Исследование и разработка оптических методов идентификации эпидурального пространства больных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат технических наук Шпаков, Дмитрий Владимирович

• Шпаков, Дмитрий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шпаков, Дмитрий Владимирович

Введение

Глава 1. Аналитический обзор существующих методов и средств идентификации эпидурального пространства.

1.1. Анатомия эпидурального пространства.

1.2. Методы идентификации эпидурального пространства.

1.3. Эпидуральные иглы.

1.4. Средства идентификации эпидурального пространства.

1.5. Выводы по главе.

Глава 2. Исследование оптической идентификации биологических тканей."

2.1. Оптические свойства биологических тканей.

2.2. Оптические методы идентификации биологических тканей

2.3. Световод с косым срезом.

2.4. Распространение косых лучей в световоде.

2.5. Модель световода с косым срезом.

2.6. Выводы по главе.

Глава 3. Разработка методов оптической идентификации эпидурального пространства.

3.1. Признаки оптической идентификации ЭП.

3.2. Измерение интенсивности обратного рассеивания.

3.3. Метод нарушенного полного внутреннего отражения.

3.4. Получение изображения тканей.

3.5. Сравнительный анализ методов ОИ ЭП.

3.6. Выводы по главе.

Глава 4. Экспериментальные исследования макетов устройств оптической идентификации эпидурального пространства

4.1. Измерение интенсивности обратного рассеивания

4.2. Получение изображения структуры тканей.

4.3. Метод нарушенного полного внутреннего отражения

4.4. Выводы по главе.

Глава 5. Разработка средств оптической идентификации эпидурального пространства.

5.1. Компоненты волоконно-оптических систем.

5.2. Разработка конструкции эпидурального зонда.

5.3. Разработка функциональной схемы устройства ОИ ЭП.

5.4. Разработка компоновки прибора.

5.5. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка оптических методов идентификации эпидурального пространства больных»

Актуальность работы

В настоящее время, в медицинской практике при анестезии широко используются регионарные виды обезболивания, при которых производится доставка небольших доз анальгетиков непосредственно к нервным структурам, ответственным за формирование боли. Эпидуральная анестезия (ЭА) занимает одно из ведущих мест в современном анестезиологическом пособии, а в определенных областях хирургии (урология, гинекология, акушерство, ортопедия) используется как основной вид обезболивания [1-3].

При проведении энидуральной анестезии необходимо расположить медицинскую иглу в эпидуральном пространстве (ЭП) позвоночного канала, так, чтобы не повредить твердую мозговую оболочку (ТМО).

Существующие известные методы ("утраты сопротивления", "висячая капля" и др.) определения момента достижения концом иглы ЭП при проведении операций субъективны [4]. Поэтому, даже у опытных специалистов непреднамеренная пункция ТМО возникает в 0,6 - 0,8% случаев [5, 6].

Так как повреждения ТМО вызывают тяжелые осложнения у больных, то веема актуальным является разработка объективных методов верификации ЭП.

Одно из таких современных направлений основано на визуализации ЭП при ультразвуковой локации положения иглы в теле человека. Однако её применение ограничено костными структурами, которые плохо пропускают ультразвук. Визуализация ЭП возможна только при использовании низких частот, применение которых дает низкое разрешение. [7-9]

Другое направление визуализации ЭП, позволяющее создание малотравматичных и эффективных методов и средств идентификации ЭП может быть основано на использовании оптических телекоммуникационных технологий.

Однако их применение для этих целей требует проведения соответствующих исследований для разработки возможных вариантов их реализации. Цель диссертационной работы

Цель диссертационной работы заключается в разработке и исследовании оптических методов идентификации эпидурального пространства больного.

Задачи исследования

1. Обзор существующих методов идентификации ЭП.

2. Анализ оптических свойств биологических тканей (кровь, связки, жир).

3. Определение признаков оптической идентификации эпидурального пространства.

4. Анализ использования световодов и граданов в составе иглы и условий распространения излучения в области косого среза световода.

5. Разработка инженерных методик определения оптимального угла среза световода для каждого метода идентификации.

6. Создание экспериментальных макетов устройств оптической идентификации эпидурального пространства.

7. Проверка результатов компьютерного моделирования оптической системы световода с косым срезом.

8. Оценка эффективности методов оптической идентификации эпидурального пространства.

Методы исследования

1. Аналитические и численные методы теории геометрической оптики.

2. Методы статистической обработки данных.

3. Методы математического моделирования с использованием Ма^сас!.

4. Методы компьютерного моделирования с использованием программы гЕМАХ.

5. Экспериментальные исследования оптических методов идентификации ЭП.

Научная новизна

1. Впервые показана возможность идентификации эпидуралыюго пространства оптическими методами.

2. Разработаны "энергетические" и "изображающие" методы оптической идентификации ЭП.

3. Созданы математические и компьютерные модели для расчёта оптических систем световодов для предлагаемых методов.

4. Доказана целесообразность применения и разработаны схемы внеапер-турной подсветки волоконно - оптических жгу тов, устанавливаемых в просвет медицинской иглы.

5. Проведены экспериментальные исследования оптических методов и устройств для идентификации ЭП.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Методы оптической идентификации эпидурального пространства.

2. Компьютерная модель оптической системы световода с косым срезом.

3. Методика выбора материала и вычисления угла среза световода, обеспечивающего минимальное, либо максимальное отражение излучения от среза, при контакте с заданной биотканью.

4. Функциональные схемы устройств оптической идентификации ЭП.

5. Результаты экспериментальных исследований макетов устройств ОИ ЭП.

Практическая значимость

Разработано пять макетов устройств, два из которых могут служить прототипами для создания средств идентификации эпидурального пространства.

Разработано 5 функциональных схем прибора для идентификации эпидуралыюго пространства. Определены эффективные способы обработки получаемой информации и представления её оператору.

Предложена компоновка устройства оптической идентификации ЭП. Разработана конструкция эпидурального зонда и узла совмещения срезов иглы и световода.

Результаты диссертационной работы могут являться основой для создания широкого спектра устройств для определения положения иглы в биологических тканях. Такие устройства могут быть использованы для создания автоматизированных систем ввода иглы.

Новизна предложенных методов и технических средств подтверждена двумя патентами на изобретение РФ и одним свидетельством на полезную модель.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на десяти конференциях, в том числе на трех международных, таких как 2-я международная конференция молодых ученых и специалистов "0птика-2001", V международная конференция "Прикладная оптика"(Санкт-Петербург, 2002), 47-й международный научный коллоквиум, ТУ Ильменау(Германия, 2002).

В рамках реализации инновационного проекта "Умная игла" по программе "СТАРТ-2007" Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, создан прототип устройства.

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 14-ти печатных работах [1023], из них 2 патента [10, 11], одно свидетельство на полезную модель [12] и 3 статьи в рецензируемых журналах [13-15].

Структура и объём диссертации Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения, библиографического списка из 65-ти наименований и 3-х приложений, содержит 110 станиц основного текста, 87 рисунков и 6 таблиц.