RU46164U1

RU46164U1 - Система мониторинга состояния микроциркуляции

Info

Publication number: RU46164U1
Application number: RU2004138501/22U
Authority: RU
Inventors: Елена Эриховна Константинова; Леонид Иванович Левшинский; Сергей Владимирович Абламейко; Владимир Анатольевич Лапицкий; Вячеслав Алексеевич Трухан
Original assignee: Республиканский научно-практический центр "Кардиология" (РНПЦ "Кардиология")
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2004-12-29
Publication date: 2005-06-27

Abstract

Полезная модель относится к медицине и может быть использована в клинике внутренних болезней, в частности, кардиологии, офтальмологии, эндокринологии, нефрологии, спортивной медицине Система мониторинга состояния микроциркуляции включает устройство для диагностики состояния микроциркуляторного русла сосудов, которое содержит опто-электронно связанные между собой опорный источник облучения 1 исследуемой зоны спектром видимых световых волн, оптический стенд 2 с двумя расфокусированными друга относительно друга оптическими выходами 3, 4 на величину расфокусировки позволяющую учитывать кривизну глазного яблока так, чтобы отдельные участки глазного яблока были сняты без искажений, электрически связанные между собой две телевизионных ПЗС-видеокамеры 5 и 6, интерфейс 7 ввода в управляющую ЭВМ 8. Управляющая ЭВМ 8 через коммутатор 14 локальной вычислительной сети связана с входом блока 15 высокопроизводительной вычислительной системы кластерного типа. Визуализацию текущих и окончательного результатов диагностики производят на мониторе 20. Устройство системы мониторинга состояния микроциркуляции снабжено модулем 21 эмоциональной и/или физической нагрузки на исследуемого пациента.. Система мониторинга состояния микроциркуляции через линию связи 31 снабжена, по меньшей мере, одним периферийным рабочим местом 32 врача. Система мониторинга состояния микроциркуляции может быть снабжена модулем анализа информации, выполненным в виде блока 39 ввода внешних данных и блока 40 экспертной оценки. Чертеж описания фиг.1 дан для помещения в реферат.

Description

Полезная модель относится к медицине и может быть использована в клинике внутренних болезней, в частности, кардиологии, офтальмологии, эндокринологии, нефрологии, спортивной медицине для оценки состояния микроциркуляторного русла.

Важность исследования микроциркуляции в клинике обусловлена тем обстоятельством, что чувствительность микрососудов на несколько порядков превосходит таковую по отношению к другим отделам сердечно-сосудистой системы и поэтому микроциркуляция первой реагирует на воздействие фармакологических, психо-эмоциональных, физических, метаболических факторов. Нарушения микроциркуляции проявляются на ранних этапах генерализации патологического процесса. Поэтому контроль за состоянием микроциркуляции позволяет установить нарушения функционирования сердечнососудистой системы пациента на ранних этапах развития патологии и при своевременной коррекции предотвратить трансформацию функциональных изменений в органические. Изучение характера и степени выраженности микроциркуляторных нарушений позволяет в ряде случаев своевременно определить причину неблагоприятного развития болезни, а также оценить эффективность проводимой терапии. С этих позиций диагностика состояния микроциркуляции в условиях нагрузок различного характера и интенсивности значительно повышает диагностическую ценность исследования состояния системного кровообращения, поскольку позволяет выявлять особенности функционирования системы микроциркуляции.

Известен способ и система мониторинга состояния микроциркуляции для диагностики состояния микроциркуляторного русла, включающий осмотр бульбарной конъюнктивы глаза с помощью микроскопа и фиксации изображения путем фотографирования фотокамерой или видеосъемки видеокамерой.

По результатам визуального анализа полученных изображений проводят качественно-количественную оценку состояния основных структурных единиц микроциркуляторного русла (артериолы, венулы, капилляры, артериоловенулярных анастомозы, периваскулярное пространство, внутрисосудистый кровоток), отмечают их нарушения (неравномерность калибра, извитость, сосудистые клубочки, микроаневризмы и саккуляции, спазм, вазодилятация, сетевидная структура, периваскулярный отек, микрогеморрагии,

неравномерность и изменения скорости кровотока, внутрисосудистая агрегация). На основании такой оценки делают вывод об общем состоянии микроциркуляторного русла по совокупности установленных или не установленных нарушений. Количественная составляющая, определяемая посредством известного устройства и способа, заключается в том, что после визуальной оценки структурных единиц микроциркуляторного русла, зарегистрированных при биомикроскопическом исследовании, каждому из выявленных нарушений присваивают количество баллов в соответствии с системой оценки Мопеде, которая включает восемь критериев:

1. нарушение артерио-венозного соотношения,

2. венозные саккуляции,

3. неравномерность калибра,

4. сладж-феномен,

5. меандрическая извилистость,

6. сетчатая структура,

7. сосудистые клубочки,

8. аневризмы/кровоизлияния.

Присвоение баллов осуществляют по принципу "есть" или "нет". То есть при наличии нарушений, описываемых критериями 1-5, 8, каждому из них присваивают 1 балл. Для критериев 6-7, в случаях, определяемых врачом, как, соответственно, "выражена" и "множественные" присваивают 2 балла. Если нарушения, описанные данными критериями отсутствуют, то присваивают 0 баллов. Затем определяют сумму баллов, так называемый конъюнктивальный индекс, значения которого лежат в пределах от 0 до 12 баллов [I].

Известные способы и реализующая их система мониторинга состояния микроциркуляции посредством оптического стенда с источником рассеянного света и фото и/или цифровой камеры являются недостаточно точными, т.к. оценку проводят по множеству критериев, большому значению суммирующих индексов, что затрудняет оценку состояния микроциркуляторного русла в динамике и у различных категорий пациентов, поскольку оценка каждого отдельного феномена является описательной, качественной. Количественной же составляющей являются итоговые индексы (или конъюнктивальные показатели), представляющие собой суммы баллов, которыми отмечаются те или иные нарушения. Еще одним важнейшим недостатком известных технологий является субъективизм при присвоении соответствующего количества баллов различным видам нарушений и, следовательно, значительная зависимость точности оценки состояния микроциркуля-

торного русла от подготовки и опыта исследователя. Кроме того, устройства, реализующие известный способ, не позволяют количественно оценить характер кровотока в сосудах, проводить достоверную оценку состояния микроциркуляторного русла в динамике наблюдения, а также при сравнении изменений в этой системе в различных пред- и патологических состояниях, проводить исследования по единому, стандартному образцу, что является важным для преемственности наблюдений за пациентом в лечебно-профилактических учреждениях различного уровня и при проведении многоцентровых исследований [2].

Еще одним существенным недостатком известного объекта является отсутствие возможности проводить стандартизованные исследования состояния микроциркуляции в условиях нагрузочных проб.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является система мониторинга состояния микроциркуляции для мониторинга морфологии микроциркуляторного русла бульбарной конъюнктивы глаза на основе алгоритмов быстрого оценивания геометрических параметров сетчатых структур. Устройство предназначено для диагностики глазных заболеваний на основе количественного оценивания изменений отдельных параметров микроциркуляторного русла. Устройство для диагностики состояния микроциркуляторного русла, содержит электрически связанные между собой ПЗС-видеокамеру, оптический стенд с опорным источником облучения исследуемой зоны спектром видимых световых волн, управляющую ЭВМ и монитор, и программного комплекса, реализующего способ диагностики. Устройство работает следующим образом. Изображение микрососудов глаза пациента через интерфейс связи поступает в персональный компьютер, на котором с помощью известных технологий производят анализ исследуемых сосудов глаза и по балльной системе качественно оценивается состояние микроциркуляторного русла [3].

Система мониторинга состояния микроциркуляции позволяет регистрировать исследуемые изображения сосудов глаз.

Однако, полученные результаты не позволяют провести количественную оценку состояния отдельных структур и микроциркулярного русла бульбарной конъюнктивы глаза обследуемого пациента в целом. Устройство системы обладает также рядом функциональных недостатков для проведения упомянутых выше диагностических обследований в покое и в условиях нагрузочных проб. Кроме того, известная система мониторинга замкнута сама на себя и не обеспечивает оперативной диагностики для пользователя периферийного рабочего места врача.

Использование конъюнктивальной биомикроскопии в качестве технологии исследования требует оценки сложных многофакторных объектов, для получения надежной информации о которых, обеспечения высокой точности и диагностической информативности результатов исследований необходимо обеспечение сбора и цифровой обработки изображений микроциркуляторного русла в реальном масштабе времени,

Основной причиной сложности поиска кровеносных сосудов на изображениях и измерения их характеристик является то, что реальные изображения характеризуются значительным динамическим диапазоном изменения яркости и палитры, зашумленностью и существенно зависят от условий наблюдений. Это требует больших усилий по приведению исходных изображений к определенному нормализованному виду необходимому для обеспечения надежной работы системы.

Технология нахождения объектов определенного класса, т.е. нахождение кровеносных сосудов на изображении, является сложной задачей распознавания. Основными интегральными компонентами, характеризующими изображение данных объектов, являются контуры и силуэты.

В основу полезной модели поставлена задача повышения точности оценки состояния микроциркуляции за счет устранения субъективного фактора путем получения локальных и интегральных количественных характеристик состояния микроциркулярного русла бульбарной конъюнктивы глаза обследуемого пациента не только в покое, но и в условиях нагрузочных проб и в режиме удаленных консультаций и расширения технологических возможностей системы мониторинга путем ее совместимости с периферийным рабочим местом врача в качестве пользователя системы.

Новая технология мониторинга решает так же задачу разработки экспертной системы экспресс-диагностики степени риска развития сердечно-сосудистой патологии и мониторинга заболеваемости по различным регионам.

Поставленная задача достигается тем, что в системе мониторинга состояния микроциркуляции, включающей устройство для диагностики состояния микроциркуляции, содержащее электрически связанные между собой ПЗС-видеокамеру, оптический стенд с опорным источником облучения исследуемой зоны спектром видимых световых волн, управляющую ЭВМ и монитор, согласно полезной модели, она снабжена, по меньшей мере, одним периферийным рабочим местом врача, связанным через линию связи с управляющей ЭВМ, при этом в устройство введены модуль эмоциональной и/или физической нагрузки на организм исследуемого пациента и дополнительно вторая ПЗС-видеокамера, а оптический стенд, для учета кривизны глазного яблока, выполнен с двумя

расфокусированными друг относительно друга на заданную законом величину оптическими выходами, и устройство снабжено вычислительной системой кластерного типа для обработки и количественной оценки изображений микроциркуляторного русла различных отделов глаза.

В системе мониторинга состояния микроциркуляции модуль эмоциональной, физической или фармакологической нагрузки и контроля состояния исследуемого пациента выполнен в виде электрически связанных между собой средства эмоциональной, физической или фармакологической нагрузки, блока контроля физиологических параметров пациента, модуля анализа физиологических параметров пациента, связанного с управляющей ЭВМ, синхронизирующего интерфейса и блока управления исследованием, при этом вход-выход средства эмоциональной и/или физической нагрузки связан с местом размещения обследуемого пациента, блоком контроля физиологических параметров и через модуль анализа физиологических параметров и синхронизирующий интерфейс с блоком управления исследованием, а управляющая ЭВМ снабжена модулем ввода-вывода изображений с внешней синхронизацией с пульта оператора через интерфейс связи и модулем предварительной обработки входных изображений для цифровой обработки входных изображений в реальном масштабе времени, причем выходы ПЗС-видеокамер через интерфейс ввода и модуль ввода-вывода изображений связаны с общей шиной управляющей ЭВМ на которой установлены модуль предварительной обработки изображений и сетевая карта, выход которой связан через коммутатор локальной вычислительной сети с входом вычислительной системы кластерного типа.

В системе мониторинга состояния микроциркуляции вычислительная система кластерного типа содержит, по меньшей мере, четыре электрически параллельно связанных между собой идентичных вычислительных узла, каждый из которых соединен через коммутатор локальной вычислительной сети друг с другом и с управляющей ЭВМ, а вычислительные узлы выполнены, преимущественно, в виде конструктива 1-й.

В системе мониторинга состояния микро циркуляции периферийное рабочее место врача может быть выполнено в виде оптического стенда с опорным источником облучения исследуемой зоны спектром видимых световых волн, ПЗС-видеокамеры, электрически связанных с персональным компьютером.

В системе мониторинга состояния микроциркуляции периферийное рабочее место врача может быть снабжено упомянутым выше модулем эмоциональной и/или физической нагрузки на организм исследуемого пациента.

Технический результат, достигаемый посредством полезной модели, состоит в разработке устройства, реализующего принципиально новую технологию проведения оценки состояния микроциркулярного русла бульбарной конъюнктивы глаза и особенностей функционирования системы микроциркуляции и разработки экспертной системы экспресс-диагностики степени риска развития сердечно-сосудистой патологии и мониторинга заболеваемости по различным регионам.

Устройство поясняется чертежом, где

фиг.1 - блок-схема общего вида системы мониторинга состояния микроциркуляции;

фиг.2 - блок-схема общего вида системы мониторинга состояния микро циркуляции с цифровым и шрифтовым обозначением позиций;

фиг.3 - блок-схема перефирийного рабочего места врача системы мониторинга состояния микроциркуляции;

фиг.4 - блок-схема перефирийного рабочего места врача системы мониторинга состояния микроциркуляции с цифровым и шрифтовым обозначением позиций.

Система мониторинга состояния микроциркуляции включает устройство для диагностики состояния микроциркуляторного русла сосудов, которое содержит опто-электронно связанные между собой опорный источник облучения 1 исследуемой зоны спектром видимых световых волн, оптический стенд 2 с двумя расфокусированными друга относительно друга оптическими выходами 3, 4 на величину расфокусировки позволяющую учитывать кривизну глазного яблока так, чтобы отдельные участки глазного яблока были сняты без искажений, электрически связанные между собой две телевизионных ПЗС-видеокамеры 5 и 6, интерфейс 7 ввода в управляющую ЭВМ 8. Управляющая ЭВМ 8 снабжена модулем 9 ввода-вывода изображений и модулем 10 предварительной обработки изображений. Внешнюю синхронизацию работы устройства осуществляют с пульта 11 оператора через интерфейс 7 ввода в управляющую ЭВМ 8, модуль 10 предварительной обработки входных изображений для цифровой обработки входных изображений в реальном масштабе времени и модуль 9 ввода-вывода изображений, установленные на общей шине 12 управляющей ЭВМ 8 на которой также установлена сетевая карта 13, выход которой связан через коммутатор 14 локальной вычислительной сети с входом блока 15 высокопроизводительной вычислительной системы кластерного типа.

Блок 15 высокопроизводительной вычислительной системы выполнен с параллельной архитектурой и содержит, по меньшей мере, четыре параллельно электрически связанных между собой идентичных вычислительных узла 16, 17, 18, 19, каждый из которых со-

единен через коммутатор 14 локальной вычислительной сети друг с другом и управляющей ЭВМ 8 и выполнен, преимущественно в виде конструктива I-U.

Визуализацию текущих и окончательного результатов диагностики производят на мониторе 20.

Устройство системы мониторинга состояния микроциркуляции снабжено модулем 21 эмоциональной и/или физической нагрузки на исследуемого пациента. Модуль 21 эмоциональной и/или физической нагрузки связан с местом 22 для исследуемого пациента и может быть выполнен в виде, электрически связанных между собой, средства 23 эмоциональной и/или физической нагрузки, блока 24 контроля физиологических параметров, модуля 25 анализа физиологических параметров, связанного с управляющей ЭВМ 8, синхронизирующего интерфейса 26 и блока 27 управления исследованием, при этом вход-выход 28 средства 23 эмоциональной и/или физической нагрузки связан с местом 22 для исследуемого пациента с блоком 27 управления исследованием, выход 29 связан с блоком 24 контроля физиологических параметров и через модуль 25 анализа физиологических параметров и синхронизирующий интерфейс 26 связан через вход-выход 30с блоком 27 управления исследованием и с управляющей ЭВМ 8.

Средство 23 эмоциональной и/или физической нагрузки по команде с блока 27 управления исследованием и синхронизирующий интерфейс 26 осуществляет дозированную нагрузку на организм исследуемого пациента, размещенного на месте обследования 22, а блок 24 контроля физиологических параметров снимает текущие значения показателей исследуемого пациента и на модуле 25 анализа физиологических параметров происходит текущая оценка этих параметров с передачей в управляющую ЭВМ 8. Управляющая ЭВМ 8 после получения сигнала с модуля 25 анализа физиологических параметров через синхронизирующий интерфейс 26 передает сигнал на блок 27 управления исследованием, который в зависимости от значений физиологических параметров, характеризующих уровень достигнутой нагрузки, передает команду на опорный источник облучения 1.

Система мониторинга состояния микроциркуляции через линию связи 31 снабжена, по меньшей мере, одним периферийным рабочим местом 32 врача, связанным через линию связи 31 с управляющей ЭВМ 8 и выполненным в виде места 34 для размещения обследуемого пациента, оптического стенда 35 с опорным источником облучения 33 исследуемой зоны спектром видимых световых волн, ПЗС-видео камеры 36, электрически связанных с персональным компьютером 37.

Периферийное рабочее место может быть снабжено автономным модулем 38

эмоциональной и/или физической нагрузки на организм исследуемого пациента.

Линия связи 31 представляет собой одну из разновидностей сетевых решений либо локальная, ведомственная, региональная или просто Интернет.

Система мониторинга состояния микроциркуляции может быть снабжена модулем анализа информации, выполненным в виде блока 39 ввода внешних данных и блока 40 экспертной оценки, при этом блок 40 экспертной оценки выполнен в виде автономного процессора в управляющей ЭВМ 8, через соответствующий интерфейс связанного с блоком 39 ввода внешних данных. Блок 39 ввода внешних данных может быть выполнен в виде, по меньшей мере, одного средства для получения клинико-инструментальных и/или лабораторных параметров пациента. В качестве средства для получения клинико-инструментальных и/или лабораторных параметров пациента могут быть использованы электрокардиографы и/или эхокардиографы и/или биохимические и/или гематологические анализаторы и/или велоэргометры и/или др.

Система мониторинга состояния микроциркуляции работает следующим путем. Пациента размещают перед оптическим стендом 2 и воздействуют на глаз световым пучком от опорного источника 1 облучения. Посредством оптической системы стенда 2 изображения сосудов глаза через два выхода 3 и 4 оптического стенда 2, расфокусированных друг относительно друга на величину позволяющую учитывать кривизну глазного яблока, передают на входы ПЗС-видеокамеры 5 и 6 изображения сосудов микроциркуляторного русла по интерфейсу 7, которые поступают в управляющую ЭВМ 8 и по модулю 9 ввода-вывода изображений их передают на общую шину 12 управляющей ЭВМ 8. Синхронизацию работы ЭВМ 8 устройства осуществляют с пульта 6 оператора. По общей шине 12 управляющей ЭВМ 8 исследуемые изображения поступают на модуль 10 предварительной обработки изображений, где осуществляют предварительную обработку поступивших изображений и их объединение в одно изображение. После чего осуществляют возврат объединенного изображения на общую шину 12 для передачи на сетевую карту 13, с которой через коммутатор 14 локальной вычислительной сети изображение поступает на блок 15 высокопроизводительной вычислительной системы с параллельной архитектурой. На четырех идентичных вычислительных узлах 16, 17, 18, 19 осуществляют экспрессное вычисление количественных параметров. Необходимость наличия, по меньшей мере, четырех вычислительных узлов 16, 17, 18, 19 гарантирует минимально необходимое количество узлов, при котором проявляются высокие возможности распараллеливания процесса обработки, что позволяет за допустимо короткое время произвести обследование пациента. Параллельная обработка данных позволяет сократить время исследования со-

стояния микрососудов в 5-10 раз и делает возможным осуществление диагностики в реальном масштабе времени. К пациенту подключают средство 23 эмоциональной и/или физической нагрузки. Средство 23 эмоциональной и/или физической нагрузки на организм пациента по команде с блока 27 управления исследованием и сигналам синхронизирующего интерфейса 26 осуществляет дозированную нагрузку на организм исследуемого пациента, а блок 24 контроля физиологических параметров снимает текущие значения показателей исследуемого пациента и на модуле 25 анализа физиологических параметров производят текущую оценку этих параметров с передачей в управляющую ЭВМ 8. Управляющая ЭВМ 8 после получения сигнала с модуля 25 анализа физиологических параметров через синхронизирующий интерфейс 26 передает сигнал на блок 27 управления исследованием, который в зависимости от значений физиологических параметров, характеризующих уровень достигнутой нагрузки, передает команду на опорный источник облучения 1.

При работе системы с одним или несколькими периферийными рабочими местами 32 врача пациента размещают на месте 34 для размещения обследуемого пациента перед оптическим стендом 35 и воздействуют на глаз световым пучком от опорного источника облучения 33. Посредством оптической системы стенда 35 изображения сосудов глаза через выходы оптического стенда 35 передают на входы 36 ПЗС-видеокамеры изображения сосудов микроциркуляторного русла, которые поступают в персональный компьютер 37 и по линии связи 31 изображения передают на управляющую ЭВМ 8 где осуществляется обработку по вышеописанной технологии.

Периферийное рабочее место врача может быть снабжено модулем 38 эмоциональной и/или физической нагрузки на организм исследуемого пациента.

В случае, если система мониторинга состояния микроциркуляции снабжена модулем анализа информации, данные, поступающие от средства - блока 39 - для получения клинико-инструментальных и/или лабораторных параметров пациента, например, от эхо-кардиографа и/или биохимического и/или гематологического анализатора в блок 40 экспертной оценки, обрабатываются в последнем и через интерфейс связи в виде экспертного заключения выдаются на монитор 20. Экспертное заключение является основой для принятия решения о состоянии пациента и выбора лечебных мероприятий.

Такая технология значительно расширяет возможности существующих методик диагностики, позволяет проводить динамическую оценку состояния микроциркуляции, формирует основу для создания телемедицинской сети, проведения удаленных консультаций, позволяющих максимально задействовать наиболее подготовленных специалистов, и создания единого банка данных результатов исследований. Это создает основу для разработки

технологии экспресс-диагностики степени риска развития сердечно-сосудистой патологии и мониторинга заболеваемости по различным регионам.

Для оперативности исследования используют, например, щелевую лампу, оснащенную специализированным оптическим стендом 2, представляющим оптическую призму пропускающую световой пучок на окуляры щелевой лампы и на два выхода 3 и 4 оптического стенда 2, к которым подключены входы двух цифровых ПЗС-видеокамер 5 и 6, кроме этого на выходах 3, 4 оптического стенда 2 имеются системы фокусировок позволяющие настраивать вход каждой камеры 5 и б на нужный участок глаза, добиваясь отсутствия искажений, связанных с кривизной глазного яблока, и через интерфейс 7 ввода данные поступают в управляющую ЭВМ 8. Для предварительного улучшения вводимых изображений и их объединения в одно используют модуль 10 предварительной обработки изображений, построенный на однородной вычислительной среде и работающий в реальном масштабе времени, который позволяет убрать помехи и шумы. Синхронизация серии вводимых кадров осуществляется с помощью пульта 11 врачом, проводящим обследование пациента. Для ускорения процесса вычисления 22-х параметров, необходимых для расчета интегральных составляющих по формулам 1-4, в устройстве используют кластерную систему, включающую восемь процессоров. Длительность обследования одного пациента зависит от характера изменения его физиологических параметров.

Пример. В качестве управляющей ЭВМ возможно использование Реntium IV-1800МНz, содержащей оперативную память объемом 1024 Мбайт, жесткий диск SCSI объемом 18 Гбайт, 2 сетевых адаптера Fast Еthernet, видеокарту АGР, флоппи-диск, СD-RОМ, монитор 17 дюймов, клавиатуру, манипулятор "мышь". Вычислительные узлы 16-19 выполнены в конструктиве 1-й, каждый узел содержит: 2-х процессорную системную плату, два микропроцессора Реntium III 1,2 Ггц, оперативную память объемом 512 Мбайт, жесткий диск объемом 18 Гбайт, 2 встроенных сетевых адаптера Fast Еthernet. Коммутатор локальной вычислительной сети 7 - Fast Еthernet.

В ходе обследования пациента выполняют следующие операции: подготовка пациента и настройка оборудования на конкретное исследование, выбор последовательности необходимой серии кадров, проведение нагрузочной пробы (физической, эмоциональной или фармакологической нагрузки) посредством, например, велоэргометра, или компьютерной, телевизионной и т.п. приставки для информационной пробы или введения пациенту фармакологического средства в зависимости от целей диагностики, контроль физиологических параметров, повторный ввод изображений, проведение текущих расчетов и окончательный расчет параметров.

При разработке устройства, реализующего технологию количественной оценки состояния микроциркуляции, учитывались:

1. Возможности методов параллельной обработки данных;

2. Необходимость однонаправленного изменения параметров, отражающих степень выраженности нарушения состояния структурной единицы микроциркуляторного русла, в пределах граничных значений;

3. Необходимость синхронизации параметров получаемых изображений микроциркуляторного русла со значениями физиологических параметров, характеризующих уровень нагрузки.

При этом в программном обеспечении к устройству необходимо наличие следующих функций:

- возможности совмещения кадров по характерным признакам данного микрососудистого русла. Таковыми являются сосуды среднего или крупного калибра, имеющие, как правило, определенные изгибы, разветвления, или сосудистые образования в виде петель или клубочков. Необходимость этого обусловлена невозможностью жестко зафиксировать объект исследования перед объективом.

- Для корректной регистрации изображений при повторном обследовании необходима реализация возможности сравнения с предыдущим изображением в момент осмотра для выбора и регистрации того участка конъюнктивы, который был записан ранее.

Участок конъюнктивы для диагностики выбирают таким образом, чтобы на нем были максимально представлены имеющиеся структурные единицы микроциркуляторного русла. При повторных обследованиях выбирают тот же участок. В качестве эталона используется объект-микрометр с ценой деления 0,01 мм. После фиксации изображения выделяют участок с одинаковой площадью, постоянной для всех измерений, - общая площадь изображения (S_общ.), которую разбивают на квадраты с единичной площадью - 1 мм². После идентификации структурных единиц микроциркуляторного русла проводят измерения следующих параметров для артериол(а), капилляров (с), венул (v):

d_(a,c,v) - средний диаметр сосуда - измеряется диаметр сосуда в 10-ти участках и вычисляется среднее значение;

L_(a,c,v) - общая длина сосудов одного вида - измеряется длина каждого из сосудов одного вида и вычисляется сумма;

l_id(^a,c,v)- длина участка прямолинейного хода сосуда;

L_id(^a,c,v)- длина контура сосуда в месте его расширения или сужения;

l_w ^{(а, с, v)}- длина отрезка, проведенного по прямому ходу сосуда;

L_w(^a,c,v)- длина извитого участка сосуда;

C_f- плотность капилляров - подсчитывается число капилляров в каждом квадрате и вычисляется среднее значение;

S_(c)- площадь, занимаемая капиллярами;

S_ava- площадь, занимаемая артериоло-венулярными анастомозами;

S_net- площадь, занимаемая сетевидной структурой;

S_hr- площадь, занимаемая микрогеморрагиями;

S_hvo- площадь, занимаемая периваскулярным отеком;

S_evd- площадь, занимаемая внесосудистыми отложениями;

P_ibf(^a,с,v) _min- минимальная плотность кровотока в сосуде;

P_ibf(^a,с,v) _min- максимальная плотность кровотока в сосуде;

S^{(a, с, v) -} общая площадь сосуда;

S_agr(^a,c,v)- площадь, занимаемая агрегатами в сосуде;

d_agr(^a,c,v)- поперечный диаметр агрегата;

l_agr ^(a,c,v)- длина агрегата;

L_bf(^a,с,v)- длина отрезка, пройденного агрегатом в сосуде, за время t (сек);

L_agr(^a,с,v)- общая длина участков сосуда, в которых имеет место агрегация.

Измеренные параметры структурных единиц микроциркуляторного русла используют далее для расчета коэффициентов, характеризующих состояние сосудистого (ПКСК), внесосудистого (ПКПК), внутрисосудистого (ПКВК) звеньев и общей характеристики (ОКК) конъюнктивальной микроциркуляции:

ПКСК = l_id ⁸/L_id ^a+l_w ^a/L_w ^a+l_id ^c/L_id ^c+l_w ^c/L_w ^c+l_id ^v/L_id ^v+l_w ^v/L_w ^v+S_c/ S_oбщ+d_a/d_v+(S_общ-S_ava)/S_общ+(S_общ-S_net)/S_общ	(1);
ПКПК=(S_общ-S_hr)/S_oбщ+(S_общ-S_hvo)/S_общ+(S_общ-S_evd)/S_общ	(2);
ПКВК=P^a _ibf ^min/P^a _ibf ^max+(S^a _vasc-S^a _agr)/S^a _vasc+(L^a _vasc-L^a _agr)/L^a _vasc+P^c _ibf ^min/P^c _ibf ^max+(S^c _vasc-S^c _agr)/S^c _vasc +(L^c _vasс-L^c _agr)/L^c _vasc+P^v _ibf ^min/P^v _ibf ^max+(S^v _vasc-S^v _agr)/S^v _vasc+(L^v _vasc-L^v _agr)/L^v _vasc	(3)

ОКК=ПКСК+ПКПК+ПКВК (4) до и в процессе проведения нагрузочной пробы.

Технический результат, получаемый в ходе реализации заявленного объекта,

состоит в возможностях получения локальных и интегральных количественных характеристик состояния микроциркулярного русла бульбарной конъюнктивы глаза обследуемого пациента и выявления особенностей функционирования системы микроциркуляции.

В связи с этим в заявленной системе мониторинга производят обработку и анализ биомикроскопических изображений с использованием механизмов распараллеливания алгоритмов обработки изображений и использования многопроцессорных ЭВМ (высокопроизводительные вычислительные системы с параллельной архитектурой). Технологии и алгоритмы направлены на улучшение биомикроскопических изображений с целью обеспечения приемлемого зрительного восприятия для интерпретации изображений, а также для их автоматизированного анализа и расчета параметров в реальном масштабе времени.

В общем случае систему обработки и анализа изображений кровеносных сосудов можно условно разделить на следующие функциональные модули: модуль предварительной обработки, модуль сегментации, модуль оконтуривания и выделения сосудов, модуль расчета параметров.

В устройстве системы мониторинга также проводят диагностику состояния микроциркуляторного русла в процессе выполнения пациентом нагрузочной пробы, синхронизированное со значениями физиологических параметров, характеризующих уровень нагрузки.

Новая технология проведения оценки состояния микроциркуляции заключается в том, что в результате ее реализации посредством системы мониторинга производят мониторинг состояния микроциркуляции. Известная система мониторинга замкнута сама на себя и не обеспечивает оперативной диагностики для пользователя периферийного рабочего места врача.

В качестве примера приведем результаты оценки состояния микроциркуляции у практически здорового человека в процессе проведения велоэргометрической пробы (ВЭП). Изображение бульбарной конъюнктивы пациента М - содержит: А - артериолы, С - капилляры, V - венулы, HVO - периваскулярный отек. Значения параметров структурных единиц микроциркуляторного русла составляют до нагрузки: S_общ.=7,77 мм²; d_a=0,011 мм; d_c=0,006 мм; d_v=0,017MM; L_a=4,86 мм; L_с=22,67 мм; L_v= 10,78 мм; l_id ^a=0,45 мм; L_id ^a=0,5 мм; l_id ^c=0.125 мм; L_id ^c=0, 159 мм; L_id ^v=0,197 мм; L_id ^v=0,201 мм; l_w ^a=0,565 мм; L_w ^a=0,615 мм; l_w ^c=0,27 мм; L_w ^c=0,327 мм; l_w ^v=0,674 мм; L_w ^v=0,746 мм; Sc=0,14 мм²; S_ava=0 мм²; S_net=0 мм²; S_hr=0 мм²; S_hvo=4,99 мм²; S_evd=0 мм²; P_ibf ^а _min=85

отн.ед.; Р_ibf ^a _mах=125 отн.ед.; S^a=1,57*10^-2 мм²; S_agr ^a=8,16*10^-4 мм²; L_agr ^a=0,051 мм; Р_ibf ^c _min=87 отн.ед.; P_ibf ^c _max=101 отн.ед.; S^c=3,69*10^-3 мм²; S_agr ^c=5,36*10^-4 мм²; L_agr ^c=0,059 мм; Р_ibf ^v _min=116 отн.ед.; P_ibf ^v _max=140 отн.ед.; S^v=3,32*10^-2 мм²; S_agr ^v=3.57*10^-4 мм²; L_agr ^v=0.08 мм; в момент максимальной нагрузки S_общ.=7,77 мм²; d_а=0,020 мм; d_с=0,008 мм; d_v=0,042 мм; L_a=4,86 мм; L_c=22,67 мм; L_v=10,78 мм; l_id ^a=0,45 мм; L_id ^a=0,5 мм; l_id ^c=0,125 мм; L^id _v=0,159 мм; l_id ^v=0,197 мм; L_id ^v=0,201 мм; l_w ^a=0,565 мм; L_w ^a=0,615 мм; l_w ^c=0,27 мм; L_w ^c=0,327 мм; l^w _v=0.674 мм; L_w ^v=0,746 мм; S_c=0,17 мм²; S_ava=0 мм²; S_net=0 мм²; S_hr=0 мм²; S_hvo=4,99 мм²; S_evd=0 мм²; Р_ibf ^a _min=85 отн.ед.; P_ibf ^a _max=125 отн.ед.; S^a=1,57*10^-2 мм²; S_agr ^a=8,16*10^-4 мм²; L_agr ^a=0,051 мм; P_ibf ^c _min=87 отн.ед.; Р_ibf ^c _max=101 отн.ед.; S_c=3,69*10^-3 мм²; S_agr ^c=5,36*10^-4 мм²; L_agr ^c=0,059 мм; Р_ibf ^v _min=116 отн.ед.; Р_ibf ^v _mах=140 отн.ед.; S^v=3,32*10^-2 мм²; S_agr ^v=3,57*10^-4 мм²; L_agr ^v=0,08 мм.

По приведенным выше формулам вычисляют значения коэффициентов, характеризующих состояние сосудистого, внесосудистого и внутрисосудистого звеньев микроциркуляции до и в момент максимальной нагрузки. Значения рассчитанных коэффициентов представлены в таблице.

Оценка состояния конъюнктивальной микроциркуляции пациента М в процессе проведения ВЭП

Характеристики сосудистого русла			Характеристики периваскулярного пространства			Внутрисосудистые характеристики
Показатель	Значение		Показатель	Значение		Показатель	Значение
Показатель	до	мах	Показатель	до	мах		до	мах
K_id ^a	0,90	0,90	K_hr	1,0	1,0	K_ibf ^a	0,68	0,68
K_w ^a	0,92	0,92	K_hvo	0,34	0,34	K_agr ^a	0,95	0,95
K_s ^c	0,02	0,022	K_evd	1,0	1.0	К_da ^a	0,99	0,99
K_id ^c	0,81	0,81				K_ibf ^c	0,86	0,86
K_w ^c	0,83	0,83				K_agr ^c	0,85	0,85
K_id ^v	0,98	0,98				K_da ^с	0,997	0,997
K_w ^v	0,90	0,90				K_ibf ^v	0,829	0,829
K_av	0,65	0,48				К_agr ^v	0,989	0,989
K_ava	1,0	1,0				K_da ^v	0,993	0,993
K_net	1,0	1,0
ПКСК	8,01	7,84	ПКПК	2,34	2,34	ПКВК	8,138	8,138
Общий конъюнктивальный коэффициент							18,49	18,32
Заключение: Увеличение диаметра венул, повышение капилляризации.

Таким образом, как видно из данных таблицы, разработанное устройство дает возможность проводить точную количественную оценку состояния структур микроциркуляторного русла и выявлять особенности функционирования системы микроциркуляции. По сравнению с известным устройством заявленная конструкция позволяет значительно повысить точность исследований, дает возможность дифференцировать причины нарушения микроциркуляции и количественно оценить эффективность проводимых лечебных воздействий, формирует основу для создания телемедицинской сети, проведения удаленных консультаций, позволяющих максимально задействовать наиболее подготовленных специалистов, и создания единого банка данных результатов исследований. Разработанная новая система мониторинга состояния микроциркуляции в виде многомодульного средства позволяет создать технологию экспресс-диагностики степени риска развития сердечнососудистой патологии и мониторинга заболеваемости по различным регионам.

Промышленная применимость системы мониторинга ожидается на территории СНГ.

Источники информации:

1. Moricke R. Die Beurteilung degenerativer Gefassprozesse an der terminalen Strombahn der Conjunctiva Buibi mit einem Konjunktivalindex. "Zschr.inn.Med.". - 1973. - Bd.28.-S. 32-36.

2. Малая Л. Т., Микляев И. Ю., Кравчук П.Г. Микроциркуляция в кардиологии. - Харьков, 1977.-С.52-55.

3.РДО, Журнал "Нефрология...", Биомикроскопия конъюктивы в оценке состояния микроциркуляции.., 1999-1, с, 1-7.

Claims

1. Система мониторинга состояния микроциркуляции, включающая устройство для диагностики состояния микроциркуляции, содержащее электрически связанные между собой ПЗС-видеокамеру, оптический стенд с опорным источником облучения исследуемой зоны спектром видимых световых волн, управляющую ЭВМ и монитор, отличающаяся тем, что она снабжена, по меньшей мере, одним периферийным рабочим местом врача и модулем анализа информации, связанными через линию связи с управляющей ЭВМ, при этом в устройство введены модуль эмоциональной и/или физической нагрузки на организм исследуемого пациента и дополнительно вторая ПЗС-видеокамера, а оптический стенд, для учета кривизны глазного яблока, выполнен с двумя расфокусированными друг относительно друга на заданную законом величину оптическими выходами, причем устройство снабжено вычислительной системой кластерного типа для обработки и количественной оценки изображений микроциркуляторного русла различных отделов глаза.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль эмоциональной, физической или фармакологической нагрузки и контроля состояния исследуемого пациента выполнен в виде электрически связанных между собой средства эмоциональной, физической или фармакологической нагрузки, блока контроля физиологических параметров пациента, модуля анализа физиологических параметров пациента, связанного с управляющей ЭВМ, синхронизирующего интерфейса и блока управления исследованием, при этом вход-выход средства эмоциональной и\или физической нагрузки связан с местом размещения обследуемого пациента, блоком контроля физиологических параметров и через модуль анализа физиологических параметров и синхронизирующий интерфейс с блоком управления исследованием, а управляющая ЭВМ снабжена модулем ввода-вывода изображений с внешней синхронизацией с пульта оператора через интерфейс связи и модулем предварительной обработки входных изображений для цифровой обработки входных изображений в реальном масштабе времени, причем выходы ПЗС-видеокамер через интерфейс ввода и модуль ввода-вывода изображений связаны с общей шиной управляющей ЭВМ на которой установлены модуль предварительной обработки изображений и сетевая карта, выход которой связан через коммутатор локальной вычислительной сети с входом вычислительной системы кластерного типа.

3. Система по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что вычислительная система кластерного типа содержит, по меньшей мере, четыре электрически параллельно связанных между собой идентичных вычислительных узла, каждый из которых соединен через коммутатор локальной вычислительной сети друг с другом и с управляющей ЭВМ, а вычислительные узлы выполнены, преимущественно, в виде конструктива I-U.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что периферийное рабочее место врача выполнено в виде оптического стенда с опорным источником облучения исследуемой зоны спектром видимых световых волн, ПЗС-видеокамеры, электрически связанных с персональным компьютером.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что периферийное рабочее местом врача снабжено упомянутым выше модулем эмоциональной и/или физической нагрузки на организм исследуемого пациента.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, модуль анализа информации выполнен в виде блока ввода внешних данных и блока экспертной оценки, при этом блок экспертной оценки выполнен в виде автономного процессора в управляющей ЭВМ, через соответствующий интерфейс связанного с блоком ввода внешних данных.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что блок ввода внешних данных выполнен в виде, по меньшей мере, одного средства для получения клинико-инструментальных и/или лабораторных параметров пациента.