22 февраля 2016г.
Введение. Бронхиальная астма является одним из самых распространенных соматических заболеваний человечества, которому подвержены люди всех возрастов. В настоящее время число больных бронхиальной астмой во всем мире достигло 300 млн. человек. По данным Российского респираторного общества, распространенность бронхиальной астмы среди детей в нашей стране составляет от 5,6 до 12,1% [1]. Причем отмечается тенденция к увеличению распространенности и степени тяжести заболевания. Необходимо отметить, что дебют бронхиальной астмы у 70-80% больных относится к раннему детскому возрасту. А исход заболевания во многом зависит от адекватности, систематичности и, конечно, своевременности диагностики и назначения адекватной терапии [2]. Ранняя диагностика и вовремя назначенные базисные противовоспалительные препараты определяют безрецидивное течение заболевания.
В настоящее время существуют приборы, позволяющие выявить рестриктивные или обструктивные нарушения в бронхолегочной системе – это спирографы, бодиплетизмографы, бронхоскопы, пикфлоуметры, однако ни один из них не позволяет оценить состояние бронхиального дерева у детей первых лет жизни. Пациенты данной возрастной группы не могут быть обследованы по стандартным методикам в связи с невозможностью выполнения полноценного дыхательного маневра, особенно в периоде обострения заболевания, а для проведения им инвазивных исследований (например, бронхоскопии) необходимо применение наркоза. Отсутствие возможности адекватной оценки состояния бронхолегочной системы у маленьких пациентов, не позволяет врачу правильно и своевременно поставить диагноз, а, следовательно, назначить патогенетически обоснованную терапию, что может привести к развитию осложнений. В связи с этим, возникла идея создания современного прибора, позволяющего на ранних этапах диагностировать изменения в бронхолегочной системе детей раннего возраста, тем самым разрешив существующую в настоящее время медико-социальную проблему.
Цель работы: создание прибора для диагностики бронхиальной астмы у детей раннего возраста.
Материалы и методы: Для реализации поставленной цели был проведен анализ литературных данных, а также патентный поиск аналогов и прототипа прибора. С помощью методов компьютерного моделирования произведено построение основных функциональных блоков и схемы прибора.
Результаты: Разработан прибор для диагностики бронхиальной астмы у детей раннего возраста, в основе работы которого лежит принцип сканирования грудной клетки с помощью электромагнитного излучения. Данная методика безопасна для детей раннего возраста, так как мощность излучения, которой подвергается пациент вовремя обследования, не превышает допустимых норм.
Существует множество методов обнаружения физических изменений в живом теле, в том числе и в бронхолегочной системе. Общей их чертой является то, что энергия источника излучается, затем взаимодействует с внутренними структурами в теле человека инеинвазивно детектируется. В настоящее время используются такие источники энергии, как рентгеновское излучение, радиоизотопы и ультразвук. Методы, основанные на этих источниках, достаточно давно используются в медицинской диагностике. Заметный прогресс достигнут благодаря использованию недавно разработанной технике компьютерной реконструкции с использованием рентгеновских лучей, излучения гамма-лучевых фотонов или позитронов, и ультразвука [3].
Вместе с тем, в последние годы в медицине появились методы диагностики с использованием радио- (РЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения [4]. Эти методы основываются на полупрозрачности биологических тканей на этих частотах. Потенциальные области применения РЧ и СВЧ методов включают измерение содержания жидкости в тканях человека (в том числе в лѐгких), обнаружение рака молочной железы, исследование движения артериальной стенки и наблюдение сердечной и нервной активности.
Для реализации поставленной цели создания прибора для диагностики бронхиальной астмы у детей раннего возраста были использованыпринципы распространения и поглощения электромагнитного излучения тканями тела человека. Энергия источника излучается, взаимодействует с внутренними структурами в организме человека и затем неинвазивно детектируется. Электромагнитные волны определенной частоты легко проникают и поглощаются тканями с различным содержанием жидкости. Чем больше содержание жидкости, тем выше степень поглощения электромагнитного излучения, а, следовательно, измерение отраженного сигнала (в том числе от легких) позволяет выявить изменения, возникающие при прохождении излучения через ткани и обнаружить патологические образования в паренхиме легких (будь то скопление слизи в бронхах или повышение воздушности).
Для электромагнитных волн распространение в различных тканях характеризуется волновым сопротивлением, а также эквивалентным сопротивлением границ раздела различных тканей, представляющих собой неоднородности.
В настоящее время известны несколько способов, основанных на взаимодействии электромагнитного излучения с тканями тела человека, которые позволяют определить состояние тканей и внутренних органов. Основными из которых являются: измерение ослабления и сдвига фазы относительно опорного колебания отражѐнного от тканей тела человека сигнала, измерение ослабления и сдвига фазы относительно опорного колебания прошедшего через определѐнную часть тела человека сигнала, измерение импеданса тканей.
При измерении отражѐнного сигнала энергия излучения, отражѐнная от грудной клетки детектируется и сравнивается с падающей энергией для получения коэффициента отражения. При измерении в режиме прохождения, энергия проходит через грудную клетку и сравнивается с падающей энергией для получения коэффициента прохождения.
При использовании методов, основанных на определении коэффициентов отражения или прохождения, происходит сравнение по амплитуде и фазе двух сигналов: опорного колебания и сигнала отражѐнного от внутренних органов или прошедшего через определѐнную часть тела человека.
Подведение энергии к поверхности тела человека и приѐм отражѐнного или прошедшего сигнала осуществляется с помощью антенн-аппликаторов, что позволяет уменьшить отражения от поверхности тела человека и соответственно снизить уровень излучаемой мощности.
Конструктивно устройство выполнено по блочной схеме (см. Рисунок 1). Все блоки выполнены в экранах, исключающих их взаимное влияние друг на друга.
Рис.1. Упрощенная блок-схема устройства прибора.
Компактность прибора и отсутствие необходимости в создании определенных условий для обследования пациентов позволяют использовать его для диагностики бронхиальной астмы не только в условиях педиатрических стационаров, но и в поликлинических кабинетах. Применение данного вида оборудования значительно повысит качество оказания медицинской помощи детям: позволит вовремя оценить состояние бронхолегочной системы, правильно поставить диагноз и назначить лечение, а соответственно, снизить риск развития осложнений и, в конечном итоге, увеличить продолжительность жизни больных.
Заключение. Создание прибора, позволяющего диагностировать бронхиальную астму у детей (в том числе и раннего возраста), позволит значительно расширить диагностические и терапевтические возможности, и улучшить качество оказания медицинской помощи. Ранняя диагностика бронхообструкции у детей первых лет жизни даст возможность остановить прогрессирование заболевания, предотвратит инвалидность и повысит качество жизни больных.
Список литературы
1. Национальная программа «Бронхиальная астма у детей. Стратегия лечения и профилактика». – М., 2013. – 10 с.
2. Способ выбора препарата-бронхолитика для лечения бронхиальной астмы у ребенка в периоде обострения заболевания / Лебеденко А.А., Семерник О.Е., Демидова А.А. -патент на изобретение RUS 2530658 14.08.2014.
3. Радиофизические методы моделирования патологий биообъектов: учебное пособие / О.Р. Никитин, В.М. Гаврилов, А.В. Кирюхин, А.А.Селиверстов; под ред. О.Р. Никитина; Владим. Гос. Ун-т. Владимир, - 2006. - 171 с.
4. Путырский, Л.А. Возможности применения радиометрических систем СВЧ, КВЧ для обнаружения злокачественных новообразований молочных желез / Л.А. Путырский [и др.] // Онкологический журнал. – 2011. – № 3 (19). – Т. 5. – С. 70–71.
