УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ВАРИКОЗНОГО РАСШИРЕНИЯ ВЕН ПИЩЕВОДА С ПОМОЩЬЮ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ КРОВОТОКА В НИХ

Семенова Ксения Владимировна

аспирант, КНИТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань

E-mail: kseniyacher@mail.ru

В настоящее время очень актуальна проблема возникновения варикозного расширения вен пищевода. При этом данное заболевание не вызывает никаких симптомов до тех пор, пока вены не разорвутся и не начнут кровоточить. Кровотечение по причине варикозного расширения вен является угрожающим жизни состоянием при портальной гипертензии. Портальная гипертензия — повышение давления в воротной вене, которая доставляет кровь от органов пищеварения к печени, из-за блокирования кровотока через печень.

Кровотечение из варикозно-расширенных вен пищевода наблюдается у 50—70 % пациентов, страдающих от цирроза печени. Наиболее часто портальная гипертензия развивается при циррозе печени и алкоголизме. При циррозе рубцовая ткань блокирует кровоток в печени, замедляет его. Повышенное давление в портальной вене приводит к варикозному расширению вен в пищеводе и желудке. Варикозно-расширенные вены очень хрупкие и могут с легкостью разорваться, результатом чего может стать большая потеря крови.

Скрытый характер развития варикозного расширения вен пищевода и большая опасность для жизни кровотечения из пищевода подтверждает важность и необходимость своевременной его диагностики на ранних стадиях и своевременное лечение.

При развитии варикозно-расширенных вен скорость кровотока по сосудам пищевода уменьшается. В норме в венах пищевода скорость кровотока составляет, например, в воротной вене от 15 до 20 см/с. При развитии варикоза эти значения снижаются до 10—14 см/с. Таким образом, существует возможность диагностики развития варикозного расширения вен пищевода с помощью измерения скорости кровотока в его венах на начальных стадиях его появления. До настоящего момента не существовало практической реализации данной возможности.

В качестве способа измерения скорости кровотока в стенках пищевода предлагается способ «магнитного маркирования» крови в его сосудах. Известно, что магнитное поле оказывает влияние на многие параметры кровотока. Кровь является магнитонасыщенной средой, так как атомы железа гемоглобина обладают магнитным моментом. В каждой красной клетке крови эритроците содержатся миллионы молекул гемоглобина, в центре которых находится атом железа. В гемоглобине крови сосредоточена основная масса железа человеческого организма (2,2—3 г, около 75 %). Как носители магнетизма, атомы железа, встроенные в сложные органические молекулы, могут обеспечивать запись, сохранение и передачу информации в виде сигналов по направлению магнитного поля и его интенсивности.

Влияние магнитного поля на кровь исследовалось многими учеными с использованием таких методов, как ядерный магнитный резонанс и магнитная томография. Были получены данные о диамагнитной восприимчивости оксигемоглобина (обогащенной кислородом артериальной крови) и парамагнитной восприимчивости деоксигемоглобина (венозной крови, бедной кислородом). Также проводились исследования ориентации нормальных эритроцитов крови в сильном постоянном магнитном поле. Было обнаружено, что эритроциты ориентируются таким образом, чтобы плоскость их диска была параллельна направлению приложенного поля. Исследовалось также влияние магнитного поля на вязкость крови. Было обнаружено, что течение крови замедляется в присутствии поля. При микроскопическом исследовании отмечалось образование под действием поля «монетных столбиков» из 3—6 эритроцитов. Через некоторое время после «омагничивания» столбики распадались, а вязкость снижалась до контрольных значений.

При наличии внешнего поля эритроциты ориентируются таким образом, чтобы плоскость их диска была параллельна направлению приложенного поля, то есть домены, состоящие из атомов железа, ориентируются вдоль поля, увеличивая намагниченность до определённого предела, а при снижении напряжённости поля намагниченность снижается по «кривой гистерезиса», то есть с остаточной намагниченностью [5, c. 89—90].

Исходя из изложенного выше, можно предположить, что магнитный момент крови сохраняется на некоторый промежуток времени, что позволяет, используя магнитную метку, определить скорость кровотока. Данное предположение дает право на жизнь способу измерения скорости кровотока в сосудах построенному на принципе магнитного маркирования крови в сосудах. Устройство работает следующим образом.

Гибкий зонд, в который встроено устройство для измерения скорости кровотока, перорально вводится в пищевод пациента и фиксируется в нижней трети (брюшном отделе) пищевода (рис. 1).

Рис. 1. Введение гибкого зонда в пищевод перорально

Устройство для измерения скорости кровотока (рис. 3) [2, c. 5] включает в себя генератор магнитной метки 1, два канала: измерительный канал и компенсационный канал, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика 2, 5, усилителя 3, 6 и полосового фильтра 4, 7 соответственно. Генератор магнитной метки 1 и датчики магнитного поля 2, 5 последовательно располагаются на гибком зонде (рис. 2). Система фильтров и усилителей выведена наружу.

Рис. 2. Расположение зонда с датчиками в пищеводе.
1 — стенка пищевода, 2 — измерительный датчик — датчик магнитной метки, 3 — генератор магнитной метки,
4 — компенсационный датчик, 5 — гибкий зонд

Оба канала выходами полосовых фильтров 4 и 7 подключены ко входам дифференциального усилителя 8, выход которого через формирователь импульса 9 подключен ко входу сравнивающего устройства 10, к другому входу которого через формирователь импульса 11 подключен генератор магнитной метки 1. Измерительный и компенсационный каналы идентичны друг другу по составу элементов и их исполнению. В качестве датчика магнитной метки 2 и компенсационного датчика 5 использован датчик Холла.

Устройство работает следующим образом. Генератор магнитной метки 1 излучает магнитный импульс, который оказывает влияние на пространственную ориентацию гемов крови, чей суммарный магнитный момент оказывает воздействие на приемник — датчик магнитной метки 2. Однако, на этот же датчик поступают сигналы неинформативного характера — помехи, шумы, наводки. Полученный сигнал усиливается усилителем 3 измерительного канала, затем из него полосовой фильтр 4 этого канала выделяет основную гармонику частоты генератора магнитной метки 1 [1, c. 7]. Далее сигнал поступает на дифференциальный усилитель 8, на второй вход которого поступает сигнал с компенсационного канала, чей компенсационный датчик 5 воспринимает те же помехи, шумы и наводки, которые поступают на датчик магнитной метки 2, при этом компенсационный датчик 5 устанавливают выше по течению крови. Сигналы с измерительного и компенсационного каналов вычитаются на дифференциальном усилителе 8, из полученного сигнала формирователем импульсов 9 формируется прямоугольный импульс, который поступает на сравнивающее устройство 10. На сравнивающее устройство 10 также подается сигнал с генератора магнитной метки 1, приведенный формирователем импульса 11 к прямоугольному виду. На сравнивающем устройстве 10 получаем импульс, длительность которого пропорциональна временной задержке появления на приемнике метки, функционально связанной с перемещением массы крови.

Рис. 3. Схема устройства для измерения скорости кровотока в венах пищевода

Список литературы:

1.А.с № 152 1061 от 8.07.89. Зонд для контроля магнитных периодических систем.

2.Бельский А.М., Бердников А.В., Семенова В.Е., Семенова К.В. Патент на полезную модель № 102481 от 10.03.2011. Устройство для измерения скорости кровотока.

3.Панин В.В., Степанов Б.М. Практическая магнитометрия.
М: Машиностроение, 1979. — С. 63—90.

4.Фрайден, Дж. Современные датчики: cправочник. М.: Техносфера, 2006.—592 с.

5.Чернышева К.В. Исследование топографии сложных магнитных полей с помощью преобразователя Холла. XVI Туполевские чтения: Труды конференции. Том VI. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2008. — С. 88—92.