Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

meditsin1128_1

.pdf
Скачиваний:
93
Добавлен:
10.04.2015
Размер:
2.05 Mб
Скачать

Министерство образования Российской Федерации

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА

А.В. БЕРДНИКОВ, М.В. СЕМКО, Ю.А. ШИРОКОВА

МЕДИЦИНСКИЕ ПРИБОРЫ, АППАРАТЫ, СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ

Часть I. "ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И АППАРАТЫ ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ"

Учебное пособие

Казань 2004

УДК 76.13.25; 681.2

А.В. Бердников, М.В. Семко, Ю.А. Широкова Медицинские приборы,

аппараты, системы и комплексы. Часть I. Технические методы и аппараты для экспресс-диагностики: Учебное пособие / Казань: Изд-во Казан. гос.

техн. ун-та, 2004. 176 c.

ISBN

Рассмотрены нестандартные диагностические методики, аппаратные и алгоритмические средства.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности "Биотехнические и медицинские аппараты и системы" при изучении дисциплин "Медицинские аппараты системы и комплексы" ОПД. Ф. 11 и "Узлы и элементы медицинской техники" СД.04.

Рецензенты: докт. техн. наук проф. И.И. Исмагилов Казанский институт (филиал РГТЭУ)

докт. мед. наук, проф. Е.И.Сигал Казанская государственная медицинская академия, Клинический онкологический центр МЗ РТ

2

Содержание

 

Введение………………………………………………………………..

6

I Фотометрические методы в экспресс-диагностике ……………….

8

1.Фотометрический анализатор состояния брюшной поверхности

8

приперитоните……………………………………………………

8

1.1.Введение в проблему диагностики перитонита………………..

1.2. Динамика изменения физико-оптических свойств операцион-

13

ного поля в процессе санирования……………….……………………

1.3. Методы и технические средства измерения отражения от

 

различных объектов, в том числе биологической природы….

17

1.3.1. Энергетические и светотехнические величины…………

17

1.3.2. Основные закономерности взаимодействия светового по-

 

тока с исследуемой биофизической средой…………….

18

1.3.3. Отражение света…………………………………………….

23

1.3.4. Простая шероховатая поверхность………………………..

27

1.4.Обобщенная структурная схема фотометрического измери-

тельного устройства……………………………………………. 28

1.4.1. Типовые функциональные узлы фотометрических ИП….

33

2. Фотометрия в оценке гемореологических показателей…………

37

2.1. Патологические механизмы седиментации эритроцитов…….

37

2.2. Реологические свойства крови и их влияние на механизм аг-

 

регации эритроцитов……………………………………………

41

2.3. Физическая модель седиментации эритроцитов………………

43

2.4. Математическая модель седиментации эритроцитов в капил-

48

ляре………………………………………………………………

 

2.5. Лабораторные способы исследования скорости оседания

 

эритроцитов…………………………………………………….

51

2.5.1. Методика постановки теста СОЭ…………………………..

51

2.5.2.Исследование процесса седиментации эритроцитов в ди-

намике………………………………………………………. 53

2.6.Обзор методов и технических средств исследования агрега-

ционных свойств клеток крови………………………………… 56

2.6.1.Оценка агрегационных свойств крови по СОЭ……………. 57

2.6.2.Оценка агрегационных свойств крови при прямом микро-

скопическом наблюдении…………………………………..

61

2.6.3.Фотометрические методы оценки агрегационных свойств

 

крови………………………………………………………….

61

2.7. Методы измерения реологических свойств крови……………..

64

2.8. Клинико-диагностическое значение теста СОЭ……………….

65

3. Фотоплетизмография………………………………………………

69

3

3.1. Введение в фотоплетизмографию……………………………..

69

3.2. Расчет параметров оптической части фотоплетизмографа….

73

3.2.1. Расчет геометрических размеров оптических схем …….

73

3.2.2. Расчет коэффициента сбора энергии лучистого потока,

81

отраженного от ткани пищевода……………………………………….

IIЭлектро-контактные методы

1.Реоэнцефалография

1.1.Теоретические основы реоэнцефалографии. Особенности

кровообращения в головном мозге…………………………..

86

1.2. Механизмы формирования реоэнцефалограммы……………

88

1.3.Аспекты применения реоэнцефалографии для оценки мозгового кровообращения……………………………………… 91

1.4.Информационная направленность реоэнцефалографии……. 93

1.5. Объективные показатели реоэнцефалограммы…………….. 95

1.6.Выбор способа снятия реоэнцефалограммы и применяемых

при этом отведений……………………………………………

98

2. Векторкардиография

 

2.1. Теоретические основы электро- и векторкардиографии………

103

2.1.1. Биоэлектрические явления в сердечной мышце…………..

103

2.1.2. Дипольная концепция электрической активности сердца

104

2.1.3. Проводящая система сердца………………………………

106

2.1.4. Понятие об электрической оси сердца…………………...

108

2.2. Основные принципы метода векторкардиографии…………..

109

2.2.1.Скалярное представление векторкардиограммы…………. 110

2.2.2.Векторное представление векторкардиограммы…………. 112

2.3.Применение метода линейного синтеза стандартных отведе-

ний из ортогональных отведений векторкардиографии………

114

2.3.1. Метод синтеза стандартных отведений из трех ортого-

117

нальных…………………………………………………….

3. Искусственная вентиляция легких

118

3.1. Общие представления о дыхательной недостаточности………

119

3.1.1. Механизмы компенсации острой дыхательной недоста-

 

точности…………………………………………………….

120

3.1.2.Клинические признаки острой дыхательной недостаточ-

 

ности…………………………………………..

122

3.2. Патофизиология искусственной и вспомогательной вентиля-

 

ции легких………………………………………………………

122

3.2.1. Электрическая стимуляция диафрагмального дыхания…

123

3.2.2.Методика проведения чрескожной электрической стимуляции диафрагмального дыхания…………………….. 123

3.3. Электростимулятор дыхания ЭСД-2П………………………… 126

4

3.4.Использование реографических методов для оценки интен-

сивности дыхания………………………………………………. 127

IIIЭлектрохимические методы

1.Определение показателя кислотности в желудке и двенадца-

типерстной кишке……………………………………………………

129

1.1.

Постановка проблемы измерения рН………………………..

129

1.2.

От истории к современным исследованиям ЖКТ………….

131

1.3.Аппаратура для исследования КФЖ методом электромет-

рической рН-метрии (рН-зондирование)……………………

133

1.3.1. Показания и противопоказания при зондировании………..

134

1.3.2. pН - метрические зонды……………………………………..

134

1.4. Регистрирующие приборы для рН-метрии………………….

138

2.Гемодиализатор

2.1.Анализ проблем и задач при проектировании аппарата для

проведения гемодиализа……………………………………..

140

2.1.1.Исследование объекта лечения………………………………

140

2.1.2.Основные заболевания почек………………………………...

143

2.2. Методы искусственного очищения крови. …………………

144

2.3.Классификация методов экстракорпоральной детоксика-

ции……………………………………………………………..

147

2.3.1.Методы экстракорпоральной детоксикации………………..

147

2.4.Аппарат “Исскуственная почка” для проведения гемодиа-

лиза…………………………………………………………….

156

2.5. Методы и средства гемодиализного биомониторинга……..

156

2.5.1. Биосенсоры как новый тип аналитических устройств….

158

2.5.2. Типы биосенсоров мочевины…………………………….

162

3. Газовый анализатор

166

3.1.Исследование физико-химического состава содержимого брюшной полости……………………………………………. 166

3.2.

Обзор принципов и схем обработки данных……………….

168

3.3.

Выбор типов первичных преобразователей………………..

169

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………….

173

ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………..

174

5

Введение

Процесс подготовки творчески мыслящего инженера, связанного с областью биомедицинского электронного приборостроения, невозможен без воспитания и развития у него в студенческие годы интереса к самостоятельной исследовательской деятельности. Именно поэтому в последние годы во всех руководящих документах высших учебных заведений ей уделяется особое внимание.

С самостоятельной исследовательской работой студент сталкивается в различных формах обучения, однако, наибольшее влияние на формирование навыков самостоятельной работы оказывают курсовое и дипломное проектирование. Это объясняется тем, что именно при выполнении задания на проектирование ему впервые приходится заниматься теоретическими и экспериментальными исследованиями порой по новой для него тематике.

В этой связи особую актуальность и значимость приобретают выпускаемые тематические учебные пособия, охватывающие различные области знаний в соответствии с требованиями ГОС на специальность т.к. на сегодняшний день невозможно представить медицину без применения электронной медицинской диагностической аппаратуры. Одной из основных задач медицинского контроля за состоянием человека является диагностика состояния здоровья с целью выявления патологических процессов, наличие инфекций в организме, предрасположенность к патологиям и прогнозирование их развития. Специалисты, а особенно студенты медико-инженерных специальностей испытывают недостаток в технической литературе, в которой последовательно раскрыты этапы проектирования диагностического оборудования. В помощь студентам предлагается данное учебнометодическое пособие. Оно составлено на основании опыта, накопленного авторским коллективом при руководстве и выполнении дипломного проектирования.

Основное внимание в пособии уделено области диагностических методик, базирующихся на уникальных медицинских приборах, нестандартном лабораторном и диагностическом оборудовании. Это обусловлено спецификой реальных тематик и задач, предлагаемых медицинскими лечебными учреждениями г. Казани и РТ. и РФ в рамках совместной научной деятельности.

В первом разделе учебного пособия рассмотрен ряд фотометрических и спектрофотометрических устройств, применяемых в хирургических диагностических и лабораторных исследованиях. В первой главе представлен фотометрический анализатор, который позволяет определить состояние брюшной стенки и санирующей жидкости при перитоните, даны основные методы и средства измерения диффузного и зеркального отражения различных объектов, в том числе и биологической природы. Представлена структурная схема устройства. В рамках главы "Фотометрия в оценке гемореологических показателей" рассмотрены основные реологические свойства крови и математи-

6

ческая модель седиментации эритроцитов в капилляре, различные лабораторные способы исследования СОЭ, в том числе экспресс-методы и функциональные схемы соответствующих устройств.

Динамику восстановления кровотока и перистальтической деятельности в послеоперационном периоде предложено оценивать по фотоплетизмографической методике. В главе проводится оптимизация параметров оптической части фотоплетизмографа.

Второй раздел посвящен электро-контактным методам. В нем анализируются методики реоэнцефалографии, механизмы формирования реоэнцефалограммы; основные принципы метода вектокардиографии, применение метода линейного синтеза стандартных отведений из ортогональных отведений векторкардиографии. Проводится исследование патоморфологии искусственной и вспомогательной вентиляции легких, а также представлен материал по использованию реографических методов для оценки интенсивности дыхания, а также методика проведения электрической стимуляции диафрагмального отдела.

В третьем разделе описаны электрохимические методы, частности рассмотрены методика измерения кислотности желудочного содержимого при проведении ФГДС, методическое и аппаратное обеспечение для гемодиализа и измерения концентрации мочевины, а также новая область аппаратуры для лапароскопической хирургии - приборы анализа состава газа, находящегося в брюшной полости. Исследованиями показано, что наличие ряда газов в рюшной полости, таких как метан, изобутан, этанол, сероводород, аммиак, а также паров ацетона в микро концентрациях и различных сочетаниях свидетельствует о развитии в полости патологических процессов различной природы и может быть рассмотрено в качестве дополнительного источника диагностической информации.

Учебное пособие органически дополняет лекционный материал и даёт возможность студенту проявить индивидуальность в подходах к самостоятельному решению поставленных задач.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 190500 "Биотехнические и медицинские аппараты и системы" и занимающихся изучением и разработкой медицинского диагностического оборудования.

7

I. ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКЕ

1. Фотометрический анализатор состояния брюшной поверхности

при перитоните

1.1. Введение в проблему дигностики перитонита

Несмотря на прогресс в развитии анестезиологии и реаниматологии, постоянное расширение возможностей лекарственной терапии и совершенствование техники оперативного вмешательства, перитонит остается основной причиной летальных исходов у больных хирургического профиля. Летальность при распространенном гнойном воспалении брюшины колеблется, по данным отечественных и зарубежных авторов, от 20 до 50%, а при послеоперационном перитоните достигает 45—92,8% и не имеет тенденции к снижению.

Современная терапия не всегда приносит желаемый результат, так как она часто не может купировать воспалительный процесс в брюшной полости. Среди умерших больных с острым перитонитом чаще всего причиной смерти является тяжелая интоксикация, обусловленная продолжающимся воспалением брюшины. Во многом течение и исход гнойного перитонита определяются санацией брюшной полости во время операции и в послеоперационном периоде. Не меньшее значение в лечении перитонита придается методам выведения токсинов из организма, поскольку после устранения источника перитонита воспаление брюшины сразу не обрывается и длительное время остается очагом токсического влияния на организм.

Перитонит — заболевание вторичное, осложняющее течение острых воспалительных хирургических заболеваний органов брюшной полости, проникающие ранения живота, закрытые повреждения внутренних органов.

Среди острых заболеваний органов брюшной полости, явившихся причиной перитонита, острый аппендицит имел место в 39% случаев. Часто выявлялись такие заболевания, как острый холецистит, острый панкреатит, гнойные гинекологические заболевания, перфоративная язва желудка и двенадцатиперстной кишки, травматические повреждения органов брюшной полости, злокачественные опухоли с перфорацией органов и т. д. (табл. 1.1.).

В структуре нозологических форм заболевания у больных с ограниченными формами перитонита преобладали острый аппендицит, острый холецистит, гинекологическая патология.

Общеизвестно, что никакой другой показатель, кроме показателя поздней госпитализации, не играет решающей роли в развитии перитонита, его распространенности и запущенности.

8

Таблица 1.1.

Распределение больных в зависимости от формы заболевания и распространенности перитонита

Нозологическая форма за-

Всего

больных

Ограниченный

Распространен-

болевания

 

перитонитом

перитонит

 

ный перитонит

 

 

Абс.

%

абс.

 

%

абс.

%

Острый аппендицит

 

714

39,0

585

 

31,9

129

7,1

Ущемленная грыжа

 

92

5,0

13

 

0,7

79

4,3

Прободная язва желудка и

162

8,9

8

 

0,4

154

8,4

двенадцатиперстной кишки

 

 

 

 

 

 

 

 

Острый холецистит

 

210

11,5

111

 

6,2

99

5,4

Острый панкреатит

 

65

3,6

28

 

1,5

37

2,0

Острая кишечная непрохо-

97

5,3

26

 

1,4

71

3,9

димость

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перфоративная опухоль же-

65

3,6

7

 

0,4

58

3,2

лудка и кишечника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гинекологическая

патоло-

161

8,8

115

 

6,3

46

2,5

гия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Травма органов живота

108

5,9

50

 

2,7

58

3,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Послеоперационный

пери-

155

8,4

9

 

0,5

146

7,9

тонит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Всего

 

1829

100

952

 

52,1

877

47,9

Классификация перитонита на протяжении многих лет претерпела довольно много корректив. С выделением фаз развития эндогенной интоксикации представляется оправданным выделение клинических особенностей и отличительных признаков перехода от менее тяжелого к более тяжелому ее течению при развитии перитонита.

Очевидно, что классификация перитонита должна основываться на следующих критериях:

1)источник перитонита;

2)характер перитонита;

3)распространенность перитонита;

4)стадия заболевания, тесно связанная со сроком от начала заболевания.

Представленная классификация перитонита требует несколько иного подхода к выявлению источника перитонита, особенно у больных с острыми заболеваниями органов брюшной полости.

Характер экссудата. В большинстве известных вариантов классификации перитонита характер экссудата при перитоните не описан. Многолетние наблюдения за больными, анализ статистического материала дают основание утверждать, что гнойный перитонит протекает менее тяжело, чем каловый или смешанный. Если при гнойном перитоните решающим фактором для благоприятного прогноза является срок начатого лечения, то при каловом или смешанном перитоните даже рано начатое лечение не гарантирует от многочисленных осложнений и летального исхода.

9

Распространенность перитонита определяет течение и исход острых абдоминальных заболеваний. Для ограниченного перитонита характерны выраженные воспалительные изменения висцеральной и париетальной брюшины в пределах одной анатомической области брюшной полости. Для распространенного перитонита типично вовлечение в воспалительный процесс всех анатомических этажей и органов брюшной полости, проникновение патологического экссудата в малодренируемые пространства верхнего этажа брюшной полости.

До последнего времени выделяли три фазы острого перитонита: реактивную, токсическую и терминальную. От степени компенсаторных возможностей в значительной мере зависит необходимость применения комплексной интенсивной терапии в пред- и послеоперационном периодах.

Для достижения этих целей выбрано цифровое деление стадий перитонита: I, II, III, IVA и IVБ. Клинически выделенные стадии характеризуются определенными признаками.

Стадия I перитонита (первые 6—8 ч) отличается тем, что при перитоните любого характера возможно относительно безопасное наложение анастомозов. Она характеризуется выраженными болевым синдромом, дисфагией, слабовыраженным парезом, температурной реакцией соответственно объему деструкции в брюшной полости, высоким лейкоцитозом (в среднем 12,8109/л), небольшим отклонением лейкоцитарного индекса интоксикации(ЛИИ) (в среднем 2,4), соответствует эндогенной интоксикации 1 степени.

Стадия II острого перитонита (8—24 ч) —это период, который можно охарактеризовать как стадию мнимого благополучия, когда стихают острота и интенсивность болевого синдрома: нарастают признаки интоксикации, проявляющиеся бледностью кожных покровов, эйфорией, тахикардией свыше 100 в минуту, стабильно высокой температурой, нарастающим парезом кишечника (перистальтические волны характеризуются резким резонансом); остается высокий лейкоцитоз (в среднем 15,6109/л), выражены ЛИИ (4,5), увеличение СОЭ до 20—28 мм/ч; соответствует эндогенной интоксикации II степени.

Стадия III острого перитонита (24—48 ч) — это стадия эндотоксического шока и развития полиорганной недостаточности, характеризующаяся наряду с приведенными симптомами преходящим психозом, нестабильной гемодинамикой, одышкой, рвотой застойной жидкостью, стойким парезом кишечника, невысоким лейкоцитозом (в среднем 9109/л); соответствует эндогенной интоксикации III степени.

Стадия IV острого перитонита (48—96 ч) — это стадия прогрессирующей полиорганной недостаточности.

СТАДИЯ IVA (48—72 ч) — это стадия компенсации, для которой характерны: иктеричность кожных покровов и склер, психоз, низкие показатели гемодинамики, одышка, понос.

Стадия IVБ (72—96 ч) — стадия декомпенсации: клинические симптомы те же, что и в стадии IVA.

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]