Спосіб неінвазивного вимірювання концентрації гемоглобіну в меланінвмісній шкірі

Реферат: Спосіб неінвазивного вимірювання концентрації гемоглобіну в меланінвмісній шкірі полягає в тому, що одночасно з контактним зондуванням, при якому аналізується дифузно розсіяне випромінювання, виконують дистанційне зондування і аналізують дзеркально відбите випромінювання. UA 108756 U (12) UA 108756 U UA 108756 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медицини, а саме до діагностики біологічних параметрів поверхневих шарів шкіри, зокрема концентрації гемоглобіну і кровонаповнення, і може бути використаний в кардіології, анестезіології, хірургії, реанімації, неонатології, медицині катастроф та в спортивній медицині. З рівня техніки відомо спосіб визначення сатурації крові киснем UA 31291 А [Спосіб визначення сатурації крові киснем, Мінов О.М., Кравченко В.Й., Плаксій Ю.С., Мамілов C.O., 2000], що включає опромінення біотканини світлом двох довжин хвиль та вимірювання для різних моментів часу інтенсивностей світлових сигналів цих довжин хвиль відбитих або пройшовших крізь біотканину зі змінним потоком крові, який відрізняється тим, що на вибраному часовому інтервалі знаходять коефіцієнт регресії логарифмів інтенсивностей цих світлових сигналів, а сатурацію крові розраховують по формулі. Згідно з UA 31291A, для виміру сатурації крові киснем опромінюють ділянку тіла (палець, мочку вуха тощо) світлом двох довжин хвиль 11 та 12, наприклад червоного та інфрачервоного (ІЧ) (660 нм та 900 нм), вимірюють інтенсивність І(І, t) світла обох довжин хвиль, що пройшло крізь опромінену ділянку тіла, для двох різних моментів часу t1 і t2, наприклад, в точках мінімального та максимального значення сигналів за один кардіоцикл, знаходять відносний приріст сигналів кожної довжини хвилі та їх відношення. Недоліком UA 31291А є те, що він визначає лише відносну концентрацію оксигемоглобіну (сатурацію крові киснем) на основі припущення, що кров складається лише з окси- та деоксигемоглобіну. Тому в винаходах UA 89354 С2 [Спосіб визначення відносної концентрації карбоксигемоглобіну в артеріальній крові, Мамілов C.O., Плаксій Ю.С., Єсьман С.С., 2010] та UA 89355 С2 [Спосіб визначення відносної концентрації метгемоглобіну в артеріальній крові, Мамілов C.O., Плаксій Ю.С, Єсьман С.С., 2010] запропоновано визначати рівень карбоксигемоглобіну та метгемоглобіну в артеріальній крові на основі 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. Згідно з UA 89354 С2 та UA 89355 С2 оптичне випромінювання трьох довжин хвиль постійної потужності по черзі випромінюється відповідними світлодіодами з частотою 400 Герц і після ослаблення в кровонаповненій тканині приймається фотоприймачем. Після цього прийнятий сигнал підсилюється в підсилювачі і за допомогою АЦП перетворюється в послідовність цифрових відліків, яка у вигляді файла знаходиться на жорсткому диску комп'ютера. Потім розраховують коефіцієнти регресії R21 і R31 логарифмів значень світлових сигналів на другій та першій і на третій та першій довжинах хвиль, часовій інтервал обирають рівний 1 секунді. При цьому в біооб'єкті формується просторовий оптичний канал, що нагадує за формою банан [Войтович І.П., Корсунський В.М. Інтелектуальні сенсори. - Інститут кібернетики, 2007. 513 с, рис. 2.12, 2.24], який охоплює всі поверхневі шари шкіри, включаючи підшкірну жирову клітковину. Обчислення концентрації С гемоглобіну в шкірі здійснюється шляхом логарифмування відношення інтенсивності дифузійно розсіяних сигналів референтного Nr і вимірювального Nm каналів Х=Nr/Nm відповідно до формули C0=a*lnX-b, (1) де а і b - постійні, зумовлені конструкцією і режимом налагодження. Цей пристрій взято за найближчий аналог. Його спільними рисами з пропонованим є направлене опромінювання шкіри (зондування) монохроматичними випромінюваннями з довжинами хвиль λ1=523±7 нм; λ2=850±50 нм світловодом і формування вихідного оптичного сигналу шляхом направленого прийому зворотно розсіяних фотонів приймальним світловодом для подальшої їх реєстрації. Проте, наявність в біотканині декількох оптичних поглиначів приводить до того, що оптичне випромінювання поглинається ними одночасно. Наприклад, при засмазі шкіри людини поглинання світла зеленого діапазону (520-570 нм) всередині шкіри відбувається як за рахунок загального гемоглобіну крові, так і за рахунок основного пігменту засмаги - меланіну. У цьому випадку, для роздільного визначення рівнів накопичення цих речовин в шкірі оптичними методами, освітлення необхідно проводити на декількох довжинах хвиль, використовуючи, наприклад, одну з довжин хвиль як опорну. У винаході UA 89355 С2, який вибрано за прототип, застосовано оптичне випромінювання на трьох довжинах хвиль, але він не враховує наявність меланіну. Відмінність пропонованого способу від прототипу полягає в застосуванні лише двох довжин хвиль, але в додатковому використанні дзеркального відбиття, а також в тому, що в прототипі реєструють пропущене світло, а в пропонованому - відбите. Таким чином, основний недолік відомого рівня техніки 1 UA 108756 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 суттєве погіршення точності вимірів органів, шкіра яких містить меланін. Це пов'язане з тим, що меланін також сильно поглинає зондувальне випромінювання як і гемоглобін, що спотворює показання гемометра. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки способу виміру концентрації гемоглобіну, в якому вплив меланіну враховується за рахунок реєстрації рівня випромінювання, дзеркально відбитого від шкіри пацієнта, який залежить від концентрації меланіну в шкірі, і врахуванням дзеркально відбитого випромінювання при обчисленні концентрації гемоглобіну (у вимірювальній функції). Поставлена задача вирішується шляхом 1) опромінення поверхні шкіри під певним кутом α, 2) додаткового опромінення шкіри віддаленим від її поверхні випромінювачем, 3) реєструють дзеркально відбите випромінювання, 4) обчислюють концентрацію гемоглобіну з урахуванням рівня дзеркально відбитого сигналу згідно з виразом: C=C0-c*lnY+d, (2) де C0 - концентрація гемоглобіну без урахування впливу меланіну (1), с і d - постійні, обумовлені конструкцією оптичної насадки пристрою і режимом його налагодження, Y=Nms0/Nms - відношення дзеркально відбитих сигналів у вимірювальному каналі, Nms0 середній або виміряний для даного пацієнта рівень сигналу вимірювального каналу, дзеркально відбитого від незасмаглого органу, у якому відсутній меланін, Nms - рівень сигналу вимірювального каналу, дзеркально відбитого від засмаглого органу, у якому наявний меланін. Відмітними ознаками запропонованого способу є: - Опромінювання поверхні біотканини під певним кутом а передавального світловодаоптоволокна відносно поверхні шкіри, наприклад, ~5