Диссертация (1025074)
Текст из файла
Московский государственный технический университет им. Н.Э.БауманаНа правах рукописиКудашов Иван АлександровичБИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ВЕНЕПУНКЦИИ НА ОСНОВЕИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСА05.11.17 – Приборы, системы и изделия медицинского назначенияДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель –доктор технических наук,профессор Щукин С.И.Москва 20162ОГЛАВЛЕНИЕСтрВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................. 5ГЛАВА 1. ПРЕДПОСЫЛКИ К РАЗРАБОТКЕ АППАРАТНОПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА БИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫКОНТРОЛЯ ВЕНЕПУНКЦИИ НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЙЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСА ..................................................................
101.1 Анатомические особенности периферических венозных сосудов .......... 121.2 Инструментальные методы контроля качества венепункции ................. 161.3 Основные принципы построения биотехнических систем контролякачества венепункции .................................................................................... 281.4 Выводы к главе 1 ......................................................................................
33ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ ОБОСНОВАТЬ СХЕМУЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ И ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОДНЫХСИСТЕМ ................................................................................................................ 342.1 Разработка численной модели фантома биологической ткани .............. 352.2 Верификация численной модели на лабораторном стенде ..................... 392.3 Обоснование расположения электродной системы ................................
412.4 Определение чувствительности электродной системы к анатомическимособенностям расположения периферических поверхностных вен ............ 562.5 Исследование влияния скоса иглы на измерения электрическогоимпеданса при вертикальном введении и введении под углом ................... 612.6 Выводы к главе 2 ....................................................................................... 63ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА ПРИПРОВЕДЕНИИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВЕНЕПУНКЦИИЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНЫМ МЕТОДОМ ..........................................................
643.1. Разработка опытного образца электродных систем для проведенияэкспериментальных исследований ................................................................. 653.2. Тестирование электродной системы на лабораторном стенде ............. 683.3. Серия экспериментальных исследований на добровольцах .................. 72Стр33.4. Исследование процессов влияющих на изменение электрическогоимпеданса при введении иглы-электрода ...................................................... 773.5. Выводы к главе 3 ...................................................................................... 80ГЛАВА 4.
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯКОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВЕНЕПУНКЦИИ ЭЛЕКТРОИМПЕДАНСЫММЕТОДОМ ............................................................................................................ 824.1. Контурный анализ экспериментальных сигналов ................................ 824.2.
Снижение пространства значимых параметров .................................... 864.3. Выбор решающего правила, идентификации первого проколастенки вены .................................................................................................... 894.4. Анализ ложно идентифицированных событий тестовой выборки ........ 924.5. Верификация логистической регрессионной модели наэкзаменующей выборке ................................................................................. 964.6.
Рекомендуемые требования к аппаратному обеспечениюБТС контроля качества венепункции .......................................................... 1014.7. Выводы к главе 4 ................................................................................... 102ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ............................................................................................ 103СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................. 104ПРИЛОЖЕНИЕ .................................................................................................. 1124СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙМИХ – минимально инвазивная хирургияУЗ – ультразвукБО – биологический объектЭМП – электромагнитное полеБТС – биотехническая системаКРВО – конечная разность во временной областиАТЭ – активный токовый электродЗТЭ – заземленный токовый электродПАК – программно-алгоритмический комплексЦМ – цилиндрическая модельПЭ – поверхностный электродТВ – тестовая выборкаЭВ – экзаменующая выборкаЭКВ – электродно-контактное вещество5ВВЕДЕНИЕЗа последние годы в мировой лечебно-диагностической практике растетинтерес к визуализации минимально инвазивных процедур.
Одной из такихпроцедур является пункция периферических поверхностных вен. Пункцияпериферических вен направлена на взятие проб крови или введениялекарственного вещества в вену. Для корректного выполнения данныхманипуляций необходимо точное понимание расположения инъекционнойиглы относительно кровеносного сосуда. В противном случае высокавероятностьвозникновенияпостинъекционныхосложнений.Основнымипричинами осложнений, возникающих при проведении рассматриваемыхманипуляций, являются двойной прокол стенки кровеносного сосуда, касаниескоса иглы стенки сосуда, частичное введение иглы в просвет вены.На сегодняшний день контроль качества венепункции зависит от уровняпрофессионализма медицинского работника. Автоматизация процесса контролядвижения инъекционной иглы в мягких тканях позволит снизить рискосложнений и повысить качество проведения манипуляции путем снижениявлияния человеческого фактора.
При разработке системы контроля качествавенепункции, определение момента времени и самого факта прокола иглойстенки венозного сосуда, а также информирование медицинского персонала обэтом, являются основными задачами, потому что позволяют минимизироватьтакие осложнения, как двойной прокол и контакт иглы с интимой венозногососуда.Наиболее распространенными методами контроля качества венепункцииявляются:Ультразвуковой метод, основанный на отражение ультразвуковогоколебания на границе разделов сред с разной плотностью, таких как мягкиеткани и кровь. Применяется для контроля пункции или инъекции с плохимвенозным доступом, например при пункции глубоких вен.
Основные6недостатки связаны с привлечением сложной, дорогостоящей аппаратуры испециалиста ультразвуковой диагностики.Оптический метод, основан на разнице коэффициента отраженияоптического излучения на длине волн в диапазоне от 600 до 800 нм для крови имягкой ткани. Применяется для визуализации периферических вен, но непозволяет контролировать проникновение инъекционной иглы в просветвенозного сосуда.Тактильный метод.
Позволяет определить проникновение иглы в просветсосуда по разности давления в шприце и в сосуде, что не всегда удобно,поскольку разности давления бывает недостаточно. Метод крайне субъективени зависит от квалификации медицинского персонала.Электроимпедансный метод. Применяется в основном западнымиучеными при решении вопросов связанных с определением типа ткани.Например, в работах [41-51]. Но существует недостаток, связанный сэлектродной системой, а именно, для измерений используется игла-электрод спроводящимокончаниемиизолированнымоснованием,чтовводитограничения в электродную систему связанные с изготовлением иглыэлектрода.В связи с перечисленными особенностями известных прототипов былопредложеноразработатьбиотехническуюсистемусиспользованиемтрадиционной инъекционной иглы под контролем измерительной системы.Для проведения контроля венепункции электроимпедансным методомпредложена биотехническая система в основе, которой биологический объект –область предплечья, состоящая из комплекса биологических тканей.
Тканиобладают различными электрофизическими свойствами, разным удельнымсопротивлением. Причем удельное электрическое сопротивление венознойкровивразыниже,чему окружающихтканей,поэтому имеетсяпринципиальная возможность определить момент проникновения иглыэлектрода в кровь, поскольку при этом измеряемый импеданс иглыотносительно референтного электрода уменьшается. Однако предварительный7анализ показывает, что для разработки подобной технологии контроля качествавенепункции необходимо решить ряд научно-технических задач, а именно:- обоснование схемы и метода измерения импеданса иглой-электродом.- проведение анализа процессов и параметров, влияющих на величину ивременные характеристики импеданса иглы-электрода, движущейся в тканяхконечности.- разработка и исследование эффективности метода идентификациипервого прокола инъекционной иглой стенки кровеносного сосуда.В связи с этим и были сформулированы цель и задачи настоящейдиссертации.Целью данной работы являлось разработка биотехнической системыконтроля венепункции на основе измерений электрического импеданса.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:1.Разработкаиобоснованиесхемыисредствизмеренийэлектрического импеданса при венепункции, расположения и размеровэлектродных систем для обеспечения максимального изменения импеданса вмомент прокола стенки сосуда иглой-электродом.2.Исследование процессов, влияющих на изменение электрическогоимпеданса при введении иглы-электрода.3.Разработкаметодаопределенияпроколастенкисосуда,исследование параметров эффективности алгоритмического обеспечения.4.Медико-биологическиеисследованияэффективностиразработанных средств и методов.Научная новизна1.
На основании результатов теоретических и экспериментальныхисследований установлены механизмы изменения электрического импедансапри движении иглы-электрода в мягких тканях, контакте и проколекровеносного сосуда.82. На основе теоретических и экспериментальных исследованийопределены размеры и расположение электродной системы, обеспечивающиеидентификацию прокола стенки кровеносного сосуда.3.
Разработан метод определения прокола кровеносного сосуда иглойэлектродом, включающий:•анализзначимыхамплитудно-временныхпараметровэлектрического импеданса иглы-электрода в процессе проникновения;•оценку вероятности прокола по результатам расчета логистическойрегрессионной функции от контурных параметров электроимпедансныхсигналов.Практическая ценностьРезультаты диссертации внедрены в практику научных исследованийнаучно-исследовательского института биомедицинской техники и учебныйпроцесс факультета биомедицинской техники, а также в медицинскую практикунаучного образовательного медико-технологического центра МГТУ им.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
