Способ прогнозирования динамики воспалительного процесса и устройство для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к медицине и может быть использовано для прогнозирования динамики воспалительных процессов. Способ заключается в следующем: через биологическую жидкость, помещенную в межэлектродное пространство датчика, пропускают электрический ток, затем измеряют изменение межэлектродного потенциала от нулевого уровня до нижнего, определяемого началом формирования плато на кривой зависимости межэлектродного потенциала от времени, и проводят регистрацию динамики работы, затрачиваемой на электрохимические реакции при изменении межэлектродного потенциала объема биологической жидкости, заключенной в межэлектродном пространстве от нижнего уровня до верхнего, определяемого окончанием линейной зависимости между изменением межэлектродного потенциала и временем, и при положительной динамике прогнозируют прогрессирование воспалительного процесса, а при отрицательной - его регрессирование. Устройство для осуществления способа прогнозирования динамики воспалительного процесса содержит кнопку "Пуск", схему управления, источник стабилизированного тока, ключ, измеритель временных интервалов, два пороговых элемента, зонд, первый и второй электроды датчика. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для прогнозирования динамики воспалительного процесса.

Известен способ определения динамики воспалительного процесса, заключающийся в пропускании тока, с помощью двух электродов, через исследуемую область воспалительного процесса, измерении импеданса сопротивления на разных стадиях его развития. При увеличении импеданса сопротивления диагностируется прогрессирование воспалительного процесса, при уменьшении его регрессирование (Хачатурян А. П. Торнуев Ю.В. и Хачатрян Р.Г. Прогнозирование острого гнойного лактационного мастита методом электроимпедансометрии. Вестник хирургии, 1990, т.144. N 6, с.31-33).

Указанный способ обладает низкой достоверностью, поскольку процесс протекания тока через исследуемую область может захватывать не представляющие интерес зоны. Кроме того, протекание тока через исследуемую область сопровождается электротехническими реакциями в ней, как следствие, постепенно меняющееся значение импеданса сопротивления, особенно на начальной стадии стадии коммутации тока. Увеличение габаритов электродов, снижение плотности тока приводит к замедлению изменения импеданса сопротивления. Неопределенность, связанная с моментом фиксации результата во времени, снижает достоверность способа.

Наиболее близким к предлагаемому способу является электрохимический способ определения содержания органических примесей в воде, заключающийся в пропускании через исследуемую жидкость, помещенную в межэлектродное пространство датчика, электрического тока, для измерения межэлектродного потенциала от нулевого уровня до верхнего, в котором о содержании примесей судят по величине интервала времени, необходимого для изменения межэлектродного потенциала от одного уровня до другого, после изменения полярности тока [1] Однако этот способ обладает низкой достоверностью (погрешность 30%), поскольку при пропускании тока через биологическую жидкость электрохимическая реакция сопровождается: емкостным процессом накопления заряда на двойном электрическом слое, характеризующимся нелинейным нарастанием напряжения; Фарадеевским процессом, характеризующимся линейным изменением напряжения, при уменьшении концентрации ионогенных групп. Поскольку на биологическую жидкость значительного влияния не оказывают связанные заряды (ионогенные группы белков, липидов и т.д.), количественная оценка накопления заряда границ раздела не информативна, а значение кулонометрических затрат на эту составляющую, на начальной стадии коммутации тока, является доминирующей. Кроме того, при пропускании тока происходит изменение концентрации ионогенных групп биологической жидкости. Как следствие, значение времени, необходимого для изменения потенциала от одного уровня до другого, будет зависеть от объема исследуемой биологической жидкости.

Способ также требует отбора у пациента биологической жидкости на пробу, что усложняет процесс диагностики.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является контактный кондуктометрический преобразователь для регистрации процессов, протекающих на границе электрод жидкость [2] Этот преобразователь содержит электрохимический датчик с двумя плоскопараллельными электродами, источник стабилизированного тока, соединенный первым выходом с общей шиной, вторым выходом с первым входом ключа, выход которого подключен к входу первого порогового элемента и через первый участок цепи к первому из двух электродов датчика, а второй электрод датчика через второй участок цепи подключен к общей шине, схему управления, подключенную первым входом к кнопке "Пуск", первым выходом к второму входу ключа, вторым выходом к второму входу измерителя временных интервалов, причем выход первого порогового элемента подключен к первому входу измерителя временных интервалов.

Цель изобретения повышение точности прогнозирования динамики воспалительного процесса и упрощение реализации способа.

Указанная цель достигается тем, что в способе прогнозирования динамики воспалительного процесса, заключающемуся в пропускании через биологическую жидкость, помещенную в межэлектродное пространство датчика, электрического тока, измерении изменения межэлектродного потенциала от нулевого уровня до нижнего, определяемого началом формирования плато на кривой зависимости межэлектродного потенциала от времени, согласно изобретению, проводят регистрацию динамики работы, затрачиваемой на электрохимические реакции при изменении межэлектродного потенциала объема биологической жидкости, заключенной в межэлектродное пространстве, от нижнего уровня до верхнего, определяемого окончанием линейной зависимости межэлектродного потенциала от времени, и при положительной динамике прогнозируют прогрессирование воспалительного процесса, а при отрицательной его регрессирование.

С этой целью известное устройство для прогнозирования динамики воспалительного процесса, включающее электрохимический датчик с двумя плоскопараллельными электродами, источник стабилизированного тока, соединенный первым выходом с общей шиной, вторым выходом с первым входом ключа, выход которого подключен к входу первого порогового элемента и через первый участок цепи к первому из двух электродов датчика, а второй электрод датчика через второй участок цепи подключен к общей шине, схему управления, подключенную первым входом к кнопке "Пуск", первым выходом к второму входу ключа, вторым выходом к второму входу измерителя временных интервалов, причем выход первого порогового элемента подключен к первому входу измерителя временных интервалов, согласно изобретению, дополнительно снабжено вторым пороговым элементом, вход которого подключен к первому участку цепи, а выход к третьему входу измерителя временных интервалов.

Способ реализуется с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фиг.1; на фиг.2 представлены графики изменения межэлектродного потенциала на датчике, помещенном в биологическую жидкость, при пропускании стабилизированного тока (I_const).

Устройство (фиг.1) содержит: кнопку "Пуск", 1 схему управления, 2 источник стабилизированного тока, 3 ключ, 4 измеритель временных интервалов; 5 первый пороговый элемент, 6 второй пороговый элемент, 7 зонд, 8 первый участок цепи, 9 второй участок цепи, первый и второй электроды датчика.

При этом источник стабилизированного тока 2 соединен первым выходом с общей шиной, вторым выходом с первым входом ключа 3, выход которого подключен к входу первого порогового элемента 5, и через первый участок цепи 8 к первому электроду датчика, второй электрод датчика через второй участок цепи 9 подключен к общей шине, схема управления 1 подключена первым входом к кнопке "Пуск", первым выходом к второму входу ключа 3, вторым выходом к второму входу измерителя временных интервалов 4, выход первого порогового элемента 5 подключен к первому входу измерителя временных интервалов 4, вход второго порогового элемента 6 подключен к первому участку цепи 8, а выход к третьему входу измерителя временных интервалов 4. Датчике с плоскопараллельными электродами помещен в зонд 7.

Введение второго порогового элемента 6 и соответствующих связей позволяет осуществить регистрацию динамики работы, затрачиваемой на электрохимическую реакцию в межэлектродном пространстве биожидкости экссудата и по сравнительным данным ряда замеров составить прогноз динамики воспалительного процесса.

На фиг.2 кривая I характеризует слабо выраженный воспалительный процесс, кривая II сильно выраженный воспалительный процесс для одного и того же тока I_const.

В первом случае (кривая I) межэлектронный потенциал достигает нижнего уровня в момент времени t_о, а верхнего в момент времени t_к. Поскольку отсчет времени в устройстве начинается с момента достижения межэлектродного потенциала значения нижнего уровня U_н, а заканчивается в момент времени t_к (достижения верхнего уровня U_в), то временной интервал t (от t_o до t_к) зафиксирует время изменения межэлектродного потенциала от U_н до U_в.

Во втором случае (кривая II) достижения U_н осуществляется в момент времени t_o', а U_в в момент времени t_к' и участок временного интервала t' (от t_o' до t_к') фиксирует время изменения межэлектродного потенциала от U_н до U_в.

Электрохимические процессы в первом и втором случае отличаются продолжительностью процессов t и t'. Участки кривых ОА и ОА' характеризуются доминирующим процессом заряда двойного электрического слоя, а участки АВ и А'В' характеризуются доминирующим Фарадеевским процессом.

Способ осуществляется следующим образом.

После вскрытия и установки дренажа в область очага воспаления либо в область вероятного появления воспаления через дренажную трубку вводится зонд 7 с датчиком. При вхождении датчика в очаг воспаления межэлектродное пространство заполняется биологической жидкостью. Нажатия кнопки "Пуск" схема управления 1 обнуляет показания измерителя временных интервалов 4.

При накоплении зарядов и протекании Фарадеевского процесса, изменяется межэлекродное сопротивление датчика, как следствие, начинает возрастать межэлектродное напряжение. При достижении на первом электроде напряжения нижнего уровня срабатывает второй пороговый элемент 6, последний запускает измеритель временных интервалов 4. По достижении значения напряжения на первом электроде, равного верхнему уровню, срабатывает первый пороговый 5 элемент, прекращается отсчет времени измерителя временных интервалов 4.

Поскольку нижний и верхний уровни срабатывания пороговых элементов выбираются на участке линейного изменения напряжения, можно определить среднее значение напряжения U_ср на электродах за время измерения: U_ср= U_н+ , где U_н нижнее значение напряжения, U_в верхний уровень напряжения. Работа, затрачиваемая на электрохимические реакции при изменении межэлектродного потенциала дозированного объема биологической жидкости, определяется по формуле: А U_ср ˙ I_const ˙ t, где I_const значение стабилизированного тока, t время, в течение которого произошло изменение напряжения от нижнего уровня до верхнего. Значения U_ср и I_const заранее известны, поэтому измерение позволяет индицировать без специальных математических расчетов, значение работы А в долях Джоуля.

После измерения зонд 7 извлекают из дренажной трубки, обрабатывают и стерилизуют известными способами.

Спустя определенный промежуток времени, зонд 7 повторно вводят через дренажную трубку в контролируемую область. Производят измерение работы. Полученное значение сравнивают с предыдущим. По изменению работы судят о динамике воспалительного процесса: увеличение работы свидетельствует о его прогрессировании, уменьшение о регрессировании.

Увеличение активности воспалительного процесса сопровождается увеличением концентрации ионосодержащих элементов в экссудате. Как следствие, работа, затрачиваемая на электрохимическую реакцию, увеличивается.

При снижении активности воспалительного процесса концентрация ионосодержащих элементов в экссудате уменьшается, следовательно, уменьшается значение работы.

Достоверность прогнозирования динамики воспалительного процесса по сравнению с прототипом повышается на 20% за счет того, что в предлагаемом способе из количественной оценки электрохимических свойств исследуемой биологической жидкости исключается неинформативный участок (ОА) нелинейного изменения напряжения на электродах (фиг.2), а также оценки электрохимических свойств исследуемой биожидкости, при стабильном токе, по значению работы, затрачиваемой на изменение межэлектродного потенциала от нижнего уровня до верхнего на линейном участке изменения межэлектродного напряжения.

Погрешность предлагаемого способа составляет 1 5% в зависимости от типа исследуемой жидкости. Погрешность оценивалась при повторных измерениях одного и того же воспалительного очага.

Упрощение в процессе исследования обеспечивается за счет введения зонда в очаг воспаления через дренажную трубку. Не требуется отбор биожидкости на пробу. А с применением серебряных электродов упрощаетcя процесс стерилизации датчика зонда.

Экспериментальная проверка предлагаемого способа при взятии на пробу определяемого из дренажа у пациента показала следующие результаты (см.таблицу), при размерах серебряных электродов 4х5 мм, межэлектродном расстоянии 3 мм, значении стабилизированного тока I_const 2х10^-5 А, нижнего уровня U_н 0,36 В, верхнего уровня U_в 0,4 В.

Представлена работа, затрачиваемая на изменение напряжения при исследовании различных очагов воспаления.

Из таблицы видно: предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяет производить оценку динамики воспалительного процесса.

Пример клинического использования способа.

Больная С. 36 лет, история болезни N4304, поступила в МСЧ-59 МЗ СССР 18.04.90 г. с диагнозом: постинъекционный абсцесс правой ягодицы. 18.04.90 г. выполнена операция вскрытие абсцесса. Получено большое количество густого гноя. В полость абсцесса введен через силиконовый дренаж, установленный для промывания полости абсцесса, зонд с датчиком из серебряных электродов 4х5 мм с межэлектродным расстоянием 3 мм, установлены ток 2х10^-5А, нижний уровень U_н 0,36 В, верхний U_в 0,4 В. Первое измерение, произведенное после вскрытия абсцесса, дало результат 36 ˙ 10^-5 Дж; Затем было проведено промывание полости абсцесса антисептиками. 19.05.90 г. на перевязке обнаружено обильное гнойное отделяемое из раны. Гной стал менее густой. Повторный произведенный замер показал значение работы 28х10^-5 Дж. Начиная с 21.04.90 г. из раны отделялась серозная жидкость в умеренном количестве, появились грануляции, замер показал значения 11х10^-5 Дж, после чего дренаж был удален. 23.04.90 г. больная выписалась в удовлетворительном состоянии на амбулаторное лечение.

Применение способа и устройства позволяет повысить точность прогноза динамики воспалительного процесса на 20% а также упростить подготовку и реализацию способа.

Формула изобретения

1. Способ прогнозирования динамики воспалительного процесса, включающий пропускание через биологическую жидкость, помещенную в межэлектродное пространство датчика, электрического тока, измерение изменения межэлектродного потенциала от нулевого уровня до нижнего, определяемого началом формирования плато на кривой зависимости межэлектродного потенциала от времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, проводят регистрацию динамики работы, затрачиваемой на электрохимические реакции при изменении межэлектродного потенциала объема биологической жидкости, заключенной в межэлектродном пространстве от нижнего уровня до верхнего, определяемого окончанием линейной зависимости между изменением межэлектродного потенциала, и при положительной динамике прогнозируют прогрессирование воспалительного процесса, а при отрицательной его регрессирование.

2. Устройство для прогнозирования динамики воспалительного процесса, содержащее электрохимический датчик с двумя плоскопараллельными электродами, источник стабилизированного тока, соединенный первым выходом с общей шиной, вторым выходом с первым входом ключа, выход которого подключен к входу первого порогового элемента и через первый участок цепи к первому электроду датчика, второй электрод датчика через второй участок цепи подключен к общей шине, схему управления, подключенную первым входом к кнопке "Пуск", первым выходом к второму входу ключа, вторым выходом к второму входу измерителя временных интервалов, причем выход первого порогового элемента подключен к первому входу измерителя временных интервалов, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено вторым пороговым элементом, вход которого подключен к первому участку цепи, а выход к третьему входу измерителя временных интервалов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3