Устройство для исследования и диагностики регионарных нарушений вентиляционной функции легких

 

Устройство для исследования и диагностики регионарных нарушений вентиляционной функции легких относится к медицинской технике, а именно, рентгенодиагностике, и может быть использовано для определения вентиляционной функции легких, исследования и диагностики ее регионарных нарушений. В устройство входят аппаратные и программные средства. В устройстве использован высокочувствительный детектор рентгеновского излучения, образованный ионизационными камерами, составляющими в совокупности по форме прямую проекцию легких. Устройство, благодаря простоте конструкции, удобству в эксплуатации, быстроте получения информации и низкой дозе облучения, может быть эффективно использовано как для анализа регионарного вентиляционного статуса в уточняющей диагностике заболеваний, так и для флюоро-функционального скрининга при профилактических обследованиях. Выявляемость заболеваний легких увеличивается более чем в 15 раз. Устройство может быть использовано в любом рентгеновском или флюорографическом кабинете, в том числе и во флюороавтобусе. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно: к рентгенодиагностике, и может быть использовано для определения вентиляционной функции легких, а также для исследования и диагностики ее регионарных нарушений.

Известно устройство электрокимограф (С.Ф. Марморштейн, Е.Э. Абарбанель. Электрокимография легких. М. 1966), по технической сущности и достигаемому результату наиболее близкое к заявляемому и выбранное за прототип. Электрокимограф включает фотоэлектрический статидатчик с двумя фотоэлектронными фотоумножителями, заключенный в светонепроницаемый корпус с продольной вертикальной перегородкой и диафрагмой, двухканальный фотоусилитель и устройство регистрации информации (самописец, осциллоскоп и др.). Датчик крепится на экранно-снимочном устройстве рентгеновского аппарата со стороны исследователя, что позволяет в режиме просвечивания наблюдать и записывать вентиляционную функцию легких пациента, находящегося в положении для рентгеноскопии. Перегородка датчика и диафрагма позволяют исследовать раздельно каждое легкое, а также отдельные участки (зоны) легких. Вследствие необходимости получения видимого изображения и последующего его считывания фотоэлектрическими датчиками, происходит промежуточное преобразование рентгеновского излучения в видимое. Такое устройство из-за конструктивной громоздкости неудобно в эксплуатации, требует наличия стационарного источника проникающего излучения и экрана для просвечивания. Кроме того, невозможно использование данного устройства при проведении профилактических обследований из-за низкой оперативности получения информации и недопустимо высокой для таких исследований дозой облучения пациента, составляющей 2-3 Р.

Поэтому задача изобретения снизить лучевую нагрузку на пациента, упростить конструкцию устройства, повысить оперативность исследований, получения и обработки информации, как для анализа регионарного вентиляционного статуса в уточняющей диагностике, так и в функциональном скрининге при профилактических обследованиях.

На чертеже приведена блок-схема устройства, включающая его основные составляющие, реализованные в виде аппаратуры и/или программ ЭВМ.

Устройство содержит источник 1 проникающего излучения, детектор 2 проникающего излучения, содержащий чувствительный к излучению элемент, образованный ионизационными камерами 3, 4, 5, 6, 7, 8, специальной формы, усилители 9, 10, 11, 12, 13, 14, аналого-цифровой преобразователь 15, блок 16 связи, контроллер 17 связи, блок 18 регистрации, хранения и обработки информации, блок 19 калибровки и настройки параметров, блок 20 управления работой устройства, блок 21 управления включением проникающего излучения, эквивалентный калибровочный фантом 22.

В качестве источника 1 проникающего излучения может применяться любой регулируемый рентгеновский излучатель или низкоэнергетический радиоактивный изотоп с рабочей экспозиционной мощностью дозы на входе порядка 0,5 мР/с. Детектор 2 излучения представляет собой, например, плоскую прямоугольную коробку, прозрачную для проникающего излучения, с простой системой закрепления, позволяющей работать в составе любого рентгеновского или флюорографического аппарата, не оказывая при этом мешающего влияния на их основные функции, а также в автономном варианте с переносным излучателем. Детектор 2 состоит из чувствительного элемента, образованного несколькими (например, шестью) ионизационными камерами 3, 4, 5, 6, 7, 8, составляющими по форме в совокупности прямую проекцию легких, разделенную на зоны таким образом, чтобы можно было проводить исследования общей вентиляции каждого легкого, а также вентиляции верхних 3, 6, средних 4, 7 и нижних 5, 8 зон легких. Ионизационные камеры электрически изолированы друг от друга и имеют выводы на усилители 9, 10, 11, 12, 13, 14. Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь 15 преобразует сигналы с усилителей в цифровой код, поступающий через блок 16 связи на контроллер 17 связи. Контроллер 17 связи может быть конструктивно расположен в аппаратуре блока 18 регистрации, хранения и обработки информации и служит для управления работой аналого-цифрового преобразователя 15 и чтения данных с него в блок 18 и в блок 19 калибровки и настройки параметров устройства. Блок 18 регистрации, хранения и обработки информации выполняет функции регистрации и интерпретации получаемых с детектора 2 через контроллер 17 данных, осуществляет их запоминание для каждого пациента и хранение, а также позволяет врачу использовать полученные данные для диагностических целей и проведения статистической обработки, например, однофакторный дисперсионный анализ, парную корреляцию, парную регрессию и дискриминантный анализ. Блок 20 управления работой устройства предназначен для ввода данных о пациенте, наблюдения над процессом его обследования и руководства фазами наблюдения, а также для управления работой блоков 18 регистрации, хранения и обработки информации, блок 19 калибровки и настройки параметров устройства и блока 21 управления включения проникающего излучения. Технически функции блоков 18, 19, 20 может выполнять, например, персональная ЭВМ, снабженная соответствующим программным обеспечением и, для лучшей визуализации, цветным видеомонитором и печатающим устройством для документирования результатов.

Блок 21 калибровки и настройки параметров устройства предназначен для периодической оценки и корректировки уровня стабильности сигналов, поступающих из детектора 2, первоначальной настройки параметров устройства на эквивалентный калибровочный фантом 22 и определения калибровочных коэффициентов для использования их в блоке 18 при расчетах характеристик вентиляционных функций. Кроме того, блок 19 предназначен для варьирования основных параметров устройства, например, времени исследования. Эквивалентный калибровочный фантом 22 представляет собой пластину, эквивалентную по степени поглощения проникающего излучения среднестатистическому человеку.

Блок 21 управления включением проникающего излучения предназначен для включения и выключения излучения либо по команде оператора, либо от блока 21 управления. Конструктивно блок 21 может быть расположен, например, совместно с контроллером 17 связи.

Устройство для исследования и диагностики регионарных нарушений вентиляционной функции легких работает следующим образом (на примере использования в его составе персональной ЭВМ и детектора, содержащего шесть зон).

Имеется четыре основных режима работы: "Калибровка", "Работа с пациентом", "Расчет характеристик", "Анализ результатов".

В режиме "Калибровка" между источником 1 излучения и детектором 2 излучения устанавливается эквивалентный калибровочный фантом 22. После включения излучения процесс калибровки отображается в реальном времени на экране видеомонитора в виде кривых, соответствующих сигналам с усилителей 9, 10, 11, 12, 13, 14 каждого канала. В случае отклонения от нормы или сбое устройство выдает сообщение о неисправности каналов. При нормальной работе устройство запоминает калибровочные коэффициенты для использования их в расчетах.

В режиме "Работа с пациентом" устройство позволяет отыскать данные на пациента в блоке 18, если его обследование не первое, или занести данные о нем в этот блок, если обследование производится впервые. Затем пациент устанавливается между источником 1 излучения и детектором 2 излучения и позиционируется относительно ионизационных камер 3, 4, 5, 6, 7, 8. Пациенту подается команда "Спокойное дыхание" и после его нормализации через блок 21 производится включение источника 1 излучения. Изменение проницаемости для проникающего излучения тканей легких при дыхании модулирует поток ионизирующего излучения и фиксируется ионизационными камерами 3, 4, 5, 6, 7, 8, детектора 2 в виде соответствующих дыхательному ритму электрических сигналов, которые после предварительного усиления усилителями 9, 10, 11, 12, 13, 14 и преобразователя 15 попадают в блок 18 в виде функций реального времени, которые оператор имеет возможность наблюдать на экране видеомонитора.

Наблюдая на экране за ритмом спокойного дыхания, оператор подает команды на фиксированное дыхание: "Глубокий вдох", "Глубокий выдох" и по завершении "Спокойное дыхание". Устройство автоматически произведет отключение излучения через установленное в блоке 19 время (порядка 15 секунд). В случае необходимости прерывания исследования (например, пациент закашлялся) оператор имеет возможность отключить излучение. При нормальном окончании исследования оператор дает команду запомнить его результаты и перейти в режим "Расчет характеристик". После этого все полученные результаты запоминаются в блоке 18.

Режим "Анализ результатов" используется врачом для постановки диагноза и анализа результатов. В данном режиме имеется возможность обращения к данным, хранящимся в блоке 18 и подключать программы для статистической обработки данных.

Многоплановая задача изобретения достигается тем, что в предлагаемом устройстве вентиляционную функцию легких при обследовании путем просвечивания проникающим излучением определяют путем прямой регистрации (без промежуточных преобразований) изменений выходной дозы излучения на протяжении форсированного дыхательного цикла с применением высокочувствительного детектора излучения, что позволяет снизить дозу облучения по сравнению с прототипом в среднем в 100 раз, с последующей обработкой полученных сигналов, например, с помощью персональной ЭВМ, что позволяет максимально снизить аппаратурные затраты и повысить оперативность обследований (одно обследование с установкой пациента и расчетом характеристик не более 3,5 мин). Немаловажным фактором оперативности является отсутствие необходимости снимать с пациента одежду при исследовании.

Предлагаемое устройство, благодаря простоте конструкции, удобству в эксплуатации, быстроте получения информации и низкой дозе облучения, предполагает его широкое применение как для анализа регионарного вентиляционного статуса в уточняющей диагностике заболеваний легких, так и флюорофункционального скрининга при профилактических обследованиях. Доза облучения при профилактическом обследовании не превышает 18 мР, при уточняющей диагностике 29 мР. Для сравнения, доза при использовании прототипа 2-4 Р.

Предлагаемое устройство может быть использовано в любом рентгеновском или флюорографическом кабинете, в том числе и во флюороавтобусах.

Формула изобретения

Устройство для исследования и диагностики регионарных нарушений вентиляционной функции легких, включающее источник проникающего излучения, детектор проникающего излучения, блок регистрации, хранения и обработки информации, блок управления, блок калибровки и настройки параметров, отличающееся тем, что детектор проникающего излучения выполнен в виде чувствительного к излучению элемента, образованного ионизационными камерами, выполненными по форме в виде проекции легких, разделенной на зоны, соответствующие верхним, средним и нижним отделам легких, причем каждая из ионизационных камер электрически изолирована и соединена выходом с входом соответствующего усилителя, при этом выход каждого усилителя соединен с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя, соединенные между собой блок связи и контроллер связи, соединенный с блоком регистрации, хранения и обработки информации и с блоком калибровки и настройки параметров, выходы каждого из которых подключены к входам-выходам блока управления, включающего в себя последовательно соединенные блок управления работой устройства и блок управления включением проникающего излучения, причем входы-выходы первого из них являются входами-выходами блока управления, а выход второго из них является одним из выходов блока управления, который подключен к входу источника проникающего излучения, причем выход аналого-цифрового преобразователя подключен к блоку связи.

РИСУНКИ

Рисунок 1