CC BY
30
Технические средства и технологии обеспечения Безопасности человека
23
в физиологических сигналах, связанных с эмоциональным состоянием человека в условиях многократного повторения стимулов.
Показана возможность использования бесконтактных методов регистрации физиологических сигналов в качестве аналога традиционных контактных технических решений мониторинга физиологического состояния человека.
Литература
1. Князев В., Варламов Г. Полиграф и его практическое применение: Учеб. пособие М.: Принт-Центр, 2012. 859 с.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Варламов В. А., Варламов Г. В. Компьютерная детекция лжи. М.: Илигар, Орисет, 2010. 928 с.
Wireless Sensor Network for Wearable Physiological Monitoring / P. S. Pandian [et al.] // Journal of network. 2008. Vol. 3. N 5. P. 21-29.
URL:. http: / / neurobotics.ru / products / eye_tracking / URL:. http: //www.noldus.com/human-behavior-research/ products/facereader
Imaging facial physiology for the detection of deceit / P. Tsia-myrtzis [et al.] // Department of Computer Science. University of Houston, 2005. P. 1-24.
Данилова Н. Н. Психофизиология: Учеб. для вузов. М.: Аспект Пресс, 2004. 368 с.
Ильин Е. П. Эмоции и чувства. СПб.: Питер, 2007. 783 с. Изард К. Э. Психология эмоций. СПб.: Питер, 2003. 464 с.
УДК 621.36, 615.8
С. А. Егоров, начальник Центра, С. В. Кротов, лаборант-исследователь, Н. И. Кузнецов, инженер-конструктор, С. П. Устинов, начальник участка,
ФГУП «Государственный научно-исследовательсткий институт прикладных проблем» (ГосНИИПП), Санкт-Петербург
Метод локального
измерения температуры
при электромагнитной гипертермии
Ключевые слова: измерение температуры, гипертермия, термопара. Keywords: temperature measurements, hyperthermia, thermocouple.
Описан метод локального измерения температуры с помощью оригинальной конструкции чувствительного элемента на основе термопары, встроенной в стандартную медицинскую иглу. Основной сферой применения данного метода является методика лечения онкологических заболеваний путем электромагнитной гипертермии.
В настоящее время электромагнитная гипертермия (ГТ) рассматривается как общепризнанный и наиболее мощный модификатор радио- и химиотерапии злокачественных опухолей, значительно повышающий эффективность лечения. Это связано с тем, что при ГТ в основном повреждаются опухолевые клетки, находящиеся в состоянии гипоксии и в Б-фазе миотического цикла. Именно такие опухолевые клетки являются наиболее устойчивыми к действию ионизирующего излучения и, следова-
тельно, основным лимитирующим фактором радиотерапии. При этом ГТ препятствует процессам репарации опухолевых клеток после лучевого воздействия и введения химиопрепаратов, что также улучшает результаты лечения. В этой связи существуют все предпосылки того, что уже в ближайшие годы ГТ станет четвертым базовым методом лечения рака, наряду с хирургией, химио- и радиотерапией.
Результаты клинико-экспериментальных исследований показали, что гипертермия при любой последовательности применения ее и лучевой терапии не повышает частоту и интенсивность метастази-рования опухолей.
Показаниями к использованию ГТ являются:
• опухоли в области головы и шеи;
• опухоли головного мозга;
• опухоли, метастазы легких и печени;
• опухоль желудочно-кишечного тракта и поджелудочной железы;
• рак мочевого пузыря и простаты;
• рак эндометрия;
• рак молочной железы;
• рак кожи;
• любые другие локализации опухолей, при которых возможно создание оптимального температурного режима (41,5—43 °С).
Обязательным при проведении ЭМ-гипертермии является термометрический контроль, который должен обеспечить получение информации об абсолютном значении температуры в опухоли и окружающих ее здоровых тканях в динамике на протяжении всего сеанса лечения.
Помимо таких методов гипертермии, как микроволновая, радиочастотная и ультразвуковая, в настоящее время в связи с созданием современных образцов лазерной техники и волоконных оптических систем появилась возможность разработки принципиально новых медицинских технологий, способных улучшить результаты лечения даже распространенных неопластических процессов. Кроме того, новая техника позволяет использовать ГТ в качестве не только модификатора, но и самостоятельного метода лечения с некоторыми ограничениями.
Экспериментально установлено, что цитотокси-ческий эффект, обусловленный термической инактивацией протеинов и повреждением цитоплазма-тических мембран, развивается в температурном критическом интервале 42,5—43 °С. Из-за патологического строения сосудов злокачественной опухоли при повышении ее температуры не только полностью отсутствует увеличение скорости и объема кровотока, а также связанное с этим увеличение теплоотдачи, но и, наоборот, развиваются сосудистый стаз и многочисленные тромбозы и, как следствие, возникает значительное повышение температуры. В противоположность этому в нормальных тканях скорость перфузии и вместе с ней теплоотдача линейно возрастают с ростом температуры. Именно этот феномен и определяет избирательность (селективность) перегрева опухолевых тканей по сравнению с нормальными. Нарушение кровотока в солидных опухолях и хроническая гипоксия значительно повышают термочувствительность опухолевых клеток, и уже при температуре 43,5 °С, к которой толерант-ны нормальные ткани, происходят необратимые повреждения клеток опухоли. Возможные результаты гипертермии в зависимости от температуры и времени воздействия представлены на рис. 1. Область А соответствует совокупности условий, при которых погибают не только клетки опухоли, но и окружающие ее клетки здоровой ткани, а область В — оптимальным условиям, при которых клетки опухоли разрушаются с минимальным вредным воздействием на здоровые ткани. При условиях воздействия, соответствующих области С, не происходит разрушения клеток.
В связи с перечисленными особенностями при использовании лазерных технологий необходимо
внедрение метода локального контроля температуры в области воздействия. Одним из возможных способов подобного контроля может стать внедрение датчика температуры в стандартную медицинскую иглу, применяемую в медицине для инъекций. Это позволит значительно упростить процесс сертификации и получения разрешения на использование данного устройства в медицине, удешевит процесс его производства, а также даст ему еще ряд преимуществ.
Диаметр выбираемой иглы зависит исключительно от размеров датчика температуры, который располагается внутри нее. В качестве датчиков температуры, как правило, служат терморезисторы, термопары и кварцевые резонаторы. Размеры терморезисторов и кварцевых резонаторов не позволяют разместить их внутри стандартных медицинских игл, вследствие этого в качестве датчика температуры используется термопара, выполненная из двух тонких проволок из разных металлов, соединенных на одном конце с помощью лазерной сварки. Такой тип датчика имеет малые габариты, позволяющие разместить его внутри полой медицинской иглы. При разности температур между «горячим» и «холодным» концами термопары на ее контактах возникает разность потенциалов, которая является выходным сигналом датчика.
Первоначально предполагалось использовать кон-стантановую проволоку в качестве первого проводника термопары и тело иглы в качестве второго. Материалы, идущие на изготовление игл, различаются в изделиях разных производителей, и, как следствие, получение стабильных, повторяемых результатов при использовании различных игл становится невозможным. Для обеспечения повторяемости результатов в качестве второго проводника вместо тела иглы использовалась железная проволока. Для предотвращения электрического контакта между проволоками термопары требуется, чтобы хотя бы
49 48
47
^ 46
& 45
св
а 44
® 43 Н
42
41
40
20 40 60 80
Время воздействия, мин
100
120
Рис. 1
Результаты теплового воздействия в зависимости от температуры и времени воздействия
0
Технические средства и технологии обеспечения Безопасности человека
одна из них имела электроизоляцию. Для этого на константановую проволоку наносится полипаракси-лиленовое покрытие. Преимуществами такого покрытия являются: его малая толщина (порядка десятка микрометров), относительная дешевизна, рабочий диапазон температур от —100 до +150 °С, хорошие электроизоляционные свойства, отсутствие внутренних напряжений в покрытии, биологическая совместимость, отсутствие катализаторов и других химикатов в составе покрытия, устойчивость к радиации, прозрачность. При изготовлении термопары использовалась проволока диаметром 0,2 мм, что позволяет уместить такой датчик (рис. 2) в иглах диаметром от 0,6 мм.
Спай термопары 3 выполнен в виде шарика, который располагается непосредственно вблизи среза иглы 1. Для предотвращения контакта термопары с телом человека, в результате которого могут возникать различные аллергические реакции, отверстие иглы закупоривается медицинским герме-тиком 4 с высоким значением теплопроводности. Проводники термопары 2 идут через иглу к измерительному прибору АТТ-2002, который обрабатывает сигнал датчика и выводит температуру на индикатор. Выбор прибора был обусловлен его способностью получать данные с термопар констан-тан—железо с точностью 0,01 °С и погрешностью 0,1 %, а также с низким значением времени измерения температуры, составляющим 2,5 с.
Готовый чувствительный элемент представлен на рис. 3, а на рис. 4 приведен измерительный прибор АТТ-2002. Преимуществом его примене-
3
Рис. 4 Измерительный прибор АТТ-2002
Рис. 5 Стандартный разъем термопар
ния также является возможность использования стандартного разъема термопар (рис. 5). Ответная часть этого разъема смонтирована на приборе, что позволяет обеспечить легкость подключения и замены чувствительных элементов и не прибегать к их стерилизации и повторному использованию за счет простоты и невысокой стоимости производства этих элементов.
Рис. 2
Конструкция датчика:
1 — тело иглы; 2 — проводники термопары; 3 — спай проволок термопары; 4 — медицинский герметик
Рис. 3 Чувствительный элемент
Выводы
Предложенный метод измерения локальной температуры с использованием чувствительного элемента на основе помещенной в стандартную медицинскую иглу термопары железо—константан обладает следующими достоинствами: простотой и низкой стоимостью изготовления конструкции, возможностью создания одноразового чувствительного элемента (иглы). Использование стандартного медицинского оборудования, а также поверяемого измерителя температуры позволяет упростить процедуру стандартизации и сертификации. Высокая чувствительность и прецизионность комплекса измерительный прибор—термопара предоставляют возможность контролировать температуру в области опухоли с высокой точностью и скоростью.
2
2
1
Литература
1. Управляемая гипертермия / Ф. В. Баллюзек, М. Ф. Бал-люзек, В. И. Виленский и др. СПб.: Невский Диалект, 2001.
2. Баранов В. Ю. Физические методы в медицине и биологии // http://www.kiae.ru
3. Пат. 2165105 РФ. Способ экспериментального моделирования общей гипертермии у мелких лабораторных животных / А. В. Ефремов, Ю. В. Пахомова, Е. А. Пахомов и др. Опубл. 22.12.1999.
4. Micro-thermocouple probe for measurement of cellular thermal responses / M. Watanabe, N. Kakuta, K. Mabuchi, Y. Ya-mada. Conf Proc IEEE Eng. Med. Biol Soc. 2005; 5:4858-61.
УДК 619
Е. В. Воробьева, научный сотрудник,
A. С. Титов, начальник клиники,
B. В. Рубан, ведущий научный сотрудник,
ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт прикладных проблем» (ГосНИИПП), Санкт-Петербург
Опыт применения фундус-камеры в экспериментальной практике с использованием лабораторных животных и ветеринарной офтальмологии
Ключевые слова: офтальмология, фундус-камера, глазное дно, передний отрезок глаза. Keywords: ophthalmology, fundus-chamber, eye bottom, a forward piece of an eye.
В статье описывается опыт применения офтальмологического прибора фундус-камера NIDEK NM-200D для исследовательской работы с животными и в ветеринарной практике.
Широко известный арсенал современных офтальмологических приборов для исследования и фотографирования различных участков глаза включает как щелевые лампы — для исследования переднего отрезка и сред глаза, так и фундус-камеры, позволяющие осматривать и фотографировать все отделы глазного дна.
Практически все современные щелевые лампы оборудованы цифровой видео- или фотокамерой для фиксирования результатов исследования.
Существуют варианты приборов стационарного и портативного типа.
Портативные варианты щелевых ламп, как правило, не имеют встроенной фотокамеры. Именно с этим связаны ограничения методов исследования глаз у животных — голову животного, крупного или мелкого, редко можно поместить в стандартный подголовник щелевой лампы, а портативная лампа, имея значительно ограниченные исследовательские возможности, к тому же лишена возможности фотофиксации результатов осмотра и изменений в динамике.
Фундус-камера — это цифровой прибор, предназначенный для визуального наблюдения состояния глазного дна и получения его подробного изображения. Прибор существует также в стационарном и так называемом ручном варианте [1, 2].
Цель исследования. Оценить возможности фун-дус-камеры при исследовании глаз у животных в экспериментальной практике, а также для изучения динамики при лечении повреждений в ветеринарной практике.
Материалы и методы исследования. Обследовались и наблюдались различные виды лабораторных животных: кролики, свиньи, собаки. Оценивалось состояние переднего отрезка глаза и глазного дна в фоновом режиме и при различных видах повреждений, а также осуществлялась их фоторегистрация в фоновом режиме при повреждениях и в динамике.
Результаты исследования и их обсуждение. Высокая потребность в подробной диагностике переднего отрезка глаз у животных при различных повреждениях привела к использованию диагностических возможностей фундус-камеры при оценке изменений не только глазного дна, но и переднего отрезка глаза. В экспериментах, проводившихся в полевых условиях, а также при необходимости прижизненной диагностики изменений или повреждений переднего отрезка глаз либо глазного дна ручная фундус-
