Автореферат (Биотехническая система окклюзионной многоканальной электроимпедансной локализации периферических венозных сосудов)

На правах рукописиАль Харош Муджиб Алрахман Баггаш АлиБИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОККЛЮЗИОННОЙ МНОГОКАНАЛЬНОЙЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПЕРИФЕРИЧЕСКИХВЕНОЗНЫХ СОСУДОВСпециальность 05.11.17 – Приборы, системы и изделия медицинскогоназначенияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Московский государственный техническийуниверситет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательскийуниверситет)»Научный руководитель:Щукин Сергей Игоревич,доктор технических наук, профессор.Официальные оппоненты:Обухов Юрий Владимирович,доктор физико-математических наук, Федеральноегосударственное бюджетное учреждение наукиИнститут радиотехники и электроники им.В.А.

Котельникова Российской академии наук,и.о. главного научного сотрудника лабораторииметодовпримененияЭВМвнаучныхисследованиях;Седанкин Михаил Константинович,кандидаттехническихнаук,ООО«РТМДиагностика», ведущий инженер разработчик.Ведущая организация:федеральноегосударственноеавтономноеобразовательное учреждение высшего образования«Национальный исследовательский университет«Московский институт электронной техники»,г. Москва, г. Зеленоград.Защита состоится «28» июня 2017 г.

в 12:00 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.141.14 при Московском государственном техническом университетеимени Н.Э. Баумана в зале Ученого Совета по адресу 105005, г. Москва, 2-яБауманская ул., д.5, стр.1.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана и насайте www.bmstu.ru.Автореферат разослан « ___ » __________ 2017 г.Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просьба направлятьпо адресу: 105005, г.

Москва, 2-я Бауманская ул., д.5, стр.1, МГТУ им. Н.Э.Баумана, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.141.14.Ученый секретарьдиссертационного советаСамородов АндрейВладимировичОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыЗа последние годы в развитых странах проявляется интерес квизуализации периферических кровеносных сосудов, особенно вен,поскольку пункции и катетеризации периферических вен относится кчислу наиболее распространенных манипуляций в медицинской практике.Это обусловлено тем, что большинство случаев диагностики и лечениязаболеваний требуют забор крови из вен или введение лекарственноговещества и при не неотложных ситуациях появляется потребность всосудистом доступе, поэтому обеспечение адекватного сосудистогодоступа имеет важное значение.

Для обеспечения сосудистого доступаобычно используют хорошо видимые и пальпируемые вены, дляулучшения визуализации венозных сосудов традиционно используютвенозную окклюзию, чтобы затруднить отток крови и сделать вены болееконтрастными на поверхности кожных покровов. Однако, у многихпациентов из-за ряда причин, таких как: ожирение, снижение тонуса вены,малого диаметра вены, изгиб, повреждение кожи, слабо контурированнаяили скользящая вена, и недостаточная квалификация медицинскогоперсонала есть вероятность неуспешных пункций и возникновения травм.Для минимизации количества осложнений и количества неудачныхпункцийведутсяразработкиразличныхтехнических средстввизуализации периферических венозных сосудов.

При этом, основныезадачи перед пункцией и катетеризацией вен являются измерение глубинырасположения вены от поверхности кожи, диаметр вены, протяженностьвенозного сосуда, а также взаимное расположение вены и артерии.Разработка таких средств и методов, с помощью которых можно повыситьуровень оказания медицинской помощи, а также уменьшить время напроведение медицинской манипуляции, является актуальной задачейбиомедицинской инженерии.Некоторые устройства, разработанные в последнее время, способнывизуализировать периферические вены. Например, ультразвуковые методыоснованные на эффекте отражения ультразвука от границ между тканями сразличными акустическими свойствами обеспечивают хорошее качествоизображения поверхностных и глубоких сосудов, но существуетнедостаток, связанный с необходимостью привлечением дорогостоящейаппаратуры и специалиста ультразвуковой диагностики.

Известныустройства, работающие по принципу освещения кожи пациентаоптическим излучением в диапазоне длин волн от 600 до 800 нм.. Врезультате различия в отражении этих излучений мягкими тканями икровью формируется изображение подкожных и внутрикожных вен, что1позволяет определить их локализацию.

Однако, оптические методыпредназначены для повышения контрастности подкожных вен и имеютнизкую чувствительность к венам, находящим на глубине выше 5 мм..Венография обеспечивает изображение вен после введения контрастноговещества, однако данный метод является инвазивным и не позволяетлокализовать вены в реальном времени. Электроимпедансный метод длялокализации сосудов применяется, в основном западными иотечественными ученными, для инвазивного применения в работахсвязанных c определением типа биоткани (Grimnes S., Martinsen О.G.,2010) а также для малоинвазивного применения в работах связанных савтоматизированномметодомвенепункции(С.И.Щукин,И.А.Кудашов,2016). Известные методы не позволяют определитьпроекцию вены на поверхность кожных покровов. В связи сперечисленными особенностями известных прототипов было предложеноразработать биотехническую систему неинвазивной локализациипериферических вен на основе измерения электрического импеданса.Физическая сущность электроимпедансного метода локализациипериферических сосудов состоит в том, что на поверхность областиисследования устанавливается система токовых и потенциальныхэлектродов.

Между токовыми электродами пропускают зондирующий ток,а потенциальные электроды используются для измерения разностиэлектрических потенциалов. Измеряемые значения электрическогоимпеданса несут информацию об электрических свойствах структур наглубинах зондирования тока в тканях организма.Особенно частообластью зондирования электрического тока является предплечье,состоящее из комплекса биологических тканей таких как: мышечная ткань,жировая ткань, соединительная ткань, слой кожи, венозные сосуды.

Тканиобладают различными электрофизическими свойствами, разным удельнымэлектрическим сопротивлением. И так как кровь в сосудах имеетнаименьшее удельное сопротивление, это потенциально позволяетопределить расположение сосудов.Применение многоканальной системы локализации периферическихвен дает потенциальную возможность повысить точность определенияпроекции вены на поверхность кожных покровов. Кроме того, применениевенозной окклюзии может повысить степень их визуализации прииспользовании электроимпедансных измерений.Однако, предварительный анализ показывает, что для разработкиподобной технологии локализации периферических венозных сосудовнеобходимо решить ряд научно-технических задач связанных в первуюочередь с:- исследованием механизма влияния геометрических параметров иглубин залегания кровеносных сосудов на величину импеданса;2- обоснованием и разработкой метода измерения;- разработкой и исследованием эффективности метода локализациипериферических венозных сосудов;В связи с этим и была сформулирована цель и задачи настоящейдиссертации.Цель диссертационной работыЦелью данной работы является разработка биотехнической системыокклюзионноймногоканальнойэлектроимпеданснойлокализациипериферических венозных сосудов.Задачи диссертационной работы1.Разработка математической модели, позволяющей оценитьчувствительность электроимпедансного метода локализации вен с учетомих диаметра и глубины залегания.2.Разработка и обоснование расположения и размеровэлектродных систем, обеспечивающих необходимую чувствительностьмногоканальных измерений импеданса для локализации периферическихвен.3.Разработкаметодаокклюзионноймногоканальнойэлектроимпедансной локализации периферических вен, позволяющегоопределить проекции вен на поверхность кожных покровов.4.Медико-биологическиеисследованияэффективностиразработанных средств и методов.Научная новизна1.На основе теоретических и экспериментальных исследованийпоказано что, для моделирования распределения электрическогоимпеданса на поверхности предплечья с целью определения проекциивены на поверхность кожных покровов допустимо использоватьматематическую модель с цилиндрическим включением, учитывающуюгеометрические параметры, глубины залегания и проводимостькровеносных сосудов и мягких тканей.2.На основе теоретических и экспериментальных исследованийвлияния расположения и размеров электродных систем на измеряемыйимпеданс определены их значения для эффективной локализациипериферических венозных сосудов предплечья.3.На основе результатов теоретических и экспериментальныхисследований установлены механизмы формирования электрическогоимпеданса при венозной окклюзии.4.Разработан метод локализации периферических венозныхсосудов, включающий:3- наложение электродной матрицы из 4-х измерительных каналовна область охватывающую проекцию венозного сосуда наповерхности кожных покровов;- мониторирование величин электрического импеданса каналовматрицы с одновременным проведением венозной окклюзии приуровни давления в манжете 60-70 mm.

Hg. в течение 20-30секунд;- определение проекции вены на поверхность кожных покрововна основе анализа амплитудно-временных параметров измененияэлектрического импеданса по каждому из каналов измерения ирасположения электродных систем.Практическая ценностьРазработанная биотехническая система позволяет локализоватьпериферические венозные сосуды. Результаты диссертации внедрены впрактику научных исследований научно-исследовательского институтабиомедицинской техники, а также в учебный процесс факультетабиомедицинской техники МГТУ им. Н.Э. Баумана.Положения, выносимые на защиту1.

Для исследования механизма влияния геометрических параметров,расположения, размеров и проводимости венозных сосудов и окружающихтканей предплечья на величину импеданса, допустимо, использоватьмодель однородного полупространства с цилиндрическим включением.2. Венозная окклюзия с давлением в манжете 60-70 mm Hg. ивременем экспозиции 30 сек. позволяет повысить точностьмногоканальной электроимпедансной локализации периферическихвенозных сосудов.3. Разработанный метод локализации вен, позволяет обеспечитьвизуализацию проекции венозных сосудов на поверхность предплечья вдиапазоне глубин залегания сосуда не менее 6 и 9 мм. для диаметров вен2 и 5 мм. соответственно.Апробация работыАпробация работы проведена на объединенном научном семинарекафедр факультета биомедицинской техники МГТУ им.

Н.Э. Баумана.Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: 16-йнаучно-технической конференции «Медико-технические технологии настраже здоровья» (Греция, Кефалония, 2014); 18-й научно-техническойконференции «Медико-технические технологии на страже здоровья»(Россия, Москва, 2016)«2nd Russia German Conference on BiomedicalEngineering» (Russia, St.