Инвазивные и неинвазивные измерения

   Все методы оценки физических параметров и характеристик организма можно разделить на две группы:

1) неинвазивные;

2) инвазивные.

   При неинвазивных методах во время выполнения измерительных операций целостность кожного покрова не нарушается. Получение информации с помощью инвазивных методов связано с любым, даже очень малым (на атомном уровне) нарушением целостности поверхности биологического организма.

   Роль неизвазивной диагностики будет неуклонно возрастать. Определяется это следующими основными моментами. Неинвазивные методы:

1)  исключают внесение во внутреннюю среду организма болезнетворных вирусов и бактерий, чужеродных веществ (ксенобиотиков);

2)  позволяют исключить лучевую нагрузку на организм, например, при проведении рентгенологических, радиоизотопных и ультразвуковых методов исследования;

3)  освобождают пациента от комплекса болевых и неприятных ощущений;

4)  неинвазивные методы, основанные на использовании сенсорных и передающих сигналы устройствах, позволяют решить две крупные медико-социальные задачи: мониторирование основных биохимических и функциональных показателей и создание дистанционных аларм-систем[1].

    Последние могут оказаться весьма полезными в качестве средства постоянного слежения из центра, например из больницы или поликлиники, за определенными группами больных (больными с опасностью внезапной кардиальной смерти, гипертонической болезнью, сахарным диабетом и др.) и оказания своевременной помощи при наступивших критических состояниях.

   Чем же располагает современная медицина в плане неинвазивной диагностики? В диагностике различных болезней важная роль принадлежит определению размеров, формы и отчасти плотности органов и тканей. С этой целью традиционно используются рентгенологические, а в последние десятилетия, и ультразвуковые методы исследования. Сегодня эти методы, особенно с применением контрастных веществ (ангио- и урография), компьютерной томографии являются фундаментом диагностики множества болезней, сопровождающихся морфологическими изменениями пораженного органа, или его части. Однако, с учетом действия на организм проникающей радиации, эти методы не могут быть отнесены в полной мере к неинвазивным.

Рисунок 1.36 – Инвазивное (неинвазивное?) эндоскопическое обследование желудка

   Методы, основанные на использовании волоконной оптики, связаны с неприятными, а нередко и весьма опасными, осложнениями эндоскопической процедуры (бронхоскопия, гастроскопия, цистоскопия и др.).         Из методов функциональной диагностики к неинвазивным относятся фонография, спирометрия, неинвазивная оксиметрия (транскутанное[2] определение напряжения кислорода, пульс-оксиметрия), электрография (ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ), манометрия артериального давления, доплерометрия, термометрия и тепловидение, капиляроскопия, плетизмография, определение температурной и болевой чувствительности кожи, тестирование рефлексов, остроты зрения и слуха.   Из методов лабораторной диагностики наиболее часто (> 50%) используются биохимические методы анализа жидких сред организма, а среди последних – исследования крови. Совершенно очевидно, что процедура взятия крови это вторжение во внутреннюю среду организма.         Возникновение и развитие малотравматичных и неинвазивных методов в лабораторной диагностике в определенной степени связано с появлением технологии «сухой химии». В основе методов “сухой химии” лежит принцип: взаимодействие субстрата, (например, глюкозы) со специфическим ферментом (например, глюкозооксидазой), в результате чего образуются новая форма вещества и перекись водорода.         Бесцветная форма красителя, нанесенного на диагностическую зону полоски, под влиянием перекиси водорода и пероксидазы[3] переходит в окрашенную форму (“сухая химия”).         В случае методов «сухой химии» используются бумажные полоски (стрипы), которые окрашиваются при нанесении на них капли крови (или другой биологической жидкости) тем интенсивнее, чем больше в капле определяемого субстрата. Биосенсоры регистрируют количество искомого субстрата по интенсивности электрического сигнала (вольт-  и амперометрия).   Еще пример  инвазивной кардиологии. Инвазивная кардиология подразумевают катетерную диагностику (рис.1.37) ишемической болезни сердца, кардиомиопатий и всех врождённых и приобретенных пороков сердца у взрослых пациентов следующими методами:

1. Интракоронарное допплеровское и ультразвуковое исследование
2. Биопсия[4] сердечной мышцы
3.Чрескожная реваскуляризация[5] миокарда посредством эндокардиального маппинга[6] и последующей аппликации лазерным лучом
4. Абляция[7] перегородки при гипертрофической обструктивной кардиомиопатии[8]
5. Катетерно-интервенциональное закрытие дефектов межпредсердной перегородки
6. Электрофизиология с катетерной диагностикой сложных суправентрикулярных и вентрикулярных аритмий[9]
7. Высокочастотная электроабляция, включая применение электроанатомического маппинга.

      

 

 

Рисунок 1.37 – Расположение диагностического катетера при проведении коронарографии

 

   Как правило, при инвазивных и неинвазивных методах не удается полностью избежать взаимодействия биологического организма и измерительного преобразователя. В ответ на "подключение" измерительного преобразователя в организме возникают ответные реакции, которые "изменяют" его состояние. Поэтому все измеряемые параметры характеризуют не только состояние организма, но и его реакцию на внешнее возмущение, созданное измерительным преобразователем. Взаимодействие присутствует всегда, и степень его влияния для разных преобразователей различается только уровнями вносимых внешних возмущений.

   Из сказанного следует вывод, достаточно важный с методологической точки зрения: при любых измерительных операциях невозможно адекватно определить те параметры и показатели, которые характерны в данный момент времени для биологического организма. Все получаемые результаты зависят от состояния организма и его взаимодействия с измерительными преобразователями, с помощью которых получают измерительную информацию.

   Любые измерительные преобразователи, даже вроде бы совсем "невинные", с помощью которых определяется разность электрических потенциалов на кожном покрове, вносят возмущения в объект измерений и изменяют его показатели, параметры и характеристики.

    Из этого следует важный для разработчиков медицинской аппаратуры вывод:  если при выполнении операций получения информации о свойствах биологического объекта невозможно избежать взаимодействия между биообъектом и измерительным преобразователем, то для обеспечения однозначности и воспроизводимости получаемых результатов, а также для установления "видовой нормы" на измеряемый параметр, аппаратуру необходимо выполнять так, чтобы уровень вносимого внешнего возмущения не зависел бы от индивидуальных свойств конкретного организма.

   Так, если возмущение имеет форму силы, то она должна быть одинаковой для различных биообъектов. Если возмущение имеет форму электрической энергии и основную роль в возникновении реакции играет тепловое возмущение, то аппаратура должна выполняться так, чтобы в любых организмах с разными электрическими параметрами рассеивалось бы неизменное значение этой энергии.

   Только при неизменном значении возмущающего воздействия, вносимого измерительным преобразователем, можно надеяться на воспроизводимость получаемых результатов. Поэтому данные о количественных значениях тех или иных параметров, без сведений о том, с помощью какой аппаратуры они получены, не являются достаточно информативными и не подтверждаются при измерениях с помощью другой аппаратуры.  В этом одна из существенных особенностей биомедицинских измерений, которая плохо учитывается техническими специалистами.