| Реферат |
Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к сердечно-сосудистой хирургии и ультразвуковой диагностике, и может быть использована для одновременной неинвазивной ультразвуковой оценки атеросклеротического поражения периферических артерий, включая местоположение, длину и степень стеноза, и спектроскопического анализа оптических данных с созданием хемограммы и оценкой содержания липидов в стенке сосуда. Система ультразвуковой визуализации для оценки содержания липидов, состоящая из корпуса со встроенным генератором сигнала различной длины волны, соединенным кабелем, содержащим токопровод и оптические волокна с защитным покрытием из тефлона, демпфер, решетку пьезоэлементов, согласующие слои и акустическую линзу, фотодиоды, находящиеся в боковых стенках системы, и сенсорные фотодиоды, удаленные по продольной оси системы на расстоянии 2, 4, 6 и 8 см и соединенные посредством впаянных в систему оптических волокон. Технический результат полезной модели заключается в повышении информативности неинвазивного ультразвукового исследования периферических артерий за счет получения информации о количественном и качественном содержании липидов в стенке сосуда и атеросклеротической бляшке.
Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к сердечно-сосудистой хирургии и ультразвуковой диагностике, и может быть использована для одновременной неинвазивной ультразвуковой оценки атеросклеротического поражения периферических артерий, включая местоположение, длину и степень стеноза, и спектроскопического анализа оптических данных с созданием хемограммы и оценкой содержания липидов в стенке сосуда.
Применение устройства с объединением двух технологий позволяет не только выявить атеросклеротическую бляшку (АСБ) и оценить степень стеноза, но и определить структуру бляшки, количественно оценить содержание липидов и выявить богатое липидами некротическое ядро. Во множестве исследований и в трех метаанализах показано, что богатое липидами некротическое ядро является фактором риска осложнения бляшки в сонной артерии и развития инсульта [1-3]. Выявление АСБ с высоким содержанием липидов говорит о высоком риске прогрессирования и осложнения заболевания, что влияет на тактику лечения и на выбор метода хирургического лечения. Кроме того, выявление окисленных липидов является не только маркером нестабильности АСБ, но и воспаления в стенке сосуда, что можно использовать при оценке активности заболевания при воспалительных артериитах.
Технология БИК-спектроскопии (спектроскопия в ближней инфракрасной области) основана на свойстве различных органических молекул рассеивать и поглощать ближний инфракрасный свет с различной интенсивностью и длиной волны (от 800 до 2500 нм). Для холестерина и триглицеридов пики поглощения и максимальный сигнал отмечается в 930-980 и 1150-1220 нм. Ненасыщенные жиры (липидное ядро АСБ) выявляются по сдвигу пиков в 1200-1300 нм. Оксигенированные и окисленные липопротеины низкой плотности могут давать сдвиги в спектрах 1650-1750 нм.
Известен ряд устройств для инвазивной оценки содержания липидов в АСБ в коронарных артериях при внутрисосудистом ультразвуковом исследовании (ВСУЗИ) - NIRS-IVUS (near-infrared spectroscopy + intravascular ultrasound): LipiScan IVUS (Infraredx TVC Imaging system, одобрено FDA в 2010 г.), Makoto Imaging System (одобрено в Японии в 2014 г.). Устройства представляют собой внутрисосудистый катетер с датчиком, позволяющим построить 3D-карту сосуда (УЗИ) и выделить зоны с высоким содержанием липидов (БИК-спектроскопия). К настоящему времени накоплен опыт применения БИК-спектроскопии липидов при ВСУЗИ коронарных артерий, который подтвердил безопасность, эффективность и пользу данной технологии [4]. По данным сравнений с патологией коронарной ткани при аутопсии, чувствительность обнаружения липидных бляшек при помощи БИК-спектроскопии составляет 90%, а специфичность - 93% [5]. Ряд исследований продемонстрировали, что NIRS-IVUS может помочь выявить начальное необструктивное атеросклеротическое поражение с высоким риском неблагоприятных исходов [6, 7]. Сочетание УЗИ с БИК-спектроскопией позволяет преодолеть ограничения УЗИ и более точно характеризовать состав АСБ, так как кальциноз не является ограничением для спектроскопии. Технология NIRS-IVUS была оценена при поражении сонных артерий [8, 9], где также показала эффективность в выявлении осложненных бляшек с богатым липидами некротическим ядром.
Однако NIRS-IVUS - инвазивная методика, требующая дорогостоящего расходного материала, и не может широко применяться на первичном амбулаторном и догоспитальном этапе.
В настоящий момент не существует устройств с датчиками для неинвазивного мультимодального УЗИ сосудов с БИК-спектроскопией. Существует методика мультимодальной ультразвуковой оценки вместе с оценкой жесткости АСБ (strain-эластрография), которая в настоящее время изучается при патологии сонных артерий [10]. Однако жесткость - вторичный показатель, который не дает качественную и количественную информацию о составе АСБ, в отличие от спектроскопии.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является многоцелевое устройство получения ультразвукового изображения RU 190270 U1, 26.06.2019, которое представляет собой усовершенствование УЗ-датчика и консоли с возможностью получения трехмерного объемного ультразвукового изображения. Однако аналогов неинвазивного линейного УЗ-датчика с возможностью проведения БИК-спектроскопии в настоящее время не существует.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в возможности неинвазивной оценки содержания липидов в стенке сосуда и АСБ.
Технический результат предложенного устройства заключается в повышении информативности неинвазивного ультразвукового исследования периферических артерий за счет получения информации о количественном и качественном содержании липидов в стенке сосуда и атеросклеротической бляшке.
Технический результат достигается за счет того, что при ультразвуковом дуплексном сканировании исследователь визуализирует артерию в продольной и поперечной плоскости сканирования и на выбранной глубине сканирования оценивает наличие и распределение липидов в стенке сосуда и атеросклеротической бляшке.
Причинно-следственная связь между признаками полезной модели и техническим результатом заключается в обеспечении возможности неинвазивной ультразвуковой мультимодальной оценки атеросклеротического поражения периферических артерий, включая местоположение, длину и степень стеноза, и спектроскопического анализа оптических данных с созданием хемограммы и оценкой содержания липидов в стенке сосуда.
Конструктивно система ультразвуковой визуализации с БИК-спектроскопией состоит из следующих элементов: основного блока (в состав основного блока входят электронный блок, монитор и панель управления, которые размещены в едином корпусе), предназначенного для обработки данных и управления; предусилителей сигнала; многофункционального ультразвукового линейного датчика; кабелей удлинительных, силовых и усилительных. Питание осуществляется с напряжением 100-240 В и частотой 50/60 Гц. Совокупность применяемых в предлагаемой полезной модели технических решений позволяет создать устройство с оптимальными формой, геометрическими размерами и физико-механическими свойствами. Расположение всех рабочих элементов внутри защитной оболочки позволяет осуществлять одновременно УЗИ и БИК-спетроскопию без риска повреждения фотодиодов и оптических волокон. Предлагаемая система выполнена из инертных материалов, не вызывающих системную и местную аллергическую реакцию и не меняющих свои физико-химические свойства в условиях контакта с биологическими средами организма, в том числе не приводит к значительному локальному повышению температуры и не приводить к термической травме в области исследования.
Сущность заявляемой полезной модели дополнительно поясняется фигурами, где
на фиг. 1 показана система ультразвуковой визуализации с БИК-спектроскопией.
Система ультразвуковой визуализации содержит корпус 1 со встроенным генератором сигнала различной длины волны (930-980, 1150-1220, 1650-1750 нм) и мощностью 10-20 мВт на длину волны (общая мощность на кожу суммарно менее 50 мВт), соединенный кабелем, содержащим токопровод 2 и оптические волокна с защитным покрытием из тефлона 3, демпфер 4, решетку пьезоэлементов 5, согласующие слои 6 и акустическую линзу 7 для стандартной генерации и регистрации УЗ-сигнала. Помимо этого, по оптическим волокнам с защитным покрытием из тефлона от генератора параинфракрасного сигнала проводится свет различной длины волны к встроенным в боковые стенки системы генерирующим фотодиодам 8. Отраженный от тканей свет регистрируется сенсорными фотодиодами 9, удаленными по продольной оси системы на расстоянии 2, 4, 6 и 8 см, соединенными посредством впаянных в систему оптических волокон с защитным покрытием из тефлона 3 с анализатором лазерной спектроскопии.
Устройство работает следующим образом.
Пациент лежит на спине. Врач наносит гель на исследуемую область для лучшего контакта датчика с кожей. При ультразвуковом дуплексном сканировании в области шеи спереди от грудино-ключично-сосцевидной мышцы визуализирует сонную артерию в продольной плоскости сканирования на определенной глубине. Определяет стенки сосуда, комплекс интима-медиа, наличие АСБ. Включение индикации хемограммы осуществляется в автоматическом режиме при начале работы или в ручном режиме с передней панели устройства. Включается режим спектроскопии, происходит излучение параинфракрасного света определенной длины волны (930-980, 1150-1220, 1650-1750 нм) с помощью светодиодов через генерирующий фотодиод. Отраженный свет регистрируется сенсорными кремниевыми фотодиодами, расположенными на расстоянии 20, 40, 60, 80 мм от генерирующего. Глубина, с которой снимаются показания, согласно закону Бера-Ламберта, равна половине расстояния от излучателя до детектора. Свет, проходя через толщу тканей, поглощается, преломляется и попадает на детекторы. В автоматическом режиме происходит вычитание отраженных сигналов от поверхностных тканей (кожа, подкожная жировая клетчатка, мышцы), что позволяет обнаружить количественное содержание липидов на определенной глубине для корректной оценки хемограммы в соответствии с расположением сосуда и АСБ. По оптическим волокнам сигнал поступает в анализатор лазерной спектроскопии, на экран ультразвукового аппарата выводится хемограмма распределения липидов в стенке сосуда или АСБ в виде хемограммы с количественной оценкой содержания липидов.
Необработанные спектры NIRS оценивают вероятность наличия атеросклеротического липидного ядра, а измерения отображаются в виде хемограммы - карты цифрового кода. Хемограмма с миллиметрами оттягивания на оси X (глубина сканирования) и на оси Y (протяженность) показывает вероятность наличия липидов в каждом пикселе с использованием 128 цветовых тонов, которые переходят от красного (указывающего на низкую вероятность) к желтому (указывающему на высокую вероятность). Пиксели с недостаточными данными (например, вызванные затенением) отображаются черным цветом. Для количественной оценки определяется индекс нагрузки липидного ядра, определяемый как доля действительных пикселей, указывающих на липиды с вероятностью более 0,6 в сканируемой области, умноженной на 1000. Индекс нагрузки липидного ядра может быть вычислен по всей длине сканирования сосуда, в сегменте сканирования или определенном окне в пределах сегментов (например, скользящее окно 4 мм с максимальным индексом нагрузки липидного ядра). Кроме того, происходит автоматизированное обратное проецирование и наложение хемограммы на ультразвуковую картину сосуда с АСБ в B-режиме. Это позволяет оценить пространственное содержание и распределение липидов в стенке сосуда и АСБ. Отдельно оценивается содержание окисленных липидов (длина волны 1650-1750 нм) для оценки воспаления в стенке сосуда.
Преимуществом данной полезной модели является комплексная оценка не только эхо-признаков поражения артерий, но и количественного содержания липидов в стенке сосуда или АСБ; возможность оценки воспаления в стенке сосуда по наличию окисленных липидов; неинвазивность (глубина проникновения излучения до 6 см позволяет использовать излучатель не высокой мощности 10-20 мВт на длину волны (общая мощность на кожу суммарно менее 50 мВт) и не приводит к значительному повышению температуры окружающих тканей); удобство применения (фотодиоды БИК-спектроскопии встроены в привычный ультразвуковой линейный датчик); возможность широкого внедрения на амбулаторном, догоспитальном и госпитальном этапах. Ограничением метода является невозможность проведения спектроскопии при глубоком расположении сосудов (глубже 5-6 см) из-за рассеивания инфракрасного излучения. Применение более мощного излучения приведет к повышению температуры тканей.
Достижение технического результата при применении системы ультразвуковой визуализации для оценки содержания липидов подтверждается эффективным использованием аналогичной технологии в системах катетерной внутрисосудистой оценки содержания липидов в коронарных и сонных артериях. Существующие аналоги многофункциональных ультразвуковых датчиков с возможностью оценки эластичности и жесткости тканей также подтверждают реализацию технического результата. Подтвержденная во многих клинических и экспериментальных исследованиях достоверность получаемых результатов при использовании вышеперечисленных технологий позволяет говорить о промышленной применимости предлагаемого устройства. Предлагаемая неинвазивная система ультразвуковой визуализации является компактным, удобным и надежным в эксплуатации устройством.
|
