortable manner for the patient being examined, while at the same time reliably identifying the above parameters.

Кроме того, представляется возможным, что акустическую спектроскопию и/или определение растяжения биологического материала выполняют по существу в области левого и правого полушарий большого мозга и продольно проходящей церебральной складки. В контексте изобретения при этом было установлено, что приведенные в другом месте уравнения (ур. 1) и (ур. 2) обеспечивают самое лучшее, насколько это возможно, определение вышеприведенных параметров, если учитывать структуру черепа человека или животного. При этом было установлено, что кожей, мышцами, костями черепа и/или мозговой жидкостью можно пренебречь в плане их воздействия на звук, и поэтому они могут рассматриваться как константы. Вместе с тем, области левого и правого полушарий большого мозга и продольно проходящей церебральной складки, включая часть спинномозговой жидкости, очень сильно зависят от сердечно-сосудистой системы и кровоснабжения мозговой ткани. Поэтому эти области биологического материала являются пригодными для осуществления способа согласно изобретению.In addition, it is possible that acoustic spectroscopy and/or determination of the stretch of biological material is performed essentially in the region of the left and right hemispheres of the cerebrum and the longitudinally extending cerebral fold. In the context of the invention, it has been found that the equations given elsewhere (eq. 1) and (eq. 2) provide the best possible determination of the above parameters, taking into account the structure of the human or animal skull. It was found that the skin, muscles, skull bones and/or brain fluid can be neglected in terms of their effect on sound, and therefore can be considered as constants. At the same time, the areas of the left and right hemispheres of the cerebrum and the longitudinally running cerebral fold, including part of the cerebrospinal fluid, are very dependent on the cardiovascular system and blood supply to the brain tissue. Therefore, these areas of biological material are suitable for carrying out the method according to the invention.

Выражение "по существу" означает, что имеет место всего лишь незначительное, прежде всего не значимое, изменение, корректирование и/или отклонение от указанного параметра или диапазона/области. Так, например, представляется возможным, что акустическую спектроскопию и/или определение растяжения биологического материала осуществляют с некоторым отклонением от предпочтительной области левого и правого полушарий большого мозга и продольно проходящей церебральной складки, что означает, что воздействие от этого на осуществляемое выявление является нулевым или не значимым.The expression "substantially" means that there is only a minor, primarily not significant, change, adjustment and/or deviation from the specified parameter or range/area. Thus, for example, it is possible that acoustic spectroscopy and/or strain detection of biological material is carried out with some deviation from the preferred region of the left and right cerebral hemispheres and the longitudinal cerebral fold, which means that the impact on the detection performed is zero or not significant.

Как указано выше, акустическую спектроскопию и/или определение растяжения биологического материала выполняют по существу в направлении фронтальной (корональной) плоскости черепа несколько выше наружного слухового прохода. В контексте изобретения в этой связи было установлено, что лучше всего подходящими областями для выполнения этого метода измерений являются поверхности, которые лежат в направлении фронтальной плоскости черепа непосредственно выше наружного слухового прохода. С помощью этого варианта осуществления обеспечивают, что интенсивность и/или сила звука может быть доведена до максимума, поскольку эта область черепной системы характеризуется наименьшим подавлением акустических волн. Следовательно, с наибольшей вероятностью может быть получено полное эхо от противолежащих костей черепа, так что на основе вышеприведенных анализов может быть условно принята упрощенная послойная структура черепной системы.As stated above, acoustic spectroscopy and/or determination of the stretch of biological material is performed essentially in the direction of the frontal (coronal) plane of the skull slightly above the external auditory canal. In the context of the invention, it has been found in this regard that the best suitable areas for performing this measurement method are surfaces that lie in the direction of the frontal plane of the skull immediately above the external auditory canal. With this embodiment, it is ensured that the intensity and/or strength of the sound can be maximized, since this region of the cranial system is characterized by the least suppression of acoustic waves. Therefore, with the greatest probability, a complete echo can be obtained from the opposing bones of the skull, so that based on the above analyzes a simplified layered structure of the cranial system can be tentatively accepted.

По дефинициям и/или толкованиям вышеприведенных выражений исходили из того, что они применимы ко всем аспектам, изложенным далее по тексту в этом описании, если не указано иное.The definitions and/or interpretations of the above expressions are intended to apply to all aspects set forth below in this specification unless otherwise noted.

Кроме того, согласно изобретению предложено устройство для неинвазивного определения и/или контроля внутричерепной податливости биологического материала описанным выше способом. Устройство согласно изобретению включает в себя первое средство для выполнения акустической спектроскопии биологического материала, представляющего собой череп человека или животного, причем первое средство включает в себя устройство передачи акустических сигналов для испускания нескольких акустических передаваемых сигналов различной частоты и/или амплитуды в биологический материал и устройство приема акустических сигналов для приема соответствующих прошедших и отраженных акустических принимаемых сигналов различной частоты и/или амплитуды после их прохождения через биологический материал. Кроме того, устройство включает в себя сравнительно-аналитическое устройство для сравнивания акустических передаваемых сигналов с соответствующими принимаемыми акустическими сигналами, выполненное с возможностью определения для биологического материала характеристической n-мерной функции и значений времени прохождения сигналов и/или в качестве эквивалента смещение по фазе. Кроме того, устройство включает в себя второе средство для определения растяжения биологического материала, причем второе средство включает в себя измерительное устройство, такое как, например, но ни в коем случае не ограничиваясь только этим: пленочный тензометрический датчик, датчик давления, емкостный датчик или другие датчики для измерения линейного и/или объемного растяжения биологического материала. Наконец, устройство включает в себя также блок обработки данных для определения внутричерепной податливости биологического материала на основе выполненных сравнений и выполненных измерений.In addition, according to the invention, a device is provided for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance of biological material in the manner described above. A device according to the invention includes first means for performing acoustic spectroscopy of a biological material that is a human or animal skull, the first means including an acoustic signal transmission device for emitting multiple acoustic transmission signals of different frequencies and/or amplitudes into the biological material and a receiving device acoustic signals for receiving corresponding transmitted and reflected acoustic received signals of various frequencies and/or amplitudes after they have passed through the biological material. In addition, the device includes a comparative-analytical device for comparing acoustic transmitted signals with corresponding received acoustic signals, configured to determine for biological material a characteristic n-dimensional function and signal travel time values and/or equivalently, a phase shift. In addition, the device includes second means for determining the elongation of the biological material, the second means including a measuring device such as, for example, but by no means limited to: a film strain gauge, a pressure sensor, a capacitive sensor, or others sensors for measuring linear and/or volumetric stretching of biological material. Finally, the device also includes a data processing unit for determining the intracranial compliance of the biological material based on the comparisons made and the measurements taken.

Предпочтительно, устройство согласно изобретению является самонастраивающимся и/или самокалибрующимся устройством в расчете на достижение оптимально возможного определения и/или контроля внутричерепной податливости. Также, предпочтительно, устройство может использоваться в рамках акустоцеребрографии (АЦГ). Также, предпочтительно, устройство является пригодным для кратковременного или длительного определения и/или контроля состояния биологического материала.Preferably, the device according to the invention is a self-adjusting and/or self-calibrating device in order to achieve the optimal possible determination and/or control of intracranial compliance. Also, preferably, the device can be used as part of acoustocerebrography (ACG). Also, preferably, the device is suitable for short-term or long-term determination and/or monitoring of the condition of biological material.

Выражение "первое средство" относится к любому, из уровня техники известному специалистам средству, которое в диапазоне звуковых частот, прежде всего в диапазоне ультразвуковых частот и в диапазоне продольных волн, выполнено для испускания колебаний, передачи колебаний, усиления колебаний и/или приема колебаний в биологическом материале. Предпочтительно, средство является частично или полностью располагаемым на биологическом материале. Предпочтительно, первое средство является устройством передачи акустических сигналов для испускания нескольких акустических передаваемых сигналов различной частоты и/или амплитуды в биологический материал и/или устройством приема акустических сигналов для приема соответствующих прошедших и отраженных акустических принимаемых сигналов различной частоты и/или амплитуды после их прохождения через биологический материал.The expression “first means” refers to any means known to those skilled in the art, which in the range of sound frequencies, especially in the range of ultrasonic frequencies and in the range of longitudinal waves, is designed to emit vibrations, transmit vibrations, amplify vibrations and/or receive vibrations in biological material. Preferably, the agent is partially or completely located on the biological material. Preferably, the first means is an acoustic signal transmission device for emitting multiple acoustic transmission signals of different frequencies and/or amplitudes into the biological material and/or an acoustic signal receiving device for receiving corresponding transmitted and reflected acoustic reception signals of different frequencies and/or amplitudes after they have passed through biological material.

Выражение "второе средство" относится к любому известному специалисту средству, которое выполнено для измерения растяжения биологического материала, прежде всего линейного и/или объемного растяжения биологического материала. Измерение при этом может осуществляться непосредственно или опосредованно с помощью известных из уровня техники средств/устройств и/или способов.The expression “second means” refers to any means known to the person skilled in the art that is designed to measure the stretch of a biological material, especially the linear and/or volumetric stretch of the biological material. The measurement can be carried out directly or indirectly using means/devices and/or methods known from the prior art.

Выражение "сравнительно-аналитическое устройство" относится к устройству, которое выполнено для сравнения акустических передаваемых сигналов с соответствующими принимаемыми акустическими сигналами. Соответствующие сравнительно-аналитические устройства известны специалистам: например, компьютер и/или компьютерная программа. Компьютер может дополнительно давать оценку результатам сравнений.The expression "comparative-analytical device" refers to a device that is configured to compare acoustic transmitted signals with corresponding received acoustic signals. Suitable comparative analytical devices are known to those skilled in the art: for example, a computer and/or a computer program. The computer can additionally evaluate the results of comparisons.

Выражение "блок обработки данных" относится к блоку, который выполнен для обработки данных или выявления внутричерепной податливости биологического материала. Например, блоком обработки данных является компьютер и/или компьютерная программа.The expression "data processing unit" refers to a unit that is configured to process data or detect intracranial compliance of biological material. For example, the data processing unit is a computer and/or a computer program.

Устройство согласно изобретению имеет преимущество, заключающееся в том, что оно выполнено с достаточно точной чувствительностью для обеспечения простого, быстрого, надежного и достаточно точного определения и/или контроля внутричерепной податливости биологического материала, которое может осуществляться в кратковременном или в длительном режиме. При этом также представляется возможным осуществлять это определение и/или контроль в интерактивном режиме. Кроме того, предпочтительно, устройство имеет измерительный диапазон в несколько микросекунд с разрешающей способностью в единичные пикосекунды и, таким образом, представляет собой адекватно подходящий инструмент для неинвазивного определения и/или контроля внутричерепной податливости биологического материала, который (инструмент) существенно способствует постановке медицинского диагноза при внутричерепном давлении, церебральном кровотоке и/или патологическом состоянии. Кроме того, устройство является достаточно жестким, чтобы длительно выдерживать нагрузки в условиях повседневного обращения с ним.The device according to the invention has the advantage that it is designed with sufficiently precise sensitivity to provide a simple, fast, reliable and sufficiently accurate determination and/or control of intracranial compliance of biological material, which can be carried out in a short-term or long-term mode. It is also possible to carry out this determination and/or control interactively. Moreover, preferably, the device has a measurement range of several microseconds with a resolution of single picoseconds and, thus, represents an adequately suitable tool for non-invasive determination and/or monitoring of intracranial compliance of biological material, which (instrument) significantly contributes to the establishment of a medical diagnosis when intracranial pressure, cerebral blood flow and/or pathological condition. In addition, the device is rigid enough to withstand the stress of everyday handling over a long period of time.

Предпочтительные усовершенствованные варианты изобретения, которые могут быть реализованы по отдельности или в комбинации, представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.Preferred improved embodiments of the invention, which can be implemented individually or in combination, are presented in the dependent claims.

В одном усовершенствованном варианте изобретения допущена возможность, что блок обработки данных выполнен для того, чтобы на основе определенной внутричерепной податливости определять внутричерепное давление, церебральный кровоток и/или патологическое состояние биологического материала, как это подробно описано в другом месте по тексту.In one improved embodiment of the invention, it is possible that the data processing unit is configured to determine intracranial pressure, cerebral blood flow and/or pathological state of biological material based on the determined intracranial compliance, as described in detail elsewhere in the text.

Кроме того, представляется возможным, что предлагаемое в изобретении устройство включает в себя устройство вывода данных для представления результатов определения, выполненного посредством блока обработки данных.In addition, it is possible that the device of the invention includes a data output device for presenting the results of the determination made by the data processing unit.

Выражение "устройство вывода данных" относится к устройству, которое выполнено для представления выявленных параметров. С помощью этого варианта внутричерепную податливость и производным путем полученные на ее основе параметры, то есть внутричерепное давление, церебральный кровоток и/или патологическое состояние можно представлять в цифровом формате и/или графически, чтобы тем самым упростить понимание того, что было выявлено. Специалистам известны соответствующие устройства вывода данных для представления.The expression "data output device" refers to a device that is configured to represent the detected parameters. With this option, intracranial compliance and its derived parameters, i.e. intracranial pressure, cerebral blood flow and/or pathological condition, can be represented digitally and/or graphically, thereby making it easier to understand what has been detected. Those skilled in the art will know suitable output devices for presentation.

Кроме того, представляется возможным, что устройство передачи акустических сигналов расположено в первой точке биологического материала, а устройство приема акустических сигналов расположено во второй точке биологического материала и что первая и вторая точки расположены идентично или противоположно друг другу, как уже было подробно описано в другом месте.It is further possible that the acoustic signal transmitting device is located at a first point of the biological material and the acoustic signal receiving device is located at a second point of the biological material and that the first and second points are located identically or opposite to each other, as has been described in detail elsewhere .

Также еще представляется возможным, что акустическую спектроскопию и/или определение растяжения биологического материала выполняют по существу в области левого и правого полушарий большого мозга и продольно проходящей церебральной складки, как уже было подробно описано в другом месте.It is also still possible that acoustic spectroscopy and/or determination of the stretch of biological material is performed essentially in the region of the left and right cerebral hemispheres and the longitudinally extending cerebral fold, as has already been described in detail elsewhere.

В другом варианте изобретения допущена возможность, что первое средство, второе средство, сравнительно-аналитическое устройство, блок обработки данных и/или устройство вывода данных являются располагаемыми в одном конструктивном узле. Предпочтительно, этим конструктивным узлом является гибридный акустический датчик, охватывающая волосы повязка, надеваемый на волосы обруч и/или наушник. Этот вариант изобретения обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что устройство является компактным и простым в обращении, а также хорошо приспособленным для транспортировки.In another embodiment of the invention, it is possible that the first means, the second means, the comparative analysis device, the data processing unit and/or the data output device are located in one structural unit. Preferably, the assembly is a hybrid acoustic sensor, a hairband, a hairband, and/or an earpiece. This embodiment of the invention provides the advantage that the device is compact and easy to handle, and is also well suited for transport.

В еще одном варианте изобретения допущена возможность, что устройство выполнено поворачиваемым и/или передвигаемым, чтобы тем самым изменять свое положение и обеспечивать улучшенное определение внутричерепной податливости и производных от нее параметров, то есть внутричерепного давления, церебрального кровотока и/или патологического состояния и чтобы, прежде всего, определять локализацию патологического состояния.In yet another embodiment of the invention, it is possible that the device is rotatable and/or movable, thereby changing its position and providing an improved determination of intracranial compliance and its derived parameters, i.e. intracranial pressure, cerebral blood flow and/or pathological condition and so that, First of all, determine the localization of the pathological condition.

Другие особенности, признаки и преимущества изобретения следуют из приведенного далее описания предпочтительных примеров осуществления в увязке с зависимыми пунктами формулы изобретения. При этом соответствующие признаки могут быть реализованы либо каждый в отдельности, либо во множестве в комбинации друг с другом.Other features, features and advantages of the invention follow from the following description of preferred embodiments in connection with the dependent claims. In this case, the corresponding features can be implemented either individually or in multiples in combination with each other.

Изобретение не ограничено приведенными примерами осуществления. Примеры осуществления схематично представлены на фигурах. Одинаковые ссылочные цифровые обозначения на отдельных фигурах обозначают идентичные или одинаковые по назначению и устройству или функционально соответствующие друг другу элементы.The invention is not limited to the examples provided. Examples of implementation are shown schematically in the figures. Identical reference numerals in individual figures designate elements that are identical or identical in purpose and design or functionally corresponding to each other.

На отдельных фигурах показаны:The individual figures show:

Фиг. 1: схематичное представление устройства согласно изобретению, Фиг. 2: схематичное представление структуры черепа человека (фиг. 2А) и соответственно послойно выполненная модель черепа человека по фиг. 2А (фиг. 2Б),Fig. 1: schematic representation of a device according to the invention, FIG. 2: schematic representation of the structure of the human skull (Fig. 2A) and, accordingly, a layer-by-layer model of the human skull according to Fig. 2A (Fig. 2B),

Фиг. 3: первое (фиг. 3А) и второе (фиг. 3Б) схематичное представление области черепа человека, наиболее подходящей для осуществления способа согласно изобретению или для расположения устройства согласно изобретению,Fig. 3: first (Fig. 3A) and second (Fig. 3B) schematic representation of the area of the human skull most suitable for carrying out the method according to the invention or for positioning the device according to the invention,

Фиг. 4: обзорное представление гашения сигнала вдоль пути измерения в черепе человека,Fig. 4: Overview of signal attenuation along the measurement path in the human skull.

Фиг. 5: графическое представление данных по результатам измерений на 72-летнем пациенте,Fig. 5: graphical representation of data from measurements on a 72-year-old patient,

Фиг. 6: графическое представление распространения сигнала пульсового сердечного давления, прежде всего измерении внутричерепного давления, отснятого зондом для измерения внутричерепного давления.Fig. 6: Graphical representation of the propagation of the cardiac pulse pressure signal, primarily the intracranial pressure measurement captured by the intracranial pressure probe.

На фиг. 1 схематично представлено расположенное на биологическом материале 02 - черепе человека - устройство 01 согласно изобретению. Как хорошо можно распознать на фиг. 1, устройство 01 включает в себя первое средство 10, которое включает в себя располагаемое в первой точке X1 устройство 11 передачи акустических сигналов и располагаемое во второй точке Х2 устройство 12 приема акустических сигналов. При этом можно хорошо распознать, что первая и вторая точки X1, Х2 лежат противоположно друг другу и что акустическую спектроскопию осуществляют в направлении фронтальной (корональной) плоскости черепа 02 несколько выше наружного слухового прохода.In fig. 1 schematically shows a device 01 located on biological material 02 - a human skull - according to the invention. As well as can be recognized in Fig. 1, the device 01 includes a first means 10, which includes an acoustic signal transmitting device 11 located at a first point X1 and an acoustic signal receiving device 12 located at a second point X2. In this case, it can be clearly recognized that the first and second points X1, X2 lie opposite to each other and that acoustic spectroscopy is carried out in the direction of the frontal (coronal) plane of the skull 02 slightly above the external auditory canal.

Кроме того, устройство 01 включает в себя второе средство 30 с измерительным устройством 31, таким как пленочный тензометрический датчик, датчик давления, емкостный датчик или другие датчики. На фиг. 1 также показаны встроенные сравнительно-аналитическое устройство 20 и блок 40 обработки данных. Также представляется возможным, что таковые могут быть предусмотрены как не встроенные компоненты. Зафиксированные устройством 01 параметры при этом могут передаваться дальше на здесь не представленное устройство вывода данных.In addition, the device 01 includes a second means 30 with a measuring device 31 such as a film strain gauge, a pressure sensor, a capacitive sensor or other sensors. In fig. 1 also shows the built-in comparative-analytical device 20 and the data processing unit 40. It is also possible that such could be provided as non-built-in components. The parameters recorded by device 01 can then be transmitted further to a data output device, not shown here.

Приведенные далее примеры осуществления служат всего лишь для иллюстрации изобретения. Они никоим образом не должны ограничивать предмет изобретения, изложенный в формуле изобретения.The following exemplary embodiments serve merely to illustrate the invention. They should in no way limit the subject matter of the invention set forth in the claims.

Пример 1: Основные положения концепции согласно изобретению -акустоцеребрографии (АЦГ)Example 1: Basic principles of the concept according to the invention - acoustocerebrography (ACG)

Как уже было подробно описано ранее в другом месте по тексту, в контексте настоящего изобретения было установлено, что концепция согласно изобретению, а именно, акустоцеребрография (АЦГ) может быть использована применительно к биологическому материалу. Соответственно, было установлено, что использование нескольких частот отображает дисперсионный характер мозговой ткани и позволяет определенным образом толковать изменения сигналов. Дисперсия представляет собой эффект, при котором нелинейный, зависящий от частоты модуль объемного сжатия среды приводит к различным скоростям распространения звука на различных частотах. В нелинейном материале, таком как, например, биологическая ткань, прежде всего мозговая ткань человека или животного, можно отчетливо наблюдать и измерять эффект дисперсии звуковых волн. Речь идет о таком эффекте, при котором модуль объемного сжатия нелинейной, зависящей от частоты среды приводит к различным скоростям распространения звука на различных частотах. Как уже было подробно описано ранее в другом месте по тексту, свойства модуля объемного сжатия зависят от специфичных отличительных признаков среды, таких как состав, концентрация смеси, распределение содержимого и/или - в некоторых ситуациях - также от химического состава, так что шаблон частотно-зависимых скоростей распространения звука может быть использован для идентификации состояния среды.As has been previously described in detail elsewhere in the text, in the context of the present invention it has been found that the concept according to the invention, namely, acoustocerebrography (ACG), can be used in relation to biological material. Accordingly, it was found that the use of multiple frequencies reflects the dispersive nature of brain tissue and allows signal changes to be interpreted in a specific way. Dispersion is an effect in which the nonlinear, frequency-dependent bulk modulus of a medium results in different sound propagation velocities at different frequencies. In nonlinear material, such as, for example, biological tissue, especially human or animal brain tissue, the dispersion effect of sound waves can be clearly observed and measured. We are talking about an effect in which the volumetric compression modulus of a nonlinear, frequency-dependent medium leads to different speeds of sound propagation at different frequencies. As has been described in detail elsewhere in the text, the properties of the bulk modulus depend on specific characteristics of the medium, such as composition, mixture concentration, content distribution and/or - in some situations - also on chemical composition, so that the frequency pattern dependent sound propagation velocities can be used to identify the state of the medium.

Для использования приведенных в другом месте по тексту уравнения (ур. 1) и (ур. 2) применительно к черепу человека или животного необходимо учитывать структуру соответствующего биологического материала. На фиг. 2А в общих чертах представлена структура черепа человека, а на фиг. 2Б соответственно послойно выполненная модель черепа человека по фиг. 2А. В нижеследующей таблице 1 приведены пояснения к представленным на фиг. 2А и 2Б тканевым структурам 1a, 1b, 2, 3 (с желудочками), 4 и 5 черепа человека:To use the equations (eq. 1) and (eq. 2) given elsewhere in the text in relation to the human or animal skull, it is necessary to take into account the structure of the corresponding biological material. In fig. 2A provides an overview of the structure of the human skull, and FIG. 2B is a corresponding layer-by-layer model of the human skull according to FIG. 2A. The following Table 1 provides explanations for those shown in FIGS. 2A and 2B tissue structures 1a, 1b, 2, 3 (with ventricles), 4 and 5 of the human skull:

Как отчетливо можно понять по таблице 1, представленные на фиг. 2А и 2Б структуры: кожа (1а), мышцы (1b), кости черепа (2) и мозговая жидкость (3) в черепе человека не оказывают никакого воздействия на проводимую акустическую спектроскопию и поэтому могут рассматриваться как константы. При этом левое и правое полушария большого мозга (4), продольно проходящая церебральная расщелина (складка) (5), включая часть ликвора (3), оказывают влияние на проводимую акустическую спектроскопию, которое очень сильно зависит от сердечного цикла и кровоснабжения мозговой ткани. Эти области представляют собой особенный интерес в плане дальнейших исследований.As can be clearly understood from Table 1, presented in Fig. 2A and 2B structures: skin (1a), muscles (1b), skull bones (2) and brain fluid (3) in the human skull do not have any effect on the performed acoustic spectroscopy and therefore can be considered as constants. In this case, the left and right hemispheres of the cerebrum (4), the longitudinally extending cerebral cleft (fold) (5), including part of the cerebrospinal fluid (3), have an effect on the conducted acoustic spectroscopy, which is very dependent on the cardiac cycle and blood supply to the brain tissue. These areas are of particular interest for further research.

Данные должны быть получены с помощью измерения времени прохождения сигналов (способом измерения времени пролета) согласно далее приведенному уравнению (ур. 3). Если мы имеем выборку Т слоев тканей, то в таком случае общее время распространения будет получено путем суммирования значений времени распространения по каждой ткани в составе выборки.The data must be obtained by measuring the time of travel of the signals (time of flight method) according to the following equation (Eq. 3). If we have a sample of T tissue layers, then the total propagation time will be obtained by summing the propagation time values for each tissue in the sample.

Концепция согласно изобретению и лежащая в ее основе модель могут быть удобно переформатированы или модифицированы, например, путем добавления дополнительных слоев тканей. Если в распоряжении имеются точные и детализированные данные по дисперсии, то дисперсию применительно к определенной ткани также можно смоделировать как нелинейную функцию частоты. В отношении конкретно взятой ткани i время распространения ti(f) в привязке к частоте f может быть определено согласно далее приведенному уравнению (ур. 4).The concept according to the invention and the underlying model can be conveniently reformatted or modified, for example by adding additional layers of fabrics. If accurate and detailed dispersion data is available, tissue-specific dispersion can also be modeled as a nonlinear function of frequency. In relation to a specific tissue i, the propagation time t i (f) in relation to the frequency f can be determined according to the equation below (eq. 4).

В вышеприведенном уравнении (ур. 4) при этом di есть глубина пересеченной акустической волной ткани, coi - определенная базовая скорость на основной частоте foi, a Δi - тенденция тканевой дисперсии, которая характеризует зависимость частоты от скорости распространения. Сигнал передают от одной ультразвуковой головки и принимают либо другой головкой (режим пропускания), либо той же самой головкой (режим отражения). Скорость переданного сигнала, как уже было описано, зависит от среды. На основе анатомического анализа системы "череп человека - мозг" в этой связи может быть показано, что в зависимости от области системы имеются очень разнящиеся между собой условия для распространения акустических волн. В результате размышлений пришли к тому, что нужно оптимизировать направление исследования в ткани. За счет этого было установлено, что для измерений в режиме пропускания и/или отражения должно быть выбрано представленное на фиг. 3А направление фронтальной (корональной) плоскости.In the above equation (Eq. 4), d i is the depth of tissue crossed by the acoustic wave, c oi is a certain base speed at the fundamental frequency f oi , and Δi is the tendency of tissue dispersion, which characterizes the dependence of frequency on propagation speed. The signal is transmitted from one ultrasonic head and received either by another head (transmission mode) or by the same head (reflection mode). The speed of the transmitted signal, as already described, depends on the medium. Based on an anatomical analysis of the human skull-brain system, it can be shown in this regard that, depending on the area of the system, there are very different conditions for the propagation of acoustic waves. As a result of reflection, we came to the conclusion that it was necessary to optimize the direction of research in tissue. Due to this, it was found that for measurements in transmission and/or reflection mode, the one shown in FIG. 3A direction of the frontal (coronal) plane.

Ограничительные условия в плане минимальной интенсивности ультразвуковых волн побудили предпринять поиск таких областей в черепе, которые характеризовались бы тем, что они отличаются наименьшим подавлением акустических волн. Анализ показывает, что наиболее подходящими областями для выполнения этого метода измерений в этом контексте являются поверхности, которые, как показано на фиг. 3Б, находятся несколько выше наружного слухового прохода. Выбор такой (локализации) для измерительного устройства способствует тому, что с наибольшей вероятностью может быть получено полное эхо от противолежащих костей черепа. На основе вышеприведенных анализов со ссылкой на фиг. 2А и фиг. 2Б, а также таблицу 1 может быть условно принята упрощенная послойная структура черепной системы.Restrictive conditions in terms of minimum intensity of ultrasonic waves prompted a search for areas in the skull that would be characterized by the least suppression of acoustic waves. The analysis shows that the most suitable areas to perform this measurement method in this context are surfaces, which, as shown in FIG. 3B, are located slightly above the external auditory canal. The choice of such (localization) for the measuring device ensures that with the greatest probability a complete echo can be obtained from the opposing skull bones. Based on the above analyzes with reference to FIG. 2A and FIG. 2B, as well as Table 1, a simplified layer-by-layer structure of the cranial system can be conventionally accepted.

Принимая представленную выше на фиг. 2А и фиг. 2Б, а также в таблице 1 послойную модель черепа человека в качестве вводной величины и используя при этом представленные в нижеследующей таблице 2 физические параметры различных тканей черепа, можно, следовательно, определить значения времени прохождения акустического сигнала, а также вызываемое этими структурами гашение сигнала вдоль пути измерения.Taking the above shown in FIG. 2A and FIG. 2B, as well as in Table 1, a layer-by-layer model of the human skull as an input value and using the physical parameters of various tissues of the skull presented in Table 2 below, it is therefore possible to determine the values of the travel time of the acoustic signal, as well as the signal attenuation caused by these structures along the path measurements.

Гашение сигнала вдоль пути измерения в черепе человека в случае с представленными выше на фиг. 2А и 2Б структурами, а именно кожей (1а), мышцами (1b), костями черепа (2), спинномозговой жидкостью (3), левым полушарием большого мозга (4а), правым полушарием большого мозга (4b) и продольно проходящей церебральной расщелиной (складкой) (5) представлено на фиг. 4. Кроме того, в нижеприведенной таблице 3 представлена модель головы человека для определения гашения ультразвукового сигнала и прогнозируемого времени пролета сигнала вдоль пути измерения.Signal attenuation along the measurement path in the human skull in the case of those shown in FIGS. 2A and 2B structures, namely skin (1a), muscles (1b), skull bones (2), cerebrospinal fluid (3), left cerebral hemisphere (4a), right cerebral hemisphere (4b) and longitudinally running cerebral cleft ( fold) (5) is shown in Fig. 4. In addition, Table 3 below shows a human head model to determine the ultrasonic signal attenuation and the predicted time of flight of the signal along the measurement path.

Если рассматривать процедуру в режиме пропускания сигналов, процесс измерений согласно изобретению предусматривает "введение" акустической волны в центральную мозговую систему в выбранной точке X1, представленной на фиг. 3А и 3Б и последующий ее прием в противоположной точке Х2 в зависимости от направления распространения акустического луча. В связи с этим для данного метода, предпочтительно, требуется использование двух ультразвуковых зондов одного для испускания и одного для приема акустического сигнала.Considered in signal transmission mode, the measurement process of the invention involves "injecting" an acoustic wave into the central brain system at a selected point X1 shown in FIG. 3A and 3B and its subsequent reception at the opposite point X2, depending on the direction of propagation of the acoustic beam. Therefore, this method preferably requires the use of two ultrasonic probes, one for emitting and one for receiving the acoustic signal.

Цереброваскулярная система является очень сложной системой и поэтому состояние кровоснабжения мозга оказывает большое влияние на его физические и химические параметры. Внутричерепное давление зависит от объемов внутричерепной жидкости и тканей и от пульсирующих объемов, вызываемых пульсацией артериальной крови внутри черепа. На основе известного нормального кровоснабжения мозга или нормального церебрального кровотока (ЦК), например, в 50 мл/100 г/мин для усредненного веса мозга в 1,375 г было установлено, что средний показатель ЦК составляет примерно 690 мл в минуту. Это дает показатель тока крови примерно в 11,6 мл в секунду (оцененный как объем за одно биение сердца). Учитывая сказанное, можно осуществлять измерение времени прохождения сигналов (измерение времени пролета) и скорости звука и/или изменения звука на основе стандартного черепного кровоснабжения (ЦК) тканей. Подтверждаемая на добровольцах подвижка костей составляет во время соблюдения постельного режима величину порядка до 20 мкм и может быть рассчитана с помощью нижеприведенного уравнения (УР-5).The cerebrovascular system is a very complex system and therefore the state of the blood supply to the brain has a great influence on its physical and chemical parameters. Intracranial pressure depends on the volumes of intracranial fluid and tissue and on the pulsatile volumes caused by the pulsation of arterial blood within the skull. Based on the known normal blood supply to the brain or normal cerebral blood flow (CBF), for example, 50 ml/100 g/min for an average brain weight of 1.375 g, the average CBF was found to be approximately 690 ml per minute. This gives a blood flow rate of approximately 11.6 ml per second (estimated as the volume per heartbeat). With this in mind, it is possible to measure the travel time of signals (time of flight measurement) and the speed of sound and/or change in sound based on the standard cranial blood supply (CBF) of tissues. The bone movement confirmed in volunteers during bed rest is of the order of up to 20 microns and can be calculated using the equation below (UR-5).

Возьмем очень упрощенную модель, как показано в нижеприведенном уравнении (ур. 6). Стандартный церебральный кровоток (ЦК) в 50 мл/100 г/мин означает, что в случае с каждой частотой сердечных сокращений в минуту, например, 60 ударов в минуту (уд./мин) между диастолой и систолой обмениваются от 8% до 10% массы.Let's take a very simplified model as shown in the equation below (Eq. 6). A standard cerebral blood flow (CBF) of 50 ml/100 g/min means that for each heart rate per minute, for example, 60 beats per minute (bpm), 8% to 10% are exchanged between diastole and systole. masses.

Далее, согласно вышеприведенному уравнению (ур. 5) можно попробовать оценить изменение скорости акустических волн. Если исходить из того, что примерно 10% ликвора (СМЖ) в соответствии с нормальными показателями перфузии периодически заменяются кровью, то можно попробовать рассчитать изменения скорости прохождения акустической волны. Соответствующие К-значения для ликвора и крови можно рассчитать из известных c и ρ согласно нижеприведенным уравнениям от (ур. 7) до (ур. 10).Next, according to the above equation (Eq. 5), you can try to estimate the change in the speed of acoustic waves. If we assume that approximately 10% of the cerebrospinal fluid (CSF), in accordance with normal perfusion rates, is periodically replaced by blood, then we can try to calculate changes in the speed of passage of the acoustic wave. The corresponding K-values for cerebrospinal fluid and blood can be calculated from the known c and ρ according to the equations below (Eq. 7) to (Eq. 10).

Если мы возьмем площадь ликвора, то есть область, в которой мозговая ткань растягивается вследствие пульсации, в целом равную 1 см, то с помощью нижеприведенного уравнения (ур. 11) может быть рассчитано диастолическое время прохождения:If we take the area of the cerebrospinal fluid, that is, the area in which the brain tissue is stretched due to pulsation, as a whole equal to 1 cm, then using the equation below (Eq. 11) the diastolic transit time can be calculated:

С использованием результата по уравнению (ур. 10) и исходя из предположения максимального растяжения черепа на 20 мкм, с помощью нижеприведенного уравнения (ур. 12) может быть рассчитано прогнозируемое систолическое время прохождения (в пределах более быстрой среды, поскольку 10% ликвора были заменены кровью):Using the result from equation (Eq. 10) and assuming a maximum skull distension of 20 µm, the predicted systolic transit time (within the faster environment since 10% of the CSF has been replaced) can be calculated using the equation below (Eq. 12). blood):

Из вышеприведенных уравнений (ур. 11) и (ур. 12) получается, что мы во время диастолической фазы имеем время прохождения акустического сигнала ccsf=1498 м/с.Во время систолической фазы (при х=10%=0,1) мы путем расчета получаем время прохождения акустического сигнала csys - 1506,76 м/с. Несмотря на то, что звук во время систолической фазы движется быстрее на 1506,76 - 1498=8,76 м/с, мы видим возрастающую времяпролетную форму волны между диастолической и систолической фазами. Это объясняется тем, что череп вследствие внутричерепного давления расширяется во время систолической фазы.From the above equations (Eq. 11) and (Eq. 12) it turns out that during the diastolic phase we have a travel time of the acoustic signal with csf = 1498 m/s. During the systolic phase (at x = 10% = 0.1) By calculation, we obtain the travel time of the acoustic signal c sys - 1506.76 m/s. Even though sound travels faster during the systolic phase by 1506.76 - 1498 = 8.76 m/s, we see an increasing time-of-flight waveform between the diastolic and systolic phases. This is because the skull expands during the systolic phase due to intracranial pressure.

Это показывает, что даже при увеличении скорости звука - в результате замены ликвора кровью в соответственно интересующей нас области - более чем на 8,75 м/с, общее время прохождения пакета акустических сигналов возрастает либо из-за более длинного пути, либо из-за более длинного расстояния. Если мы теперь вычтем tsys из tDiA, то в таком случае получим показанную в далее приведенном уравнении (ур. 13) максимальную разницу в 94 не. Измерение времени прохождения сигналов осуществляют с соответствующей разрешающей способностью, которая более чем в десять раз лучше, чем спрогнозированный предел разности примерно в 94 не (лучше чем 90 пс).This shows that even with an increase in the speed of sound - as a result of the replacement of cerebrospinal fluid with blood in the corresponding area of interest to us - by more than 8.75 m/s, the total travel time of a packet of acoustic signals increases either due to a longer path, or due to longer distance. If we now subtract t sys from t DiA , then in this case we obtain the maximum difference of 94 ns shown in the equation below (eq. 13). The transit time measurements are performed with appropriate resolution, which is more than ten times better than the predicted difference limit of approximately 94 ns (better than 90 ps).

Показанная в уравнении (ур. 13) максимальная разница в 94 не является критерием, которого достигают с помощью способа и устройства согласно изобретению. Таким образом, они как адекватно подходящий инструмент для медицинской диагностики пригодны для обеспечения поддержки при постановке медицинского диагноза при внутричерепном давлении и других патологиях. Время с допусками ±45 не должно измеряться с соответствующей разрешающей способностью, то есть лучше, чем 100-кратное разрешение (прим. 400 пс на шаг) и быстрее, чем 30 измерений в секунду. Одновременно мы должны констатировать, что разница времени прохождения сигналов (возрастание/уменьшение) может уменьшаться, если уменьшается растяжение черепа или даже может обернуться отрицательной величиной, если череп больше не расширяется вследствие повышенного внутричерепного давления. Это может быть очень полезной информацией в плане оказания неотложной медицинской помощи.The maximum difference of 94 shown in equation (Eq. 13) is not the criterion that is achieved with the method and apparatus of the invention. Thus, as an adequately suitable medical diagnostic tool, they are suitable for providing support in making a medical diagnosis for intracranial pressure and other pathologies. Time with ±45 tolerances should not be measured at the appropriate resolution, i.e. better than 100x resolution (approx. 400 ps per step) and faster than 30 measurements per second. At the same time, we must note that the signal transit time difference (increase/decrease) may decrease if the expansion of the skull decreases or may even turn into a negative value if the skull no longer expands due to increased intracranial pressure. This can be very useful information in terms of emergency medical care.

Пример 2: Дисперсионный ультразвук в качестве неинвазивной диагностической системыExample 2: Dispersive ultrasound as a non-invasive diagnostic system

Акустоцеребрография (АЦГ) использует квазипостоянные пакеты ультразвуковых волн на различных частотах для сканирования среды, чтобы получить значения времени прохождения сигналов на каждой из частот передачи. Этот способ обеспечивает оценку образца дисперсии сф в отношении определенной, содержащейся (в черепе) среды. Наблюдаемые изменения скорости распространения являются, как правило, очень незначительными и требуют очень точного измерения скорости распространения. Вместо измерения скорости звука в средах проще было бы точно измерять время распространения ультразвука.Acoustocerebrography (ACG) uses quasi-persistent packets of ultrasonic waves at different frequencies to scan the environment to obtain transit times at each transmission frequency. This method provides an assessment of the sample dispersion sf in relation to a specific contained (in the skull) environment. Observed changes in propagation speed are typically very small and require very precise measurements of propagation speed. Instead of measuring the speed of sound in media, it would be easier to accurately measure the propagation time of ultrasound.

С помощью приведенного в другом месте по тексту уравнения (ур. 4) можно очень точно оценить скорость распространения с(f) на основе времени распространения f(f), исходя из предположения, что постоянный размер d является известным.Using the equation (Eq. 4) given elsewhere in the text, one can very accurately estimate the propagation speed c(f) based on the propagation time f(f), assuming that the constant size d is known.

Требуется очень высокая частота сканирования для принимаемого сигнала, чтобы точно измерить время прохождения t(f). Для достижения необходимой точности частота сканирования должна приходиться на гигагерцевый диапазон (конкретно 2,5 ГГц при разрешающей способности в 400 пс). Для определения пути прохождения сигнала от передатчика к приемнику поэтому необходимо, чтобы разрешающая способность по времени приходилась на субнаносекундный диапазон. Такая система оказалась бы очень дорогой и имела бы неприемлемый уровень энергопотребления для портативного прибора. В качестве альтернативы известно, что ультразвуковой сигнал может быть описан не только с помощью его частоты, но и также с помощью информации о фазе, как показано в далее приведенном уравнении (ур. 14).A very high scan rate is required for the received signal to accurately measure the travel time t(f). To achieve the required accuracy, the scanning frequency must be in the gigahertz range (specifically 2.5 GHz with a resolution of 400 ps). Determining the signal path from transmitter to receiver therefore requires time resolution to be in the subnanosecond range. Such a system would be very expensive and would have unacceptable power consumption for a portable device. Alternatively, it is known that an ultrasonic signal can be described not only by its frequency, but also by its phase information, as shown in the following equation (Eq. 14).

Для удовлетворения требования по высокой частоте сканирования информация о фазе ультразвуковой волны в этой связи должна использоваться вместе с ее амплитудой, чтобы получить точные оценки времени прохождения. Общеизвестно, что информация о фазе покрывает только диапазон от -π до +π. Поэтому она может использоваться только для того, чтобы получить дополнительную информацию о периоде сигнала. Кроме того, эта информация все время повторяется. При этом используют явление из волновой теории - тон биений. В акустике биением (англ.: beat) является эффект интерференции между двумя тонами с легко различимыми частотами, который воспринимают как колебание громкости звука, интенсивность которого равна разнице между обеими частотами. Из явления тона биений следует, что имеет место комбинация двух длительных волновых сигналов, которые по высоте тона близки друг другу, но при этом не являются идентичными. Разница в частоте вызывает биения. Частота тона биений является задаваемой далее приведенным уравнением (ур. 15).To meet the requirement for a high scanning frequency, the phase information of the ultrasonic wave must therefore be used together with its amplitude to obtain accurate travel time estimates. It is common knowledge that phase information only covers the range from -π to +π. Therefore, it can only be used to obtain additional information about the period of the signal. In addition, this information is repeated all the time. In this case, a phenomenon from wave theory is used - the tone of the beats. In acoustics, beat is the effect of interference between two tones with easily distinguishable frequencies, which is perceived as a fluctuation in the volume of a sound, the intensity of which is equal to the difference between both frequencies. From the phenomenon of beat tone it follows that there is a combination of two long wave signals, which are close in pitch to each other, but are not identical. The difference in frequency causes beats. The frequency of the beat tone is given by the following equation (Eq. 15).

Чем ближе друг к другу лежат тем ниже результирующее биение частоты и тем длиннее период результирующей фазы биения Использование этой подстановки тона биений обеспечивает однозначную идентификацию определенной точки в сигнале. Как только эта однозначная точка будет найдена, информацию о фазе отдельной частоты можно использовать в определенных ситуациях, чтобы рассчитывать точные значения времени прохождения. В дополнение к наблюдаемым изменениям скорости распространения можно также наблюдать различные профили гашения. Взаимная зависимость между скоростью волны и гашением согласуется с соотношением Крамерса-Кронига, в котором, в частности, отражена показанная в далее приведенном уравнении (ур. 16) связь.The closer to each other they lie the lower the resulting frequency beat and the longer the period of the resulting beat phase Using this beat tone substitution provides unambiguous identification of a specific point in the signal. Once this unambiguous point is found, the phase information of the individual frequency can be used in certain situations to calculate accurate travel times. In addition to the observed changes in propagation speed, different extinction profiles can also be observed. The mutual relationship between wave speed and damping is consistent with the Kramers-Kronig relation, which, in particular, reflects the relationship shown in the equation below (eq. 16).

В уравнении (ур. 16) c1, с2 есть скорости распространения (скорость звука) для волн с круговой частотой колебаний ω1 или ω2, а α(ω) есть гашение для волн с круговой частотой колебаний ω. При этом после введения и в формулу действительно далее приведенное уравнение (ур. 17):In equation (Eq. 16), c1, c2 are the propagation velocities (speed of sound) for waves with circular oscillation frequency ω1 or ω2, and α(ω) is the damping for waves with circular oscillation frequency ω. Moreover, after the introduction And The following equation is valid in the formula (eq. 17):

Такие образцы частотно-зависимых гашений и соответствующих скоростей распространения могут быть использованы для того, чтобы идентифицировать состояние среды и отслеживать в реальном времени возможные изменения мозговой ткани. Чтобы достичь требуемой разрешающей способности по времени для получения реально применимой медицинско-диагностической картины, как показано на фиг. 5, к определению фазы должны быть выдвинуты некоторые существенные требования. На фиг. 5 показана волнообразная форма кривой сердечных сокращений 72-летнего пациента, отснятой во время измерения времени прохождения сигналов с помощью системы акустоцеребр о графин (АЦГ) в рамках разрешенного клинического исследования. На оси X указано время [t] в секундах (s), а на оси Y - измерение времени прохождения в микросекундах (мкс).Such patterns of frequency-dependent extinctions and corresponding propagation velocities can be used to identify the state of the environment and monitor in real time possible changes in brain tissue. In order to achieve the required time resolution to obtain a realistic medical diagnostic picture, as shown in FIG. 5, some essential requirements must be put forward for determining the phase. In fig. Figure 5 shows the heart waveform of a 72-year-old patient during transit time measurements using the Acoustocerebrum o Graffine (ACG) system as part of an approved clinical trial. The X-axis is the time [t] in seconds (s), and the Y-axis is the travel time measurement in microseconds (μs).

Если предположить, что интересующая нас полоса акустических измерений для акустоцеребрографии (АЦГ) приходится на диапазон от 0,7 МГц до 2,7 МГц, это даст следующее прогнозирование разрешающей способности по фазе сигнала. Нам нужна разрешающая способность по фазе лучше, чем 400 пс при частоте в 0,7 МГц. Каждая более высокая частота дает более высокую разрешающую способность по времени - при том, что длина волны становится более короткой, это означает, что разрешающая способность по времени будет больше. Если исходить из того, что усредненная скорость квазипостоянного пакета акустических волн в черепе составляет 1540 м/с, мы согласно приведенным в других местах по тексту уравнениям и далее приведенному уравнению (ур. 18) можем получить разъяснение.Assuming that the acoustic measurement band of interest for acoustocerebrography (ACG) falls in the range from 0.7 MHz to 2.7 MHz, this will give the following prediction of signal phase resolution. We need better than 400 ps phase resolution at 0.7 MHz. Each higher frequency gives higher time resolution - as the wavelength becomes shorter, this means that time resolution will be greater. If we assume that the average speed of a quasi-constant packet of acoustic waves in the skull is 1540 m/s, we can get an explanation according to the equations given elsewhere in the text and the equation below (eq. 18).

Как следует из уравнения (ур. 18), эти 2,2 мм есть длина в точности одного периода (360° или 2π-фаза) с длительностью в 1,4285714 мкс. Следовательно, необходимая разрешающая способность по фазе должна быть в пределах 0,1° или лучше того.As follows from equation (Eq. 18), this 2.2 mm is the length of exactly one period (360° or 2π phase) with a duration of 1.4285714 μs. Therefore, the required phase resolution must be within 0.1° or better.

Пример 3: Оценка измерения времени прохождения сигналов на пациентеExample 3: Evaluation of transit time measurements on a patient

Прибегая к контролю внутричерепного давления (контроль ВЧД), в клинической практике очень важно определить действительность полученного значения давления. Доступ к визуализированному представлению с высокой разрешающей способностью формы волны внутричерепного давления в этой связи обеспечивает более точный анализ выявленных показателей внутричерепного давления. При осуществлении способа согласно изобретению поэтому важно проверять, действительно ли полученный сигнал по ВЧД является показателем внутричерепного давления. Так, необходимо удостовериться, что по факту имеется известная специалистам осциллирующая кривая давления с прогрессирующим уменьшением зубцов P1, Р2 и Р3, которые показывают распространение сигнала пульсового сердечного давления. Подобная осциллирующая кривая давления показана для примера на фиг. 6, на которой представлено распространение сигнала пульсового сердечного давления, прежде всего, (при) измерении внутричерепного давления, отснятого зондом для измерения внутричерепного давления. На оси X указано время [t] в миллисекундах (мс), а на оси Y - внутричерепное давление (ВЧД).When resorting to monitoring intracranial pressure (ICP monitoring), in clinical practice it is very important to determine the validity of the obtained pressure value. Access to a high-resolution visualized representation of the intracranial pressure waveform in this regard allows for more accurate analysis of the identified intracranial pressure indicators. When carrying out the method according to the invention, it is therefore important to check whether the resulting ICP signal is indeed an indicator of intracranial pressure. Thus, it is necessary to make sure that in fact there is an oscillating pressure curve known to specialists with a progressive decrease in the P1, P2 and P3 waves, which show the propagation of the pulse cardiac pressure signal. Such an oscillating pressure curve is shown as an example in FIG. 6, which shows the propagation of the cardiac pulse pressure signal, primarily (during) the measurement of intracranial pressure captured by the intracranial pressure probe. The X-axis shows time [t] in milliseconds (ms), and the Y-axis shows intracranial pressure (ICP).

При этом понятно, что отклонения от кривой давления, представленной для примера на фиг. 6, могут указывать на измененную внутричерепную податливость, измененное внутричерепное давление, нарушенный церебральный кровоток и/или патологическое состояние. Так, например, поменянные местами зубцы Р1 и Р2 указывают на состояние нарушенной ауторегуляции.It is clear that deviations from the pressure curve shown as an example in FIG. 6 may indicate altered intracranial compliance, altered intracranial pressure, impaired cerebral blood flow and/or pathological condition. For example, the P1 and P2 waves interchanged indicate a state of impaired autoregulation.

При более точном взгляде на форму волны на фиг. 5 подтверждается заключение из примера применения 1 выше по тексту ввиду того, что она демонстрирует разницу примерно в 50 не в измерении времени прохождения между диастолической и систолической фазами. Она также показывает, что у пациента нарушена ауторегуляция, поскольку имеет место перестановка местами зубцов Р1 и Р2, как это можно видеть на секундах 6, 7, 8, 9, 14, 15 и 16.Taking a closer look at the waveform in FIG. 5 confirms the conclusion from Application Example 1 above in that it shows a difference of approximately 50 in the transit time measurement between the diastolic and systolic phases. It also shows that the patient has impaired autoregulation because there is a reversal of the P1 and P2 waves, as can be seen at seconds 6, 7, 8, 9, 14, 15 and 16.

Claims (23)

1. Способ неинвазивного определения и/или контроля внутричерепной податливости биологического материала (02), включающий в себя:1. A method for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance of biological material (02), including: а) выполнение акустической спектроскопии биологического материала (02), представляющего собой череп человека или животного, причем в биологический материал (02) испускают несколько акустических передаваемых сигналов различной частоты и/или амплитуды и после их прохождения через биологический материал (02) принимают соответствующие прошедшие и отраженные акустические принимаемые сигналы различной частоты и/или амплитуды,a) performing acoustic spectroscopy of a biological material (02), which is a human or animal skull, wherein several acoustic transmitted signals of different frequencies and/or amplitudes are emitted into the biological material (02) and, after they pass through the biological material (02), the corresponding transmitted signals are received and reflected acoustic received signals of various frequencies and/or amplitudes, б) сравнение акустических передаваемых сигналов с соответствующими принимаемыми акустическими сигналами, причем для биологического материала (02) определяют характеристическую n-мерную функцию и значения времени прохождения сигналов,b) comparison of the acoustic transmitted signals with the corresponding received acoustic signals, and for the biological material (02) the characteristic n-dimensional function and the signal travel time values are determined, в) определение растяжения биологического материала (02), причем измеряют линейное и/или объемное растяжение биологического материала (02), иc) determining the stretch of the biological material (02), wherein the linear and/or volumetric stretch of the biological material (02) is measured, and г) определение внутричерепной податливости биологического материала (02) на основе сравнений, выполненных на шаге б), и измерений, выполненных на шаге в),d) determination of intracranial compliance of biological material (02) based on comparisons made in step b) and measurements made in step c). причем акустическую спектроскопию и/или определение растяжения биологического материала (02) выполняют в направлении фронтальной плоскости черепа непосредственно выше наружного слухового прохода.wherein acoustic spectroscopy and/or determination of the stretch of biological material (02) is performed in the direction of the frontal plane of the skull immediately above the external auditory canal. 2. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:2. The method according to claim 1, additionally including: д) определение внутричерепного давления, церебрального кровотока и/или патологического состояния биологического материала (02) на основе определенной на шаге г) внутричерепной податливости.e) determination of intracranial pressure, cerebral blood flow and/or pathological state of biological material (02) based on the intracranial compliance determined in step d). 3. Способ по п. 1 или 2, дополнительно включающий в себя:3. The method according to claim 1 or 2, additionally including: е) представление результатов определения, выполненного на шаге г) и/или шаге д).f) presentation of the results of the determination made in step d) and/or step e). 4. Способ по одному из пп. 1-3, в котором акустические передаваемые сигналы испускают в первой точке (X1) биологического материала (02), акустические принимаемые сигналы принимают во второй точке (Х2) биологического материала (02), причем первая и вторая точки (X1, Х2) расположены идентично.4. Method according to one of paragraphs. 1-3, in which the acoustic transmitted signals are emitted at the first point (X1) of the biological material (02), the acoustic received signals are received at the second point (X2) of the biological material (02), and the first and second points (X1, X2) are located identically . 5. Способ по одному из пп. 1-4, в котором акустическую спектроскопию и/или определение растяжения биологического материала (02) выполняют в области левого и правого полушарий большого мозга и продольно проходящей церебральной складки.5. Method according to one of paragraphs. 1-4, in which acoustic spectroscopy and/or determination of the stretch of biological material (02) is performed in the region of the left and right hemispheres of the cerebrum and the longitudinally extending cerebral fold. 6. Устройство (01) для неинвазивного определения и/или контроля внутричерепной податливости биологического материала (02) способом по одному из предшествующих пунктов, содержащее:6. Device (01) for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance of biological material (02) by the method according to one of the previous paragraphs, containing: - первое средство (10) для выполнения акустической спектроскопии биологического материала (02), представляющего собой череп человека или животного, причем первое средство (10) включает в себя устройство (11) передачи акустических сигналов для испускания нескольких акустических передаваемых сигналов различной частоты и/или амплитуды в биологический материал (02) и устройство (12) приема акустических сигналов для приема соответствующих прошедших и отраженных акустических принимаемых сигналов различной частоты и/или амплитуды после их прохождения через биологический материал (02),- first means (10) for performing acoustic spectroscopy of biological material (02) representing a human or animal skull, wherein the first means (10) includes an acoustic signal transmission device (11) for emitting several acoustic transmission signals of different frequencies and/or amplitudes into the biological material (02) and an acoustic signal receiving device (12) for receiving corresponding transmitted and reflected acoustic received signals of various frequencies and/or amplitudes after they have passed through the biological material (02), - сравнительно-аналитическое устройство (20) для сравнивания акустических передаваемых сигналов с соответствующими принимаемыми акустическими сигналами, выполненное с возможностью определения для биологического материала (02) характеристической n-мерной функции и значений времени прохождения сигналов,- a comparative analytical device (20) for comparing acoustic transmitted signals with the corresponding received acoustic signals, configured to determine for biological material (02) a characteristic n-dimensional function and signal travel time values, - второе средство (30) для определения растяжения биологического материала (02), причем второе средство (30) включает в себя измерительное устройство (31) для измерения линейного и/или объемного растяжения биологического материала (02), и- second means (30) for determining the stretch of the biological material (02), wherein the second means (30) includes a measuring device (31) for measuring the linear and/or volumetric stretch of the biological material (02), and - блок (40) обработки данных для определения внутричерепной податливости биологического материала (02) на основе выполненных сравнений и выполненных измерений, причем выполнение акустической спектроскопии и/или определения растяжения биологического материала (02) осуществляется в направлении фронтальной плоскости черепа непосредственно выше наружного слухового прохода.- a data processing unit (40) to determine the intracranial compliance of the biological material (02) based on the comparisons made and the measurements taken, whereby acoustic spectroscopy and/or determination of the stretch of the biological material (02) is carried out in the direction of the frontal plane of the skull directly above the external auditory canal. 7. Устройство (01) по п. 6, в котором блок (40) обработки данных выполнен для того, чтобы на основе определенной внутричерепной податливости определять внутричерепное давление, церебральный кровоток и/или патологическое состояние биологического материала (02).7. Device (01) according to claim 6, in which the data processing unit (40) is configured to determine intracranial pressure, cerebral blood flow and/or pathological state of the biological material (02) based on the determined intracranial compliance. 8. Устройство (01) по п. 6 или 7, включающее в себя устройство вывода данных для представления результатов определения, выполненного посредством блока (40) обработки данных.8. The device (01) according to claim 6 or 7, including a data output device for presenting the results of the determination made by the data processing unit (40). 9. Устройство (01) по одному из пп. 6-8, в котором устройство (11) передачи акустических сигналов расположено в первой точке (X1) биологического материала (02), а устройство (12) приема акустических сигналов расположено во второй точке (Х2) биологического материала (02), причем первая и вторая точки (X1, Х2) расположены идентично.9. Device (01) according to one of paragraphs. 6-8, in which the device (11) for transmitting acoustic signals is located at the first point (X1) of the biological material (02), and the device (12) for receiving acoustic signals is located at the second point (X2) of the biological material (02), the first and the second points (X1, X2) are located identically. 10. Устройство (01) по одному из пп. 6-9, в котором выполнение акустической спектроскопии и/или определения растяжения биологического материала (02) осуществляется в области левого и правого полушарий большого мозга и продольно проходящей церебральной складки.10. Device (01) according to one of paragraphs. 6-9, in which acoustic spectroscopy and/or determination of the stretch of biological material (02) is carried out in the region of the left and right hemispheres of the cerebrum and the longitudinally extending cerebral fold. 11. Устройство (01) по одному из пп. 6-10, в котором первое средство (10), второе средство (30), сравнительно-аналитическое устройство (20), блок (40) обработки данных и/или устройство вывода данных (50) выполнены с возможностью расположения в одном конструктивном узле.11. Device (01) according to one of paragraphs. 6-10, in which the first means (10), the second means (30), the comparative analytical device (20), the data processing unit (40) and/or the data output device (50) are configured to be located in one structural unit. 12. Устройство (01) по одному из пп. 6-11, выполненное с возможностью поворота и/или перемещения.12. Device (01) according to one of paragraphs. 6-11, made with the possibility of rotation and/or movement.
RU2021130474A 2019-04-03 2020-03-27 Method and device for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance RU2815286C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19166970.4 2019-04-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021130474A RU2021130474A (en) 2023-05-03
RU2815286C2 true RU2815286C2 (en) 2024-03-13

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2163090C1 (en) * 2000-04-24 2001-02-20 Бохов Борис Батразович Method and device for carrying out humerus osteosynthesis
EP1383424A1 (en) * 2001-04-30 2004-01-28 Sensometrics AS Device, method and system for monitoring pressure in body cavities
RU2570545C1 (en) * 2014-09-05 2015-12-10 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы Научно-исследовательский институт неотложной детской хирургии и травматологии Департамента здравоохранения города Москвы Diagnostic technique for intracranial hypertension in children

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2163090C1 (en) * 2000-04-24 2001-02-20 Бохов Борис Батразович Method and device for carrying out humerus osteosynthesis
EP1383424A1 (en) * 2001-04-30 2004-01-28 Sensometrics AS Device, method and system for monitoring pressure in body cavities
JP2004528104A (en) * 2001-04-30 2004-09-16 センソメトリクス エイエス Apparatus, method and system for monitoring pressure in a body cavity
RU2570545C1 (en) * 2014-09-05 2015-12-10 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы Научно-исследовательский институт неотложной детской хирургии и травматологии Департамента здравоохранения города Москвы Diagnostic technique for intracranial hypertension in children

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2428872C (en) Systems and methods for making non-invasive physiological assessments
US20060079773A1 (en) Systems and methods for making non-invasive physiological assessments by detecting induced acoustic emissions
US7022077B2 (en) Systems and methods for making noninvasive assessments of cardiac tissue and parameters
Pernot et al. Real-time assessment of myocardial contractility using shear wave imaging
WO2006011504A1 (en) Ultrasonograph and ultrasonograph control method
US6387051B1 (en) Method and apparatus for non-invasively deriving and indicating of dynamic characteristics of the human and animal intracranial media
CA2490999A1 (en) Systems and methods for making noninvasive assessments of cardiac tissue and parameters
US20180214117A1 (en) Apparatus and methods for detecting increase in brain swelling and/or shifting
Al-Mufti et al. Novel minimally invasive multi-modality monitoring modalities in neurocritical care
RU2815286C2 (en) Method and device for non-invasive determination and/or control of intracranial compliance
US11304618B2 (en) Method and apparatus for noninvasive absolute (mean) intracranial pressure (A-ICP) measurement and/or monitoring
JP7393435B2 (en) Method and device for non-invasive evaluation and/or monitoring of intracranial compliance
JPWO2007011000A1 (en) Ultrasonic diagnostic equipment
Urban et al. Understanding Arterial Biomechanics with Ultrasound and Waveguide–Models
Susal Vascular studies of the orbital cavity
Llompart-Pou et al. Transcranial sonography in the critical patient
Tavoni Development of New Techniques for Clinical Applications of Jugular Venous Pulse with Ultrasound Devices
Aristizabal et al. Application of guided waves for quantifying elasticity and viscoelasticity of boundary sensitive organs
Student et al. Development of New Techniques for Clinical Applications of Jugular Venous Pulse with Ultrasound Devices
Greenleaf et al. Use of Radiation Force to Measure Arterial Properties