Устройство для неинвазивного определения тканевого холестерина кожи

Устройство для неинвазивного (т.е. без забора крови) определения тканевого холестерина кожи относится к области медицины и медицинской техники и может быть использовано для определения уровня тканевого холестерина кожи, коррелирующего с содержанием холестерина в крови.

Устройство содержит герметизируемую емкость без дна с фиксатором устройства на коже ладони, и отличается тем, что герметизируемая емкость выполнена в виде цилиндра с поршнем и соединена узким каналом в поршне с расположенной на его другом конце фотометрической кюветой, состоящей из оптической кюветы, двух монохроматических источников света с разными длинами волн излучения, установленных на каретке для поочередного позиционирования этих источников на оптической оси оптической кюветы, при этом длина волны излучения одного источника света лежит в области спектра поглощения реакционного раствора, а другого - вне спектра поглощения, и фотоприемника, выход которого соединен с блоком измерения и регистрации фототока.

В устройстве достигается повышение точности и расширение диапазона измерения уровня холестерина в тканях, коррелирующего с уровнем холестерина в крови, неинвазивным способом, автоматизация процесса измерений, портативность устройства, снижение сложности и стоимости его изготовления, в том числе за счет исключения драгоценных металлов (например, платины, используемой в электрохимическом датчике), что дает возможность широкого применения устройства при диспансеризации населения для ранней диагностики сердечно-сосудистых заболеваний.

Устройство для неинвазивного (т.е. без забора крови) определения тканевого холестерина кожи относится к области медицины и медицинской техники и может быть использована для определения уровня тканевого холестерина кожи, коррелирующего с содержанием холестерина в крови.

Известны устройства, позволяющие фотометрическим способом определять содержание холестерина в крови, связанные с забором крови из кровеносных сосудов (Патент РФ №2054178, Реферат РФ №9301391), что некомфортно и существует риск заражения пациента и обслуживающего персонала через загрязнение кровью оборудования в результате предшествующего его использования другими лицами (Патент РФ №2188424).

Известен способ неинвазивного определения уровня тканевого холестерина кожи по измерению концентрации перекиси водорода, образующейся в результате биохимической реакции между холестерином кожи и раствором специального фермента, наносимого на кожу (Патент РФ №2130189).

Устройство для его реализации содержит герметизируемую емкость (кювету) без дна для ферментосодержащей смеси и приспособление, фиксирующее основание емкости на коже ладони, которая и выполняет роль дна кюветы площадью ˜1 см².

Измерение уровня перекиси водорода в реакционном растворе осуществляют как методом «сухой химии», так и в жидкой фазе.

В методе «сухой химии» в раствор помещают колориметрический индикатор на бумажной полосе (стрип), и по изменению его цвета

оценивают с помощью цветной шкалы либо с помощью отражательного фотометра уровень перекиси водорода в растворе.

Метод прост, недорог и может быть использован как в «домашних» условиях, так и в любом медучреждении.

Недостатком метода является низкая точность и ограниченный диапазон измеряемых концентраций холестерина в растворе.

Определение концентрации перекиси водорода в жидкой фазе основано на измерении оптической плотности раствора, которая пропорциональна содержанию в нем перекиси водорода. Метод позволяет определять концентрацию холестерина с высокой точностью и в широком диапазоне концентраций (нижний предел обнаружения ˜10^-6 моль/л), но возможен лишь в медучреждениях, оснащенных дорогостоящей спектрометрической аппаратурой и имеющих квалифицированный персонал для ее обслуживания.

Кроме того, процесс измерения связан с рядом ручных рутинных операций по извлечению раствора из реакционной емкости и переносу его в кювету спектрофотометра, что не позволяет полностью автоматизировать процесс измерения.

Технический результат, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, состоит в повышении точности и расширении диапазона измерения уровня холестерина в тканях, коррелирующего с уровнем холестерина в крови, неинвазивным способом, автоматизации процесса измерений, портативности устройства, снижение сложности и стоимости его изготовления, в том числе за счет исключения драгоценных металлов (например, платины, используемой в электрохимическом датчике), что дает возможность широкого применения устройства при диспансеризации населения для ранней диагностики сердечно-сосудистых заболеваний.

Существенные признаки.

Для достижения указанного технического результата в устройстве для неинвазивного определения тканевого холестерина кожи, содержащем герметизируемую емкость без дна с фиксатором устройства на коже ладони, герметизируемая емкость выполнена в виде цилиндра с поршнем и соединена узким каналом в поршне с расположенной на его другом конце фотометрической кюветой, состоящей из оптической кюветы, двух монохроматических источников света с разными длинами волн излучения, установленных на каретке для поочередного позиционирования этих источников на оптической оси оптической кюветы, и фотоприемника, выход которого соединен с блоком измерения и регистрации фототока. Причем длина волны излучения одного монохроматического источника света лежит в области спектра поглощения реакционного раствора, а другого - вне спектра поглощения.

Перечень фигур на чертеже.

Для пояснения сущности полезной модели на фиг.1 приведен схематический чертеж конструкции устройства для неинвазивного определения тканевого холестерина кожи, на котором изображены:

1 - цилиндр и 2 - поршень, образующие герметизируемую емкость без дна;

3 - узкий канал в поршне;

4 - фотометрическая кювета;

5, 6 - монохроматические источники света (светодиоды);

7 - каретка для позиционирования светодиодов;

8 - конденсор;

9 - диафрагма;

10 - фотоприемник;

11 - оптическая кювета;

12 - фиксатор устройства на коже ладони;

13 - блок измерения и регистрации фототока;

14 - винтовое соединение;

15 - блок питания светодиодов.

Устройство содержит фиксатор 12, герметизируемую емкость без дна, выполненную в виде цилиндра 1 с поршнем 2 и соединенную узким каналом 3 в поршне 2 с расположенной на его другом конце фотометрической кюветой 4. Кювета 4 содержит оптическую кювету 11, два монохроматических источника света (светодиода) 5, 6, установленных на каретке 7 для поочередного позиционирования светодиодов на оптической оси конденсора 8, и фотоприемник 10, который подключен к блоку измерения и регистрации фототока 13.

Устройство работает следующим образом:

С помощью фиксатора 12 торец цилиндра 1 прижимается к поверхности кожи ладони (в области тенара) с постоянным усилием. Поршень 2 перемещается в цилиндре 1 при его повороте за счет винтового соединения 14.. При этом для удобства работы шаг резьбы предпочтительно выбирать в 2-3 раза больше диапазона перемещения поршня. В начале работы поршень 2 находится в крайнем верхнем положении.

Объем, образовавшийся между ладонью и поршнем, заполняется дозированным количеством ферментосодержащей смеси (около 0,1 мл) с использованием, например, малообъемного медицинского шприца, через боковые стенки оптической кюветы 9 со сквозными отверстиями, соосными с узким каналом 3 в поршне 2, диаметром, соизмеримым с диаметром канала 3 в поршне (˜1 мм).

Экспозиция раствора на коже ладони осуществляется в течение нескольких минут. Во время экспозиции раствора происходит биохимическая реакция кожного холестерина с ферментом, в результате которой образуется перекись водорода, концентрация которой прямо пропорциональна содержанию холестерина. После экспозиции раствора поршень опускается в нижнее положение и выдавливает реакционный раствор в оптическую кювету 11.

На светодиоды 5, 6 подается напряжение (6-10 В) постоянного тока от блок питания 15. Свет от светодиода 5 с длиной волны излучения ₁ конденсором 8 с диафрагмой 9 направляется в оптической кювету 11 и фокусируется на фотоприемнике 10. Сигнал с фотоприемника 10 U₀₁ от светодиода 5 поступает на блок измерения и регистрации фототока.

Каретка для позиционирования светодиодов 7 перемещает светодиод 6 с длиной волны излучения ₂ на оптическую ось кюветы 11, и измеряется величина сигнала от фотоприемника 10 U ₀₂. Регулировкой тока через светодиоды на выходе блока питания добиваются равенства величин U₀₁=U₀₂.

Затем в реакционный раствор добавляется краситель (например, фермент пероксидаза с субстратом), и аналогично измеряются величины сигналов от фотоприемника 10 U₁ и U₂.

Светодиоды выбраны таким образом, что излучение одного из них находится в области спектра поглощения реакционного раствора после добавления в него красителя, а другого - вне спектра поглощения.

Оптическая плотность раствора на длине волны ₁:D₁=lg(U₀₁/U₁), а на длине волны ₂:D₂=lg(U₀₂/U₂).

Поскольку излучение светодиода на длине волны ₂ не поглощается окрашенным раствором, то теоретически U₂=U₀₂ и D₂=lg(U₀₂/U₂)=0. На практике U₂ может отличаться от U₀₂ по причинам, не связанным с селективностью спектра поглощения раствора, и в общем виде уровень

перекиси водорода в растворе (С_nв), пропорциональный концентрации холестерина в коже, определяется выражением:

где R₁ - коэффициент, учитывающий геометрию оптической кюветы, молярный коэффициент поглощения раствора на длине волны ₁, спектральную чувствительность фотоприемника 10.

Учитывая, что содержание холестерина в коже коррелирует с содержанием холестерина в крови (С _к), то можно напрямую связать уровень холестерина в крови с оптической плотностью реакционного раствора, за величину которой ответственна перекись водорода, как конечный продукт биохимической реакции в растворе:

Здесь N (Моль/л) представляется как произведение K·R₁, где К - коэффициент, учитывающий в свою очередь соотношения между уровнем холестерина в коже и концентрацией перекиси водорода в растворе, а также корреляционную зависимость между уровнем тканевого холестерина кожи и его концентрацией в крови.

Величина N может быть экспериментально определена для каждого конкретного устройства при измерении им оптической плотности реакционного раствора у пациентов, содержание холестерина в крови у которых известно (определено, например, в медучреждении «классическим» инвазивным методом).

Устройство для неинвазивного определения тканевого холестерина кожи, содержащее герметизируемую емкость без дна с фиксатором устройства на коже ладони, отличающееся тем, что герметизируемая емкость выполнена в виде цилиндра с поршнем и соединена узким каналом в поршне с расположенной на его другом конце фотометрической кюветой, состоящей из оптической кюветы, двух монохроматических источников света с разными длинами волн излучения, установленных на каретке для поочередного позиционирования этих источников на оптической оси оптической кюветы, при этом длина волны излучения одного источника света лежит в области спектра поглощения реакционного раствора, а другого - вне спектра поглощения, и фотоприемника, выход которого соединен с блоком измерения и регистрации фототока.