CC BY
28
Статья
продуктов метаболизма и избытка ионов калия, затем объем ДР раствора был уменьшен до 5 литров за счет активной сорбции ионов калия ионообменником. В процессе эксплуатации сорбционных регенерационных систем выявлен недостаток - ограничение времени ГД в связи с истощением регенерационного патрона.
рафильтрата (10) через клапаны (6а и 6б). Датчик температуры (9) включает охлаждение или, значительно реже, подогрев ДР в термостабилизаторе (8). Для работы системы требуется заполнение ее гидроконтура всего 1,5 литрами физиологического раствора. Избыток ультрафильтрата в течение ГД скапливается в мерной емкости измерителя (10). На базе этого метода был создан ряд блоков электрохимической регенерации ДР. Аппарат «Э1аг姻 (рис. 5) был выпущен серийно [4].
Рис. 3. Аппараты «искусственная почка» с сорбционной регенерацией диализирующего раствора АИП Р-1 и АИПР-2
Альтернативой стало создание постоянно работающего регенератора, основанного на электрохимическом разложении органических веществ в электропроводных растворах [3]. Суть его (рис. 4): ДР на выходе из диализатора попадает в камеру электролизера (2), где под действием тока на аноде (+) органические продукты, такие как мочевина, креатинин, мочевая кислота, «среднемолекулярные уремические токсины» разлагаются до газов - азота и углекислого газа. Во время реакции параллельно выделяются водород и хлор, образуются нитраты и гипохлорит. Далее ДР попадает в патрон доочистки (4), состоящий из активированного угля (4б), сорбирующего неуспевшие разложиться остатки органических веществ и избыток гипохлорита натрия; анионообменника (4в), сорбирующего нитраты; ионообменника (4г), удаляющего ионы калия. Неорганический фосфор, реагируя с гидроокисью магния и аммиаком в щелочной среде прикатод-ного пространства (-) электролизера (2), образует осадок двойной фосфорнокислой соли магния и аммония, которая оседает частично на катоде (-), а в основном - на угле (4б). Очищенный таким образом ДР попадает в блок коррекции рН (6) и из него через термостабилизатор (8) возвращается обратно в диализатор. Выделяющийся в процессе электролиза хлор поглощается дегазатором (4а) на базе активированного угля.
нмхол
ОМІІІІІГІПКМ о
III».Ill ііі|» NHIICI о расі Нора
Рис. 5. Блок электрохимической регенерации диализирующего раствора
«БГЛЯБО»
Аппараты с электрохимической регенерацией ДР прошли клиническую апробацию при лечении больных с острой и хронической почечной недостаточностью [3,4]. Клиническое применение предлагаемых аппаратов и методов позволяет значительно расширить ареал применения ГД и проводить его практически в любом месте и при любых обстоятельствах.
Литература
1. Шапошников Ю.Г. и др. // Военно-мед. ж.- 1982.- № 9.—
С. 22—24.
2. Эвентов В.Л. и др. // Мед. техника.— 1977.— № 1.— С. 43—
44.
3. Эвентов В.Л. и др. // Урол. и нефрол.— 1995.— № 4.— С. 25.
4. Эвентов В.Л. и др. // Урол. и нефрол.-1997.— № 2.— С. 13.
5. Эвентов В.Л. и др. // УН Международный симпозиум: «Информационно-технологическое и медицинское обеспечение защиты населения и окружающей среды в чрезвычайных ситуациях».— о. Кипр.— 2000.— С. 162—164.
6. ЫаейаК. е^ а1. // Ргос. БЭТА.— 1973.— Уо1. 10.— Р. 298.
MOBILE HEMODIALYSIS EQUIPMENT
M.YU. ANDRIANOVA, V.M. GRINVAL’D, O.V. KOROTKOVA,
V.L. EVENTOV
Summary
In clinical practice it is often necessary to carry out the emergency hemodialysis procedure. But always it is not possible to transport patient to special hemodialysis center. We have created a number of mobile «artificial kidneys» for emergency hemodialysis procedure: apparatus for traditional hemodialysis procedure, apparatus with recirculation of dialysis fluid, with sorption and electrochemical regeneration of dialysis fluid.
Key words: hemodialysis, dialysis fluid.
Рис. 4. Схема электрохимической регенерации диализирующего раствора
Регенератор ДР полностью автоматизирован. Управление регенерацией осуществляется блоком управления (1), который получает сигналы от датчика концентрации мочевины (3), измерителя рН (7) и датчика температуры (9). При снижении концентрации мочевины в ДР датчик (3) выдает сигнал, и блок управления (1) уменьшает ток электролизера (2) во избежание неконтролируемой генерации гипохлорита. При изменении рН ДР его поток переключается клапанами (5а и 5б) на анодную или катодную камеры блока коррекции рН (6), при этом соответственно щелочная или кислотная часть ДР сливается в измеритель ульт-
УДК 616-005.4
ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ НЕЙРОГЕННОЙ И ВАСКУЛОГЕННОЙ ИШЕМИИ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ
П.Н.АФОНИН, Д.Н.АФОНИН, В.В.НЕМЫХ*
Перемежающаяся хромота является одним из ведущих симптомов ишемии нижних конечностей при облитерирующих заболеваниях. На этом признаке построены все современные классификации степени ишемии нижних конечностей [6, 8, 11]. В ангиологической практике встречаются больные, у которых,
* СПб филиал РТА, ГУ «СПбНИИ Фтизиопульмонологии МЗРФ», ВМедА
П.Н.Афонин, Д.Н.Афонин, В.В.Немых
несмотря на клинические признаки ишемии нижних конечностей, наличие перемежающейся хромоты, снижение скорости кровотока в нижних конечностях и т.д., проведение вазотропной терапии малоэффективно. Чаще всего такие пациенты, не получив адекватного лечения, выпадают из поля зрения амбулаторно-поликлиничевской службы. Клиническая картина ишемии нижних конечностей обусловлена патологией позвоночника.
Нейрогенная природа перемежающейся хромоты описана еще в 1851 году русским врачом П. Г. Боровским [5]. У 8-14% больных, поступающих в специализированные ангиохирургические стационары, при обследовании выявляется вертеброгенная природа этого симпомокомплекса [9-10]. Нарушения артериальной периферической гемодинамики у больных с заболеваниями позвоночника, осложненными спинномозговыми расстройствами, наблюдаются более чем в 64% случаев и являются следствием компрессионно-ишемического синдрома спинного мозга и его корешков [ 1, 3]. Сложность дифференциальной диагностики этиологии перемежающейся хромоты заставила нас обратиться к использованию искусственных нейронных сетей. Для дифференциальной диагностики вертебро- и васкулогенной перемежающейся хромоты и прогнозирования результатов лечения нами применялись искусственные нейронные сети [2, 12] совместно с пакетом прикладных программ «ST Neural Networks 4.0 E» [4].
В качестве входных показателей были использованы результаты обследования (показатели х 1-х 15, представленные в табл.) у 48 пациентов в возрасте от 48 до 73 лет, обратившихся с жалобами на боли и усталость в нижних конечностях при ходьбе.
Проведенные исследования позволили клинически предположить у 9 (18,8%) пациентов вертеброгенную природу перемежающейся хромоты. Комплекс медикаментозной терапии, физиотерапевтического лечения и рефлексотерапии, направленный на лечение остеохондроза позвоночника и корешкового синдрома, позволил снять болевой синдром и в 2,6±0,3 раза увеличить проходимое расстояние. У 28 (58,3%) больных была заподозрена васкулогенная природа перемежающейся хромоты. Проведение консервативной ангиотропной терапии, основным компонентом которой был ВесселДуэФ, позволило получить у больных стойкий эффект. У 11 (22,9%) лиц эффекта удалось добиться только применением комплексной терапии, направленной на нормализацию периферического кровотока, микроциркуляции и реологии крови и на лечение остеохондроза позвоночника.
Таблица
Параметры, используемые при построении ИНС для дифференциальной диагностики этиологии перемежающейся хромоты
Показатель Единица измерения
Х1 Возраст Лет
х2 Пол Жен. - 0, Муж. - 1
хЗ Длительность заболевания Лет
х4 Наличие ИБС и ИБМ Нет - 0, Да - 1
х5 Интенсивность ПХ Метры
хб Характер ПХ Боль - 0, усталость - 2, боль + усталость - 1
х7 Боли в покое Нет - 0, Да - 1
х8 Подъем и спуск по лестнице Тяжелее подниматься по лестнице - 0, Тяжелее спускаться по лестнице - 1
х9 Рентгенологические признаки остеохондроза позвоночника Нет - 0, Да - 1
х10 Максимальное сужение позвоночного канала на уровне Th12-L1 позвонков В процентах
х11 Выраженность неврологических расстройств в соответствии с МСКНФНСМ В баллах
х12 Выраженность неврологических расстройств по шкале Frankel В баллах
х1З Брахиолодыжечный индекс В процентах
х14 Объемная скорость кровотока в конечности Мл/мин
х15 Линейная скорость кровотока в a. tibialis posterior См/мин
Х11
Х2
хз
Х4
Х5
XII Х12 X13 Х14 XI5
Рис. Структура искусственной нейронной сети
На 1-м этапе построения нейросетевой модели определялся оптимальный набор входных переменных с использованием генетического алгоритма, представляющего собой алгоритм поиска оптимальной битовой строки, который случайным образом выбирает начальную популяцию таких строк и затем подвергает их процессу искусственных мутаций, скрещивания и отбора по аналогии с естественным отбором [12]. Далее выбиралась архитектура сети. Для решения задачи дифференциальной диагностики нами использовался многослойный персептрон (рис.). Нейроны многослойного персептрона расположены слоями и формируют однонаправленные связи между ними. Такая сеть может моделировать функцию любой степени сложности, причем число слоев и число элементов в каждом слое определяют сложность функции многослойного персептрона [4, 7].
После того, как было определено число слоев и число элементов в каждом из них, производилось обучение сети с целью минимизации ошибки диагноза или прогноза, выдаваемого сетью. При этом использовались алгоритмы самообучения сети на основе клинических данных. Ошибка для конкретной конфигурации сети определялась по стандартному алгоритму [4] путем прогона через сеть всех наблюдений и сравнения выдаваемых выходных значений с реальными клиническими данными.
Апробация построенной искусственной нейронной сети на 23 больных с жалобами на боль и усталость в нижних конечностях при ходьбе позволили у 4 (17,4%) из них диагностировать нейрогенную, у 12 (52,2%) - васкулогенную и у 7 (30,4%) -смешанную природу перемежающейся хромоты. Применение консервативной терапии дало у 100% больных стойкий положительный эффект, что говорит о точности диагностики.
Таким образом, применение искусственных нейронных сетей позволяет эффективно проводить дифференциальную диагностику перемежающейся хромоты и выбрать оптимальную терапию для каждого конкретного пациента.
Литература
1. Афонин Д.Н. Передняя компрессия спинного мозга при туберкулезе и гематогенном остеомиелите позвоночника: дис... д. м. н. / СПбНИИ фтизиопульмонологии.- СПб, 2003.- 277 с.
2. Ежов А.А., Чечеткин В.Д. // Открытые системы.- 1997.-№ 4.- С. 34-37
3. Иванова Т.Н. Функциональные нарушения сердечнососудистой и дыхательной систем, их клиническое и прогностическое значение в лечении больных туберкулезным спондилитом: Автореф. дис. д. м. н. / СПбНИИ фтизиопульмонологии.- СПб, 1995.- 37 с.
4. Нейронные сети. Statistica Neural Networks / Пер. с англ.-М.: Горячая линия - Телеком, 2001.- 182 с.
5. Пулатов А.М., Никифоров А.С. Справочник по семиотике нервных болезней.- Ташкент: Медицина.- 1983.- 200 с.
6. Сердечно-сосудистая хирургия.- М.: Медицина.- 1989.752 с.
7. Bishop С. Neural Networks for Pattern Recognition. Oxford: University Press, 1995.- 464 p.
8. Fontaine R. // J. Chir. (Paris).- 1972.- № 6.- P. 505-524.
9. Maher M. et al. // Ir. J. Med. Sci.- 1996.- № 2.- P. 118-120.
10. Stansby G. et al. // J. R. Coll. Surg. Edinb.- 1994.- Vol. 39, № 2.- P. 83-85.
11. Tisi P.V., Shearman C.P. // Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg.-1998.- Vol. 15, № 1.- P. 7-17.
12. Yang J. M. et al. // Int. J. Neural Syst.- 2000.- Vol. 10, № 5.- P. 333-352.
Краткое сообщение
MAKING USE OF ARTIFICIAL NEURONAL NETWORKS FOR DIFFERENTIAL DIAGNOSIS OF NEUROGENIC AND VASCULOGENIC ISCHEMIA OF LOWER EXTREMITIES
D.N. AFONIN, P.N. AFONIN, V.V. NEMYH
Summary
In the article the authors discuss the results of using artifishial neuronal nets (ANJNs) for differential diagnosis of neurogenic and vasculogenic intermittent lameness. It was proved, that ANNs enabled to carry out an effective differential diagnosis of intermittent lameness and to choose the optimum therapy for each patient.
Key words: artifishial neuronal nets
УДК 615.849.1.015.4: 612.3.014.2.07
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ТЕРМОМЕТР ДЛЯ ГИПЕРТЕРМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ БОЛЬНЫХ
Ф.А. ЕГОРОВ*, В.А. КОРОЛЁВ*, В.Т. ПОТАПОВ*, М.Л. СТАХАНОВ*
В медицинской литературе растет число публикаций, обобщающих результаты экспериментальных исследований влияния локальной гипертермии на злокачественные опухоли, и накоплен клинический опыт использования гипертермической терапии онкологических больных. Термическое воздействие высокочастотного или лазерного излучения на раковую опухоль осуществляется при ее нагреве до 42—44°С [1]. Одним из важнейших аспектов успешной реализации этого метода терапии является мониторинг температуры в опухоли и окружающих ее тканях в течение сеанса гипертермического воздействия.
Однако измерение температуры внутри опухоли и в окружающих опухоль тканях ведут с помощью термодатчиков типа термопары [4]. Их конструктивные особенности обуславливают их введение в ткань, температуру которой надо измерить. Точность измерений температуры живых биотканей термопарным датчиком составляет ±1°С. Потенциальную опасность для пациента представляет не только травматизация опухоли и окружающих ее тканей, но и использование токоведущих проводников и технологические особенности термометрии с применением датчиков типа термопары. Остается не оцененным влияние сильных электромагнитных полей, возникающих на фоне высокочастотного нагрева участка живой биоткани. Волоконно-оптические термометры (ВОТ) лишены недостатков, присущих термопарам. В одной из моделей ВОТ используется свойство зависимости от температуры физических параметров фосфоресцентного элемента на конце оптического волокна. Точность измерения — от ±0.2^0.5°С для области температур от 20°С до 50°С [3].
В разработанном нами образце ВОТ используется свойство зависимости от температуры собственного поглощения полупро-водникого элемента, помещенного на выходном конце оптического волокна [2]. На рис. 1 представлена принципиальная схема волоконно-оптического термометра. ВОТ содержит оптическое волокно 1, соединенное с термочувствительным элементом 2, волоконно-оптический разветвитель 3 с входным каналом 4 и выходным каналом 5, подключенным к входу фотоприёмного устройства 6, узкополосные фильтры 7, 8, два светодиода 9 и 10 с разными длинами волн; делительный элемент 11. Спектральный диапазон одного из светодиодов находится в пределах протяжен-
ной области края собственного поглощения термочувствительного элемента, а другого — за пределами этой области.
Устройство работает так (рис. 2). Светодиоды 10, 9 (длина волны 0,95 и 0,85 мкм) испускают световые потоки, модулированные по интенсивности на двух разных фиксированных частотах £1 и £2, соответственно. Часть излучения после элемента 11 через входной канал 4 разветвителя 3 и оптическое волокно 1 поступает к термочувствительному элементу 2, после отражения от которого принимается через канал 5 фотоприёмником 6. С помощью узкополосных фильтров 7, 8, настроенных на частоты модуляции £1 и £2, идет выделение сигналов, соответствующих разным источникам света и затем, с помощью устройства обработки и индикации 12, определяется отношение указанных сигналов, являющееся функцией температуры в области термочувствительного элемента. Благодаря операции деления сигналов можно уменьшить влияние на точность измерения факторов, изменяющих светопропускание волоконно-оптического канала ВОТ. С помощью инструмента ввода 13 может быть выполнено проникновение оконечной части оптического волокна 1 с термочувствительным элементом 2 к глубоколежащей патологической биоткани.
Инструмент содержит оконечную часть оптического волокна 1 с термочувствительным элементом из кремния 2, размещенным на металлическом стержне 14, который вставлен в тонкую металлическую трубку 15 со скошенным выходным торцом. Трубкой, содержащей стержень с термочувствительным элементом, выполняется прокол торцом 16 патологической биоткани 17 до глубины контроля температуры. В качестве трубки применяется полая трубка медицинского инструмента для взятия биопсийного материала - наружный 02.0 мм, внутренний 01.6 мм (длина трубки 160 мм). Металлический стержень из комплекта этого инструмента имел наружный ~01,5 мм. Световедущие жилы кварц-кварцевого оптического волокна - 0100 мк, снаружи оптическое волокно имеет защитную оболочку из фторопласта (~0350 мк). Термочувствительный элемент представлял собой пластинку монокристаллического кремния 100 х 100 х20 мк3. Соединение термочувствительного элемента с торцом оптического волокна выполнено электродуговой сваркой. Характеристики:
- диапазон измеряемой температуры (° 0-100°С (точность измерения ± 0.2°С),
- инерционность измерения 0.5°С,
- наружный 0 инструмента ввода в биоткань < 2 мм
- число каналов измерения t° 1^3
- индикация t° на жидкокристаллическом табло
- возможный диапазон контроля t °от -100°С до +300°С
- габариты электронного блока 280х145х80 мм; масса не более 1 кг,
- длина волоконно-оптического кабеля - 5 м,
- потребляемая мощность от сети ~ 220 в не более 15 Вт,
- интерфейс RS-232 для выхода на внешний ПК,
- программное обеспечение для регистрации t° в реальном времени на ПК.
Модель волоконно-оптического термометра рекомендуем для повседневного применения при гипертермической терапии онкологических больных, выполнении эндоскопических лазерных и электрохирургических операций, термометрии в процессе фотодинамической терапии.
Литература
1. Ф.А.Егоров и др. // ВНМТ.- 2001.- №4.- С.79-80.
2. Патент 31447РФ. Волоконно-оптический датчик температуры /.Егоров Ф.А.,.Королев В.А., Потапов В.Т.// Бюллетень.- 2003.- № 22.- С.100.
3. Проспект «Luxtron m3300Biomedical Lab Kit».- 2005.
4. P.J. Milne et al. // Lasers in Surgery and Medicine.- 2000.-Vol.26, №1.- Р.67-75.
* 141190, Россия, г.Фрязино, пл.Введенского, 1, Институт радиотехники и электроники РАН. Тел.: 8(256) 52-598. Е-шаП: [email protected]
