Е.А. Бычков – аспирант, кафедра «Медико-технические информационные технологии» (БМТ-2), МГТУ им. Н.Э. Баумана

E-mail: ipbychkov.e.a@yandex.ru

И.А. Кудашов – к.т.н., доцент, кафедра «Медико-технические информационные технологии» (БМТ-2), МГТУ им. Н.Э. Баумана

E-mail: KydashovV@mail.ru

C.И. Щукин – д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Медико-технические информационные технологии» (БМТ-2),  МГТУ им. Н.Э. Баумана

С.Б. Симакин – д.т.н., начальник отдела, Научно-исследовательский институт вакуумной техники им. С.А. Векшинского

E-mail: plasma@iontecs.ru

Е.А. Митрофанов – к.т.н., нач. лаборатории, Научно-исследовательский институт вакуумной техники им. С.А. Векшинского

E-mail: plasma@iontecs.ru 

Постановка проблемы. Систематизация сосудистых повреждений, возникающих при оперативных вмешательствах, практически невозможна из-за большого разнообразия подобной патологии. Такие повреждения могут возникать даже при выполнении обычных операций, но более часто они встречаются при экстирпации опухолей и выделении тканей в зонах воспаления, а также при оперативных вмешательствах, осуществляемых в богато васкуляризованных участках тела. Ранению могут подвергаться как артерия, так и вена, а объем возникающего в связи с этим кровотечения зависит от калибра поврежденного сосуда и кровяного давления.

Цель – показать возможность применения технологии электроимпедансометрии в военно-полевой хирургии.

Результаты. В данной работе описана технология применения хирургического скальпеля со специально нанесенным покрытием. Нанесение покрытия планируется посредством ионно-плазменной обработки скальпеля в вакууме. Работа проводится совместно с Научно-исследовательским институтом вакуумной техники им. С.А. Векшинского.

Применение методов ионно-плазменной обработки в вакууме расширяет возможности разрабатываемых электроимпедансных устройств за счет широкого ассортимента покрытий с разными значениями электропроводности, диэлектрической проницаемости, толщины слоев и их комбинаций.

Покрытие представляет собой чередование слоев диэлектрика и проводника. Smart-скальпель обеспечивает высокую чувствительность электрического импеданса при движении лезвия по чередующим слоям биоткани.

Чувствительность – это разница в значениях электрического импеданса при переходе из одной биоткани в другую.

Практическая значимость. Проведены экспериментальные исследования, которые показали эффективность предлагаемой конструкции скальпеля. Исследования проводились на мышечной ткани животного происхождения in vitro.

1. Lysenko M.V. Military field surgery. Guide to practical exercises. 2010. P 6. 
2. Grimnes S., Martinsen G. Bioimpedance and bioelectricity basics // Department of biomedical engineering. Oslo. Norway. 2008. P. 27–29.
3. Kalvoy H. Impedance based tissue discrimination for needle guidance Physiol // Department of biomedical engineering. Oslo. Norway. 2009. P. 129–140.
4. Chen A.I., Balter M. L., Maguire T.J. Developing the World’s First Portable Medical Robot for Autonomous Venipuncture // IEEE robotics & automation magazine. 2016. № 3. P. 10–11. 
5. Tekla S. Perry, Profile: veebot Drawing blood faster and more safely than a human can // IEEE Spectrum, 2013. V. 50. Is. 8. P. 23–23.
6. Kudashov I.A., Shchukin S.I., Belaya O.V., Perov S. Yu., Petrov V.I. The features of the controlling venipuncture electrical impedance method // Biomedical Radioelectronics. 2015. № 7. P. 15–19.
7. Saito H., Togawa T. Detection of needle punctures to blood vessel using puncture force measurement. Saitama. Tokyo. 2005. P. 12.
8. Dehghan M., Rezael S., Talebi H. Robust high fidelity needle insertion in soft tissues implemented on a teleoperation system // Preprints of the 18th IFAC World Congress Milano. Italy. 2011. P. 11–13. 
9. Al-Harosh M.B., Shchukin S.I., Numerical modeling of the electrical impedance method of peripheral veins localization // IFMBE Proceedings. V. 51. Springer, Cham [Digests World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, Toronto, Canada, 2015].
10. Al-Harosh M.B., Shchukin S.I., Peripheral vein detection using electrical impedance method // Journal of Electrical Bioimpedance 8.1. 2017. P. 79–83.
11. Kudashov I.A., Shchukin S.I., Al-Harosh M.B. The study of needle electrode characteristics for venipuncture electrical impedance controlling system // European Medical and Biological Engineering Conference Nordic-Baltic Conference on Biomedical Engineering and Medical Physics EMBEC 2017. NBC 2017: EMBEC & NBC. 2017. P. 350–353.
12. Hernandez D., Sinkov V., Roberts W. Measurement of bio-impedance with a smart needle to confirm percutaneous kidney access. USA. 2001. P. 32. 
13. Dielectric Properties of Body Tissues. Niremf: website. URL: http://niremf.ifac.cnr.it/tissprop/htmlclie/htmlclie.php (accessed 16.02.2018).
14. Al-Harosh M.B., Shchukin S.I. The Venous Occlusion Effect to Increase the Accuracy of Electrical Impedance Peripheral Veins Detection // EMBEC & NBC 2017. Springer. Singapore. 2017. P. 538–541.
15. Malakhov A.I., Tikhomirov A.N., Shchukin S.I., Kudashov I.A., Kobelev A.V., Belenkov Yu.N., Shakaryants G.A., Kozhevnikova M.V., Kaplunova V.Yu. Electro-impedance methods for diagnosing heart activity. 2016. V. 56. P. 12.
16. Ojarand J., Annus P., Min M., Gorev M., Ellervee P. Optimization of multisine excitation for a bioimpedance measurement device // IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference. 2014. P. 829–832.
17. Märtens O., Land R., Min M. et al., Improved impedance analyzer with binary excitation signals // IEEE 9th of International Symposium on Intelligent Signal Processing (WISP) Proceedings. 2015. P. 1–5. 
18. Trebbels D., Fellhauer F., Jugl M., Haimerl G., Min M., Zengerle R. Online Tissue Discrimination for Transcutaneous Needle Guidance Applications Using Broadband Impedance Spectroscopy // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2012.  V. 59. Iss. 2. Article no. 6072257. P. 494–503.
19. Nonivasive computer system of monitoring central hemodynamics “ReoCardioMonitor”. BME Faculty, BMSTU: website. URL: http://www.bmt.bmstu.ru/devices/RCM.doc (accessed 25.02.2018). 
20. Gabriel G., Gabrie S. L., Corthout E. The dielectric properties of biological tissues: I. Literature survey // Physics Department, King’s College. Strand. London. 1996. P. 5. 
21. Shchukin S.I. Fundamentals of interaction of physical fields with biological objects. M.: Publishing house of BMSTU. 2002 (in Rus.). P. 66.