Новый акустический медицинский диагностический прибор Методы исследования ✑ В.Н. Федорова

76Fedorova.qxd
19.04.2013
16:20
Page 76
Методы исследования
Новый акустический медицинский
диагностический прибор
1
2
1
✑ В.Н. Федорова , Е.Е. Фаустова , Е.В. Фаустов
1
Кафедра физики и математики Педиатрического факультета Российского
национального исследовательского медицинского университета им. Н.И. Пирогова, Москва
2
Медикал Бьюти Центр Камелот
Описан новый акустический прибор, измеряющий скорость распространения механических
волн в коже. Представлены возможности его применения в косметологии и пластической
хирургии.
Ключевые слова: акустический прибор, механические свойства кожи, анизотропия кожи.
Значимость механических свойств кожи
в диагностике и оценке эффективности ле
чения велика. Для исследования механиче
ских свойств кожи применяются различ
ные методы. С 1980 г. исследование меха
нических свойств кожи проводилось при
помощи акустического анализатора (при
бор АСА). На основании полученного
огромного экспериментального материала
показано, что определение механических
акустических свойств кожи позволяет осу
ществлять как объективную оценку эффек
тивности различных способов воздействия
на кожу, так и объективную дифференци
альную диагностику состояния кожи. По
лученные результаты способствовали ши
рокому внедрению исследования акустиче
ских свойств кожи в медицинскую практи
ку по различным направлениям.
Нами разработан и создан новый акусти
ческий медицинский диагностический прибор
(АМДП) для исследования кожи и мягких
эластических тканей. Функциональная
схема прибора представлена на рис. 1.
Генератор гармонического сигнала (1)
обеспечивает механическое возбуждение
пьезоэлектрического электрода (8) камер
Контактная информация: Фаустов Евгений Ви
тальевич, fev.777@yandex.ru
76 Лечебное дело 1.2013
тона возбуждения, состоящего из элемен
тов (7–10). Электродом (9) возбуждается
продольная сдвиговая волна в исследуемой
ткани (15). Электрод (12) принимающего
камертона, состоящего из элементов
(11–14), обеспечивает прием механических
колебаний и возбуждение камертона, а
электрод (13) – преобразование механиче
ских колебаний в электрический сигнал,
который поступает на узел предваритель
ной обработки (2), где осуществляется нор
мализация, фильтрация сигнала.
Вычислительное устройство (3) сравни
вает сигналы возбуждения и отклика и рас
считывает фазовый сдвиг между ними. Фа
зовый сдвиг пересчитывается в скорость по
верхностной продольной волны по формуле
V= L ,
ω/Δϕ
где V – скорость волны, L – расстояние
между излучающим и принимающим элек
тродами, ω – круговая частота возбужде
ния, Δϕ – фазовый сдвиг.
Основой прибора является зонд с эле
ментами (7–14), заключенными в метал
лический корпус. Возбуждение механичес
ких колебаний осуществляется путем по
дачи на излучающий электрод (8) непре
рывного в течение всего времени каждого
76Fedorova.qxd
19.04.2013
16:20
Page 77
Новый акустический прибор
Рис. 1. Функциональная схема прибора АМДП. 1 – генератор гармонического сигнала, 2 – узел
предварительной обработки сигнала отклика, 3 – устройство для вычисления скорости распрост
ранения волны, 4 – цифровой индикатор, 5 – панель управления, 6 – корпус зонда, 7, 11 – узлы
крепления камертонов, 8, 13 – биморфные пьезоэлектрические электроды, 9, 12 – легированные
электроды, 10, 14 – сменные наконечники, 15 – исследуемый образец ткани. fзад – заданная
частота, Uоткл – напряжение отклика.
конкретного измерения гармонического
сигнала постоянной амплитуды и частоты,
что не было реализовано в приборе АСА.
Такое решение позволило получить высо
кую чувствительность зонда с очень низ
ким сигналом возбуждения генератора.
Последний фактор обеспечивает мини
мальное воздействие на исследуемые тка
ни. Сменные наконечники могут иметь
различную геометрическую форму, кото
рая определяется задачей исследования,
например: шар диаметром D = 1 ± 0,1 мм;
пластины шириной L = 1,0 – 3,0 мм и тол
щиной h = 0,5 ± 0,1 мм; конус с верхним
диаметром d = 0,5 ± 0,1 мм.
На матричном индикаторе электронного
блока отображается скорость распростра
нения продольной волны. При нажатии со
Лечебное дело 1.2013 77
76Fedorova.qxd
19.04.2013
16:20
Page 78
Методы исследования
Рис. 2. Изменение скорости волны (V) в средней части щек (а – правая щека, б – левая щека) по
сле воздействия одной процедуры Ultera. Скорость измерена по двум направлениям: вдоль есте
ственной вертикальной оси тела (Y) и перпендикулярно ей (X).
ответствующей кнопки на лицевой панели
электронного блока можно получить ин
формацию о частоте возбуждения, уровне
сигнала отклика, состоянии источника пи
тания (батарейка). Предусмотрено питание
и от электрической сети.
В данной работе представлены примеры
использования АМДП в медицине.
Оценка действия косметических
средств на кожу рук
Прибор АМДП применялся для сравне
ния действия двух косметических средств на
кожу рук по ее механическим свойствам.
Для проведения акустических исследований
были выбраны три области кожи на руках:
ладонная поверхность кисти у основания
большого пальца, средняя часть тыльной
поверхности кисти, которая постоянно на
ходится в контакте с внешней средой, и
внешняя поверхность предплечья (нижняя
треть), которая часто закрыта одеждой. Ис
следуемые кремы, обозначенные как крем1
и крем2, наносились на указанные участки
кожи рук. Для того чтобы минимизировать
78 Лечебное дело 1.2013
влияние индивидуальных особенностей ко
жи, у каждой пациентки на кожу каждой ру
ки одновременно наносились разные кремы
(на правую – крем1, на левую – крем2).
Для анализа полученных результатов ис
пользовали такой параметр, как доля экс
периментальных точек, в которых произо
шло уменьшение значения скорости рас
пространения волны (–N, %). Ранее было
выявлено, что при увлажнении кожи ско
рость волны обычно снижается. Установле
но, что во всех выбранных областях доля
проявления параметра (–N, %), величина
уменьшения скорости волны (ΔV) при ис
пользовании крема1 больше, чем при ис
пользования крема2. Сделан вывод о
большем увлажняющем эффекте крема1.
Экспрессоценка действия
одной косметической процедуры
Акустические характеристики кожи от
ражают изменения, происходящие в ней
под воздействием косметических процедур.
В некоторых случаях последействие про
76Fedorova.qxd
19.04.2013
16:20
Page 79
Новый акустический прибор
цедуры быстро изменяется (например, при
смачивании, криомассаже и т.д.). И в таких
случаях эффективность действия можно
быстро оценить при помощи прибора
АМДП. Для этого измеряются акустичес
кие параметры в одной точке (на лице, как
правило, в средней точке щеки) до процеду
ры и сразу (через 5–10 с) после ее оконча
ния. По изменению скорости волны (V)
можно судить о выраженности эффекта.
На рис. 2 представлено изменение скорости
волны после одной процедуры Ultera. Эта
экспрессметодика может быть рекомендо
вана для индивидуальной оценки действия
процедуры у конкретного пациента.
Ревматоидный артрит
Очаг с отеком при ревматоидном артри
те был локализован над воспаленным сус
тавом среднего пальца левой руки. Акусти
ческое сканирование прибором АМДП (по
одному направлению) проводилось в обла
сти отека и вокруг нее до и после лечения.
Сравнительные результаты представлены
на рис. 3.
Видно, что в области отека скорость вол
ны выше, чем над визуально и пальпаторно
нормальными участками кожи. После эф
фективного лечения скорость волны над
очагом и вокруг него снизилась. По изме
нению численных значений скорости вол
ны можно оценивать эффективность про
водимого лечения.
Увеличивающая маммопластика
Были обследованы пациентки, обратив
шиеся по поводу увеличения молочных же
лез. Пациентки были разделены на две
группы в зависимости от исходного диа
гноза: 1я группа – послеродовая инволю
ция молочных желез; 2я группа – врож
денная гипомастия. У пациенток измеряли
скорость поверхностных волн в коже мо
лочных желез по трем линиям: медиаль
ной, срединной, латеральной.
Акустическое сканирование проводи
лось по двум взаимно перпендикулярным
осям: ось Y совпадала с направлением со
ответствующей линии сканирования; ось X
была перпендикулярна каждой линии ска
нирования. Обследование проводили до и
через 1 год после операции.
При сопоставлении результатов акусти
ческого сканирования, полученных в 1й
группе до и после операции, было выявле
но, что скорость волны по обоим направле
ниям после операции снизилась (ΔV < 0).
До операции измерения осуществляются
на коже, близко расположенной к ребрам
грудной клетки, т.е. на “твердой подлож
ке”. После операции контакт кожи с ребра
ми существенно ослабевает, так как между
Дерматология
С помощью прибора АМДП оценивали
эффективность криотерапии псориаза по
изменению акустических параметров ко
жи. В результате лечения скорость распро
странения акустической волны уменьши
лась на 37% в псориатическом очаге и на
23% – вне очага в визуально непораженной
коже. Данная методика опробована при ле
чении кератом, базалиом. Этот способ мо
жет быть применен при оценке лечения
многих дерматологических патологий.
Рис. 3. Скорость распространения поверх
ностной акустической волны (V) над очагом
воспаления до и после лечения.
Лечебное дело 1.2013 79
76Fedorova.qxd
19.04.2013
16:20
Page 80
Методы исследования
Оценка жесткости стенки сосудов
Рис. 4. Скорость распространения поверхност
ной акустической волны во взаимно перпенди
кулярных направлениях (VY и VX) в образцах
ткани аорты основной и контрольной групп.
кожей и ребрами появляется протез –
“мягкая подложка”. Сильного натяжения
кожи при этом не возникает, о чем свиде
тельствуют незначительные различия ско
ростей VY и VX после операции.
Во 2й группе исходно контакт кожи с
ребрами был меньшим, чем в 1й группе,
поэтому скорости при сканировании до
операции были более низкими. После про
тезирования увеличился объем груди и воз
росло натяжение кожи, в результате чего
скорости волны возросли по сравнению с
таковыми до операции.
Таким образом, при увеличивающей
маммопластике натяжение кожи изменяет
ся поразному, что необходимо учитывать
при прогнозировании результатов опера
ции в отдаленные сроки.
Был исследован аутопсийный материал
ткани аорты пациентов, умерших от остро
го инфаркта миокарда (основная группа) и
пациентов, умерших от некоронарной па
тологии (контрольная группа). Сравнивали
результаты оценки состояния сосудистой
стенки двумя методами: косвенным – с по
мощью аппланационного тонометра с арте
риографом TensioClinic, измеряющего ско
рость распространения пульсовой волны, и
прямым акустическим методом с использо
ванием АМДП. На рис. 4 представлены ре
зультаты сравнения скорости распростра
нения поверхностной волны в образцах ос
новной и контрольной групп. При анализе
результатов акустического сканирования
внутренней поверхности аорты выявлено,
что значения скорости поверхностной вол
ны по двум взаимно перпендикулярным на
правлениям при разной патологии различ
ны: у пациентов с инфарктом миокарда они
выше, чем у пациентов с некоронарной па
тологией. Данные акустического метода
совпали с данными тонометрии: чем выше
(ниже) скорость пульсовой волны, тем вы
ше (ниже) скорость акустической поверх
ностной волны. Таким образом, данные
акустического метода подтвердили данные
тонометрии. Рекомендуется использовать
АМДП для дополнительной объективной
оценки сосудистой ткани.
Приведенные результаты свидетельству
ют о широких возможностях применения
нового прибора во многих направлениях
медицины.
С рекомендуемой литературой
вы можете ознакомиться
на нашем сайте www.atmosphere&ph.ru
A New Acoustic Diagnostic Device
V.N. Fedorova, E.E. Faustova, and E.V. Faustov
The article deals with a new acoustic device made for the measurement of mechanical wave velocity in the skin.
The device can be used in cosmetology and plastic surgery.
Key words: acoustic device, mechanical properties of skin, skin anisotropy.
80 Лечебное дело 1.2013