Спосіб визначення відносної концентрації карбоксигемоглобіну в артеріальній крові

Спосіб неінвазивного визначення відносної концентрації карбоксигемоглобіну в артеріальній крові, що включає вимірювання для різних моментів часу світлових сигналів, що проходять крізь біотканину зі змінним потоком крові, та визначення на вибраному часовому інтервалі коефіцієнта регресії логарифмів значень цих світлових сигналів, який відрізняється тим, що вимірюють сигнали на трьох довжинах хвиль, а величину відносної концентрації карбоксигемоглобіну в артеріальній крові розраховують по формулі: K + R 21K 2 + R 31K 3 S CO = 1 F1 + R 21F2 + R 31F3 , O O O2 O2 , K 2 = e Hb e 2 - eHb e 2 , де K 1 = eHb e - eHb e l1 l3 l3 l1 l2 l3 l3 l2 O O K 3 = e Hb e 2 - e Hb e 2 , l1 l 2 l2 l1 O O O F1 = e ( eCO - eHb ) + eCO (eHb - e ) + eHb ( e - eCO ) , Винахід відноситься до медицини, медичної техніки, а саме до неінвазивного визначення вмісту в крові карбоксигемоглобіну, і може бути використаний в кардіології, анестезіології, хірургії, реанімації, медицині катастроф. В більшості випадків вміст карбоксигемоглобіну в крові незначний, але при отруєннях чадним газом концентрація може зростати до двох десятків відсотків. На сьогоднішній день визначення вмісту карбоксигемоглобіну в крові проводиться інвазивним методами [1]. Головним недоліком та кого способу є великий час, який необхідно для аналізу, та необхідність спеціально обладнаного місця. Крім того, достовірність буде залежати від суворого дотримання процедури взяття проби крові. Існуючи неінвазивні системи аналізу складу крові визначають лише відносну концентрацію оксигемоглобіну (сатурацію крові киснем) за умов припущення, що кров складається лише з окси та деоксигемоглобіну [2,3]. В якості прототипу візьмемо винахід описаний в [4]. Він полягає в тому, 2 2 2 l 2 l3 l3 l2 l3 l3 l 2 l3 l3 O2 CO Hb ) + eCO ( eHb - eO 2 ) + eHb ( eO2 - eCO ) , F2 = e (e -e l3 l1 l1 l3 l1 l1 l3 l1 l1 (13) (19) UA (11) карбоксигемоглобіну ( CO ). 89354 R 21 - коефіцієнт регресії логарифмів значень світлових сигналів на другій та першій довжинах хвиль; R 31 - коефіцієнт регресії логарифмів значень світлових сигналів на третій та першій довжинах хвиль; O e Hb , e 2 , eCO - коефіцієнти поглинання для li li li деоксигемоглобіну ( Hb ), оксигемоглобіну ( O 2 ) та C2 O O O F3 = e 2 (e CO - eHb ) + e CO( eHb - e 2 ) + eHb (e 2 - e CO ) l1 l 2 l2 l1 l2 l2 l1 l2 l2 , 3 89354 що для неінвазивного виміру величини сатурації артеріальної крові киснем вимірюються в різні моменти часу на двох довжинах хвиль світлові сигнали, які пройшли крізь біотканину зі змінним потоком крові. На вибраному часовому інтервалі знаходять коефіцієнт регресії логарифмів значень цих світлових сигналів, а величину сатурації крові розраховують по формулі eHb - R × e Hb l1 l2 , SaO 2 = O2 Hb ) - R × (e O 2 - e Hb ) (e -e l1 l1 l2 l2 де R - коефіцієнт регресії логарифмів значень світлових сигналів; e O 2 , e Hb - відповідно коефіli li цієнти поглинання окси- та деоксигемоглобіну для кожної довжини хвилі. Задачею винаходу є розробка неінвазивного способу визначення відносної концентрації карбоксигемоглобіну в крові. Задача вирішується тим, що використовується випромінювання трьох довжин хвиль. Враховуючи наявність в крові карбоксигемоглобіну, запишемо інтенсивність світла, що проходить крізь біотканину: - (eHb × c × d + eO12 ×c O 2 × d + e CO × c CO × d + el1 ×l) , l l1 I1 = I01e l1 Hb I2 = I02e - (eHb ×c Hb × d + eO22 ×c O 2 × d + e CO × c CO × d + el 2 ×l) , l2 l l2 - (eHb × c × d + e O32 × c O2 × d + eCO ×c CO × d + e l 3 ×l) l l3 I3 = I03e l 3 Hb де І1, І2, І3, - інтенсивності світла, що пройшло крізь досліджуваний об'єкт для трьох довжин хвиль відповідно; І01, І02, І03 - інтенсивності світла, що випромінюється світлодіодами на трьох довжинах хвиль відповідно; e Hb , e O 2 , eCO , e l i li li li коефіцієнти поглинання для деоксигемоглобіну (Нb), оксигемоглобіну (O2), карбоксигемоглобіну (СО) та безкровної тканини в залежності від довжини хвилі; cHb , c O , cCO - концентрація від2 повідно деоксигемоглобіну, оксигемоглобіну та карбоксигемоглобіну; d - товщина слою крові; l товщина безкровної тканини. Визначимо згідно прототипу коефіцієнт регресії логарифмів значень сигналів першої та другої, а також першої та третьої довжин хвиль на деякому вибраному інтервалі часу Т. Тоді відносна концентрація карбоксигемоглобіну буде визначатися як K + R 21K 2 + R 31K 3 S CO = 1 (1) F1 + R 21F2 + R 31F3 де O O K 1 = e Hb e 2 - eHb e 2 , l 2 l3 l3 l2 4 O O K 2 = e Hb e 2 - e Hb e 2 , l1 l 3 l3 l1 O O K 3 = e Hb e 2 - e Hb e 2 , l1 l 2 l2 l1 O O O F = e 2 (eCO - eHb ) + eCO (eHb - e 2 ) + eHb (e 2 - eCO ) , 1 l2 l3 l3 l2 l3 l3 l2 l3 l3 O2 CO Hb CO(eHb - eO2 ) + eHb (eO2 - eCO ) , F2 = e (e -e )+e l3 l1 l1 l3 l1 l1 l3 l1 l1 O2 CO Hb O O F3 = e (e - e ) + eCO (eHb - e 2 ) + eHb( e 2 - eCO ) l1 l 2 l2 l1 l 2 l2 l1 l2 l2 R21 - коефіцієнт регресії логарифмів значень світлових сигналів на другій та першій довжинах хвиль; R31 - коефіцієнт регресії логарифмів значень світлових сигналів на третій та першій довжинах хвиль. Для обчислення відносної концентрації карбоксигемоглобіну в артеріальній крові можна використати відношення (1) або експериментальний калібрувальний графік. Часовий інтервал Т, на якому визначають коефіцієнт регресії обирається довільно, виходячи з конкретних цілей. Прикладом, що підтверджує можливість реалізації винаходу може служити пристрій показаний на кресленні (Фіг.). Оптичне випромінювання трьох довжин хвиль постійної потужності по черзі випромінюється відповідними світловипромінюючимим діодами (1) з частотою 400 герц і після ослаблення в кровонаповненій тканині (2) приймається фотоприймачем (3). Після цього прийнятий сигнал підсилюється в підсилювачі (4) і аналого-цифровим перетворювачем (5) перетворюється в послідовність цифрових відліків, яка у вигляді файлу знаходиться на жорсткому диску комп'ютера (6). Розрахуємо коефіцієнти регресії R21 і R31 логарифмів значень світлових сигналів на другій та першій і на третій та першій довжинах хвиль. Часовій інтервал оберемо рівний 1 секунді. Підставивши ці значення та табличні значення коефіцієнтів екстинкції в рівняння (1) отримаємо відносну концентрацію карбоксигемоглобіну в крові. Джерела інформації: 1. Исследование системы крови в клинической практике. Под ред. Г.И. Козинца, В.А. Макарова. М. Триада-Х, 1997. - 480с. 2. Волков В.Я., Гладков Ю.М., Завадский В.К., Иванов В.П. Принципы и алгоритмы определения оксигенации крови по измерениям пульсоксиметра // Мед. техника. - 1993. - №1. - С.16-20. 3. Witting M.D., Lueck C.H. The ability of pulse oximetry to screen for hypoxemia and hypercapnia in patients breathing room air // J. Emerg. Med. - 2001. Vol.20, №4. - P.341-348. 4. Патент України №31291А. Мінов О.М., Кравченко В.Й., Плаксій Ю.С., Мамілов С.О. Спосіб визначення сатурації крові киснем. 5 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 89354 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601