автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Принципы построения, методы и технические средства мониторинга процессов экстракорпоральной детоксикации жидких биологических сред по спектрам экстинкции в ультрафиолетовой области спектра

На правах* рукописи

Василевский Александр Михайлович

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ, МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА МОНИТОРИНГА СОСТАВА ЖИДКИХ БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД В

ПРОЦЕССЕ ЭКСТРАКОРПОРАЛЬНОЙ ДЕТОКСИКАЦИИ ПО СПЕКТРАМ ЭКСТИНКЦИИ В УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТИ

СПЕКТРА

Специальность 05.11.16 - Информационно - измерительные и управляющие системы (медико-биологические и экологические исследования)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном электротехническом Университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Научный консультант - заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Попечителев Е.П.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сидоренко В.М. доктор физико-математических наук, профессор Поздняков Д.В. доктор медицинских наук, профессор Лесиовская Е.Е.

Ведущая организация: ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»

Защита диссертации состоится ¿¿У 2004 г. в //_ час. на

заседании диссертационного Совета Д 212.238.06 Санкт-Петербургского Государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " 7 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

//

Юлдашев З.М.

2т- ч

№46

1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Изучение состава биологических жидкостей является одним из важнейших источников объективной информации о состоянии организма, позволяющих выявить и оценить отклонения от нормы, установить диагноз, прогнозировать заболевание, оценить эффективность проводимого лечения, осуществить контроль за медикаментозной терапией и профилактику расстройств здоровья. Ежедневно в клинико-диагностических лабораториях мира выполняются десятки тысяч анализов жидких биологических сред (ЖБС). Основными объектами анализа являются: содержимое сосудов и полостей (кровь, цереброспинальная жидкость (ликвор), выделения человеческого организма). Наиболее распространенными средами анализа считаются кровь и моча. Анализ обычно проводится методом взятая проб исследуемой среды и последующего определения одного из компонентов с помощью разнообразных аналитических методик. Время, необходимое для проведения анализа, в зависимости от среди, используемой методики и типа анализируемого компонента, может составлять часы, сутки или недели. Кроме этого, для реализации анализа многие методики требуют специальной подготовки пробы, включающую ее технологическую и химическую обработку.

Среди новых методов лечения, получивших широкое распространение в последние десятилетия, важное место занимают методы «эфферентной терапии», основанные на экстракорпоральной дегоксикации ЖБС путем диализа, фильтрации, сорбции, облучения среды излучением определенного спектрального состава. Так, для больных, страдающих хронической почечной недостаточностью, единственным способом поддержания жизни является программный гемодиализ, а при черепно-мозговых травмах, сопровождающихся субарахноидальным кровоизлиянием, сеансы ликворосорбции позволяют предотвратить тяжелые осложнения, связанные с появлением в ликворе чужеродных токсических веществ. Длительность подобных процедур, скорость процесса дегоксикации и выбор типа диализатора или сорбента назначает лечащий врач по результатам ежемесячного анализа состава контрольных проб, взятых до и после процедуры. Если учесть, что экстракорпоральное воздействие на ЖБС проводится несколько раз в неделю и продолжается часами, а курс лечения может длиться годами, то становится очевидной проблема исследования способов организации непрерывного контроля (мониторинга) состава и разработка информационно-измерительных систем на их основе для количественной оценки изменений состава и коррекции лечения в ходе процедуры в режиме on-line.

В настоящее время многие научные центры в нашей стране и за рубежом интенсивно занимаются разработкой автоматизированных систем мониторинга ЖБС. Из законченных разработок опубликован единственный прибор, изготовленный фирмы "Baxter"[Kesaviah P.R., 1995], одного из мировых производителей аппаратов "Искусственная почка", предназначенный для мониторинга состава диализата по мочевине. Однако широкого применения этот прибор не получил из-за высокой стоимости, необходимости использования для анализа расходных материалов и больших временных затрат.

В работе рассматривается возможность применения для целей мониторинга ЖБС метода абсорбционной ультрафиолетовой (УФ) спектрометрии. Абсорбционный спектральный анализ в различных областях спектра является одним из распространенных физических методов и находит широкое применение для анализа и контроля состава вещества в технике, биофизике, биологии и медицине. Этот метод, основанный на классическом законе Ламберта-Бера-Бугера, обладает высокой чувствительностью, неинвазивен, безопасен для больного, не требует дополнительных расходных материалов, при использовании проточных кювет может быть реализован в оперативном автоматическом режиме и, таким образом, удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к устройствам мониторинга состава ЖБС в процессе экстракорпоральной дегоксикации.

Спектр поглощения многих компонентов, входящих в состав ЖБС (мочевая кислота, креатинин, нуклеиновые кислоты, мочевина), имеет вид широких бесструктурных, перекрывающихся полос и в большшстве случаев приходится на УФ область спектра. Поэтому для целей качественного и количественного спектрального анализа ЖБС УФ область спсюра наиболее информативна.

Состав ЖБС организма чрезвычайно сложен, содержит большое количество различных компонентов и зависит от многих факторов. В процессе экстракорпоральной детокси-кации происходит изменение состава ЖБС, связанное с целенаправленным снижением концентрации токсических компонентов в ЖБС. Одновременно из состава ЖБС выводятся и другие компоненты, не являющиеся токсинами для данного процесса детоксикации, но контроль которых необходим для оценки эффективности процедуры. Поэтому при организации мониторинга необходим анализ состава одновременно по нескольким компонентам, причем в условиях, когда любое вмешательство в исследуемую среду исключено. Проблема спектрального анализа состава сложных сред, содержащих несколько взаимодействующих компонентов, концентрация которых изменяется в широких пределах, несмотря на многочисленные попытки, до настоящего времени не решена. Таким образом, применение современных методик для спектрального анализа УФ спектров экстинкции ЖБС в процессе экстракорпоральной детоксикации создает только потенциальную возможность получения объективной информации о динамике состава ЖБС.

Одним из способов решения проблемы многокомпонентного спектрального анализа является организация и проведение анализа не на дискретных длинах волн по каждой компоненте, а в широкой информативной области, включающей полосы поглощения анализируемых компонентов. Современные спектральные аппараты с фотоприемным устройством на ПЗС-структурах позволяют выделить в пределах информативной области 500 и более узких спектральных участков.

Математически информация о качественном и количественном составе среды может быть представлена в виде системы уравнений, описывающих спектральное поглощение среды в информативной области, в которых неизвестными являются концентрации анализируемых компонентов. В простейшем случае (слабо концентрированные среды и выполнение принципа аддитивности) для определения концентрации достаточно измерить спектральное поглощение среды в информативной области и решить систему линейных уравнений. Для случая ЖБС в условиях экстракорпорального воздействия, когда не исключено взаимное влияние компонентов, а концентрация может изменяться в широких пределах, характер зависимости спектрального поглощения среды от концентрации компонентов значительно усложняется и до настоящего времени недостаточно изучен. Это требует разработки уточненных математических моделей, корректирующих специфику поглощения излучения в сложных средах.

Целью данной работы явилась разработка принципов построения, методов и технических средств, обеспечивающих поликомпонентный мониторинг состава ЖБС в процессе экстракорпоральной детоксикации на базе абсорбционной ультрафиолетовой спектрометрии.

Основными задачами, решение которых позволило создать систему мониторинга, явились:

исследование и анализ спектральной информации, регистрируемой в ходе экстракорпоральной детоксикации ЖБС, для обобщенной оценки специфики спектрального поглощения ЖБС и выделения информативной области,

разработка уточненных математических моделей, адекватно описывающих спектральное поглощение для однокомпонентной и поликомпонентной ЖБС,

исследование и разработка методик обработки спектральной информации для поли--компонентного анализа состава ЖДС в режиме on-line и разработка ш этой основе автоматизированных систем мониторинга ЖБС,

экспериментальное исследование разработанных систем для мониторинга процессов экстракорпоральной детоксикации ЖБС диализными и сорбционными методами в режиме on-line и оценка достоверности результатов анализа.

Основные этапы исследований включали изучение и решение следующих вопросов:

- исследование корреляционных характеристик динамики спектров экстинкции и концентрации удаляемых компонентов в ходе экстракорпоральной детоксикации ЖБС с целью определения границ информативной области;

- исследование индивидуальных особенностей УФ спектров экстинкции низкомоле-кулярпых ЖБС и их систематизация с целью унификации требований к моделированию процесса поглощения;

- разработка принципов построения автоматизированных систем для мониторинга жидких биосред в ходе сеансов экстракорпоральной детоксикации в режиме on-line;

- разработка математической модели абсорбционного анализа однокомпонентной среды в широком диапазоне концентраций и исследование спектральных характеристик поглощения компонентов;

- разработка математической модели анализа поликомпонентных жидких биосред и алгоритмов расчета концентрации компонентов ЖБС пр спектрам экстинкции в информативной области спектра;

- разработка методики автоматизированного анализа состава диализата и техническая реализация информационно-измерительной системы мониторинга сеанса гемодиализа по спектрам экстинкции диализной жидкости;

- экспериментальное исследование динамики состава диализата в ходе сеансов гемодиализа больных, страдающих хронической почечной недостаточностью;

- разработка методики автоматизированного анализа состава ликвора и техническая реализация информационно-измерительной системы мониторинга сеанса ликворосорбции по спектрам экстинкции ликвора;

- экспериментальное исследование динамики состава ликвора в ходе сеансов ликворосорбции при лечении заболеваний и повреждений центральной нервной системы.

Методы исследований.

Решение поставленных задач проводилось путем сочетания теоретических и экспериментальных методов исследования. Теоретические исследования основывались на абсорбционном спектральном анализе, методах математического моделирования, статистического анализа параметров коррекции поглощения при заданных начальных условиях и оценки степени достоверности решений.

Экспериментальные исследования нативных жидких биосред проводились в условиях, максимально приближенных к клиническим в расширенной (информативной) области спектра.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 32 печатных работы, в том числе 13 публикаций в изданиях, включенных в перечень ВАК. Опубликовано: 2 монографии, 16 статей, тезисы к 10 докладам на международных и всероссийских научно-технических конференциях и 4 авторских свидетельства и патента на изобретения.

Работа выполнена на кафедре Физической электроники и оптико-электронных приборов Санкт-Петербургского Государственного электротехнического университета «ЛЭ-ТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина). Клинические испытания и экспериментальные исследования проводились на базе Российского научно-исследовательского института травматр-

логии и ортопедии им. P.P. Вредена, Санкт-Петербургской медицинской Академии им. И.И. Мечникова, Военно-медицинской академии, Городского центра гемокоррекции г. Санкт-Петербурга и отделений гемодиализа городских больниц г. СПб.

Научную новизну работы составляют:

- методика комплексного анализа состава ЖБС в информативной области спектра, в пределах которой спектральная информация отражает динамику состава ЖБС в процессе детоксикашонных мероприятий; методика дифференциации спектров низкомолекулярных жидких биологических сред организма по относительному содержанию двух компонентов;

- классификация низкомолекулярных ЖБС по форме спектральных характеристик поглощения, отражающая индивидуальные особенности обмена нуклеиновых кислот, причем индивидуальная форма спектра сохраняется как в пределах одного сеанса гемодиализа, так и при повторных сеансах в течение продолжительного (более года) времени;

- метод коррекции зависимости показателя поглощения однокомпонентной среды от концентрации в информативной области спектра, основанный на определении членов второго порядка в разложении функции поглощения в рад Тейлора;

- метод оценки взаимного влияния компонентов на спектральное поглощение в поликомпонентной жидкой биологической среде, основанный на введении в матрицу удельного поглощения компонентов недиагональных членов и методика расчета спектральных коэффициентов удельного поглощения компонентов в информативной области спектра на его основе;

- принципы построения информационно- измерительных систем мониторинга ЖБС в режиме on-line по спектрам экстинкции в УФ области спектра, учитывающие взаимосвязанные компоненты системы - инструментальное, методическое, метрологическое и информационное обеспечение;

- информационная схема мониторинга состава ЖБС методом УФ спектрометрии, комплексно учитывающая этапы преобразования информации в технических и аналитических звеньях автоматизированной системы мониторинга;

- методика оценки достоверности результатов анализа состава ЖБС в режиме on-line.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что:

- разработаны практические рекомендации по построению автоматизированных систем поликомпонентного анализа состава ЖБС в режиме on-line по спектрам экстинкции в УФ области спектра;

- разработаны технические средства мониторинга ЖБС при экстракорпоральной де-токсикации диализными и сорбционными методами;

- получены спектральные характеристики и коэффициенты коррекции удельного поглощения низкомолекулярных компонентов ЖБС в информативной области спектра в широком диапазоне концентраций;

- разработаны алгоритм и программное обеспечение расчета концентрации нескольких компонентов ЖБС по спектрам экстинкции в процессе экстракорпоральной дегокси-кации ЖБС в режиме on-line;

- определена информативная область и, в пределах этой области, исследованы спектральные характеристики удельных коэффициентов коррекции взаимного влияния потенциальных уремических токсинов в составе диализата и других ЖБС.

Научные положения, выносимые на защиту:

• измерительный спектральный канал системы мониторинга состава ЖБС должен учитывать особенности поглощения как отдельных компонентов ЖБС, так и их комбинаций в пределах информативной области 200...350нм;

•при обработке спеетральных сигналов должны учитываться индивидуальные особенности формы низкомолекулярных спектров зкстинкции ЖБС в информативной области, отражающей относительное содержание компонентов;

• математическая модель, адекватно описывающая спектральное поглощение компонентов ЖБС в условиях изменения концентрации, должна учитывать члены разложения удельного коэффициента зкстинкции по концентрации второго порядка в пределах информативной области;

• математическая модель, адекватно описывающая спектральное поглощение ЖБС должна учитывать межмолекулярное взаимодействие, для чего в матрицу удельных коэффициентов зкстинкции отдельных компонентов необходимо ввести недиагональные члены;

• мониторинг состава ЖБС по нескольким компонентам при экстракорпоральных детоксикационных мероприятиях в режиме on-line, основанный на предлагаемых методиках спектрального анализа, повышает достоверность анализа состава, позволяет индивидуализировать процесс лечения и корректировать процедуру детоксикации непосредственно в ходе сеанса.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- Межд. конф, «Медико-техническое обеспечение в больницах России», СГГб, 1994

- Межд. конф. «Диагностика, информатика, метрология-9б», СПб, 1996

- Межд. семинар «Инновации в здравоохранении» СПб, 1997

- Межд. конф. {Диагностики, информатика, метрология-97»,СПб,1997

- Межд. конф. фирмы «Fresenius Medical Саге», Schweinfurt, Germany, 28-30.09.1998

- IX ежегодный нефрологический семинар. СПб, 2001

- 1 Международный конгресс «Новые медицинские технологии» (New medical technology), СПб, 8-12.08.2001

- Международный оптический конгресс «Оптика - XXI век», СПб, 2002

- Международная научно-техническая конференция «Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании». - Тверь, Тверской государственный технический университет. -2002.

- "World Congress of Neftology" (10-17.10.2001, г.Сан-Франциско, Калифорния, США). Разработанные автоматизированные информационно - измерительные системы мониторинга прошли клинические испытания в Городском центре гемокоррекции г.СПб, отделении гемодиализа Городской больницы № 15 г.СПб и в отделении ликворосорбции РНИИТО им. Р. Р. Вредена. Из этих организаций получены акта о внедрении разработанных систем в клиническую практику.

Овьем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 140 наименований, и шести приложений. Основная часть работы изложена на 268 страницах машинописного текста и содержит 89 рисунков и 40 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы исследования, определены цели и задачи работы, методы решения сформулированных задач, отмечены основные результаты исследования и научные положения, выносимые на защиту, определены научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации и клиническом внедрении результатов работы.

Первая глава посвящена вопросам изучения состава основных ЖБС, анализа обменных процессов и процессов эндотоксикации организма с целью выявления компонентов, контроль которых в ходе экстракорпоральной детоксикации наиболее важен.

Проблема организации мониторинга ЖБС методом УФ спектрометрии, ориентированная на повышение эффективности лечения, включает, помимо решения чисто технических задач, целый комплекс вопросов, относящихся к биологии, медицине, фармакологии и другим областям науки и техники.

Проведен анализ:

■ особенностей состава ЖБС организма с целью выделения основных компонентов и их концентрации в норме и при патологиях;

• современных методов экстракорпоральной детоксикации и их практической реализации с целью выявления информационной значимости отдельных токсических компонентов, которые необходимо контролировать в процессе детоксикации;

• современных методов и технических средств исследования состава ЖБС с целью поиска новых подходов для организации мониторинга по комплексу компонентов в режиме on-line;

• современных методов эфферентной терапии, в ходе которых реализуется экстракорпоральная детоксикация наиболее ответственных сред организма - крови и цереброспинальной жидкости.

Анализ показал, что к числу компонентов, являющихся маркерами эндотоксикоза, мониторинг которых необходим для оценки эффективности процесса детоксикации и коррекции лечебных процедур, следует отнести в первую очередь низкомолекулярные компоненты ЖБС - мочевину, мочевую кислоту, креатинин, а также продукты обмена нуклеиновых кислот и низкомолекулярные фракции белка - альбумины.

Анализ современных технологий автоматизированных клинико-лабораторных исследований, основанных на оптических, хроматографических, радионуклидных и ионо-метрических методах, показал, что существующие методики и аппаратура обеспечивают проведение подробного анализа состава ЖБС по выделенным компонентам, но связаны с забором биопроб, их обработкой и больших временных затрат. Приведены результаты серии исследований состава крови, мочи и диализной жидкости нескольких сеансов гемодиализа, полученных методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Данные подобных .анализов МОгут быть использованы для целей градуировки и калибровки, но сами методы для мониторинга состава ЖБС ло комплексу компонентов в режиме on-line непригодны.

Отмечено, что в ультрафиолетовой области многие компоненты ЖБС имеют характернее полосы. Однако спектрограммы искусственных комбинаций из нескольких (от 4 до 6) компонентов даже известной концентрации оказались слишком многофакгорными и сложными для стандартных методов анализа и не могли быть расшифрованы.

-л Таким образом, формулируются основные требования к проблеме организации мониторинга и реализации анализа методом УФ спектрометрии:

• необходимость контроля ЖБС одновременно по нескольким компонентам, что обусловлено сложностью и многообразием обменных процессов в организме, формирующих ее состав в норме и при различных патологиях;

в при проведении лечебных процедур экстракорпоральной детоксикации ЖБС диализными и сорбционными методами основными маркерами интоксикации являются мочевина, креатинин, мочевая кислота, белок, аминокислоты, глюкоза и другие, чаще всего низкомолекулярные, компоненты;

• в настоящее время отсутствуют методики и аппаратура анализа состава ЖБС по нескольким компонентам в режиме on-line;

• современная методика абсорбционной спектрофотометрии обеспечивает проведение анализа в основном однокомпонентных растворов ЖБС и неприменима в условиях автоматизированного анализа нативных многокомпонентных сред;

• для решения проблемы мониторинга ЖБС по объективной информации, содержащейся в спектрах экстинкции сложных сред, необходимо изучить особенности поглощения этих сред в информативной области спектра, создать математические модели, учитывающие эти особенности, разработать принципы построения систем мониторинга, основанные на этих моделях и создать системы, реализующие эти принципы.

Таким образом, необходимо решить ряд задач, каждая из которых является этапом исследований:

-разработка методики и исследование спектров экстинкции ЖБС в УФ области спектра и их динамики при экстракорпоральной детоксикации; изучение корреляционных связей динамики поглощения и концентрации удаляемых компонентов (глава 2);

- исследование информационных признаков и индивидуальных особенностей спектрального поглощения ЖБС (глава 2);

-разработка математической модели абсорбционного анализа однокомпонентной среды в информативной области спектра при изменении концентрации; исследование спектральных характеристик коррекции поглощения низкомолекулярных компонентов жидких биосред (глава 3);

- разработка математической модели анализа многокомпонентной среды в информативной области спектра в условиях межмолекулярного взаимодействия; разработка алгоритмов калибровки и расчета концентрации компонентов ЖБС по спектрам экстинкции в информативной области спектра с учетом межмолекулярного взаимодействия (глава 3);

- анализ принципов построения систем мониторинга по спектрам экстинкции в информативной области, разработка информационной и метрологической схем анализа состава ЖБС (глава 4);

- разработка автоматизированных спектральных систем для сбора и обработки спектральной информации в режиме on-line (глава 4);

- техническая реализация автоматизированной информационно- измерительной системы мониторинга процесса детоксикации крови диализным методом по УФ спектрам экстинкции диализата; клинические испытания системы мониторинга и экспериментальное исследование динамики состава диализата в ходе сеансов гемодиализа в режиме online (глава 5);

- разработка автоматизированной информационно-измерительной системы мониторинга сеанса ликворосорбции по спектрам экстинкции ликвора; клинические испытания системы мониторинга и экспериментальное исследование динамики состава ликвора в ходе сеансов ликворосорбции в режиме on-line при лечении заболеваний и повреждений центральной нервной системы (глава 6).

Во второй главе приводятся результаты исследований спектров поглощения серии биопроб диализной жидкости (диализата) в области длин волн 200 ... 400 нм (рис.1). Методика исследований включала анализ динамики спектров поглощения диализата в процессе сеанса гемодиализа, параллельный биохимический анализ биопроб по стандартным методикам и определении границ информативной области спектра, где наблюдается тесная корреляционная связь изменения концентрации компонентов и спектрального поглощения. Биопробы брались из выходной магистрали диализного контура аппарата «Искусственная почка» во время проведения одного из сеансов гемодиализа больного с хронической почечной недостаточностью. Длительность сеанса составляла 3.5 часа, время взятия биопроб: до начала сеанса, через 5,30,60,90, 180 и 210 мин. после начала. Измерялось пропускание биопроб относительно дистиллированной воды, спектральное разрешение

составляло 0.7 нм, погрешность измерений 5%. В каждой пробе биохимическими методами определялось содержание мочевины, мочевой кислоты и креатинина, точность анализа 7%.

Длина волны, нм

Рис. 1. Динамика УФ спектров поглощения диализата сеанса гемодиализа.

Обнаружено, что в области 200 ... 350 нм наблюдается определенная временная корреляция изменения концентрации компонентов в составе исследуемой среды и динамики спектров поглощения, что подтверждает возможность использования метода абсорбционной УФ спектрометрии в качестве базового метода получения информации для оценки состава ЖБС.

По данным биохимического анализа каждой пробы было рассчитано изменение концентрации для выделенных компонентов (креатинин, мочевина, мочевая кислота) относительно пробы, взятой на 5-й минуте, и вычислены коэффициенты корреляции этих величин с относительным изменением поглощения диализата в пробах на длине волны 254 нм (таблица 1).

Таблица 1.Д инамика концентрации компонентов диализата в процессе гемодиализа.

Время Мочевина, Креатинин, Мочевая кислота, Поглощение на длине

взятия про- относительная относительная относительная волны 254 нм,

oti концентрация концентрация концентрация относительное погло-

щение

5 1 1 1 1

30/5 0.716 0.678 0.67 0.67

90/5 0.50 0.516 0.56 0.54

180/5 0.328 0.388 0.33 0.47

210/5 0.28 0.355 0.33 0.27

Коэф. кор- 0.972 0.975 0.962 1

реляции, р

Данные таблицы свидетельствуют о тесной корреляционной связи изменения концентрации выделенных компонентов в составе диализата и спектрального поглощения диализата в процессе экстракорпоральной детоксикации крови диализным методом. Такие же результаты получены и для других волн информативной области.

Результаты длительных (более'года) исследований УФ спектров экстинкцни проб диализата серии больных, полученных в ходе многих сеансов гемодиализа, показали, что форма кривых в информативной области сохраняется, а наблюдаемые на спектрограммах изменения связаны с уровнем поглощения. Сохранение формы УФ спектров экстанк-ции свидетельствует о том, что в крови больного в течение длительного времени информативные компоненты присутствуют в определенных пропорциях.

Исследование индивидуальных особенностей формы УФ спектров пропускания низкомолекулярных ЖБС большой группы больных (81 чел.) проводились в Городском центре гемокоррекции г.СГО. Все пациенты получали лечение гемодиализом. Для каждого больного был измерен спектр пропускания биопробы диализата, взятой в ходе одного из сеансов гемодиализа.

Результаты анализа спектрограмм показали, что изменение формы кривой-спектрального пропускания в информативной области для различных больных в основном обусловлено селективным поглощением в области длин волн 250 ... 300 нм. В этой области находятся полосы собственного поглощения компонентов, присутствующих в крови и диализате больных, а различие в форме спектрограмм связано с различным соотношением концентрации этих компонентов.

Для количественной оценки связи формы спектрограмм и числа больных, на измеренных спектрограммах были выделены две спектральные области AA.i= 250 „270 нм и Акг= 280... .300 нм и рассчитаны коэффициенты интегрального поглощения

Fl =

¡k(Ä)dZ

ДЛ, V 1

1

äX

Fl -

\

1

АЛ

Отношение Fl/F2 служит объективной оценкой изменения формы спектрограмм.

Основная часть спектрограмм (для 80 пациентов) по форме сконцентрирована в диапазоне величины отношения FI/F2 ~ 0.55 ... 1.35. Для классификации спектрограмм по форме предложено выделить более узкие интервалы A(Fl/F2): " А " - 0.65... 0.85; " В " -0.85... 1.15; " С " -1.15... 1.25. Полученное распределение, представленное в таблице 2 и на рис. 2 в виде гистограммы, может быть математически описано нормальным законом (распределением Гаусса).

Статистический анализ данных гистограммы показал, что среднее значение отношения F1/F2 для выборки (ЛГ= 80) составляет 0.997 при стандартном отклонении о = 0.15. Спектрограмма одного больного, для которого Fl/ F2 = 1.66, лежит за областью ±3 а. Этот вид спектрограммы должен быть объяснен присутствием в диализате необычных компонентов и выделен в особую группу.

Таблица 2. Относительное распределение числа больных по типу Формы спектрограмм.

F1/F2 0.55- 0.65- 0.75- 0.85- 0.95- 1.05- 1.15- 1.25- 1.35-

0.65 0.75 0.85 0.95 1.05 1.15 1.25 1.35 1.75

Число

больных 1 4 10 16 21 16 10 2 1

0.3

0.25 -

Bl Ш Эксперимент

□ Гауссово распределение

_LK

1 I- I I I 1 |

0.2 -

Z

X)

2 0.15 -

0.05 -

0.1 -

О ид

ш

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 F1/F2

Рис.2. Гистограммы индивидуальных особенностей спектров экстинкции низкомолекулярных компонентов ЖБС, полученных экспериментально, и распределения Гаусса.

Анализ обменных процессов, конечным продуктом которых являются низкомолекулярные вещества ЖБС, и спектральных данных о положении полос поглощения этих веществ показал, что изменение формы с большой вероятностью связано с обменом нуклеиновых кислот, а обнаруженными компонентами являются: мочевая кислота - для области 280... .300 нм и аденозин - для области 2S0 ..270 нм.

Таким образом, даже при отсутствии априорной информации о составе ЖБС анализ формы спектра экстинкции ЖБС на участке информативной области 250. ..300 нм позволяет организовать начальную фазу анализа состава как минимум по двум компонентам, а отношение интегрального поглощения в двух выделенных областях - определить индивидуальные особенности обменных процессов для каждого пациента.

В коротковолновой часта информативной области заметный вклад в поглощение оказывает креатинин и ряд других компонентов. Количественные исследования показали, что спектральное поглощение ЖБС, особенно в области длин волн, короче 250 нм, нелинейно зависит от концентрации компонентов. Спектры поглощения искусственно созданных смесей, имитирующих состав биопроб, существенно отличались как по форме, так и по уровню поглощения от спектров нативных биопроб, что свидетельствует об ограниченности применения традиционных методов для спектрального анализа многокомпонентных ЖБС.

Третья глава посвящена разработке и анализу математических моделей, уточняющих классические закономерности многокомпонентного абсорбционного спектрального анализа.

Для математического описания нелинейной зависимости показателя поглощения однородной среды от концентрации предлагается разложить функцию fo -f(C) в ряд Тейлора по степеням С и учесть члены разложения первого и второго порядка:

k;.(C) = АиС + А2,;С2 (1)

а дкл _

где = я'РГ- £i - удельный коэффициент экстинкции;

дС 1 д2к

А

х

- - удельный коэффициент экстинкции второго порядка.

В выражении (I) удельный коэффициент экстинкции Ац. определяет поглощение слоя вещества ед иничной толщины единичной концентрации и имеет тот же физический смысл, что и удельный коэффициент экстинкции в классическом законе Ламберта - Бера -Бугера; удельный коэффициент экстинкции второго порядка Ац учитывает вклад в поглощение межмолекулярного взаимодействия при увеличении концентрации и равен поглощению слоя единичной толщины на квадрат единичной концентрации.

Знак второго слагаемого определяет характер изменения коэффициента поглощения от концентрации: при А^х = 0 выполняется линейный закон Ламберта - Бера - Бугера; при Агд > О поглощение с ростом концентрации увеличивается быстрее, чем при линейном законе; при Агл< 0 зависимость кх ~/(С) более пологая и имеет максимум при С = (2А»./А2}).

Величину и спектральные зависимости коэффициентов А у и А^ вещества можно определить опытным путем, если подготовить серию из и растворов с известной концентрацией данного вещества и измерить их спекгры поглощения в информативной области. Для серии из л растворов с известной концентрацией выражение (1) для каждой длины волны информативной области можно представить в виде системы линейных уравнений или в виде векторного матричного уравнения

СА} = кх, (2)

где А), - матрица - столбец спектральных коэффициентов экстинкции вещества, размером 1 х 2; С - матрица концентраций растворов, размером 2 х п; - матрица - столбец спектральных коэффициентов экстинкции растворов, размером 1 х п.

Аппроксимация функции (1), заданной в дискретном числе точек, может бьггь реализована по методу наименьших квадратов:

СА} = кх<=$ С'СА). = С'кх <^>(С'С/7(С1 С)АХ = = (С'Су'С кх <=>АЛ~ (С'СУ'С к>.

Как показали наши исследования, предлагаемая модель в большинстве случаев хорошо аппроксимирует реальную нелинейную зависимость коэффициента экстинкции растворов в широком диапазоне концентраций. Ограничение разложения членом второго порядка позволяет до 3% снизить методическую погрешность определения концентрации вещества в диапазоне концентраций калибровочных измерений. При этом реализуется возможность расчета спектра поглощения в информативной области и вычисления коэффициента подобия К рассчитанного и измеренного спектров. Так, для растворов мочевой кислоты в диапазоне концентраций 0.015...0,6 ммоль/л максимальная методическая погрешность расчета концентрации по линейному закону на длине волны 293 нм составляет 26%, при расчете по предлагаемому способу в пределах информативной области 200..350 нм максимальная погрешность не превышает 2.8% при коэффициенте подобия К >0.982.

Если в пределах информативной области создан банк данных спектральных коэффициентов экстинкции А и Ах л нескольких веществ (компонентов), предлагаемая математическая модель позволяет решать следующие задачи:

- при заданной концентрации раствора для каждой среда восстановить форму спектра поглощения в пределах информативной области;

- вычислить концентрацию раствора по измеренному спектру поглощения в широком интервале вариации концентраций;

- проводить анализ не на одной длине волны, а во всей информативной области;

- по спектру поглощения идентифицировать среду путем сравнения коэффициентов подобия формы кривых в информативной области спектра. В работе представлен алгоритм расчета спектральных коэффициентов экстинкции для серии проб однокомпонентных растворов и приведены результаты исследований УФ спектров экстинкции основных компонентов ЖБС - креатинина, мочевины, мочевой кислоты, глюкозы, альбумина, витаминов В), Вг, Вб и В]2 в диапазоне концентраций, которые наблюдаются в ЖБС в норме и при патологиях.

Спектральное поглощение сложных растворов, если принцип аддитивности соблюдается, может быть описано в пределах информативной области системой уравнений (1), в которой число уравнений равно числу компонентов. Информативная область должна быть расширена и включать полосы поглощения всех компонентов. При проведении анализа в широкой области спектра нельзя исключить взаимного влияния компонентов, в связи с чем принцип аддитивности может не соблюдаться. Если предположить, что принцип аддитивности'Для таких сред соблюдается, в выражение (1), описывающего спектральное поглощение каждого компонента, должны быть введены дополнительные члены, отражающие вклад других компонентов в поглощение смеси. Этот вклад пропорционален концентрации каждого из компонентов, тогда по размерности коэффициенты пропорциональности будут являться удельными коэффициентами экстинкции данного компонента в присутствии других. Таким образом, в каждом из уравнений системы (1) число членов должно быть равно числу компонентов смеси, а коэффициенты пропорциональности формируют квадратную матрицу удельных коэффициентов экстинкции. Недиагональные элементы матрицы отражают взаимное влияние компонентов.

Таким образом, спектральный показатель поглощения ¡с^х слоя единичной толщины сложной среды, содержащей АГ компонентов, может быть записан в виде

^ , (3)

где 5 Vх- спектральный коэффициент экстинкции ¡- го компонента в присутствии] -го компонента в смеси; Су - концентрация]- го компонента.

Система линейных уравнений (3) эквивалентна матричному уравнению

еС=к,

\г" е12 ... еш ¡¡С,: ¡г21 ... е2"\С2< \кг!

! = : I

;.............\ - I 1-|

| N1 „N2 „ЛЛг!^ ! ;

| £ Е ... Е ¡ЛЛМ

Диагональные элементы матрицы е!1, ¿"2 и т. д. являются удельными коэффициентами экстинкции однокомпонентных растворов тех компонентов, которые присутствуют в смеси. Если между компонентами взаимодействие отсутствует, все недиагональные элементы матрицы е'^' = 0, / ^/

После некоторых преобразований, система уравнений (3) может быть записана в виде

к*х = ГС, еа1) = - 7 Их , (4)

где е^х^Е^х - сумма удельного коэффициента экстинкции чистого 1-го компо-

нента и удельных коэффициентов экстинкции других компонентов в присутствии этого компонента.

Система уравнений (4), записанная для М длин волн информативной области, позволяет рассчитать концентрации каждого из АГ компонентов, если предварительно определены величины и £ х для каждой длины волны и М2М

<Г1

Спектральные зависимости коэффициентов в л для каждого из компонентов определяются опытным путем. Предварительно готовится несколько растворов исследуемой среды с известной концентрацией каждого компонента и измеряются спектры экстинкции растворов в информативной области. Число калибровочных растворов п должно быть не менее числа анализируемых компонентов N.

Если для каждого компонента известны спектральные коэффициенты экстинкции АIX и Ащ , при калибровке достаточно оценить только вклад в поглощение биопробы взаимного влияния компонентов. Этот вклад для случая 4-х компонентной среды и 4-х калибровочных растворов (Ы — п =4) может быть записан как

^ = 7 - А„ -Аг, (С= 2*,= , (Ср А30, (5)

где - спектральное поглощение у - той пробы, обусловленное взаимным влиянием компонентов; А и, Аи- спектральные коэффициенты экстинкции /- той компоненты; Ср -концентрация (- той компоненты в/- той биопробе; А^/ - сумма столбцов матрицы коэффициентов экстинкции за вычетом диагональных элементов.

Выражение (5) представляет собой систему из 4-х уравнений, записанных для каждой биопробы:

~ С¡,1 А1 + С,,2 А2+С,,З А3+С],4 А4 С2,1 А1 + Сг,2 Аг+Сг,з А3+С2.4 А4 | = Сз,1 А] + С3,2 А2+С3,З Аз+СЗ,4 А4

= С4,1 А1+С4,2 А2+С4,З А4,

в которых первый индекс - порядковый номер биопробы, второй - порядковый номер анализируемой компоненты.

Решение системы (5) статистическими методами относительно А позволяет рассчитать величину для каждой длины волны информативной области.

Коэффициент А[ определяют тот вклад в поглощение сложной среды, который обусловлен присутствием в ней /- той компоненты и может быть назван коэффициентом коррекции взаимного влияния по /- той компоненте. Если Д =0 для всех компонентов, то в среде на этой длине волны отсутствует взаимное влияние компонентов.

Если в пределах информативной области для всех компонентов среды определены коэффициенты А, А2,1 и 4 , то для расчета концентрации отдельных компонентов достаточно измерить спектр поглощения раствора в этой области и решить систему уравнений

= (АЦС, + А^С2, +А,С<) (6)

где - спектральное поглощение исследуемой среды; А ц , А2,1 и Д - спегаральные коэффициенты коррекциитой компонента; С/ - ее концентрация в исследуемой среде.

Таким образом, предлагаемая модель позволяет рассчитать концентрации выделенных компонентов {Ci=f(tr)}N^i в среде по спектрам поглощения {l£)mизмеренный в момент времени iу. Восстановленная форма cnetcipa поглощения исследуемой среды [рассчитывается по соотношению (5), после чего рассчитывается величина отношения коэффициента подобиями оценивается степень достоверности выполненных измерений и расчетов.

Предлагаемая математическая модель расширяет возможности абсорбционного спектрального анализа применительно к многокомпонентным средам и, если определены коэффициенты коррекции поглощения для отдельных компонентов, позволяет решать следующие задачи:

- проводить спектральный анализ состава одновременно по нескольким компонентам;

- расширить область анализа на всю информативную область;

- восстановить форму кривой поглощения многокомпонентной среды в информативной области для заданных концентраций отдельных компонентов;

- исследовать, как влияет на спектр поглощения сложной среды изменение концентрации каждого из ее компонентов;

- повысить точность определения концентрации компонентов в среде за счет учета взаимного влияния компонентов;

- определить степень приближения рассчитанного и измеренного спектров.

Разработанные математические модели позволили в основном решить проблему анализа состава ЖБС по нескольким компонентам и реализовать мониторинг состава ЖБС в процессе ее экстракорпоральной детоксикации методом абсорбционной спектрометрии.

В четвертой главе рассмотрены принципы построения автоматизированных информационно-измерительных систем, основанные на предложенных математических моделях, а также методика и организация мониторинга состава ЖБС по УФ спектрам экс-тинкции.

Измерительный тракт разрабатываемых автоматизированных информационно-измерительных систем базируется на измерении спектрального распределения потока излучения, прошедшего через среду, и представлении этого распределения в удобном для анализа виде. Последующая обработка и анализ спектра основывается на математических моделях, адекватно описывающих специфику поглощения излучения в исследуемой среде. Принцип, положенный в основу построения систем, связан с количественной оценкой степени достоверности анализа в режиме on-line. Этот же принцип используется для оценки адекватности математических моделей. Пороговое значение степени достоверности анализа устанавливается по результатам контрольного мониторинга и определяется допустимой погрешностью измерений.

Структурная схема спектральной информационно-измерительной системы состава ЖБС включает объект исследования (больной, жидкая биологическая среда которого подвергается экстракорпоральному воздействию), спектральный аппарат, систему регистрации и обработки информации, блок анализа полученной информации и систему экстракорпоральной детоксикации, параметры которой корректирует врач, руководствуясь результатами мониторинга состава среды. Схему процесса детоксикации ЖБС иллюстрирует рис.3.

Априорные знания об обменных процессах, способе экстракорпоральной детоксикации и спектральной области поглощения исследуемой ЖБС, позволяют выделить в ее составе N компонентов, спектры экстинкции которых приходятся на информативную область.

Информативными признаками о составе среды и концентрации компонентов служат изменения в спектральном распределении потока излучения внешнего источника, прохо-

дящего через среду. В результате взаимодействия отдельных спектральных составляющих патока с молекулами компонентов среды, он селективно модулируется по амплитуде. Изменения в спектральном распределении проходящего потока зависят, помимо информативной составляющей, от толщины слоя среды, скорости распространения потока в среде, неоднородности среды, присутствия побочных компонентов и других факторов. Для анализа информации о составе среды обычно используют относительное спектральное распределение потока, прошедшего через слой единичной толщины исследуемой среды и среды не содержащий анализируемых компонентов (эталонный раствор, например, дистиллированная вода). Отношение измеренных спектральных распределений сигналов (потоков излучения) - прошедшего через исследуемую среду и через эталонный раствор, является безразмерной величиной, называемой спектром пропускания среды Т)= /(Я), а 1п(1/Т)) = кх = /(X) - спектром экстинкции или, в отсутствии рассеяния, спектром поглощения среды.

Рис.3. Структурная схема информационно-измерительного процесса детоксикации ЖБС. 01... 07 - операторы преобразования сигналов, описывающие соответственно: систему детоксикационного воздействия на среду (й1 [у ((}]); спектральную систему (02 [5^]); аналога - цифровое преобразования сигналов (03[5ублок расчета выходных данных (04[^ ы((г)])', блок анализа итоговой информации (65[Л]); блок информации о динамике состава среды (С36[{С^/^,)/1/^])', блок коррекции параметров режима детоксикации (07[у]).

Форма спектра поглощения (или спектра пропускания) в информативном диапазоне частот отражает относительное содержание выделенных компонентов в исследуемой среде, а амплитуда спектрального распределения на отдельных частотах - концентрацию этих компонентов.

Спектральные исследования биопроб ЖБС показали, что молекулы анализируемых компонентов среды взаимодействуют с проходящим потоком на всех частотах информативной области, а взаимное влияние компонентов носит мультипликативный характер. Поэтому при регистрации и обработке спектров должна быть сохранена информация о форме спектрального распределения и амплитуде измеренных сигналов во всей информативной области.

Для спектральной системы, реализующей разложение излучения в спектральном диапазоне 'к\...%хс реальным разрешением Д\ максимальное число дискретных отсчетов в спектре составляет =(Я г - А ])/А2, Полуширина отдельных полос ЬХщ электронно-

го поглощения компонентов жидких биосред в УФ области обычно составляет 5... 10 нм. Для детальной передачи формы полосы поглощения необходимо выполнение условия АХ < 0.1АХ 1/2, поэтому для сохранения информации о форме полос поглощения в спектрах экстинкции ЖБС необходимо использовать спектральные системы с разрешением ДА < 0.5 ... I нм, а минимальное число дискретных спектральных интервалов для диапазона 200...400 нм (УФ область спектра) должно составлять Мт1П.>400. При выполнении этих условий потеря информации о форме спектра при регистрации не превосходит 10%.

В процессе экстракорпоральной детоксикации в составе исследуемой ЖБС происходит непрерывное изменение концентрации компонентов, поэтому величина амплитуды выходного сигнала на каждой длине волны является функцией времени.

При использовании линейки фотоприемников с зарядовой связью, выходной сигнал каждого из элементов линейки фотоприемник и>т,ы пропорционален освещенности Е>т и длительности облучения Д/

^ш.М ~3хт Е)т Д/,

где ^-спектральная чувствительность фотоприемника на длине волны /т.

Максимальный интервал усреднения выходного сигнала по времени, при котором концентрация компонентов изменится в допустимых пределах, может быть рассчитан исходя из длительности процесса детоксикации, диапазона изменения концентрации в ходе сеанса и чувствительности стандартных методов измерения концентрации.

Длительность процесса экстракорпоральной детоксикации ¡„р составляет 3...5 часов. Как показали результаты биохимического анализа проб в ходе сеансов, концентрация компонентов С/ в ходе процедуры снижается в 3..5 раз, что соответствует изменению

¿С, = (С,0-С< (1„РМ0.6... 0.8) Ст где С и С/ А„р) - концентрация компоненты в начале и конце процедуры.

Для биохимических методов анализа относительная чувствительность по концентрации составляет 0.1% (¿С/ ~Ш3 С/). При линейном законе изменения концентрации в ходе сеанса время, в течение которого в исследуемой среде концентрация компоненты изменится на 0.1 %, составит

Ы = (8С, 1„р)/0.6 С/= (1„р.1СГ3)/0.б.

При длительности процесса детоксикации 3 часа время, в течение которого состав среды и концентрации компонентов можно, в пределах допустимой погрешности, считать постоянными, составляет «15с. Эта величина определяет максимально допустимый временной интервал усреднения при регистрации одной спектрограммы. Таким образом, в процессе мониторинга информация о динамике состава исследуемой среды должна обновляться с периодичностью не более <5/тах-, а минимальное число дискретных отсчетов съема информации Кт1п^ составляет

1Г1пА, = 1„р/§1тах~2-103.

Если 2?д, >Н?1пы, изменение концентрации компонентов в исследуемой среде за время регистрации не превысит 0.1%.

В современных многоканальных спектральных системах все элементы линейки фотоприемников облучаются одновременно, а регистрация спектра производится последовательным считыванием информации с каждого элемента. Если время регистрации спектрограммы Гот, а число элементов М, то длительность засветки каждого элемента ДГ/ составит Д(;- /С„'М При работе в пределах линейного участка спектральной характеристики длительность засветки может быть увеличена в 0 раз, вплоть до величины максимально допустимого сигнала для используемого аналого-цифрового преобразователя. Это увеличит

отношение сигнал/шум, и одновременно увеличит длительность экспозиции всей линейки, которое составит tcn =Q te„.

Для фотодиодных линеек на основе кремния время регистрации одной спектрограммы to, составляет ~10 мс. Величина коэффициента экспозиции засветки Q зависит от спектральной интенсивности источника излучения, типа диспергирующего элемента, оптической схемы спектральной системы, спектральной чувствительности фотоприемника и ряда других причин. Для реальных систем Q ~ 10...20, поэтому минимальное время регистрации одной спектрограммы /«'составляет 0.1...0.2с, а предельное число спектрограмм, которые могут быть зарегистрированы в процессе детоксикации при 3-х часовом сеансе составляет

R&,= tn/tcn = 2103.

Поскольку Ra,»R?\, отношение сигнал/шум для каждой регистрируемой спектральной компоненты может быть дополнительно увеличено, если измеренную величину выходного сигнала усреднить по нескольким реализациям. В рассматриваемом случае число реализаций может достигать 102, что соответствует увеличению отношения сигнал/шум почти на порядок.

Таким образом, в течение всей лечебной процедуры фотоприемники облучаются потоком излучения, прошедшим через исследуемую среду. Сигналы с приемников усредняются по времени с периодичностью tcn' Через временные интервалы Af3" сигналы поступают в блок обработки и рассчитывается спектр пропускания и поглощения среды в момент времени tr. Общее число спектрограмм за процедуру составляет R =(inp/Atav), а измерения проводятся в моменты времени (r = (г Af"'), где г = 0... R.

Схема измерительного процесса при мониторинге состава ЖБС по спектрам экс-тинкции представлена на рис.4.

У7У&

Gl G2 h Up G3 -4

-► Исследуемая —► Sy(t) _► SAO -► lf/MAt

S(t) ЖБС Gl G2 G3 lfilttAt

—► Эталонный —► Soft) —► SoM —►

G4

раствор

к

1=0

{TlUtr)=(UUtr)/V>J}M^l (tr)fm^

R

г =0

Рис.4. Схема измерительного процесса при мониторинге состава ЖБС: у=у (t) -экстракорпоральное воздействие на исследуемую среду; 5^-входной сигнал; Sy(t), Soft) - сигналы после прохождения слоя исследуемой среды и эталонного раствора соответственно; Sy(X,t), S0(kt) - спектральное распределение сигналов; С/0.т.д<> ifы.м -выходные сигналы приемно-регистрирующей системы для длины волны /т , усредненные за время Д tr = г A t; T^/tr) - спектральный коэффициент пропускания среды в момент времени tr; ifi >m(tr) - спектральный коэффициент поглощения среды в момент времени tr.

При соблюдении стандартных для спектрального анализа требований (оптимальная толщина слоя, устранение рассеянного света, учет темнового тока, стабильность источника излучения во времени) инструментальная: погрешность измерений составляет 5..7%.

После обработки и анализа каждого измеренного спектра рассчитываются концентрации выделенных компонентов в среде в момент измерений {Ci=f(tr)}Ni~i и строится зависимость fC,=f(t)}Ni^i по ходу процесса детоксикации t„p в режиме on-line. Обработка спектров основывается на математических моделях, описывающих зависимость спектрального поглощения среды от концентрации и учитывающих специфику исследуемой ЖБС и способ ее детоксикации.

Базовым принципом, положенным в основу построения информационно - измерительных систем мониторинга состава ЖБС по УФ спектрам экстинкции, является максимальное подобие измеренного спектра экстинкции исследуемой среды и рассчитанного по результатам анализа спектра.

Для оценки подобия необходимо, используя математическую модель, рассчитать спектральные коэффициенты поглощения на М длинах волн информативной области для концентраций компонентов {Ct=f(tr)}Nw, полученных при обработке измеренного спектра, и сравнить формы измеренного и рассчитанного спектров. Степень подобия двух спекгров оценивается по величине нормированного скалярного произведения двух векторов: IW/^M^AV/ и UpUftUCA-J^i,

К ~ (V3KCn V3Kcn\ |^расч| >

где: К - нормированное скалярное произведение векторов UDKCn и UpaC4>! | U0kvn\ и I Upaal - ИХ модули.

При этом каждый из спекгров представляется в виде векторов значений спектральных коэффициентов поглощения на М длинах волн информативной области спектра.

Предложенный способ оценки достоверности результатов анализа многокомпонентных ЖБС обусловлен многими причинами, которые связаны со спецификой объекта анализа и динамикой процесса детоксикации. В этих условиях применение для расчета концентрации компонентов общепринятых в абсорбционном анализе эталонных растворов и калибровочных графиков и номограмм нереально, а измеренный в процессе лечебной процедуры спектр экстинкции исследуемой среды является единственным источником объективной информации о составе исследуемой среды на момент измерений.

Построение систем мониторинга состава ЖБС, основанных на предложенном принципе, позволяет объективно оценить степень достоверности анализа в реальном масштабе времени в условиях проведения лечебной процедуры.

Количественная информация о специфике спектральных характеристик поглощения исследуемой среды —f(С и ее отдельных компонентов k\=f(С) должна быть получена в ходе предварительных контрольных исследований. На основании этой информации апроксимируются математические модели и, руководствуясь базовым принципом, оценивается их адекватность исследуемому процессу. Затем формируется база данных, необходимых при использовании данной модели при обработке результатов измерений.

Метрологическая оценка результатов анализа состава жидкой биологической среды в процессе детоксикации (рис.5) основывается на контрольном мониторинге исследуемой среды,, в ходе которого измеряются спектры экстинкции в информативной области спектра. Параллельно проводится биохимический анализ состава нескольких биопроб, взятых по ходу процесса. Для анализа состава измеренных спектров используется аппроксимированная для данной среды и процесса детоксикации математическая модель. Погрешность измерений и расчетов оценивается по каждой анализируемой компоненте как

(дс,/со ,г = ((с, ~ су/су «г,

где С/ - концентрация компоненты в биопробе; С*/ - рассчитанная концентрация компоненты по используемой математической модели; 1г - время взятия пробы.

Пороговое значение коэффициента подобия /Сюр, на основании которого принимается решение о достоверности выполненных измерений и расчетов, зависит от многих факторов - степени селективности поглощения среды, количества анализируемых компонентов и требуемой точности измерений.

Рис.5. Схема метрологической оценки результатов комплексного анализа состава ЖБС.

Анализ требований к построению информационно - измерительных систем мониторинга процессов экстракорпоральной детоксикации ЖБС по УФ спектрам поглощения показал, что основанные на предложенных принципах и методах системы могут обеспечить регистрацию достоверной информации о составе исследуемой среды в режиме on-line. Контроль состава ЖБС в процессе сеанса детоксикации по времени проводится в R точках, в которых измеряется дискретный спекгр поглощения среды на М длинах волн информативной области спектра. Достоверность результатов анализа состава оценивается по ходу процесса для каждого измеренного спектра.

Система мониторинга должна быть подключена и согласована с устройствами, осуществляющими детоксикацию ЖБС, а результаты анализа представлены в доступном виде лечащему врачу. В общем виде схема построения систем мониторинга по УФ спектрам экстинкции во время проведения лечебных процедур включает:

• объект мониторинга (больной, состав ЖБС которого подвергается экстракорпоральной детоксикации) и устройство экстракорпорального воздействия на ЖБС (аппарат «Искусственная почка», система ликворосорбции);

в устройство, обеспечивающее безопасный доступ к исследуемой ЖБС для получения объективной информации о ее составе;

в спектральный анализатор для регистрации спектров экстинкции; блоки обработки спектральной информации и анализа состава ЖБС; устройство отображения текущей информации о ходе лечебной процедуры;

• блок обработки результатов и выработки рекомендаций лечащему врачу о необходимой коррекции процедуры; система обратной связи.

На рис.6 представлена схема построения системы мониторинга сеанса программного гемодиализа, на рис.7 - сеанса ^кворосорбции.

Рис.б. Схема построения системы мониторинга процедуры гемодиализа. 1 - пациент; 2 - аппарат "Искусственная почка", подключенный к кровеносной системе больного; 3 - диализный контур диализатора; 4 - система подготовки диализного раствора; 5 - источник излучения; К - проточная кювета с исследуемой средой; 6 - приемно-регистрирующая система многоканального спектроанализатора; 7- блок обработки; 8 -ЭВМ; 9 - блок результатов анализа; 10 - блок выходных данных о ходе процесса гемо-коррекции; 11- блок рекомендаций по коррекции лечебных мероприятий.

Рис.7. Схема построения системы мониторинга сеанса ликворосорбции. 1 - пациент, 2- аппарат " Ликворосорб", подключенный к ликворной системе больного; 3 - массообменник; 4 - камера сорбента; 5- источник излучения; К1 - входная проточная }И>вета с ликвором; К2 - выходная проточная кювета с очищенным ликвором; 6 - прием-но-регистрирующая система многоканального спектроанализатора; 7- блок обработки; 8 -ЭВМ; 9- блок результатов анализа; 10 - блок выходных данных процесса ликворосорбции; 11- блок рекомендаций по коррекции лечебных мероприятий.

Общим звеном, связывающим лечебную процедуру и спекгроанализатор, является проточная кювета, оптическая толщина которой должны быть оптимальной как по скорости протекания исследуемой среды, так и по уровню пропускания излучения.

Многоканальный спекгроанализатор является наиболее ответственным узлом системы и, дополнительно к требованиям по разрешению и спектральной области, должен работать в автоматическом режиме при минимальном времени регистрации спектра с представлением спектральной информации в удобном для последующей обработки виде. Процедура обработки спектральной информации по рассмотренным математическим моделям включает два этапа - предварительный этап, необходимый для расчета коэффициентов коррекции поглощения для каждого из анализируемых компонентов, и этап анализа.

На предварительном этапе:

® готовится серия п растворов для каждого из N анализируемых компонентов с известной концентрацией в информативной области А.1...Х2 измеряются

спектры экстинкции {к '>„—/(С)} "/./ каждого раствора; составляется система уравнений (2) и определяются спектральные коэффициенты коррекции поглощения {А ц , Ац} для каждого компонента;

• формируется база данных о спектральном поглощении компонентов;

• организуется контрольный сеанс процесса детоксикации исследуемой жидкой биологической среды; в ходе сеанса отбирается п биопроб и для каждой пробы измеряется спектр экстинкции {{¡^х =/(С<)}М1~]} в информативной области;

• параллельно в каждой биопробе определяется концентрация каждого из анализируемых компонентов {С^ы стандартными методами;

« составляется система уравнений (5) и определяются коэффициенты коррекции взаимного влияния {А;} для каждого анализируемого компонента.

На этапе анализа и расчета концентрации компонентов в процессе мониторинга:

• уточняется информативная область спектра Х1... А.2;

• для каждой длины волны информативной области в систему уравнений (6) вводятся данные спектральных коэффициентов коррекции поглощения для анализируемых компонентов {А^ , Ац}^!^ (диагональные элементы матрицы коэффициентов экстинкции) и спектральных коэффициентов коррекции взаимного влияния компонентов {А]} (недиагональные элементы матрицы коэффициентов экстинкции);

• проточная кювета спектрального аппарата подключается к системам детоксикации и организуется система мониторинга состава ЖБС в ходе лечебной процедуры (исследуемая среда и процесс детоксикации должен быть аналогичен контрольному мониторингу);

• в режиме оп-Ипе измеряется индивидуальный спектр экстинкции исследуемой среды в информативной области спектра хт (и )}Мт~1- Спектр отражает индивидуальные особенности обменных процессов пациента и изменения, происходящие в среде в процессе лечебной процедуры. Измерения могут проводиться дискретно или в автоматическом режиме.

Предварительный анализ измеренного спектра проводится по следующей схеме:

- проверка на отсутствие в измеренном спектре >т (¡г )} анализируемых компонентов, для чего в пределах информативной области на всех длинах волн суммируется разность поглощения измеренного (к^х) и 100% (к0 х) спектров

О0 = (1мт-,АЬз(/£ т - ^^М1

и, если суммарное отклонение не превышает установленный порог Д> < Втор., принимается решение об отсутствии компонентов в предъявленном спектра и анализ состава заканчивается;

- проверка на присутствие в измеренном спектре только одного из анализируемых компонентов, для чего в пределах информативной области проводится последовательный анализ отдельно по кащдому компоненту. В уравнение (1) вводятся данные о спектральных коэффициентах экстинкции Ац , А24 компонента, рассчитывается его концентрация С( в измеренном спектре, восстанавливается вид спекгра в информативной области

1Гт=1 и оценивается суммарное отклонение спектров

А = (2\-1АЪз(£-т - и^^)) М1.

Если суммарное отклонение не превышает установленный порог Д < Отор, принимается решение, что в измеренном спектре присутствует только одна компонента с расчетной величиной концентрации и анализ состава прекращается;

- если суммарное отклонение для всех анализируемых компонентов превышает установленные пороговые значения А > Бтор, то есть в информативной области восстановленный спектр поглощения существенно отличается от измеренного, система переходит в режим анализа состава поликомпонентной среды.

В режиме многокомпонентного анализа состава ЖБС спектральная информация каждого спектра ьп (?г вводится в систему уравнений (6) и рассчитывается концентрация каждого из анализируемых компонентов {С в исследуемой среде, которая в момент регистрации спекгра находилась в проточной кювете.

Допустимые уровни пороговых величин суммарного отклонения для принятия решений зависят от многих факторов: чувствительности приемно-регистрирующей системы, уровня рассеянного излучения, температурной и временной стабильности спектральной системы и устанавливаются по результатам контрольных мониторингов.

Результаты анализа отображаются на экране дисплея в виде зависимости концентрации каждого из компонентов от времени.

Блок-схема разработанного в ходе исследований автоматизированной системы сбора, обработки и анализа спектральной информации представлена на рис.8.

15

—□—СП—]

—\13

шт

12.Л"

Рис.8. Блок-схема автоматизированной системы для мониторинга процессов экстракорпоральной детоксикации ЖБС по спектрам экстинкции:

1 -источник света; 2 - опшческая система формирования пучка; 3 - проточная иовепа с содержащейся в ней исследуемой жидкостью; 4 - спгетрометр; 5 - кшпроллер; 6 - вычислительный управляющий блок; 7 - блок управления параметрами регистрации и настройки спектрометра; 8 - блок обработки текущего спекгра; 9 - дисплей; 10 - блок управления параметрами мониторинга; 11 -таймер; 12 - блок входных данных информационных признаков компонентов; 13 -блокпредва-

ритешюй обработки данных; 14 - блок данных контрольного мониторинга; 15 - блок алгоритмов расчета концентрации.

При технической реализации системы мониторинга были исследованы следующие вопросы: технические характеристики разработанной спектральной системы; согласование размеров проточной кюветы со скоростью протекания диализата выходной магистрали аппарата «Искусственная почка»; работа системы в режиме измерения спектров отдельных проб и в режиме on-line; калибровка системы перед началом и в процессе мониторинга; оценка степени достоверности расчетов в ходе мониторинга; анализ сеанса и выработка рекомендаций врачу о возможной коррекции программы гемодиализа и разработаны соответствующие алгоритмы и прикладные программы.

Спектральная система представляет собой автоматизированный многоканальный спектроанализатор для ультрафиолетовой (диапазон от 200 до 400 нм) и видимой (400 -700 нм) областей спектра, в состав которого входят: источник излучения (лампы ДДС-30 или ДНМ-15), формирователь пучка, проточная кювета с исследуемой средой, полихро-матор (вогнутая 4-х секционная дифракционная решетка 300 штр/мм), фотоприемник (ПЗС-линейка), число дискретных длин волн М = 512, ЭВМ с блоками управления режимами, ввода и обработки информации.

Для разработанных систем оггтимальный размер кюветы при скорости протекания диализата не более 0.5 л/мин - 5 мм; в дискретном (ручном) режиме система может обеспечить параллельный мониторинг 5 больных, в режиме on-line - одного больного; временной интервал между измерениями Atигч - не менее 1 минуты, R < 210 при длительности сеанса 3.5 часа; для измерения уровня 100% сигнала может бьггь использован чистый диализат.

В пятой главе приведены результаты контрольных мониторингов и клинических испытаний систем для мониторинга процесса гемодиализа, а также результаты мониторинга сеансов гемодиализа в режиме on-line в условиях стационара.

Таблица 3. Контрольный мониторинг состава диализата сеанса гемодиализа: сравнение данных биохимического анализа и результатов спектрального анализа по предложенной методике.

Время пробы Ur Биохимия Ur расчет Сг биох имия Сг расчет Ac. Ur биохимия AcUr расчет Р биохимия Р расчет

Концентрация, ммоль/л Концентра ЦИЯ, ммоль/л Концентрация, ммоль/л Концентрация, ммоль/л

0 0 0 0 0

5 11.6 11.6 0.31 0.300 0.09 0.090 0.1 0.102

30 8.3 8.3 0.21 0.210 0.06 0.070 0.09 0.089

60 7.1 6.8 0.18 0.183 0.06 0.045 0.09 0.080

90 5.8 5.9 0.16 0.153 0.05 0.051 0.08 0.080

120 4.8 4.8 0.15 0.138 0.04 0.029 0.08 0.071

150 3.9 4.0 0.12 0.117 0.04 0.028 0.07 0.067

180 3.8 3.8 0.12 0.111 0.03 0.029 0.04 0.059

210 3.3 3.3 0.11 0.099 0.03 0.025 0.04 0.060

Системы мониторинга процесса гемодиализа должны использоваться в сочетании с серийным аппаратом «Искусственная почка» и подключаться к выходной магистрали диализного контура. Задачей анализа является представление информации лечащему врачу о ходе процесса детоксикации в реальном масштабе времени: концентрации выводимых в ходе процедуры уремических токсинов, скорости выведения, количестве выведенных веществ за всю процедуру и выработка рекомендаций врачу о возможных изменениях программы гемодиализа для конкретного больного при проведении последующих сеансов.

Приводятся результаты контрольного мониторинга одного из сеансов гемодиализа, который подгаердил, что информативная область спектра диализата составляет 200...350 нм, а анализируемыми компонентами могут являться мочевая кислота, креатинин, мочевина и фосфаты. В ходе мониторинга в информативной области определены коэффициенты коррекции спектрального поглощения, связанные с присутствием в диализате каждого из компонентов и их взаимным влиянием. Всего было взято для параллельного анализа 8 проб. Расчет коэффициентов проводился для проб взятых на 5-й, 30,90 и 180 минутах сеанса, после чего по предложенной методике была рассчитана концентрация каждого из анализируемых компонентов для всех проб этого сеанса (таблица 3).

Для оценки степени достоверности расчетов для каждой измеренной спектрограммы рассчитывался спектр поглощения в информативной области и определялся коэффициент подобия К измеренного и восстановленного спектра

ЛГ о 1 ii, о М, 1 2

_/=1_ы ¿=1_

М о 2 м 0 м 0 х г м 1 м , 1

•ну -C&VIут

ы\ ы н J [/=i >=\ i=i J

где К - коэффициент подобия (совпадения) измеренного и восстановленного спектров; к f и к1 - спектральные коэффициенты поглощения измеренного и восстановленного

Л)! Л,|

спектра соответственно; М- число дискретных длин волн информативного диапазона

Для всех измеренных спектров коэффициент подобия К > 0.97. Обработка результатов 5 сеансов гемодиализа показала, что различия в концентрации компонентов при измерении их биохимическим методом и спектрофотометрией диализной жидкости по предложенной методике незначимо (Р < 0.05). Коэффициент корреляции составил для мочевины - 0.97, для креатинина - 0.98, для мочевой кислоты - 0.96, для фосфатов - 0.91.

Кроме этого, дополнительная информация об индивидуальных особенностях обменных процессов в организме больного и относительном содержании аденозина в диализате получена при идентификации спектрограмм по типам «А», «В» и «С».

Как показали результаты контрольных мониторингов нескольких сеансов, для низкомолекулярных ЖБС и условия (SC/Ci) < 10% рекомендуемыми величинами порогового значения коэффициента подобия Кпор могут служить: К„ор=0.97 для однокомпонентной среды, К„ор- 0.95—для смеси компонентов.

При значениях коэффициента совпадения выше 0.950 принимается решение о достоверности результатов расчетов. Значения между 0.900 и 0.950 показывают достаточно большое сходство, но результат следует интерпретировать с некоторой осторожностью. Все значения ниже 0.900 показывают существенное различие между формой измеренного спектра диализата и восстановленного по результатам анализа спектра и исключаются из

анализа. Алгоритм расчета концентрации и анализа степени достоверности представлен на рис.9.

Рис.9. Алгоритм оценки степени достоверности расчета концентрации компонентов.

Клинические испытания системы проводились в отделении гемодиализа больницы № 15 г. Санкт-Петербурга. В течении двух месяцев разработанная аппаратура была подключена к аппарату «Искусственная почка» в Городском центре гемокоррекции г. Санкт-Петербурга и обеспечивала мониторинг сеансов гемодиализа в 3-х сменном режиме.

Рекомендации по коррекции процедуры лечения основываются на результатах сравнения уровня поглощения диализата в информативной области для заключительного

спектра со спектром поглощения чистого диализата в начальной фазе сеанса. При существенном различии уровня поглощения в информативной области, оцениваемом по интегральному поглощению, рекомендуется увеличить длительность сеанса. При близких значениях —сокращение времени процедуры.

Результата испытаний и мониторинга многих сеансов гемодиализа показали:

• разработанная система полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к медицинской аппаратуре, она безопасна для больного и обслуживающего персонала, реализует непрерывный контроль (мониторинг) процесса детоксикации методом гемодиализа, не требует расходных материалов, позволяет отражать в режиме on-line динамику концентрации ряда уремических токсинов - мочевины, креатинина, мочевой кислоты, фосфатов в ходе сеанса гемодиализа для конкретного больного, определять общее количество выводимых веществ по ходу сеанса и по каждому компоненту определять количество выведенных веществ на единицу массы больного, вырабатывать рекомендации лечащему врачу о возможных изменениях программы диализа больного;

• применение кварцевых проточных кювет толщиной 5 мм позволяет проводить спектральный анализ без дополнительного разведения диализата в ходе всего сеанса гемодиализа;

• коэффициент подобия всех измеренных спектров превышал установленное пороговое значение Ктр > 0.95;

• погрешность в определении мочевины составила ±0.2 ммоль/л, по креатинину ±0.02 ммоль/л, по мочевой кислоте - ±0.01 ммоль/л;

• проведение контрольного мониторинга позволяет определить коэффициенты коррекции взаимного влияния компонентов в сложной среде;

• результаты клинических испытаний показали, что параметры системы согласованы с режимом работы аппарата «Искусственная почка», получаемая в ходе мониторинга информация о концентрации компонентов и динамике процесса детоксикации достоверна и реализуется в режиме on-line;

• дополнительная информация, представляемая системой врачу для возможной коррекции сеанса, может включать:

- концентрацию компонентов в диализате на начало сеанса (этот параметр коррелирует с содержанием уремических токсинов в крови больного до сеанса гемодиализа);

- временной интервал, в течение которого концентрация данной компоненты в диализате снижается в 2 раза (характеристика скорости процесса диализа);

- время достижения уровня снижения концентрации данной компоненты в диализате в 5 раз (параметр, характеризующий эффективную длительность сеанса).

В шестой главе рассмотрены вопросы технической реализации систем мониторинга для анализа состава ликвора в процессе экстракорпоральной детоксикации методом лик-воросорбции, выделения информативной области и информативных компонентов, калибровки системы по контрольному мониторингу и клиническому применению разработанных систем.

Ликворосорбция (JIC) - операция внеорганизменной фракционной или непрерывной обработки цереброспинальной жидкости (ликвора) с применением активных гемосорбен-тов. Исследования проводились совместно с Российским научно - исследовательским институтом травматологии и ортопедии им. Р. Р. Вредена.

Методика проведения ЛС, разработанная в РНИИТО им. P.P. Вредена, состоит во введении в ликворное пространство д вух люмбальных игл, подключенных к аппаратуре ЛС. Через одну из игл ликвор выводится из организма и подводится к сорбентам, вторая игла предназначена для возвращения очищенного ликвора в организм пациента. Скорость процесса 1.0... 1.5 мл/мин, длительность 2...2.5 часа, за сеанс объем эвакуируемого и воз-

вращаемого в организм ликвора составляет 120... 150 мл. При проведении мониторинга проточные кюветы оптической системы вводились на входном и выходном участках схемы ликворосорбшга. Оптическая толщина кювет составляла 2...5 мм.

Как показали исследования, процесс JIC можно разделить на несколько этапов: начальный (продолжительностью до 15...20 мин), в течении которого в исследуемом ликво-ре наблюдается резкое снижение концентрации практически всех компонентов, что связано с введением в ликворную систему ликворозамещающего раствора, который является балластным заполнителем объема аппарата перед началом J1C; активный период, сопровождающийся последовательным ростом концентрации компонентов по мере протекания JIC. На завершающей стадии процесса ликворосорбции концентрация основных компонент достигает достаточно стабильного во времени конечного значения.

Динамика спектров пропускания ликвора в ходе одного из сеансов ликворосорбции представлена на рис. 10.

200 250 300 350 400

Длина волны,нм

Рис. 10, Динамика спектров пропускания ликвора в процессе сеанса ликворосорбции. Толщина кюветы 5 мм, цифрами обозначено время от начала процесса ликворосорбции.

Анализ формы спектрограмм ликвора показал, что информативная область может быть ограничена диапазоном 200...330 нм, но при анализе спектров необходимо учитывать рассеяние излучение, обусловленное цитозом. Форма спектрограмм отражает специфику обменных процессов нуклеиновых кислот в организме пациента и классифицирована по типам «А». «В» и «С». Кроме этого, помимо низкомолекулярных компонентов, заметный вклад в спектральное поглощение ликвора вносит альбумин.

Для учета рассеянной компоненты информативная область была расширена до 350 нм. По уровню поглощения ликвора на длинах волн 330 и 350 нм строится линейная зависимость поглощения в информативной области и анализ экспериментальных спектров проводится после вычета рассеянной компоненты. Таким образом, в алгоритмы расчета коэффициентов коррекции и расчета концентрации компонентов, реализующих предложенную методику анализа, были внесены необходимые уточнения.

Результаты контрольного мониторинга сеанса ликворосорбции показали, что анализируемыми компонентами ликвора являются альбумин, глюкоза, мочевая кислота, адено-

зин, креатинин, аскорбиновзя кислота, ряд витаминов, а также, по уровню рассеяния—ци-тоз. Параллельный биохимический анализ биопроб ликвора показал, что погрешность результатов расчета по любой из анализируемых компонентов не превосходит ± 20 %. Коэффициент подобия измеренных спектров К >0.96.

Одним из важнейших направлений применения ликворосорбции является санация ксантохромного ликвора, наблюдаемого при тяжелых черепно-мозговых травмах. В этих случаях в ликворе присутствуют следы крови и существенно усиливается поглощение в УФ области. Одновременно появляются полосы поглощения в видимой части спектра, обусловленные гемоглобином. Одна из модификаций разработанной спектральной аппаратуры, рабочий диапазон которой включал видимую область, была использована для количественной оценки состава ликвора после нескольких сеансов JIC, выполненных у больных с ксантохромным ликвором. Каждая последующая JIC улучшала состав ликвора, приближая его к норме.

Результаты серии исследований показали, что информативным спектральным признаком, объективно характеризующим ксантохромность ликвора, является пропускания ЦСЖ на длинах волн 415 и 630 нм

А = Тщ / Тбзо >

где А - безразмерный параметр, Т4ц, Твзо- спектральная прозрачность ликвора на длинах волн 415 и 630 нм соответственно.

В ликворе без примесей крови А~\. ЦСЖ с патологией мозга величина параметра А < 1. Чем меньше параметр Л, тем существеннее изменения в составе ликвора.

Для оценки эффективности воздействия процесса JIC на состав ксантохромного ликвора рекомендовано сравнить пропускание на длине волны 415 нм до и после сеанса JIC

В = Tus, после / T4ÍS, до » где В - безразмерный параметр, характеризующий эффективность процесса ликворосорбции; T4is, после,T-f 15, <х> -спектральное пропускание ликвора на длине волны 415 нм после и до сеанса ликворосорбции соответственно.

При В >1 проведение сеанса ликворосорбции улучшает состав ликвора путем сорбирования чужеродных веществ, при В =■ 1 процесс сорбирования должен быть прекращен, т.к. изменения состава в ходе сеанса не происходит.

Данные количественной оценки параметров А я Bao результатам серии нескольких сеансов JIC ксантохромного ликвора, представлены в таблице 4.

Таблица 4. Расчет параметров эффективности серии сеансов JIC.

Сеансы ликворосорбции Параметры динамики сеанса ликворосорбции

T41S А= Т415/ Тсзо В -Т415, „оспе / Т4Ц, до

Исходный ликвор 0.08 0.083 -

Первая сорбция 0.11 0.12 1.375

Вторая сорбция 0.165 0.17 1.5

Третья сорбция 0.205 0.21 1.24

Четвертая сорбция 0.45 0.46 2.19

Пятая сорбция 0.51 0.52 1.14

Шестая сорбция 0.80 0.81 1.57

Данные таблицы свидетельствуют о том, что каждое следующее сорбирование улучшало состав ликвора, т.к. параметр А приближался к 1. Параметр В во всех случаях превышал 1, т.е. сорбирование было эффективным. После шести сорбций ликвор по сво-

ему составу еще не является нормальным {А < I), а процесс сорбирования мог быть продолжен, поскольку параметр В составил 1,57.

Таким образом, при проведении сеансов ликворосорбции ксантохромной ЦСЖ спек-трофотометрический мониторинг хода процесса в видимой области спектра позволяет объективно контролировать не только эффективность сорбента, но и устанавливать оптимальную длительность сеанса и самого процесса лечения.

Разработанная аппаратура, основанная на предложенных методах анализа многокомпонентных сред, была использована для мониторинга сеансов ликворосорбции в отделении JIC РНИИТО им. P.P. Вредена и позволила выполнить комплекс исследований по применению данного метода в лечении ряда тяжелых заболеваний и повреждений центральной нервной системы: стойкая ксантохромия, возникающая в связи с травматическим и нетравматическим субарахноидальным кровоизлиянием; менингитоэнцефалиты с замедленной спонтанной санацией ликвора; отравление нейротропными ядами (при недостаточности гемокоррегирующей детоксикации); опийный абстинентный синдром (героиномания); тяжелый алкогольный абстинентный синдром; аутоиммунные заболевания головного мозга (при неэффективности традиционной терапии); мозговые комы неясной этиологии.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Общим результатом работы является разработка и построение автоматизированных систем комплексного мониторинга состава ЖБС в условиях экстракорпоральной детоксикации в режиме on-line.

В рамках решения поставленных в работе задач получены следующие результаты:

1. Разработана методика организации мониторинга состава ЖБС по УФ спеирам экс-тинкции. Установлено, что спектральное поглощение в области длин волн 200...350 нм объективно отражает информацию о динамике состава низкомолекулярных ЖБС в процессе детоксикационных мероприятий; анализ формы спектра экстинкции ЖБС в области длин волн 250... 300 нм позволяет организовать анализ состава как минимум по двум компонентам; индивидуальные особенности обменных процессов, формирующих ЖБС пациента, могут бьтгь количественно оценены по отношению интегрального поглощения в двух участках информативной области 250. ..270 нм и 280...300 нм.

2. Разработаны принципы построения автоматизированных систем мониторинга ЖБС в режиме on-line, основанные на расчете спектров экстинкции ЖБС по результатам анализа и сравнении измеренного и рассчитанного спектров в режиме on-line.

3. Разработаны математические модели, адекватно описывающие зависимость спектрального поглощения однокомпонентных и многокомпонентных ЖБС, учитывающих нелинейность поглощения от концентрации и взаимное влияние компонентов.

4. Разработаны методики расчета спектральных коэффициентов коррекции поглощения ЖБС в информативной области спектра, аппроксимирующие разработанные модели применительно к исследуемым ЖБС в процессе экстракорпоральной детоксикации.

5. Разработан измерительный блок, обеспечивающий автоматизированный сбор, обработку и анализ спектральной информации в информативной области в режиме on-line, основанный на предложенных принципах и методах.

6. Разработана автоматизированная информационно-измерительная система мониторинга процесса детоксикации методом гемодиализа, которая:

- удовлетворяет требованиям, предъявляемым к медицинской аппаратуре; безопасна для больного и обслуживающего персонала; не требует расходных материалов;

- реализует непрерывный контроль (мониторинг) процесса детоксикации по нескольким компонентам; в режиме on-line фиксирует динамику концентрации ряда уремических ток-

сипов - крезтинина, мочевой кислоты, мочевины, фосфатов в ходе сеанса гемодиализа для конкретного больного;

- оценивает общее количество выводимых веществ по ходу сеанса и по казкдому компоненту определяет количество выведенных веществ на единицу массы больного.

7. Результаты клинических испытаний показали: параметры системы согласованы с режимом работы аппарата «Искусственная почка», причем применение кварцевых проточных кювет толщиной 5 мм позволяет проводить спектральный анализ без дополнительного разведения диализата в ходе всего сеанса гемодиализа; получаемая в ходе мониторинга информация о концентрации компонентов и динамике процесса детоксикации достоверна и реализуется в режиме on-line. Погрешность в определении мочевины составила ¿0.2 ммоль/л, по креатинину ±0.02 ммоль/л, по мочевой кислоте - ±0.01 ммоль/л.

8. Дополнительная информация, представляемая системой врачу для возможной коррекции сеанса, включает:

- оценку концентрации компонентов в диализате на начало сеанса (этот параметр коррелирует с содержанием уремических токсинов в крови больного до сеанса гемодиализа);

- оценку временного интервала, в течение которого концентрация каждой компоненты в диализате снижается в 2 раза (характеристика скорости процесса диализа);

- расчет времени достижения уровня снижения концентрации каждой компоненты в диализате в 5 раз (параметр, характеризующий эффективную длительность сеанса).

9. При организации мониторинга состава ликвора в процессе сеанса ликворосорбции необходим учет рассеянной компоненты. Анализируемыми компонентами являются альбумин, мочевая кислота, креатинин, глюкоза и ряд других компонентов;

[0. мониторинг состава ксантохромного ликвора организуется в информативной области, смещенной в видимую часть спектра, а параметрами, характеризующими состав ликвора и эффективность процесса ликворосорбции, служат: отношение коэффициентов пропускания ликвора на длинах волн 415 и 630 нм до сеанса и отношение коэффициентов пропускания на длине волны 415 нм до и после сеанса;

11. клинические испытания разработанной автоматизированной системы мониторинга состава ликвора в процессе сеансов ликворосорбции показали, что система реализует анализ состава в режиме on-line, безопасна для больного и обслуживающего персонала и обеспечивает получение информации, необходимой для контроля и коррекции процедуры.

Список публикаций:

1. Одинак М.М., Корнилов КВ., Грицанов А.И., Василевский А.М., Михайлова КГ. Невропаталогия контузионно-компрессионных повреждений мирного и военного времени. СПб.: МОРСАР АВ, 2000,- 432 е., илл.

2. Василевский А.М., Кропоткин МА., Тихонов В.В. Оптическая электроника..-JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1990. -176 е.: илл.

3. Василевский А.М., Корнилов Н.В., Маркарян Е.М., Михайлова Н.Г. Исследование спектров экстинкции ликвора в процессе ликворосорбции // Изв. ТЭТУ, вып. 464, 1993, с. 42-47.

4. Василевский А.М., Корнилов КВ., Маркарян Е.М, Михайлова КГ. Лечение заболеваний и повреждений ЦНС методом ликворосорбции// Тез. доклада Межд. конф, «Медико - техн. обеспечение в больницах России, СПб, 1994

5. Василевский AM, Корнилов КВ., Маркарян Е.М., Михайлова КГ. Абсорбционная спектрофотометрия ликвора при лечении методом ликворосорбции// Изв. ТЭТУ, вып. 481,1995, с. 37-42,

6. Василевский А.М., Корнилов КВ., Маркарян Е.М, Чупрасов В.Б. Система контроля диализата в процессе гемодиализа// Тез. докл. «Диагностика, информатика, метрология-96», СПб, 1996.

7. Василевский А.М., Восгров A.A., Дьяконов С.Ю., Маркарян Е.М. Исследование спектральных характеристик излучения осветителей медицинских эндоскопов// Медицинская техника, 1996, №3, с.19 - 23.

8. Василевский А.М., Востров A.A., Дьяконов С.Ю., Маркарян Е.М., Динамика отражательной способности пораженных биологических объектов при визуальной эндоскопии// Медицинская техника, 1996, №5, с. 16 - 20.

9. Василевский А.М., Корнилов Н.В., Маркарян Е.М., Чупрасов В.Б.. Мониторинг состава диализата в процессе гемодиализа// Научное приборостроение, 1996, т.6, N 1-2, с.116-117,

10. Василевский А.М., Чупрасов В.Б. .Управляемый диализ - новое направление в лечении почечной недостаточности, Инновации в здравоохранении// Тр. межд. сем., СПб, 1997,с.87-91.

11. Василевский A.M., Корнилов Н.В.. Исследование динамики концентрации креати-нина и мочевины в процессе диализа, Инновации в здравоохранении// Тр.межд.сем.,СПб, 1997, с.92-93

12. Василевский А.М., Корнилов Н.В., Чупрасов В.Б., Обидейко В.Р.,.Хадикова Н.Г. Система оценки адекватности диализа в процессе гемодиализа при лечении хронической почечной недостаточности// Тез. докл. «Диагностика, информатика, метрология-97»,СПб, 1997,с.353-355

13. Василевский A.M., Корнилов Н.В., Чупрасов В.Б., Хадикова Н.Г. Управляемый гемодиализ - новые методы лечения// Урология и нефрология, 1997, №11, с. 87-88.

14. Василевский A.M., Корнилов Н.В., Чупрасов В.Б., Обидейко В.Р., Хадикова Н.Г.. Количественная оценка динамики выведения уремических токсинов в процессе сеанса гемодиализа// Известия ГЭТУ, вып.506, СПб, 1997, с.77-83

15. Василевский A.M., Корнилов Н.В. Исследование спектров экстинкции жидких биологических сред в ультрафиолетовой области спектра// Тез.конф. «Диагностка, информатика, метрология - 98», СПб, 1998, с.211-212

16. Василевский А.М., Корнилов Н.В. Мониторинг диализной жидкости в процессе гемодиализа по спектрам экстинкции в ультрафиолетовой области спекгра// Оптический журнал, том 66, № 8, Август 1999, с.24-27

17. Василевский A.M., Гуревич К.Я., Соколов A.A., Константинов Ю.В., Шавкин A.J1. Спектрофотометрический метод мониторинга выведения низкомолекулярных веществ во время гемо- и перитониального диализа// Сборник трудов IX ежегодного СПб нефрологи-ческого семинара. СПб, ТНА, 2001, с. 136 - 137

18. Василевский A.M., Гуревич К.Я., Соколов A.A., Константинов Ю.В., Корнилов Н.В., Шавкин А.Л. Новый метод мониторинга удаления низкомолекулярных веществ во время диализа. //Тезисы 1 международного конгресса «Новые медицинские технологии» (New medical technology). СПб, 8-12.07.2001. с.195

19. К,Ya. Gurevich, А.М. Vasilevsky, A.A. Sokolov, A.L. Shavkin, A.K. Gurevich, U.V. Konstantinov. Dialysis Monitoring by the Spectrophotometrically Analysis of Dialysate (Мониторинг процесса диализа методом спектрофотометрического анализа диализата). // American Sosiety of Neftology, v.12, sept 2001, p.266

20. Василевский A.M., Корнилов H.B., Коноплев Г.А.. Исследование спектров экстинкции альбумина и мочевой кислоты в УФ области спектра. //Оптический журнал, 2001, №12, С.76 - 78.

21. Василевский A.M., Гуревич К .Я., Корнилов Н.В., Соколов A.A. Автоматизированная оптико-электронная система мониторинга сеанса гемодиализа. //Биотехнические системы в медицине и биологии./ Под общ. ред. проф. Е.П.Попечителева. - СПб.: Политехника, 2002,- с.172-178.

22. Василевский AM., Коноплев Г.А. Компьютерный контроль состава жидких биосред по спектрам экстишщии в УФ области спектра. // У111 СПб международная конференция «Региональная информатика-2002. Матер, конференции. Часть 2,- СПб.,-2002- с.12б.

23. Василевский А.М, Коноплев Г.А., Корнилов Н.В. Оптико-информационная система экологического мониторинга жидких сред. //У 111 СПб международная конференция «Региональная информатика-2002. Матер, конференции. Часть 2,- СПб.,-2002- с.126 -127.

24. Коноплев Г.А., Василевский А.М Определение белка в перитонеальном диализате методом УФ спекгро фотометрии. // Межд. Оптический конгресс «Оптика - XXI век». Труды второй научной мол. школы. -СПб., 2002 - с.29.

25. Василевский А.М. Организация и технические средства мониторинга жидких биологических сред при экстракорпоральной детоксикации организма. //Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании. Сб. трудов Межд. науч.-техн. конференция." Тверь, Тверской государственный технический университет,- 2002,- с. 110 -114.

26. Василевский А.М. Информационно-измерительная система мониторинга сеанса гемодиализа по спектрам экстишщии в УФ области спектра.// Информационно-управляющие системы.-2003,- №1.- с. 40 - 46.

27. Василевский А.М, Коноплев Г. А. Применение ультрафиолетовой спектрофотомет-рии для анализа перитонеального диализата. // Оптический журнал, 2004, №3, с.64-66.

28. Василевский А.М, Корнилов НВ. Анализ индивидуальных особенностей обмена нуклеиновых кислот по спектрам экстанкции диализата в УФ области спектра. // Травматология и ортопедия России, 2004, №1, с.31-35.

29. Корнилов Н.В., Михайлова Н.Г., Василевский А.М, Маркарян Б.М, Востров А.А. Способ лечения повреждений ЦНС и устройство для его реализации. Авт. свид. № 4891453 от 17.12.1990.

30. Василевский А.М, Корнилов Н.В. Устройство для мониторинга жидкой биологической среды. Пат. России №2161791 от 30.12.1998.

31. Василевский A.M., Гуревич К.Я., Корнилов Н.В., Соколов А.А. Устройство для мониторинга диализной жидкости в процессе диализа. Авт. свид. на полезную модель. №27427 от 27.01.2003.

32.' Василевский А.М., Корнилов Н.В., Гуревич К.Я., Соколов А. А. Способ анализа жидкой биологической среды в процессе мониторинга. Пат. России .№2212029 от 03.12.2001.

Подписано в печать 13.05.2004. Формат 60x84/16. Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ЗАО «КопиСервис». Печать ризографическая. Заказ № 1/1305. П. л. 2.0. Уч.-изд. 2.0. Тираж 100 экз.

ЗАО «КопиСервис», 194017, Санкт-Петербург, Скобелевский пр., д. 16

тел.: (812) 234 4333

РНБ Русский фонд

2007-4

14316

Введение.

1. Современные методы и технические средства детоксикации и анализа жидких биологических сред организма.

1.1. Краткая характеристика жидких биосред организма и механизмы обменных процессов.

1.1.1. Основные типы обменных процессов в организме.

1.2. Методы экстракорпорального воздействия на жидкие биосреды с целью детоксикации биологических .жидкостей.

1.2.1. Основные этапы эндотоксикации организма.

1.2.2. Классификация методов активной детоксикаци.

1.2.3. Гемодиализ.

1.2.4. Ликворосорбция.

1.3. Современные методы клинического анализа и диагностики ЖБС организма. Применение хроматографических и спектральных методов для анализа ЖБС.:.

1.3.1. Применение метода ВЭЖХ для исследования состава ЖБС в процессе экстракорпоральной детоксикации.

1.3.2. Применение абсорбционной спектрометрии для анализа ЖБС.

1.4. Постановка задач исследования и основные этапы их выполнения.

Выводы к главе 1.

2. Исследование информационных признаков УФ спектров экстинкции жидких биосред в процессе экстракорпоральной детоксикации.

2.1. Методика спектральных исследований на базе автоматизированных многоканальных спектроанализаторов.

2.2. Исследование динамики спектров экстинкции ЖБС в ходе сеанса гемодиализа методом УФ спектрометрии

2.3. Исследование информативных признаков состава ЖБС методом абсорбционной УФ спектрометрии.

2.4. Исследование и анализ индивидуальных особенностей УФ спектров экстинкции низкомолекулярных ЖБС.

Выводы к главе 2.

3. Разработка математической модели анализа состава жидких низкомолекулярных биосред по спектрам экстинкции автоматизированных систем комплексного мониторинга.

3.1. Абсорбционный спектральный анализ сред, содержащих несколько компонентов. Особенности спектров экстинкции жидких биосред и наблюдаемые отклонения в спектрах экстинкции смеси от классических законов.

3.2. Математическая модель коррекции спектра поглощения одноком-понентной среды в условиях значительного изменения концентрации.

3.3. Исследование спектральных характеристик поглощения потенциальных компонентов ЖБС по уточненной математической модели.

3.3.1. Исследование спектральных характеристик поглощения мочевой кислоты и оценка информативных признаков.

3.3.2. Исследование спектральных характеристик поглощения аденозина и оценка информативных признаков.

3.3.3. Исследование спектральных характеристик поглощения креатинина и оценка информативных признаков.

3.3.4. Исследование спектральных характеристик поглощения мочевины и оценка информативных признаков.

3.3.5. Исследование спектральных характеристик поглощения альбумина и оценка информативных признаков.

3.3.6. Исследование спектральных характеристик коррекции поглощения глюкозы и оценка информативных признаков.

3.3.7. Исследование спектров поглощения витамина В12.

3.4. Математическая модель абсорбционного спектрального анализа поликомпонентной смеси в условиях несоблюдения принципа аддитивности.

Выводы по главе 3.

4. Разработка принципов построения автоматизированной информационно-измерительной системы и методики организации комплексного мониторинга состава ЖБС методом УФ спектрометрии.

4.1. Измерительная схема информационно-измерительной системы.

4.2. Метрологическая схема анализа состава ЖБС в процессе мониторинга по УФ спектрам экстинкции.

4.3. Методика организации комплексного мониторинга состава ЖБС методом УФ спектрометрии.

4.3.1. Принципиальные схемы автоматизированных информационно -измерительных систем и методика комплексного мониторинга процессов экстракорпоральной детоксикации ЖБС.

4.4. Разработка автоматизированной спектральной системы сбора и обработки информации.

4.4.1. Разработка оптической схемы автоматизированной спектральной системы мониторинга.

4.4.2. Основные рабочие характеристики прибора.

4.4.3. Исследование характеристик многоканального спектро анализатора.

4.4.3.1. Градуировка прибора.

4.4.3.2. Исследование временной нестабильности и оценка погрешности измерений прибора.

4.5. Разработка алгоритма управления и базового программного обеспечения многоканального спектроанализатора для информационно-измерительных систем автоматизированного анализа спектрограмм по спектрам экстинкции в ультрафиолетовой области спектра.

Выводы к главе 4.

5. Техническая реализация автоматизированной информационно- измерительной системы комплексного мониторинга сеанса программного гемодиализа и исследование спектров экстинкции диализата больных хронической почечной недостаточностью

5.1. Разработка автоматизированной системы комплексного мониторинга процесса экстракорпоральной детоксикации крови методом

УФ спектрометрии.

5.2. Исследование спектров коррекции поглощения потенциальных уремических токсинов в составе диализата по разработанным математическим моделям анализа поликомпонентных сред.

5.3. Разработка методики организации и проведения мониторинга состава диализата в процессе сеанса гемодиализа.

5.4. Клинические испытания автоматизированной информационно -измерительной системы мониторинга сеанса гемодиализа.

5.5. Применение разработанной системы для многокомпонентного мониторинга состава диализата в процессе сеанса гемодиализа методом УФ спектрометрии.

Выводы к главе 5.

6. Техническая реализация автоматизированной информационно - измерительной системы комплексного мониторинга процесса ликворосорбции в ходе лечения заболеваний и повреждений центральной нервной системы.

6.1. Ликворосорбция в системе комплексного лечения больных заболеваниями и повреждениями центральной нервной системы.

6.2. Аппаратура и основные параметры проведения сеанса ЛС.

6.3. Оптико-электронная информационно - измерительная система мониторинга церебро-спинальной жидкости.

6.4. Мониторинг процесса ликворосорбции по спектрам экстинкции ЦСЖ в ультрафиолетовой области спектра.

6.5. Исследование спектров экстинкции ЦСЖ в видимой области спектра, разработка способа лечения заболеваний и повреждений ЦНС по спектрам пропускания.

6.6. Применение метода ликворосорбции в практике комплексного лечения черепно-мозговой травмы.

6.7. Ликворосорбция в клинической практике лечения бактериальных менингитов и менингоэнцефалитов.

6.8. Ликворосорбция в практике комплексного лечения некоторых заболеваний центральной нервной системы.

Выводы к главе 6.

Актуальность исследований. Изучение состава биологических жидкостей является одним из важнейших источников объективной информации о состоянии организма, позволяющих объективно выявить и оценить отклонения от нормы, установить диагноз, прогнозировать заболевание, оценить эффективность проводимого лечения, осуществить контроль за медикаментозной терапией и профилактику расстройств здоровья. Ежедневно в клинико-диагностических лабораториях мира выполняются десятки тысяч анализов жидких биологических сред (ЖБС). Основными объектами анализа являются: содержимое сосудов и полостей (кровь, цереброспинальная жидкость (ликвор), транссудаты, экссудаты, выделения человеческого организма). Наиболее распространенными средами анализа считаются кровь и моча. Анализ обычно проводится методом взятия проб исследуемой среды и последующего определения одного из компонентов с помощью разнообразных аналитических методик. При этом время, необходимое для проведения анализа, в зависимости от среды, используемой методики и типа анализируемого компонента, может составлять часы, сутки или недели. Кроме этого, для реализации анализа многие методики требуют специальной подготовки пробы, включающую ее технологическую и химическую обработку.

В практике современного здравоохранения в последние десятилетия получили широкое распространение новые методы лечения, называемые «эфферентной терапией», основанные на экстракорпоральной детоксикации ЖБС путем диализа, фильтрации, сорбции, облучения среды излучением определенного спектрального состава. Так, для больных, страдающих хронической почечной недостаточностью, единственным способом поддержания жизни является программный гемодиализ, а при черепно-мозговых травмах, сопровождающихся субарахноидальным кровоизлиянием, сеансы ликворосорбции позволяют санировать церебро-спинальную жидкость и предотвратить тяжелые осложнения, связанные с появлением в ликворе чужеродных токсических веществ. Длительность подобных процедур, скорость процесса детоксикации и выбор типа диализатора или сорбента назначает лечащий врач по результатам ежемесячного анализа состава контрольных проб, взятых до и после процедуры. Если учесть, что экстракорпоральное воздействие на ЖБС продолжается часами с периодичностью до нескольких раз в неделю, а курс лечения может длиться годами, становится очевидной проблема исследования способов организации непрерывного контроля (мониторинга) состава и разработка информационно-измерительных систем на их основе для количественной оценки изменений состава и коррекции лечения в ходе процедуры в режиме on-line.

В настоящее время многие научные центры как в нашей стране, так и за рубежом интенсивно занимаются разработкой методов и устройств для создания автоматизированных систем мониторинга ЖБС. Из законченных разработок опубликован единственный прибор, изготовленный фирмы "Baxter"[Kesaviah P.R., 1995], одного из мировых производителей аппаратов "Искусственная почка", предназначенный для мониторинга состава диализата по мочевине. Однако широкого применения этот прибор пока не получил из-за высокой стоимости, необходимости использования для анализа специальных расходных материалов и больших временных затрат.

Отсутствие непрерывного контроля состава во время экстракорпоральной де-токсикации ЖБС зачастую приводит к тем или иным осложнениям, связанными с нарушением обменных процессов, сердечной недостаточностью, нарушениям центральной и периферической нервной системы. Поэтому разработка автоматизированных информационно-измерительных систем, основанных на неинвазивных, безопасных для больного и обслуживающего персонала, оперативных, достоверных и не требующих расходных материалов методах, жизненно важна для миллионов больных, нунедающихся в экстракорпоральном очищении ЖБС.

В работе рассматривается возможность применения для целей мониторинга ЖБС метода абсорбционной ультрафиолетовой (УФ) спектрометрии. Абсорбционный спектральный анализ в различных областях спектра является одним из распространенных физических методов и находит широкое применение для анализа и контроля состава вещества в технике, биофизике, биологии, медицине, агрофизике, сельском хозяйстве. Этот метод, основанный на классическом законе Ламберта-Бера-Бугера, обладает высокой чувствительностью, неинвазивен, безопасен для больного, не требует дополнительных расходных материалов, при использовании проточных кювет может быть реализован в оперативном автоматическом режиме и, таким образом, удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к устройствам мониторинга состава ЖБС в процессе экстракорпоральной детоксикации.

Основным веществом ЖБС организма является вода, спектр пропускания которой ограничен ультрафиолетовой и видимой областью спектра. Спектр поглощения многих компонентов, входящих в состав ЖБС (мочевая кислота, креатинин, нуклеиновые кислоты, мочевина), имеет вид широких бесструктурных, перекрывающихся полос и в большинстве случаев приходится на УФ область спектра. Поэтому для целей качественного и количественного спектрального анализа ЖБС УФ область спектра наиболее информативна.

Состав ЖБС организма чрезвычайно сложен, содержит большое количество различных компонентов и зависит от многих факторов - особенностей наследственного характера, возраста, режима питания, перенесенных заболеваний, принимаемых лекарственных препаратов, степени тяжести заболевания. В процессе экстракорпоральной детоксикации происходит изменение состава ЖБС, связанное с целенаправленным снижением концентрации токсических компонентов в ЖБС. Одновременно из состава ЖБС выводятся и другие компоненты, не являющиеся токсинами для данного процесса детоксикации, но контроль которых необходим для оценки эффективности процедуры. Поэтому при организации мониторинга необходим анализ состава одновременно по нескольким компонентам, причем в условиях, когда любое вмешательство в исследуемую среду исключено. Общепринятые методики спектрального абсорбционного анализа, применительно к растворам ЖБС, позволяют определить содержание вещества в однокомпонентном растворе в определенном диапазоне концентраций, когда соблюдается пропорциональная связь между спектральным коэффициентом поглощения и концентрацией компоненты в растворе. Для сложных ЖБС спектральный анализ проводится для каждой компоненты в отдельности после предварительной обработки раствора, так как принцип аддитивности, который лежит в основе многокомпонентного спектрального анализа, для ЖБС не соблюдается. Проблема анализа состава сложных сред, содержащих несколько взаимодействующих компонентов, концентрация которых изменяется в широких пределах, несмотря на многочисленные попытки, до настоящего времени не решена. Таким образом, применение современных методик для спектрального анализа УФ спектров экстинкции ЖБС в процессе экстракорпоральной детоксикации создает только потенциальную возможность получения объективной информации о динамике состава ЖБС.

Одним из способов решения проблемы многокомпонентного спектрального анализа является организация и проведение анализа не на дискретных длинах волн по каждой компоненте, а в широкой информативной области, включающей полосы поглощения анализируемых компонентов. Современные спектральные аппараты с фотоприемным устройством на ПЗС- структурах позволяют выделить в пределах информативной области 500 и более узких спектральных участков. Спектральное поглощение исследуемой среды в каждом участке содержит информацию о всех компонентах и зависит от индивидуальных свойств каждого из компонентов и их концентрации.

Математически информация о качественном и количественном составе среды может быть представлена в виде системы уравнений, описывающих спектральное поглощение среды в информативной области, в которых неизвестными являются концентрации анализируемых компонентов. В простейшем случае (слабоконцентрированные среды и выполнение принципа аддитивности) для определения концентрации достаточно измерить спектральное поглощение среды в информативной области и одним из статистических методов решить систему линейных уравнений. Для случая ЖБС в условиях экстракорпорального воздействия, когда не исключено взаимное влияние компонентов, а концентрация может изменяться в широких пределах, характер зависимости спектрального поглощения среды от концентрации компонентов значительно усложняется и до настоящего времени недостаточно изучен. Это требует разработки уточненных математических моделей, корректирующих специфику поглощения излучения в сложных средах. Практическая реализация разработанных моделей для анализа ЖБС в условиях ее экстракорпоральной детоксикации требует организации контрольного мониторинга, по результатам которого рассчитываются спектральные коэффициенты коррекции поглощения для анализируемых компонентов в информативной области УФ спектра. Банк полученных данных для различных сред и методов детоксикации позволяет разрабатывать и создавать автоматизированные информационно - измерительные системы мониторинга процессов экстракорпоральной детоксикации ЖБС.

Целью данной работы явилась разработка принципов построения, методов и технических средств, обеспечивающих поликомпонентный мониторинг состава ЖБС в процессе экстракорпоральной детоксикации на базе абсорбционной ультрафиолетовой спектрометрии.

Основными задачами, решение которых позволило создать систему мониторинга, явились: исследование и анализ спектральной информации, регистрируемой в ходе экстракорпоральной детоксикации ЖБС, для обобщенной оценки специфики спектрального поглощения ЖБС и выделения информативной области, разработка уточненных математических моделей, адекватно описывающих спектральное поглощение для однокомпонентной и поликомпонентной ЖБС, исследование и разработка методик обработки спектральной информации для поликомпонентного анализа состава ЖДС в режиме on-line и разработка на этой основе автоматизированных систем мониторинга ЖБС, экспериментальное исследование разработанных систем для мониторинга процессов экстракорпоральной детоксикации ЖБС диализными и сорбционными методами в режиме on-line и оценка достоверности результатов анализа.

Основные этапы исследований включали изучение и решение следующих вопросов:

- исследование корреляционных характеристик динамики спектров экстинкции и концентрации удаляемых компонентов в ходе экстракорпоральной детоксикации ЖБС с целью определения границ информативной области;

- исследование индивидуальных особенностей УФ спектров экстинкции низкомолекулярных ЖБС и их систематизация с целью унификации требований к моделированию процесса поглощения;

- разработка принципов построения автоматизированных систем для мониторинга жидких биосред в ходе сеансов экстракорпоральной детоксикации в режиме on-line;

- разработка математической модели абсорбционного анализа однокомпонентной среды в широком диапазоне концентраций и исследование спектральных характеристик поглощения компонентов;

- разработка математической модели анализа поликомпонентных жидких биосред и алгоритмов расчета концентрации компонентов ЖБС по спектрам экстинкции в информативной области спектра;

- разработка методики автоматизированного анализа состава диализата и техническая реализация информационно-измерительной системы мониторинга сеанса гемодиализа по спектрам экстинкции диализной жидкости;

- экспериментальное исследование динамики состава диализата в ходе сеансов гемодиализа больных, страдающих хронической почечной недостаточностью;

- разработка методики автоматизированного анализа состава ликвора и техническая реализация информационно-измерительной системы мониторинга сеанса ликворосорбции по спектрам экстинкции ликвора;

- экспериментальное исследование динамики состава ликвора в ходе сеансов ликворосорбции при лечении заболеваний и повреждений центральной нервной системы.

Методы исследований.

Решение поставленных задач проводилось путем сочетания теоретических и экспериментальных методов исследования. Теоретические исследования основывались на абсорбционном спектральном анализе, методах математического моделирования, статистического анализа параметров коррекции поглощения при заданных начальных условиях и оценки степени достоверности решений.

Экспериментальные исследования нативных жидких биосред проводились в условиях, максимально приближенных к клиническим в расширенной (информативной) области спектра.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 32 печатных работы, в том числе 13 публикаций в изданиях, включенных в перечень ВАК. Опубликовано: 2 монографии, 16 статей, тезисы к 10 докладам на международных и всероссийских научно-технических конференциях и 4 авторских свидетельства и патента на изобретения.

Работа выполнена на кафедре Физической электроники и оптико-электронных приборов Санкт-Петербургского Государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина). Клинические испытания и экспериментальные исследования проводились на базе Российского научно-исследовательского института травматологии и ортопедии им. P.P. Вредена, Санкт-Петербургской медицинской Академии им. И.И. Мечникова, Военно-медицинской академии, Городского центра гемокоррекции г. Санкт-Петербурга и отделений гемодиализа городских больниц г. СПб.

Научную новизну работы составляют:

- методика комплексного анализа состава ЖБС в информативной области спектра, в пределах которой спектральная информация отражает динамику состава ЖБС в процессе детоксикационных мероприятий; методика дифференциации спектров низкомолекулярных жидких биологических сред организма по относительному содержанию двух компонентов;

- классификация низкомолекулярных ЖБС по форме спектральных характеристик поглощения, отражающая индивидуальные особенности обмена нуклеиновых кислот, причем индивидуальная форма спектра сохраняется как в пределах одного сеанса гемодиализа, так и при повторных сеансах в течение продолжительного (более года) времени;

- метод коррекции зависимости показателя поглощения однокомпонентной среды от концентрации в информативной области спектра, основанный на определении членов второго порядка в разложении функции поглощения в ряд Тейлора;

- метод оценки взаимного влияния компонентов на спектральное поглощение в поликомпонентной жидкой биологической среде, основанный на введении в матрицу удельного поглощения компонентов недиагональных членов и методика расчета спектральных коэффициентов удельного поглощения компонентов в информативной области спектра на его основе;

- принципы построения информационно- измерительных систем мониторинга ЖБС в режиме on-line по спектрам экстинкции в УФ области спектра, учитывающие взаимосвязанные компоненты системы - инструментальное, методическое, метрологическое и информационное обеспечение;

- информационная схема мониторинга состава ЖБС методом УФ спектрометрии, комплексно учитывающая этапы преобразования информации в технических и аналитических звеньях автоматизированной системы мониторинга;

- методика оценки достоверности результатов анализа состава ЖБС в режиме on-line.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что:

- разработаны практические рекомендации по построению автоматизированных систем поликомпонентного анализа состава ЖБС в режиме on-line по спектрам экстинкции в УФ области спектра;

- разработаны технические средства мониторинга ЖБС при экстракорпоральной детоксикации диализными и сорбционными методами;

- получены спектральные характеристики и коэффициенты коррекции удельного поглощения низкомолекулярных компонентов ЖБС в информативной области спектра в широком диапазоне концентраций;

- разработаны алгоритм и программное обеспечение расчета концентрации нескольких компонентов ЖБС по спектрам экстинкции в процессе экстракорпоральной детоксикации ЖБС в режиме on-line;

- определена информативная область и, в пределах этой области, исследованы спектральные характеристики удельных коэффициентов коррекции взаимного влияния потенциальных уремических токсинов в составе диализата и других ЖБС.

Научные положения, выносимые на защиту:

• измерительный спектральный канал системы мониторинга состава ЖБС должен учитывать особенности поглощения как отдельных компонентов ЖБС, так и их комбинаций в пределах информативной области 200.350нм;

• при обработке спектральных сигналов должны учитываться индивидуальные особенности формы низкомолекулярных спектров экстинкции ЖБС в информативной области, отражающей относительное содержание компонентов;

• математическая модель, адекватно описывающая спектральное поглощение компонентов ЖБС в условиях изменения концентрации, должна учитывать члены разложения удельного коэффициента экстинкции по концентрации второго порядка в пределах информативной области;

• математическая модель, адекватно описывающая спектральное поглощение ЖБС должна учитывать межмолекулярное взаимодействие, для чего в матрицу удельных коэффициентов экстинкции отдельных компонентов необходимо ввести недиагональные члены;

• мониторинг состава ЖБС по нескольким компонентам при экстракорпоральных детоксикационных мероприятиях в режиме on-line, основанный на предлагаемых методиках спектрального анализа, повышает достоверность анализа состава, позволяет индивидуализировать процесс лечения и корректировать процедуру детоксикации непосредственно в ходе сеанса.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- Межд. конф, «Медико-техническое обеспечение в больницах России», СПб,

1994

- Межд. конф. «Диагностика, информатика, метрология-96», СПб, 1996

- Межд. семинар «Инновации в здравоохранении» СПб, 1997

- Межд. конф. «Диагностики, информатика, метрология-97»,СПб, 1997

- Межд. конф. фирмы «Fresenius Medical Саге», Schweinfurt, Germany, 2830.09.1998

- 1Х ежегодный нефрологический семинар. СПб, 2001

- 1 Международный конгресс «Новые медицинские технологии» (New medical technology), СПб, 8-12.08. 2001

- Международный оптический конгресс «Оптика - XXI век», СПб, 2002

- Международная научно-техническая конференция «Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании». - Тверь, Тверской государственный технический университет. - 2002.

- "World Congress of Nefrology" (10-17.10.2001, г.Сан-Франциско, Калифорния, США).

Разработанные автоматизированные информационно - измерительные системы мониторинга прошли клинические испытания в Городском центре гемокоррекции г.СПб, отделении гемодиализа Городской больницы № 15 г.СПб и в отделении лик-воросорбции РНИИТО им. Р. Р. Вредена. Из этих организаций получены акты о внедрении разработанных систем в клиническую практику.

Выводы к главе 6:

1. техническая реализация разработанной информационно - измерительной системы мониторинга состава ЖБС подтвердила возможность проведения анализа состава церебро - спинальной жидкости в процессе лечебных процедур экстракорпоральной детоксикации методом УФ спектрометрии;

2. применение кварцевых проточных кювет толщиной 5 мм позволяет Ш проводить спектральный анализ без дополнительного разведения ликвора в ходе всего сеанса ликворосорбции;

3. проведение контрольного мониторинга позволяет определить коэффициенты коррекции взаимного влияния компонентов в сложной среде; При организации мониторинга сеанса ликворосорбции по предложенному способу необходим учет рассеянной компоненты.

4. Анализируемыми компонентами являются альбумин, мочевая кислота, креатинин, глюкоза и ряд других компонентов;

5. при мониторинге ксантохромного ликвора информативная область приходится на видимую часть спектра. Параметрами, характеризующими состав ликвора и эффективность процесса ликворосорбции служат: отношение коэффициентов пропускания ликвора на длинах волн 415 и 630 нм да сеанса и отношение коэффициентов пропускания на длине волны 415 нм до и после сеанса;

6. результаты клинических испытаний показали, что параметры системы согласованы с режимом работы аппарата «Ликворосорб 1», получаемая в ходе мониторинга информация о концентрации компонентов и динамике процесса детоксикации ликвора достоверна и реализуется в режиме on-line,

7. метод ликворосорбции, организованный на базе разработанной авто-•ф- матизированной информационно-измерительной системы мониторинга процесса детоксикации методом УФ спектрометрии, успешно использован в лечении целого ряда заболеваний,

8. выполненные исследования позволили сформировать одно из новых направлений современной медицинской технологии, направленной на повышение эффективности лечения заболеваний и повреждениях ЦНС. т

259

Заключение

Целью исследований, изложенных в диссертационной работе, являлась разработка принципов построения и технических средств мониторинга процессов экстракорпоральной детоксикации жидких биологических сред методом УФ спектрометрии.

Для решения поставленных задач были предварительно изучены современные методы экстрокорпоральной детоксикации ЖБС, проанализирован состав основных ЖБС организма и определены компоненты, контроль которых необходим при проведении мониторинга. К числу потенциальных компонентов, удаляемых в ходе деток-сикационных мероприятий, в первую очередь относятся низкомолекулярные уремические токсины - мочевина, мочевая кислота, креатинин, а также низкомолекулярные белки - альбумины и ряд других компонентов.

Экспериментальные исследования УФ спектров диализной жидкости - одной из важнейших ЖБС, формирующейся в процессе экстракорпоральной детоксикации крови, показали:

УФ спектр поглощения диализата содержит размытые слабо выраженные полосы поглощения; изменения в спектрах в процессе детоксикационных мероприятий происходят в широкой спектральной области, поэтому анализ состава и его динамики должен проводиться не на дискретных длинах волн, а во всей информативной области. Диапазон информативной области можно ограничить областью 200.350 нм; изменения в уровне поглощения диализата в информативной области имеют тесную корреляционную связь с изменением концентрации ряда уремических токсинов - мочевины, мочевой кислоты и креатинина, поэтому метод УФ спектрометрии принципиально может быть применен для анализа состава диализной жидкости; форма УФ спектров пропускания диализата индивидуальна для каждого больного и сохраняется в течение длительного (более года) времени; предложен способ оценки индивидуальных признаков формы спектров диализата, основанный на определении отношения интегрального поглощения в двух участках спектрограмм - в диапазоне 250.270 нм и и 280.300 нм; исследование распределения формы УФ спектров диализата по предложенному параметру для большой (81 чел.) группы показало, что оно может быть описано нормальным законом распределения при среднем значении 0.997 и стандартном отклонении 0.15; предложена классификация спектрограмм по форме на 3 основных типа «А». «В» и «С» в зависимости от величины отклонения от среднего значения; анализ информативных признаков поглощения компонентов в выделенных областях показал, что форма УФ спектров диализата отражает относительное содержание в нем мочевой кислоты и аденозина. Оба этих компонента относятся к обмену нуклеиновых кислот организма, поэтому индивидуальная форма спектра отражает специфику обменных процессов в крови, а, следовательно, и в организме больного; обнаружено, что в пределах информативной области изменение уровня поглощения нелинейно зависит от изменения концентрации компонентов. Это может быть объяснено значительным изменением концентрации компонентов и их взаимным влиянием. Для учета нелинейной зависимости коэффициента поглощения от концентрации и взаимного влияния компонентов в сложной смеси требуется разработка уточненных математических моделей поглощения для одно- и поликомпонентных растворов.

Теоретические и экспериментальные исследования поглощения растворов в расширенном диапазоне концентраций позволили предложить уточненные математические модели, описывающие зависимость спектрального поглощения от концентрации: представить зависимость удельного спектрального поглощения для од-нокомпонентного раствора от концентрации в виде ряда Тейлора по степеням С, ограничиться первыми и вторым порядком разложения и проводить спектральный анализ во всей информативной области; для предложенного способа разработана методика и алгоритм определения удельных коэффициентов экстинкции первого и второго порядка по измеренным спектрам поглощения однокомпонентного раствора в расширенном диапазоне изменения концентрации; предложена методика и алгоритм расчета концентрации по спектру экстинкции в информативной области, реализующий предложенную модель; по разработанной модели и методикам в информативной области спектра исследованы спектральные коэффициенты экстинкции первого и второго порядка основных потенциальных компонентов ЖБС. Показано, что применение уточненной модели и проведение анализа во всей информативной области повышает точность расчета концентрации до 3%; если в пределах информативной области создан банк данных спектральных коэффициентов экстинкции нескольких сред, предлагаемая математическая модель позволяет решать следующие задачи: при заданной концентрации раствора для каждой среды восстановить форму спектра поглощения в пределах информативной области; вычислить концентрацию раствора по измеренному спектру поглощения в широком интервале вариации концентраций; проводить анализ не на одной длине волны, а во всей информативной области; по спектру поглощения идентифицировать среду путем сравнения коэффициентов подобия формы кривых в информативной области спектра. предложена уточненная математическая модель коррекции спектрального поглощения многокомпонентных сред, учитывающая взаимное влияние компонентов, основанная на дополнении матрицы удельных коэффициентов экстинкции компонентов недиагональными членами; разработана методика и алгоритм расчета спектральных коэффициентов коррекции взаимного влияния компонентов в информативной области спектра: показано, что применение уточненной модели расширяет возможности абсорбционного спектрального анализа применительно к многокомпонентным средам и, если определены коэффициенты коррекции поглощения для отдельных компонентов, позволяет решить следующие задачи:

• проводить спектральный анализ состава одновременно по нескольким компонентам; расширить область анализа на всю информативную область и повысить точность расчета концентрации компонентов в смеси; рассчитать форму кривой поглощения многокомпонентной среды в информативной области при различных концентрациях отдельных компонентов; сравнить измеренный и рассчитанный спектры и оценить степень их приближения.

Таким образом, для организации мониторинга процессов экстракорпоральной детоксикации ЖБС по УФ спектрам поглощения должны быть использованы уточненные математические модели зависимости спектрального поглощения исследуемой среды от концентрации компонентов.

Рассмотренные принципы построения, информационная и метрологическая схемы информационно-измерительных систем подтверждают возможность мониторинга состава жидких биосред в процессе детоксикации в режиме on-line на основе метода УФ спектрометрии.

• Анализ требований к построению информационно - измерительных систем мониторинга процессов экстракорпоральной детоксикации ЖБС по УФ спектрам поглощения показал, что для сохранения информации о составе исследуемой среды разрабатываемые системы должны обеспечивать регистрацию спектра поглощения среды на М 400 дискретных длинах волн информативной области спектра;

• в процессе сеанса экстракорпоральной детоксикации ЖБС измерения проводятся в R точках, разделенных по времени на 10. 15с. Длительность экспозиции линейки фотоприемников на основе кремния может составлять. 1. 2 с;

• анализ спектров должен основываться на предложенных моделях, адекватно описывающих процесс поглощения многокомпонентных ЖБС. Достоверность результатов анализа состава оценивается по ходу процесса в режиме on-line для каждого измеренного спектра по коэффициенту подобия К измеренного и рассчитанного спектров в пределах информативной области.

Для реализации предложенных принципов необходимо: облучить исследуемую среду излучением внешнего источника, разложить прошедшее излучение в спектр, выделить информативную область, зарегистрировать спектр пропускания среды в информативной области и обработать результаты измерений по предложенным алгоритмам. Система мониторинга, реализующая эли принципы, должна быть подключена и согласована с устройствами, осуществляющими детоксикацию ЖБС, а результаты анализа представлены в доступном виде лечащему врачу.

Схема построения систем мониторинга по УФ спектрам экстинкции во время проведения лечебных процедур должна включать:

• объект мониторинга (больной, состав ЖБС которого подвергается экстракорпоральной детоксикации);

• устройство экстракорпорального воздействия на ЖБС (аппарат «Искусственная почка», система ликворосорбции);

• устройство, обеспечивающее безопасный доступ к исследуемой ЖБС для получения объективной информации о ее составе;

• спектральный аппарат для регистрации спектров экстинкции;

• блоки обработки спектральной информации и анализа состава ЖБС;

• устройство отображения текущей информации о ходе лечебной процедуры;

• блок анализа результатов и выработки рекомендаций лечащему врачу о необходимой коррекции процедуры;

• при необходимости - систему обратной связи.

Общим звеном, связывающим лечебную процедуру и спектральный аппарат системы мониторинга, является проточная кювета, оптическая толщина которой должны быть оптимальной как по скорости протекания исследуемой среды, так и по уровню пропускания излучения.

Спектральный аппарат является наиболее ответственным узлом системы и, дополнительно к требованиям по разрешению и спектральной области, должен работать в автоматическом режиме при минимальном времени регистрации спектра с представлением спектральной информации в удобном для последующей обработки виде. В наибольшей степени указанным требованиям удовлетворяют многоканальные спектроанализаторы с регистрацией сигнала на ПЗС - структурах. Спектральные аппараты этого типа позволяют проводить измерения в режиме on-line и представлять спектральную информацию во всей информативной области в цифровом виде.

В ходе выполнения работы были уточнены требования, разработаны и изготовлены две модификации автоматизированного многоканального спектроанализатора для ультрафиолетовой (диапазон от 200 до 400 нм) и видимой (400 - 700 нм) областей спектра. В состав каждого из них входят: источник излучения (лампы ДЦС-30 или ДМК-15), формирователь пучка, проточная кювета с исследуемой средой, поли-хроматор (вогнутая 4-х секционная дифракционная решетка 300 штр/мм), фотоприемник (ПЗС-линейка) с регистрацией спектра на 512 дискретных длинах волн, контроллер и ЭВМ с блоками управления режимами, ввода и обработки информации по предложенным методикам.

Техническая реализация разработанных принципов построения автоматизированных информационно-измерительных систем была осуществлена для мониторинга состава двух наиболее важных ЖБС: крови в процессе гемодиализа и церебро -спинальной жидкости в процессе ликворосорбции.

При технической реализации системы мониторинга сеансов гемодиализа были исследованы следующие вопросы: согласование размеров проточной кюветы со скоростью протекания диализата выходной магистрали аппарата «Искусственная почка», работа системы в режиме измерения спектров отдельных проб и в режиме on-line, калибровка системы перед началом и в процессе мониторинга, оценка степени достоверности расчетов в ходе мониторинга, анализ сеанса и выработка рекомендаций врачу о возможной коррекции программы гемодиализа и разработаны необходимые алгоритмы и прикладные программы.

Разработанная в результате исследований система мониторинга сеанса гемодиализа подключается к выходной магистрали аппарата «Искусственная почка» через проточную кювету. Оптимальный размер кюветы при скорости протекания диализата не более 0.5 л/мин - 5 мм. При работе в дискретном (по пробам) режиме система обеспечивает параллельный мониторинг 5 больных, в режиме on-line - одного больного; временной интервалом между измерениями - не менее 1 минуты; для измерения уровня 100% сигнала используется чистый диализат, очистка кюветы проводится одновременно с очисткой аппарата после сеанса.

Результаты контрольного мониторинга и клинических испытаний системы показали: разработанная система полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к медицинской аппаратуре, она безопасна для больного и обслуживающего персонала, реализует непрерывный контроль (мониторинг) процесса детоксикации методом гемодиализа, не требует расходных материалов, позволяет отражать в режиме on-line динамику концентрации ряда уремических токсинов - мочевины, креатинина, мочевой кислоты, аденози-на, фосфатов в ходе сеанса гемодиализа для конкретного больного, информация о концентрации компонентов и динамике процесса детоксикации достоверна, погрешность расчета концентрации по предложенным способам не превышает ±12 %, определять общее количество выводимых веществ по ходу сеанса и по каждому компоненту определять количество выведенных веществ на единицу массы больного, вырабатывать рекомендации лечащему врачу о возможных изменениях программы диализа больного. Дополнительная информация, представляемая системой врачу, может включать:

- концентрацию компонентов в диализате на начало сеанса (этот параметр коррелирует с содержанием уремических токсинов в крови больного до сеанса гемодиализа)временной интервал, в течение которого концентрация данной компоненты в диализате снижается в 2 раза (характеристика скорости процесса диализа);

- время достижения уровня снижения концентрации данной компоненты в диализате в 5 раз (параметр, характеризующий эффективную длительность сеанса).

Разработанная автоматизированная информационно - измерительная система была установлена в отделении гемодиализа Городского Центра гемокоррекции г.СПб, подключена к выходной магистрали одного из аппаратов «Искусственная почка» и использована для мониторинга процесса гемодиализа больных, подключаемых к аппарату. Работа проводилась в автоматическом режиме ежедневно в 3 смены в течение двух месяцев.

Результаты применения системы в условиях стационара показали: разработанная система обеспечивает получение необходимой информации о концентрации креатинина, мочевины, мочевой кислоты, аденозина и фосфатов в составе диализата в ходе сеанса гемокоррекции; надежно работает в условиях стационара в режиме on-line; позволила детально изучить процесс экстракорпоральной детоксикации крови, особенно в начальный (первые 30 минут) период, оценить эффективность каждого сеанса для конкретного больного, сформулировать рекомендации по коррекцию программы гемодиализа нескольких больных; система может быть рекомендована для мониторинга процесса гемодиализа в практическом здравоохранении.

Техническая реализация автоматизированной информационно - измерительной системы для анализа состава церебро - спинальной жидкости (ликвора) осуществлялась применительно к мониторингу процесса ликворосорбции. Показания к проведению, методика и аппаратура ЛС были разработаны в Российском научно -исследовательском институте травматологии и ортопедии им.Р.Р.Вредена. В ходе исследований были решены вопросы согласования системы с аппаратурой ЛС, определена информативная область, проведен контрольный мониторинг определены информатиные признаки анализируемых компонентов.

Исследования показали:

- применение кварцевых проточных кювет толщиной 2.5 мм позволяет проводить спектральный анализ состава без дополнительного разведения ликвора в ходе всего сеанса ликворосорбции;

- информативная область для нативного ликвора в большинстве случаев приходится на диапазон 200.350 нм;

- при анализе состава ликвора по предложенному способу необходим учет рассеянной компоненты, обусловленный цитозом;

- анализируемыми компонентами являются альбумин, мочевая кислота, креатинин, глюкоза и ряд других компонентов, погрешность расчета концентрации компонентов не превышает ±20%;

- при мониторинге ксантохромного ликвора информативная область смещается в видимую часть спектра.

- предложено оценивать состав ликвора и эффективность процесса ликворосорбции по двум параметрам: отношению коэффициентов пропускания ликвора на длинах волн 415 и 630 нм да сеанса и отношению коэффициентов пропускания на длине волны 415 нм до и после сеанса.

Результаты клинических испытаний показали, что параметры системы согласованы с режимом работы аппарата «Ликворосорб 1», получаемая в ходе мониторинга информация о концентрации компонентов и динамике процесса детоксикации ликвора достоверна и реализуется в режиме on-line.

Метод ликворосорбции, дополненный разработанной автоматизированной информационно-измерительной системой мониторинга процесса детоксикации, успешно использован в лечении целого ряда заболеваний: стойкая ксантохромия, возникающая в связи с травматическим и нетравматическим субарахноидальным кровоизлиянием; менингитоэнцефалиты с замедленной спонтанной санацией ликвора (высокая мутность ликвора, протеинорахия и гипогликорахия); отравление нейротропными ядами (при недостаточности гемокорреги-рующей детоксикации); опийный абстинентный синдром (героиномания); тяжелый алкогольный абстинентный синдром; толерантность к нейродепрессантам; аутоиммунные, в т.ч. демиелинизирующие заболевания головного мозга, при неэффективности традиционной терапии; мозговые комы неясной этиологии.

Выполненные исследования и разработки позволили сформировать одно из новых направлений современной медицинской технологии - мониторинг состава ЖБС в процессе экстракорпоральных детксикационных лечебных процедур, направленной на повышение эффективности лечения как хронических заболеваний, так при экстренных операционных вмешательствах.

Уточненные математические модели поглощения в одно- и многокомпонентных средах и алгоритмы и методики их реализации могут быть применены для автоматизированного мониторинга состава и качества жидких лекарственных форм в процессе их изготовления, анализа неизвестных сред по подобию формы спектра со спектрами известных растворов, моделирования изменений формы спектра смеси при добавлении новых или изменения концентрации присутствующих в составе компонентов.

Индивидуальные особенности формы низкомолекулярных ЖБС, например, мочи, и предложенная методика их количественной оценки позволяет целенаправленно изучить связь обменных процессов с генетическими и другими особенностями организма.

1. K.Ya. Gurevich, A.M. Vasilevsky, A.A. Sokolov, A.L. Shavkin, A.K. Gurevich, U.V. Konstantinov. Dialysis Monitoring by the Spectrophotometrically Analysis of Dialys-ate. American Sosiety of Nefrology, v. 12, sept 2001, p.266

2. Арутюнов B.A. Линейные фоточувствительные приборы с переносом заряда. //Радиоэлектроника и связь. 1991. - Вып.1 - С.91-98.

3. Ашихмина Е.И., Ошемков С.В., Петров А.А. и др.\\ Оптический журнал,-1995.- №6.- с.37 42.

4. Бабушкин А.А., Бажулин П.А., Королев Ф.А. и др. Методы спектрального анализа.-М.:изд.МГУ, 1962, 509 с.

5. Батраков Р.Н., Мавлютов М.М. Особенности излучения водородного (дей-териевого) континуума в низковольтных газоразрядных источниках питания. Оптико механ. промышл. 1991, №8, с. 41 - 45.

6. Биохимия человека: / Р.Марри, Д. Греннер, Л. Мейес, В. Одуэлл . М. Мир, 19938. Брио А.Н. К методике УФ спектроскопии спинно-мозговой жидкости, Лабораторное дело, 1969, №1, с.41.

7. Василевский A.M. Информационно-измерительная система мониторинга сеанса гемодиализа по спектрам экстинкции в УФ области спектра.// Информационно-управляющие системы.-2003.- №1.- с. 40-46.

8. Василевский A.M., Востров А.А., Дьяконов С.Ю., Маркарян Е.М. Исследование спектральных характеристик излучения осветителей медицинских эндоскопов, Медицинская техника, 1996, №3, с.19 -23.

9. Василевский A.M., Востров А.А., Дьяконов С.Ю., Маркарян Е.М., Динамика отражательной способности пораженных биологических объектов при визуальной эндоскопии, Медицинская техника, 1996, №5, с.16-20.

10. Василевский A.M., Гуревич К.Я., Корнилов Н.В., Соколов А.А. Устройство для мониторинга диализной жидкости в процессе диализа. Авт. свид. на полезную модель. № 27427 от 27.01.2003.

11. Василевский A.M., Коноплев Г.А. Исследование спектров экстинкции диализата перитонеального диализа в УФ области спектра. Оптический журнал, 2004, №2, 31-33 (в печати).

12. Василевский A.M., Коноплев Г.А. Компьютерный контроль состава жидких биосред по спектрам экстинкции в УФ области спектра. У111 СПб международная конференция «Региональная информатика-2002. Матер, конференции. Часть 2,- СПб.,-2002- с. 126.

13. Василевский A.M., Коноплев Г.А., Корнилов Н.В. Оптико-информационная система экологического мониторинга жидких сред. У111 СПб международная конференция «Региональная информатика-2002. Матер, конференции. Часть 2.- СПб.,-2002- с.126 127.

14. Василевский A.M., Корнилов Н.В. Анализ индивидуальных особенностей обмена нуклеиновых кислот по спектрам экстинкции диализата в УФ области спектра. //Травматология и ортопедия России, 2004, №1, с.31-35.

15. Василевский A.M., Корнилов Н.В. Мониторинг диализной жидкости в процессе гемодиализа по спектрам экстинкции в ультрафиолетовой области спектра. Оптический журнал, том 66, № 8, Август 1999, с.24-27

16. Василевский A.M., Корнилов Н.В. Устройство для мониторинга жидкой биологической среды. Пат. России № 2161791 от 30.12.1998.

17. Василевский A.M., Корнилов Н.В. Исследование спектров экстинкции жидких биологических сред в ультрафиолетовой области спектра, Тез.конф. «Ди-агностка, информатика, метрология 98», СПб, 1998, с.211-212

18. Василевский A.M., Корнилов Н.В., Гуревич К.Я., Соколов А.А. Способ анализа жидкой биологической среды в процессе мониторинга. Пат. России .№2212029 от 03.12.2001.

19. Василевский A.M., Корнилов Н.В., Коноплев Г.А. Исследование спектров экстинкции альбумина и мочевой кислоты в УФ области спектра. Оптический журнал, 2001,12,с.76-78.

20. Василевский A.M., Корнилов Н.В., Маркарян Е.М., Михайлова Н.Г. Лечение заболеваний и повреждений ЦНС методом ликворосорбции, Тез. доклада Межд. конф, «Медико техн.обеспечение в больницах России, СПб, 1994

21. Василевский A.M., Корнилов Н.В., Маркарян Е.М., Михайлова Н.Г. Абсорбционная спектрофотометрия ликвора при лечении методом ликворосорбции, Изв. ГЭТУ, вып. 481,1995 , с. 37-42,

22. Василевский A.M., Корнилов Н.В., Маркарян Е.М., Михайлова Н.Г. Исследование спектров экстинкции ликвора в процессе ликворосорбции, Изв. ГЭТУ, вып. 464, с. 42-47,1993.

23. Василевский A.M., Корнилов Н.В., Маркарян Е.М., Чупрасов В.Б. Система контроля диализата в процессе гемодиализа, Тез.докл. «Диагностика, информатика, метрология-96», СПб, 1996.

24. Василевский A.M., Корнилов Н.В., Маркарян Е.М., Чупрасов В.Б. Мониторинг состава диализата в процессе гемодиализа, Научное приборостроение, 1996, т.6, N1-2, с.116-117,

25. Василевский A.M., Корнилов Н.В., Чупрасов В.Б., Обидейко В.Р., Хадикова Н.Г. Количественная оценка динамики выведения уремических токсинов в процессе сеанса гемодиализа, Известия ГЭТУ, вып.506, СПб, 1997, с.77-83

26. Василевский A.M., Корнилов Н.В., Чупрасов В.Б., Хадикова Н.Г. Управляемый гемодиализ новые методы лечения, Урология и нефрология, 1997, №11, с. 87-88.

27. Василевский A.M., Корнилов Н.В. Исследование динамики концентрации креатинина и мочевины в процессе диализа, Инновации в здравоохранении, Тр.межд.сем.,СПб, 1997,с.92-93

28. Василевский A.M., Кропоткин М.А., Тихонов В.В. Оптическая электроника,-Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1990. 176 е.: Илл.

29. Василевский A.M., Чупрасов В.Б. .Управляемый диализ новое направление в лечении почечной недостаточности, Инновации в здравоохранении, Тр. межд. сем., СПб, 1997, с.87-91.

30. Гиллер А., Штерн Е. Электронные спектры поглощения органических соединений. М., 1957.

31. Голиков С.Н., Саноцкий И.В., Тиунов Л.А. Общие механизмы токсического действия. -Л.Медицина, 1986.-280 с.

32. Горбачев В.И., Горбачева С.М., Файтельсон А.А. Лечение вторичных гнойных менингитов // 5-й Всерос. съезд анестезиологов и реаниматологов. Материалы докладов. М, 1996 С. 28.

33. Гордон Б.Л. Сравнительная характеристика углеродных сорбентов применительно к поликомпонентным биологическим системам.- В кн.:Гемо сорб-ция.М.,1977,с.16-21.

34. Городецкий В.В., Малеши М.Н., Петров С.Я., Соколова Е.А., Пчелкин В.И., Соловьев С.П. Малогабаритные многоканальные оптические спектрометры. Оптический журнал, 1995, №7, с.З 9.

35. Гудим В.И., Сигалла П., Дево 3. Клиническое значение средних молекул в патогенезе нефрогенной анемии. Тер. Архив, 1983, ;6, с.78 -82.

36. Дельва В.А. Абсорбционная спектроскопия спинно-мозговой жидкости человека в УФ области спектра. Ж. невропатологии и психиатрии АНСССР, 1961,в.6,с.829; в.9, с.1290.

37. Дельва В.А. Об изменениях спектральных свойств СМЖ при опухолях головного мозга. Журнал нейрохирургии, 1963, №5, с.53.

38. Демченко А.П. УФ спектрофотометрия и структура белков. Киев, 1981.

39. Джиордано К. (Giordano С.) Сорбенты и их клиническое применение. Ки-ев,"Выща школа", 1989.400 с.

40. Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К. Справочник биохимика. М.: Мир, 1991. 543 с.

41. Евдокимов Ю.М., Скуридин С.Г., Чернуха Б.А. и др. Способ определения в анализируемой жидкости биологически активного вещества. Авт. Свид. № 96122087/25, 1996.

42. Земченков А.Ю. Адекватность гемодиализа. Классический подход\\ Нефрология и диализ.- 2001 .№1 ,с.4 20.

43. Иванов П.Г., Астахов А.В., Шадрин A.M. Способ количественного хромато-гафического анализа. Авт. Свид № 1728796, 1989.

44. Камышников B.C. Справочник по клинико-биохимической лабораторной диагностике: В 2 т.- Мн.: Беларусь, 2000.-463с.

45. Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. Техника и практика спектроскопии. М., Изд.Наука, 1976, 392 с.

46. Коноплев Г.А., Василевский A.M. Определение белка в перитонеальном диализате методом УФ спектрофотометрии. Межд. оптический конгресс «Оптика ХХ1 век». Труды второй научной мол. школы. -СПб., 2002 - с.29.

47. Корнилов Н.В., Михайлова Н.Г., Василевский A.M., Маркарян Е.М., Востров А.А. Способ лечения повреждений ЦНС и устройство для его реализации. Авт. свид. №4891453 от 17.12.1990.

48. Костюченко А.Л., Гуревич К .Я., Лыткин М.И. Интенсивная терапия послеоперационных осложнений: Руководство для врачей. СПб.: Спец. Лит,2000. -575 е.:ил.

49. Лопаткин Н.А., Лопухин Ю.М. Эфферентные методы в медицине. М.: Медицина, 1989. - 353 с.

50. Лопухин Ю.М.,Комаров Б.Д.,Лужников Е.А.и др. Детоксикационная сорбция в реанимации и интенсивной терапии при острых экзогенных и эндогенных токсикозах.-В кн.: Всесоюзный съезд анестезиологов и реаниматологов. Тру-ды.Ташкент, 1977,с.446-448.

51. Лопухин Ю.М.,Молоденков М.Н. Гемосорбция.-2-е изд.-М.: Медицина. 1985288 с.

52. Макаров А.Ю. Современные биохимические методы исследования ликвора в неврологии.-Л.:Медицина, 1973.-224 с.

53. Молодкин В.М.Якубова Р.Р.,Бацунов В.А. Действие эндогенной интоксикации на различные системы организма // В сб.: Клиника и лечение эндооксемии при острых хирургических заболеваниях. Ярославль, 1986. - С.44-80.

54. Нагибина И.М., Прокофьев В.К. Спектральные приборы и техника спектроскопии. Л., 1978.

55. Нахапетов Б.А., Крашутский В.В. УФ спектроскопия СМЖ в дифференциальной диагностике инсультов. Журн. нейропатологии и психиатрии, 1985,т. LXXXV, вып.9,с.1329.

56. Николаев В.Г.,Стражеско Д.Н.,Стрелко В.В. и др. Критерии комплексной оценки углеродных гемосорбентов.-В кн.:Адсорбция и адсорбенты. Киев: Нау-кова думка, 1976,сю24-29.

57. Одинак М.М., Корнилов Н.В., Грицанов А.И., Василевский A.M., Михайлова Н.Г. Невропаталогия контузионно-компрессионных повреждений мирного и военного времени. СПб.: МОРСАР АВ, 2000.- 432 е., илл.

58. Панченков Р.Т.,Выренков Ю.Е.,Ярема И.В.,Уртаев Б.М. Лимфосорбция.-М.:Медицина,1982,-240 с.

59. Портной О.А.,Николаев В.Г.,Белкин А.Л.и др. Исследование биологически активных веществ активированными углеродными волокнами// Хим. фарм. журн.-1984. -N3. -с.360-364.

60. Р. Досон, Д. Эллиот, У. Эллиот, К. Джонс Справочник биохимика. М.: Мир, 1991.

61. Рачков Б.М., Левит P.M. Ликворотрансфузия и ликворосорбция. СПб. 1997, 115 с.

62. Рубин В.И., Ларский Э.Г., Орлова Л.С. Биохимические методы исследования в клинике Саратов.: Изд. Сарат.университета,1980. - 316 с.

63. Рябов С.И., Чупрасов В.Б., Шостка Г.Д., Спиридонов В.Н. Критерии оценки адекватности диализной терапии/ГГерапевт архив.-1987. -Т.59. №8. - С. 91 -96.

64. Свердлова О.В. Электронные спектры в органической химии.- Л., 1985.

65. Сидоренко В.М. Оптические спектральные методы исследования биологических объектов. СПб, 1998.

66. Скоков И.В. Оптические спектральные приборы. Л., 1984.

67. Бернштейн И.Л., Каминский Ю.Л. Спектрофотометрический анализ в органической химии-Л, «Химия», 1975

68. Скрипник Ю.А., Дашковский А.А., ХимичеваА.И., Петрук В.Г. Устройство для измерения неравномерности спектра экстинкции потока излучения. Пат. России № 2024846, 1992.

69. Соколова Е.А., Мапешин М.Н. Расчет хода луча в спектральных приборах со стигматическими вогнутыми дифракционными решетками.// ОМП.- 1991.-№6,- С. 36-38.

70. Соколова Е.А., Старцев Г.П. Оптимизация параметров схем светосильных монохроматоров со стигматическими вогнутыми дифракционными решетками. //ОМП.- 1988.- №7,-С. 1-3.

71. Спектроскопические методы исследования в физиологии и биохимии: сборник статей. Под ред. Леонтьева А.В. Л., 1987.

72. Стецюк Е.А. Современный гемодиализ.- Москва, 1998.

73. Туликова 3. А. Среднемолекулярные уремические токсины. Вопросы мед. химии. 1983, №1, с.2 10.

74. Цветанова Е.М. Ликворология. Киев: "Здоровье", 1986 г., 345 с.

75. Чупрасов В.Б. Программный гемодиализ.-СПб: Изд.»Фолиант»,2001.-256 с.

76. Шоломицкий Г.Б., Городецкий А.К. Способ мониторинга атмосферных примесей. Пат. России № 1800325, 1993.

77. Щипович В.К., Туликова З.А., Маркелов И.М. Лабор.дело, 1987, №3, 221 -223.

78. Яковлев Э.А., Старцев Г.П. Неклассические нарезные дифракционные решетки и спектральные приборы на их основе.\\ Тр.ГОИ.-1991.- Т.75.- Вып.209.-С.59 69.

79. Alloatti, S., Molino, A., Manes, М., Bonfant, G., and Bosticardo, G. M., "On-line dialysate urea monitor: comparison with urea kinetics," Int. J. Artif. Organs, vol. 18, pp. 548-552, 1995.

80. Arrigo G., Tetta C., Santoro A. Continuous Urea Monitoring in Hemodialysis: a Model approach to forecast dialytic performans/ J. of Nefrology, 2001, v.14, p.481 -487.

81. Beaven G.H., Holiday E.R. Advanced Protein Chemistry, 1951, vol.7, p.380-384.

82. Berger A., Koo T.-W., Itzkan I., Feld M. N. Enhanced Algoritm for Linear Multivariate Calibration. Anal. Chem. 1998, 70, p. 623 627.

83. Bhandare P., MendelsonY., Peura R. Multivariable Determination of Glucose in Whole Blood Using Partial Least- Squares and Artificial Neural Networks Based on Mid-Infrared Spectroscopy. Applied Spectroscopy, 1993, v.47, N8, p. 1214 1221.

84. Bosticardo, G. M., Avalle, U., Giacchino, F., Molino, A., and Alloatti, S., "Accuracy of an On-line Urea Monitor Compared with Urea Kinetic Model and Direct Dialysis Quantification," ASA/O Journal, vol. 40 pp. M426-M430,1994.

85. Calzavara, P., Calconi, G., Da Rin, G. С. E., and Paolini, F., "A new biosensor for continuous monitoring of the spent dialysate urea level in standard hemodialysis," Int. J. Artif. Organs, vol. 21 pp. 147-150,1998

86. Canaud В., Bosc J.-Y., Leblanc M. Evaluation of High-Flux Hemodiafiltration Efficiency Using an On Line Urea Monitor. Amer. J. of kidney Diseases, 1998,v. 31, N 1, p/74 - 80.

87. Chiari, L., Cappello, A., Tartarini, R., Paolini, F., and Calzavara, P., Model based dialysis adequacy prediction by continuous dialysate urea monitoring. Int J Artif Organs, 1998, 21, 526-534.

88. Bland J.M., Altman D.G. Statistical Methods For Assessing Agreement Between Two Methods Of Clinical Measurement \\ Thelancet/ February 8, 1986, p. 307 -311.

89. Collavahti G., Arrigo G., Santera A. Biochemical Aspects and Clinical Perspectives of Continious Urea Monitoring in Plasma Ultrafiltrate. Preliminary Result of a Multicenter Study. Int. J. Artif. Organs, 1995, v.18, p.544-547.

90. Davis W., Schonfeld E., Kibbey A.H. Determinations of Urinary Constituents in Solutions by Least-Squares Resolution of Ultraviolet Spectrums. Clin.Chem., Vol.14, No.4, pp.310-325, 1968

91. Fishman R.A. Cerebrospinal fluid in diseases of the nervous system, Philadelphia, Ed. W.B.Sauders, 1980, 1-384.

92. Garred, L. J., Canaud В., Bose J.Y. Urea Rebound and Delivered KT/V Determination with Continuous Urea Sensor. Nephrol. Dial. Transpl. 1997, v.12, p. 512 -535.

93. Garred, L. J., St.Amour, N. R., McReady, W. G., and Canaud, В. C„ "Urea Kinetic Modeling with a Prototype Urea Sensor in the Spent Dialysate Stream," ASAIO Journal, vol. 39 pp. M337-M341, 1993.

94. Gottfried S.P.,Rosenberg B. Improved manual spectrophotometric procedure for determination of serum tryglycerides//Clin.Chem.1973.-p.191-197.

95. Gotch F.A., Keen M.L. Care of the Patient on Haemodialysis.- In: Introduction to Dialysis. Ed Cogan M.R. Churchil Livingstone Inc. New-York, 1986, p.73-143.

96. Groves W.E., Davis F.C., Sells B.H. Spectrophotometry determination of microgram quantities of protein without nucleic acid interference. Analytical Biochemistry, 1968, vol.22, №2, p.195-210.

97. Jacobs P., Suls, J., Sansen, W., and Hombrouckx, R., "A disposable urea sensor for continuous monitoring of hemodialysis efficiency," ASAIO J, vol. 39, no. 3,

98. Jobsis F.F. Spectrophotometric Method for Quantitavely Determining the Concentration of a Dilute Component in a Light- or Other Radiation-Scattering environment. Patent USA N 4805623, 1989.

99. Keshaviah P.R., Ebben J.P., Emerson P.F. On-line monitoring of delivery of the hemodialysis prescription. Pediatric Nephrology, 1995, N9, S2 S8.

100. Kim Y.J., Kim S., Kim J.-W., Yoon G. Data Preprocessing and Partial Least Squares Regression Analysis for Determination of Hemoglobin Concetrations sing Conventional and Total Transmission Spectroscopy. J. of Biomedical Optics, 2001, v.6,p. 177-182.

101. Kirschenbaum D.M. Molar absoptivity and T x values for protein at selectedwavelengths of the ultraviolet and visible regions. Analytical Biochemistry, 1973, vol.55, №1, p.340.

102. Knudson E.J., Lau Y.C., Veening H., Dayton D.A.,Time-Concentraion Studies by High-Performance Liquid Chromatography of Metabolites Removed During Hemo-dialisis. Clin. Chem. 1978, Vol.24, No.4, pp.686 691.

103. Kjellstrand C.M., Evans R.L., Petersen R.J. et all. The "Unphysiology" of Dialysis: A Major Cause of Dialysis Side Effects? Kidney Int. 1975, Suppl. 2, p. 30 34.

104. Lin l.-K. A Concordance Correlation Coefficient to Evaluate Reproducibility. Biometrics, 1989, 45, p. 255-268.

105. Marshall, M. R., Santamaria, P., and Collins, J. F., "Biostat 1000 and Daugirdas blood-based hemodialysis quantification: agreement and reproducibility,"

106. Am. J.Kidney Dis, vol. 31, no. 6, pp. 1011-1018, June 1998.

107. McNichols R., Cote G. Optical Glucose Sensing in Biological Fluids: an overview. J. of Biomedical Optics, 2000, v.5,p. 5-16.

108. Merric M., Pardue H. Evaluation of Absorption and First- and Second-Derivative Spectra for Simultaneous Quantification of Bilirubin and Hemoglobin. Clinical Chemistry, 1986,v. 32, N4, p.598-602.

109. Panzetta G. Urea Monitoring in the dialysis Patient. Intern. Journal of Artificial Organs, 1995, v. 18, N 9, p/ 530 533.

110. Polaschegg, H. D., "Automatic, noninvasive intradialytic clearance measurement" Int. J. Artif. Organs, vol. 16, no. 4, pp. 185-191, Apr. 1993.119. pp. M353-M358, July 1993.

111. Ringoir S. An update on Uremic Toxins. Kidney Intern., 1997, v.52, Suppl.62, s2 s4.

112. Roggan A., Friebel M., Dorschel. Optical Properties of Calculating Human Blood in the Wavelength Range 400 2500 nm. J. of Biomedical Optics,1999, v4, p. 36 -46.

113. Ronco C., Brendolan A., Ceraldi et.all. On-line Monitoring: A Further Step Towards Adequate Dialysis Prescription and Delivery. Int. J. Artif. Organs, 1995, v. 18, p.534 543.

114. Ronco C., Ghezzi P.,Greca G. The Role of Technology in Hemodialysis, J. of Ne-frology, 1999, v. 12, s68 s81.

115. Santoro A., Tetta C. Mandolfo S. On line kinetics in Hemodiafiltration. Nephrology Dialysis Transplantation, 1996, 11, p/1084 - 1092.

116. Sargent J. A., Gotch F.A. The Analysis of Concentration Dependence of Uremic Sessions in Clinic Studies. Kidney Int., 1978, v.7, p.35-44.

117. Scopes R.K. Measurement of protein by spectrophotometry at 205 nm. Analytical Biochemistry, 1974, vol.59, №1, p.277-282.

118. Smat R.D., Glorieux G., Chen Hsu, Vanholder R.C.,p-Cresol and uric acid: Two old uremic toxins revisited. Kidney International, Vol.52, Suppl.62, pp.s-8 s11, 1997.

119. Smirthwaite, P. Т., Fisher, A. C., Henderson, I. A., McGhee, J., Mokhtar,

120. N.,Simpson, К. H., Whitehead, A. J., and Gaylor, J. D., "Development of a blood urea monitoring system for the closed loop control of dialysis," ASAIO J, vol. 39,no. 3, pp. M342-M347, July 1993.

121. Steinke J.M., Shepherd A.P. Effects Of Temperature on Optical Absrbance Spectra of Oxy, Carboxy-, and deoxyhemoglobin. Clin. Chem., 38/7,1360 1364.

122. Stemby J. Wholy Body KT/V from Dialysate Urea Measurement During Hemodialysis. J. Am.Soc. Nephrol., 1998, v.9, p.2118-2123.

123. Tetia C., Santoro A., Spongano M. Et all. A New On-line Device for Adequacy in Hemodialysis. ASAIO, 1994, v.23, p.77.

124. Vanholder R.C., Smet R.V., Ringoir S.D., Assesment of Urea and Other Uremicщ

125. Markers for Quantification of Dialisis Efficacy. Clin.Chem., Vol.38, No.8, pp.1429-1436,1992

126. Webster G.C. Comparison of direct spectrophotometric methods for measurement of protein concentration. Biochemistry et biophysics acta, 1970, vol.207 №2, p.371-373.

127. Winder A.F., Gent W.L.G. Correction of light-scattering errors in spectrophotometric protein determination. Biopolymers, 1971, vol.10, №7, p.1243-1251.

128. Wollenberger A. Ultraviolet Absorption Spectra of Creatinine. Acta Chem. Scand., 1953,7, N 2, p. 445-446.

129. Woods S.H., O'Bar P.R. Absorption of proteins and peptides in far ultraviolet. -* Science, 1970, vol.167, № 3915, p. 179-181.

130. Gal G., Grof J., Kiss E. Continuous Monitoring of the Efficiency of Hemodialysis by Recording the UV transmittance of the Dialysis Solution. Acta Chir Hung, 1983; 24(4): 231-129.

131. Gal G., Grof J. Continuous UV Photometric Monitoring of the Efficiency of Hemodialysis. Int. Artif. Organs. 1980, Nov; 3(6): p.338-341.

132. Fridolin I., Lindberg L.-G. On-line Monitoring of Solutes in Dialysate using Absorption of Ultraviolet Radiation: Technique Description. Int. Artif. Organs.2002, Aug; 25(8): 748-761.

133. Fridolin I., Lindberg L.-G. On-line Monitoring of Solutes in Dialysate using Wave-ф length-dependent Absorption of Ultraviolet Radiation. Medical & Biological Engineering & Computing. 2003, vol.41, p.263 270.

134. Uhlin F., Fridolin I., Lindberg L.-G. et al. Estimation of Delivered Dialisis Dose by On-line Monitoring of the Ultraviolet Absorption in Spent Dialysate. Amer. J. Kidney Diseases. 2003, v.41, No.5, p. 1026 1036.

135. Утверждаю" Гл.врач больницы № 15 1' .Санкт-Петербурга

136. Утверждаю" Проректор СПбГЗТУ профессор1. Викторов А. Д.1993. г. fcJpib-J 1998 г.a v тклинических испытаний прибора для мониторинга процесса гемодиализа.

137. Результаты параллельных измерений приведены втаблице 1.