Устройство для определения мозгового кровотока

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Полезная модель относится к области медицины

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ (Методы оценки мозгового кровотока)

В настоящее время существуют как прямые, так и косвенные методы оценка мозгового кровотока (МК), которые позволяют оценивать как общий, так и локальный кровоток (http://www.reancenter.ru/node/95).

Прямое измерение локального МК производится методом лазерной флуорометрии с помощью специального датчика, вводимого в вещество мозга. Принцип метода основан на оценке изменения «потока эритроцитов». «Поток эритроцитов» является производным концентрации красных клеток крови и скорости их перемещения. Метод не является количественным, не дает информации о направлении потока, зависит от артефактов, вызванных механическими перемещениями датчика.

Прямой метод измерения общемозгового кровотока основан на ингаляции или внутривенном введении Хе133 или Кr85 с последующим

измерением радиоактивности над мозгом. Применение этого метода, однако, ограничено из-за использования изотопов, специального оборудования и высокой стоимости.

Непрямые методы измерения МК включают транскраниальную допплерографию, мониторинг церебрального перфузионного давления (ЦПД), и методики, основанные на принципе Фика.

Транскраниальная доплерография оценивает скорость кровотока в крупных церебральных артериях. Ограничением метода является определение скоростных показателей кровотока, а не объемных. Преимуществом метода является его неинвазивный характер.

Под мониторингом церебрального перфузионного давления (ЦПД) понимается разница между средним артериальным и средним внутричерепным давлением. Минимально допустимой величиной ЦПД принято считать 70 мм рт. ст. Максимально допустимая величина ЦПД не определена.

В качестве прототипа выбран наиболее распространенный непрямой метод определения мозгового кровотока, основанный на принципе Фика. Принцип Фика описывает взаимоотношения между потреблением мозгом кислорода (ПМКО₂ ), мозговым кровотоком (МК) и артерио-венозной разницей по содержанию кислорода (С_аO₂-С _vО₂):

МК=(С _аO₂-С_vO ₂)/ ПМКO₂

Считая потребление мозгом кислорода неизменным в дискретные отрезки времени, можно по изменениям артерио-венозной разницы судить о динамике кровотока. Например, при резком снижении МК происходит компенсаторное увеличение экстракции кислорода из крови, что и определяется по увеличению артерио-венозной разницы.

Главный недостаток этого метода заключен в его основе, так как при длительном периоде исследования ПМКO₂ может значительно меняться, например, под влиянием общих анестетиков (Н Kitano, J R Kirsch, P D Hurn, S J Murphy. Inhalational anesthetics as neuroprotectants or chemical preconditioning agents in ischemic brain. J Cereb Blood Flow Metab. 2007 June; 27(6): 1108-1128), и тем самым вносить существенную ошибку в измерение МК.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Технической задачей, решаемой полезной моделью, является создание устройства для определения кровотока головного мозга вне зависимости от изменения потребления кислорода мозгом.

Указанная техническая задача решается за счет того, что устройство для определения мозгового кровотока, включающее блок для

измерения количества кислорода в крови, дополнительно снабжено блоком для измерения температуры крови, а также блоком памяти и вычислительным блоком, причем вычислительный блок соединен радиально с остальными тремя блоками

Полезная модель поясняется чертежом (фиг.1). Устройство для определения мозгового кровотока, содержит блок 1 измерения количества кислорода в крови, блок 2 измерения температуры крови, блок памяти 3 и вычислительный блок 4. Стрелками показано направление обмена информации между блоками.

Устройство работает следующим образом. Из блока 1 в блок 4 поступает информация о содержании кислорода как в притекающей в мозг артериальной крови (С _аO₂), так и оттекающей из мозга по внутренней яремной вене венозной крови (С_v O₂). Из блока 2 в блок 4 поступает информация о температуре артериальной (t_a) и венозной (t_v) крови, измеренной в тех же точках, в которых измеряется содержание кислорода. Эти данные позволяют составить уравнения теплового баланса в стационарном состоянии. Количество тепла, выделяемого в мозге при утилизации кислорода, равно количеству тепла, которое уноситься с кровью, и количеству тепла, которое выделяется за счет теплообмена с окружающей средой:

MK*q1*0.01*(C_aO₂ -C_vO₂)=MK*q2*(t _v-t_a)+K

где: MK - мозговой кровоток в мл/мин,

q1=4.82кал/мл - энергетический эквивалент (количество калорий, выделяемых при утилизации организмом 1 мл кислорода),

С_аО₂ - содержание кислорода в мл в 100 мл артериальной крови по данным блока 1,

С_vО₂ - содержание кислорода в мл в 100 мл венозной крови из внутренней яремной вены по данным блока 1,

0.01 - коэффициент пересчета со 100 мл крови на 1 мл крови,

q2=1 кал/(г*град) - теплоемкость крови.

t_a - температура артериальной крови по данным блока 2,

t_v - температура венозной крови во внутренней яремной вене по данным блока 2,

К - количества тепла, выделяемого за счет теплообмена с окружающей средой.

В компактном виде это уравнение можно записать так (А)

К=МК*(0.0482*(С_аO ₂-С_vО₂)+(t _a-t_v))

В начале исследования исходное значение MK принимают за 100% и проводят замеры исходной температуры и исходного содержания кислорода в данных точках. По этим замерам определяют константу К,

значение которой заносят в блок 3 памяти. При последующих измерениях эту константу извлекают из памяти и используют в вычисления МК в процентах по отношению к исходному состоянию пациента по формуле:

(В) МК-К/(0.0482*(С_аO₂ -С_vO₂)+(t _a-t_v))

ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

В качестве варианта осуществления полезной модели, показывающего, что она действительно выполняет свое предназначение, приведен клинический пример 1.

Больная С.Н.П., N-371, 53 года.

Диагноз: Кистозная опухоль хвоста поджелудочной железы. Гипертоническая болезнь 3 ст. Состояние после острого нарушения мозгового кровообращения (ОНМК) в бассейне правой средне мозговой артерии с остаточными явлениями, сосудисто-мозговая недостаточность (СМН) 4 ст.

Операция: дистальная резекция поджелудочной железы

Физический статус ASA-IV.

Премедикация: реланиум 10 мг, фентанил 0,1 мг.

Индукция в анестезию: фентанил 0.3 мг, пропофол 120 мг.

Выполнена оротрахеальная интубация, начата ИВЛ в режиме нормовентиляции.

До начала операции с целью проведения инфузионной терапии и инвазивного мониторинга произведена катетеризация правой внутренней яремной вены. С целью инвазивного мониторинга катетеризирована правая лучевая артерия. С помощью блоков 1 и 2 произведено одновременное измерение артерио-венозной разницы температуры (t_a-t _v) и артерио-венозной разницы по содержанию кислорода (С _аO₂-С_vO ₂). Используя эти исходные параметры и полагая исходное значение МК равным 100%, в вычислительном блоке 4 по формуле (А) определили коэффициент К, который был занесен в блок памяти 3 для последующего вычисления МК.

Поддержание анестезии: фентанил 5 мкг/(кг*час), кислородно-воздушная смесь и изофлюран до 0,8-1 МАК.

Учитывая наличие в анамнезе ОНМК и СМН 4 ст., у данной пациентки был показан интраоперационный динамический контроль за состоянием мозгового кровотока в условиях общей анестезии с целью профилактики ишемических осложнений. В связи с этим, в течении оперативного вмешательства, с интервалом в 30-45 минут, с помощью блоков 1 и 2 производились неоднократные одновременные измерения

артерио-венозной разницы температуры (t _a-t_v) и артерио-венозной разницы по содержанию кислорода (С_аO ₂-С_vO₂). Используя эти текущие параметры и извлекая из блока памяти 3 значение коэффициента К, в вычислительном блоке 4 по формуле (В) определяли текущие значения МК, которые представлены в таблице:

Как видно из таблицы, проводимый нами интраоперационный мониторинг состояния мозгового кровотока предлагаемым устройством позволил своевременно корригировать дозировку анестетика и параметры гемодинамики, сохранив кровоснабжение мозга у пациентки с исходной СМН 4 ст. на приемлемом уровне 75-85%. Пробуждение пациентки - своевременное, экстубирована в операционной. Контрольный осмотр невропатолога не выявил отрицательной динамики со стороны состояния центральной нервной системы.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Полезная модель может найти применение в медицине.

Устройство для определения мозгового кровотока, включающее блок 1 для измерения количества кислорода в крови, отличающееся тем, что, с целью определения мозгового кровотока, дополнительно снабжено блоком 2 для измерения температуры крови, а также блоком памяти 3 и вычислительным блоком 4, причем вычислительный блок 4 соединен радиально с остальными тремя блоками и определяет относительную величину мозгового кровотока по формуле

,

где МК - мозговой кровоток, %;

С _аО₂ - содержание кислорода в мл в 100 мл артериальной крови по данным блока 1;

С _vО₂ - содержание кислорода в мл в 100 мл венозной крови из внутренней яремной вены по данным блока 1;

t_a - температура артериальной крови по данным блока 2;

t_v - температура венозной крови во внутренней яремной вене по данным блока 2;

К - константа, взятая из блока памяти 3 и равная значению по данным исходного измерения.