CC BY
123
2017, том 19 [9]
—--—
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7417-2017-19-9-33-38
УДК: 616-71
РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ
Шишкин1 А.В., Кирьянов2 Н.А., Карбань1 О.В., Никандров3 Р.А., Гараев3 А.Р.
ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, г. Ижевск, Российская Федерация 2ФГБОУ ВО Ижевская ГМА, г. Ижевск, Российская Федерация 3ФГБОУ ВО Казанский ГМУ, г. Казань, Российская Федерация
Аннотация. При выполнении внутривенных инъекций достаточно часто возникают проблемы, связанные со сложностью обнаружения периферических вен вследствие множества причин, которое ведет к достаточно серьезным осложнениям. В последние годы в разных странах разработаны медицинские приборы, позволяющие решать эту проблему, где часть из них работает по принципу осветителя, часть излучает свет и проецирует отраженную его часть на кожу. Несмотря на все достоинства таких приборов они дороги, сложны по конструкции, недостаточно компактны и транспортабельны, работа некоторых устройств возможна только после затемнения помещения. Это ограничивает их широкое применение как в странах производителях, так и в мире. В данной статье описан новый подход к созданию устройств, предназначенных для обнаружения кровеносных сосудов. Приводится описание принципа действия и конструкции опытного образца. Прибор успешно испытан на лабораторных животных (кроликах) и добровольцах. Прибор имеет очень низкую себестоимость, простую конструкцию, небольшие размеры и позволяет решать весь спектр поставленных перед ним задач, что делает его достаточно конкурентоспособным. Описаны перспективы развития устройства для поиска кровеносных сосудов. Ключевые слова: периферические вены, поиск кровеносных сосудов, интроскопия, внутривенный доступ, инфракрасный свет.
Введение. Сложности при проведении внутривенных инъекций, инфузиях и установке периферических венозных катетеров возникают достаточно часто. Так, в ряде источников сообщается о неудачной первой попытке внутривенного доступа у взрослых в 12-26% случаев, у детей в 24 -54% случаев [1,2]. Они обычно обусловлены сле-
дующими причинами: 1) индивидуальными анатомическими особенностями; 2) некоторыми соматическими заболеваниями; 3) большой толщиной подкожной жировой клетчатки; 4) "спадением" вен вследствие снижения венозного давления при экстремальных состояниях; 5) рубцовыми изменениями кожи; 6) низким уровнем владения техникой манипуляций [3-6].
—--—
~ 33 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Вестник представлен в научной электронной библиотеке (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
—-
Невозможность точно обнаружить периферическую вену приводит к неудачному выполнению инъекции. Это ведет к повреждению венозной стенки, развитию флебитов, тромбофлебитов, эм-болий, появлению гематом и инфильтратов, появлению жжения и боли и другим осложнениям [79].
Особенно важной проблемой является сложность венозного доступа при экстремальных и терминальных состояниях, в том числе в условиях военного времени. Невозможность быстрого его получения не позволяет своевременно начать оказание необходимой помощи, что может привести к фатальным последствиям [10,11].
Поэтому актуальным является создание устройств для обнаружения кровеносных сосудов. В разных странах созданы устройства такого назначения. Несколько приборов уже выведено или выводится на рынок: AccuVein AV-300 [12], Eyes-On [13], VeinViever [14]. Они являются технически-сложными, недостаточно ремонтопригодными и весьма дорогими. Это ограничивает их применение. Отечественные приборы для визуализации сосудов ЛУЧ-М, ЛУЧ-М200 просты по конструкции, но недостаточно удобны в эксплуатации и имеют неоправданно высокую цену.
Таким образом, остается актуальной разработка эффективных и предельно недорогих устройств подобного назначения. Нами было разработано несколько их типов, имеющих разный принцип действия. Один из них описан в данной статье.
Материалы и методы. Был разработан и испытан прибор для поиска вен, конструкция которого описана далее. Испытания прибора проводились на следующих группах людей: 1) здоровые люди- 10 человек; 2) Больные сахарным диабетом, имеющие диабетическую ангиопатию различной степени выраженности- 5 человек. Все указанные люди добровольно приняли участие в испытаниях. Также проводились испытания на 10 лабораторных животных (кроликах).
Результаты. Устройство позволило определить место нахождения сосудов без их непосредственной визуализации. В области нахождения сосуда увеличивалась интенсивность сигнала, срабатывала система индикации. В этом месте с помощью встроенного маркировочного приспособления на коже ставилась точка. Для того чтобы определить проекцию сосуда, нужно было провести несколько измерений и поставить несколько точек. При наличии некоторого навыка данный процесс занимал обычно 10-20 секунд. В тоже время такой способ индикации не позволял визуализировать сосуды. Это не давало возможности определять изменения их формы и диаметра, что может иметь значение при диагностике некоторых заболеваний (например, варикозного расширения вен, тромбофлебитов и др.). Тем не менее, свою основную задачу прибор решал успешно.
Разработанный прибор вместо непосредственной визуализации сосуда позволяет обнаружить местонахождение сосуда на основе разницы оптических характеристик мягких тканей. Проекцию сосуда отмечают на поверхности кожи.
Обнаружить сосуд можно и без непосредственной визуализации, основываясь только на показаниях прибора. Вместо видимого красного или ближнего инфракрасного света можно использовать инфракрасное излучение (с большей длиной волны) невидимое человеческим глазом. Оно значительно глубже проникает в мягкие ткани. Это позволяет обнаруживать периферические вены на большей глубине.
Устройство содержит источник инфракрасного света, который может достаточно глубоко проникать в ткани. Работа прибора основана на разнице отражения инфракрасного света от сосудов и других анатомических образований. Инфракрасный светодиод излучает постоянный монохромный световой поток фиксированной интенсивности. Свет отражается от вены и поступает на
—--—
фотодиод. Ток на фотоприемнике возрастает в несколько раз. При этом включается дополнительный светодиод- индикатор. Блок-схема устройства показана на рисунке 1.
Светодиод и фотодиод расположены под определенным углом друг к другу (рис. 2). В опытном образце устройства светодиод и фотодиод жестко закреплены в корпусе устройства. Но в последующих образцах будет возможным изменение угла их взаимного наклона. Это даст дополнительную возможность для регулирования глубины обнаружения кровеносных сосудов. Можно также регулировать чувствительность прибора путем изменения интенсивности инфракрасного излучения светодиода и чувствительности компаратора.
Поскольку инфракрасный свет невидим человеческим глазом, то визуализации сосудов в данном случае не происходит. Но при обнаружении сосуда и срабатывании индикаторного устройства на поверхности кожи можно поставить точку с помощью встроенного маркирующего приспособления. Для определения проекции сосуда нужно сделать несколько измерений и поставить несколько точек. В области одной из этих точек будет осуществляться инъекция.
Предусмотрена возможность электропитания устройства от бытовой электрической сети (через блок питания), от автомобильного аккумулятора или сменной батарейки (аккумулятора). Это обеспечивает возможность его применения практически в любых условиях.
Был изготовлен опытный образец устройства (рис. 3).
Прибор был достаточно успешно испытан на здоровых людях. Также проводились испытания на больных сахарном диабетом, имеющими диабетическую ангиопатию различной степени выраженности, а также на лабораторных животных (кроликах).
Во всех случаях удавалось успешно обнаруживать периферические вены. Но требовалось регулировать чувствительность прибора при поиске сосудов у разных людей.
Прибор позволял уверенно обнаруживать сосуды на глубине до 5 мм. Чувствительность прибора можно было регулировать описанными выше путями.
В процессе работы было обнаружено явление «засветки» фотодиода от внешних источников излучения. Оно было устранено за счет его замены фотодиодом с меньшим диапазоном воспринимаемого излучения. Кроме того, для повышения надежности в конструкцию был введен съемный светофильтр.
Представляет интерес вопрос о влиянии цвета кожи пациента на возможность использования прибора. С этой целью были проведены испытания прибора с участием 1 темнокожего иностранного студента-добровольца. Оказалось, что в этом случае отмечается ложное срабатывание прибора. Проблема была успешно решена за счет использования сменного светофильтра и регулировки чувствительности прибора.
Большим преимуществом прибора оказалось использование импульсного электропитания светодиода. Это значительно сократило электропотребление. Отличных результатов удалось добиться за счет использования энергосберегающего преобразователя напряжения. Все это повысило автономность прибора.
Необходимо отметить, что также предусмотрено электропитание устройства от бытовой электросети через блок питания или от электросети автомобиля.
Полученный опыт позволил нам разработать более совершенное устройство, имеющее подобный принцип действия.
Но при его создании было использовано несколько новых технических решений. Данная разработка защищена патентом RU
—-эъэ+ы-з-—
~ 35 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
—--—
159889. Продолжаются работы по дальнейшему совершенствованию прибора и расширению его возможностей.
В частности, представляется перспективным использование источника когерентного излучения (лазера) вместо обычного инфракрасного све-тодиода. Это позволит дополнительно повысить глубину обнаружения сосудов.
Рис. 1. Блок-схема опытного образца устройства (вариант 1): 1) Инфракрасная оптическая пара (све-тодиод и фотодиод); 2) усилитель; 3) Компаратор; 4) индикатор.
Рис. 2. Взаимное расположение светодиода, фотодиода и маркирующего приспособления. 1- источник света (светодиод), 2. маркирующее приспособление, 3 - фотодиод.
б.
Рис. 3. Внешний вид опытного образца устройства (вариант 1): а) устройство в собранном виде; б)
устройство со снятой крышкой корпуса.
—---
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
[1] Lapostolle F. et al. Prospective evaluation of peripheral venous access difficulty in emergence care //Intensive care medicine.- 2007.- T.33-№8.-p. 1452-1457
[2] Palefski S. S., Stoddard G. J. The infusion nurse and patient complication rates of peripheral-short catheters: a prospective evaluation //Journal of Infusion Nursing. - 2001. - Т. 24. - №. 2.
- p. 113-123.
[3] Доронина В.Н. Осложнения при инъекционном введении лекарственных средств //Бюллетень медицинских Интернет-конференций.
- «Наука и инновации», 2015. -Т.5. -№6
[4] Реут Е.Р., Баранов С.О. Разработка прибора визуализации периферических вен //Актуальные проблемы науки и техники глазами молодых ученых.-2016.-С. 908-912
[5] Sebbane M. et al. Predicting peripheral venous access difficulty in the emergency department using body mass index and a clinical evaluation of venous accessibility //The Journal of emergency medicine. - 2013. - Т. 44. - №. 2. - p. 299-305.
[6] Simhi E. et al. A vein entry indicator device for facilitating peripheral intravenous cannulation in children: a prospective, randomized, controlled trial //Anesthesia & Analgesia. - 2008. - Т. 107.
- №. 5. - p. 1531-1535.
[7] Витер В.И., Козлова Т.С., Поздеев А.Р. Ятро-генные постинъекционные осложнения как
объект судебно-медицинских экспертиз //Medical examination problems.-2010.-C. 34.
[8] Саватеева В.Г. Техника введения лекарственных препаратов. Знакомство с техникой парентерального введения лекарственных средств// ГБОУ ВПО ИГМУ Министерства здравоохранения России.-Иркутск,2012. -32С.
[9] Chiao F. B. et al. Vein visualization: patient characteristic factors and efficacy of a new infrared vein finder technology //British journal of anaesthesia. - 2013. - С. aet003.
[10] Дубров С. А. Сердечно-легочная реанимация //Журнал «Внутренняя медицина. - 2008. - Т. 4. - С. 10.
[11] Hulse E. J., Thomas G. O. R. Vascular access on the 21st century military battlefield //Journal of the Royal Army Medical Corps. - 2010. - Т. 156. - №. Suppl 4. - p. 385-390.
[12] Sanchez-Morago G. V. et al. Viewing veins with AccuVein AV300 //Revista de enfermeria (Barcelona, Spain). - 2010. - Т. 33. - №. 1. - p. 3338.
[13] Shahzad A. et al. Hyperspectral venous image quality assessment for optimum illumination range selection based on skin tone characteristics //Biomedical engineering online. - 2014. - Т. 13. - №. 1. - p. 109.
[14] Lamperti M., Pittiruti M. II. Difficult peripheral veins: turn on the lights. - 2013.
DEVELOPMENT OF THE DEVICE FOR DETECTING THE
BLOODED VESSELS
Shishkin1 A.V., Kirjanov2 N.A., Karban1 O.V., Nikandrov3 R.A., Garaev3 A.R.
1Izhevsk State Agricultural Academy, Izhevsk, Russian Federation
2Izhevsk State Medical Academy, Izhevsk, Russian Federation 3The Kazan State Medical University, Kazan, Russian Federation
Annotation: when performing intravenous injections, there are often enough problems associated with the
—--—
~ 37 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
—--—
complexity of finding peripheral veins due to a variety of causes that lead to quite serious complications. In recent years, medical devices have been developed in different countries to solve this problem, where some of them work according to the principle of the illuminator, some emit light and project the reflected part of it onto the skin. Despite all the advantages of such devices, they are expensive, complex in design, not compact and transportable, some devices work only after darkening the room. This limits their wide application both in the producer countries and in the world. This article describes a new approach to creating devices designed to detect blood vessels. The description of the principle of action and design of the prototype is given. The device has been successfully tested on laboratory animals (rabbits) and volunteers. The device has a very low cost, a simple design, small size and allows you to solve the full range of tasks assigned to it, which makes it sufficiently competitive. The prospects of the development of a device for the search for blood vessels are described.
Key words: peripheral veins, search of blood vessels, introscopy, intravenous access, infrared light.
REFERENCES
[1] Lapostolle F. et al. Prospective evaluation of peripheral venous access difficulty in emergence care //Intensive care medicine.- 2007.- T.33.-№8.-p. 1452-1457
[2] Palefski S. S., Stoddard G. J. The infusion nurse and patient complication rates of peripheral-short catheters: a prospective evaluation //Journal of Infusion Nursing. - 2001. - T. 24. - №. 2. - p. 113123.
[3] Doronina V.N. Oslozhneniya pri in"ekcionnom vvedenii lekarstvennyh sredstv //Byulleten' medicinskih Internet-konferencij. - «Nauka i inno-vacii», 2015. -T.5. -№6
[4] Reut E.R., Baranov S.O. Razrabotka pribora vi-zualizacii perifericheskih ven //Aktual'nye prob-lemy nauki i tekhniki glazami molodyh uchenyh.-2016.-p. 908-912
[5] Sebbane M. et al. Predicting peripheral venous access difficulty in the emergency department using body mass index and a clinical evaluation of venous accessibility //The Journal of emergency medicine. - 2013. - T. 44. - №. 2. - p. 299-305.
[6] Simhi E. et al. A vein entry indicator device for facilitating peripheral intravenous cannulation in children: a prospective, randomized, controlled trial //Anesthesia & Analgesia. - 2008. - T. 107. -№. 5. - p. 1531-1535.
[7] Viter V.I., Kozlova T.S., Pozdeev A.R. YAtrogen-nye postin"ekcionnye oslozhneniya kak ob"ekt sudebno-medicinskih ehkspertiz //Medical examination problems.-2010.-p. 34.
[8] Savateeva V.G. Tekhnika vvedeniya lekarstvennyh preparatov. Znakomstvo s tekhnikoj parenter-al'nogo vvedeniya lekarstvennyh sredstv// GBOU VPO IGMU Ministerstva zdravoohraneniya Ros-sii.-Irkutsk,2012. -32p.
[9] Chiao F. B. et al. Vein visualization: patient characteristic factors and efficacy of a new infrared vein finder technology //British journal of anaesthesia. - 2013. - C. aet003.
[10] Dubrov S. A. Serdechno-legochnaya reanimaciya //Zhurnal «Vnutrennyaya medicina. - 2008. - T. 4. - p. 10.
[11] Hulse E. J., Thomas G. O. R. Vascular access on the 21st century military battlefield //Journal of the Royal Army Medical Corps. - 2010. - T. 156. - №. Suppl 4. - p. 385-390.
[12] Sanchez-Morago G. V. et al. Viewing veins with AccuVein AV300 //Revista de enfermeria (Barcelona, Spain). - 2010. - T. 33. - №. 1. - p. 33-38.
[13] Shahzad A. et al. Hyperspectral venous image quality assessment for optimum illumination range selection based on skin tone characteristics //Biomedical engineering online. - 2014. - T. 13. - №. 1. - p. 109.
[14] Lamperti M., Pittiruti M. II. Difficult peripheral veins: turn on the lights. - 2013.
