Диагностическое персональное устройство
Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для диагностики патологических изменений в различных органах, находящихся в непосредственной близости от поверхности тела, и визуализации результатов.
Технический результат полезной модели заключается в снижении массогабаритных показателей и упрощении эксплуатационных характеристик, обеспечивающих возможность проведения самодиагностики пользователем устройства. Диагностическое персональное устройство содержит матрицу измерительных электродов, соединенных с коммутационным блоком мультиплексоров, генератор, предназначенный для питания зондирующим сигналом активных измерительных электродов, измеритель, предназначенный для измерения напряжения на пассивных измерительных электродах, микроконтроллер, выходы которого подключены к управляющим входам коммутационного блока мультиплексоров, генератора и измерителя, одни из выводов генератора и измерителя подключены к коммутационному блоку мультиплексоров, а другие их выводы соединены соответственно с первым и вторым отводящими электродами, модуль управления и ввода информации, подключенный к микроконтроллеру, к которому подключены модуль для вывода информации и анализатор данных, состоящий из микропроцессора, с подключенным к нему модулем памяти, в котором записаны коэффициенты линейной комбинации входных параметров соответствующие данным репрезентативных контрольных групп пациентов. Устройство выполнено переносным, размещено в одном корпусе, на лицевой панели которого размещены индикатор модуля для вывода информации и манипулятор модуля управления и ввода информации, может содержать: автономный источник питания, с возможностью (или без) подзарядки от внешнего источника питания, обеспечивающий электропитание всего устройства (его модулей, блоков и т.д.) и средство для обеспечения проводной и/или беспроводной связи с внешними устройствами.
Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для диагностики патологических изменений в различных органах, находящихся в непосредственной близости от поверхности тела, и визуализации результатов.
Известен электроимпедансный томограф, содержащий систему контактных электродов, устройство возбуждения тока, устройство измерения разностей потенциалов с дифференциальным усилителем на входе, микропроцессорную схему управления, входные и выходные аналоговые коммутаторы, входы которых подключены к контактным электродам, выходы входных коммутаторов - к входу дифференциального усилителя, а выходы выходных коммутаторов - к входу дифференциального усилителя, а выходы выходных коммутаторов - к устройству возбуждения напряжения, причем томограф содержит цепь компенсации синфазной составляющей напряжений на каждой паре электродов, цепь компенсаций контактной разности потенциалов, при этом цепь компенсации синфазной составляющей напряжений выполнена в виде цепи обратной связи, содержащей операционный усилитель, выход синфазного сигнала дифференциального усилителя подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого подключен к устройству возбуждения напряжения (RU 2127075, А61В 5/05, 10.03.99).
Недостаток известного устройства заключаются в необходимости использования персонального компьютера со специализированным программным обеспечением, выполняющего реконструкцию изображения. Кроме того, для диагностики органов по их электроимпедансным изображениям оператор должен обладать специальными навыками по расшифровке полученных результатов.
В качестве прототипа принят электрический маммограф, содержащий двумерный набор электродов, располагаемых на поверхности тела, источник переменного тока, измеритель разности потенциалов, выходной мультиплексор, выходы которого подключены к электродам, а вход - к источнику переменного тока, входной мультиплексор, входы которого подключены к электродам, а выход - к измерителю разности потенциалов, управляющее устройство, подключенное к адресным входам выходного и входного мультиплексоров, входу управления источником переменного тока, а также к цифровому выходу измерителя разности потенциалов, и вычислительное устройство, соединенное линией связи с управляющим устройством, к источнику переменного тока и измерителю разности потенциалов подключено по одному дополнительному электроду, которые расположены на большом расстоянии от двумерного набора электродов, например, на конечностях, дополнительно к выходу источника переменного тока подключен пороговый детектор выходного напряжения, выход которого подключен к управляющему устройству, двумерный набор электродов расположен на жесткой диэлектрической плоскости, а каждый электрод представляет собой электропроводящий выступ (RU 2153285, А61В 5/05, 27.07.2000).
Недостатки известного устройства заключаются в необходимости использования персонального компьютера со специализированным программным обеспечением, выполняющего реконструкцию изображения. Для диагностики органов по их электроимпедансным изображениям оператор должен обладать специальными навыками по расшифровке полученных результатов. Кроме того, использование персонального компьютера обуславливает значительные массогабаритные показатели устройства в целом.
Технический результат полезной модели заключается в снижении массогабаритных показателей и упрощении эксплуатационных характеристик, обеспечивающих возможность проведения самодиагностики пользователем устройства.
Любому пользователю, не имеющему специальных навыков расшифровки электроимпедансного изображения органов, для проведения самодиагностики достаточно ознакомиться с инструкцией по эксплуатации. С помощью диагностического персонального устройства осуществляют экспресс диагностику, по результатам которой пользователь может оценить необходимость более детальной диагностики исследуемого органа в медицинском учреждении.
Технический результат достигается тем, что в диагностическое персональное устройство, содержащее матрицу измерительных электродов, соединенных с коммутационным блоком мультиплексоров, генератор, предназначенный для питания зондирующим сигналом активных измерительных электродов, измеритель, предназначенный для измерения напряжения на пассивных измерительных электродах, микроконтроллер, выходы которого подключены к управляющим входам коммутационного блока мультиплексоров, генератора и измерителя, при этом одни из выводов генератора и измерителя подключены к коммутационному блоку мультиплексоров, а другие их выводы соединены соответственно с первым и вторым отводящими электродами, модуль управления и ввода информации, подключенный к микроконтроллеру, и источник питания, согласно предложению введены и подключены к микроконтроллеру модуль для вывода визуальной информации и анализатор данных, состоящий из микропроцессора, с подключенным к нему модулем памяти, в котором записаны коэффициенты линейной комбинации входных параметров соответствующие данным репрезентативных контрольных групп пациентов, при этом устройство выполнено переносным, размещено в одном корпусе, на лицевой панели которого размещены индикатор модуля для вывода визуальной информации и манипулятор модуля управления и ввода информации.
Источник питания диагностического персонального устройства может быть выполнен автономным, в виде аккумулятора, со средством, обеспечивающим возможность подзарядки от различных внешних источников питания или может быть выполнен в виде не перезаряжаемых элементов питания.
Питание может осуществляться или от внешнего источника постоянного тока, или от сети ~ 220 В (в этом случае источник питания выполняется с преобразователем напряжения), или от интерфейса USB.
Микроконтроллер может быть снабжен средством для обеспечения проводной и/или беспроводной связи с внешними устройствами.
На чертеже (рис.1) приведена схема предлагаемого диагностического персонального устройства. На рис.2 представлена блок - схема алгоритма для расчетного определения результата диагностики.
Диагностическое персональное устройство содержит матрицу 1 измерительных электродов, соединенных с коммутационным блоком 2 мультиплексоров, генератор 3, предназначенный для питания зондирующим сигналом активных измерительных электродов, измеритель 4, предназначенный для измерения напряжения на пассивных измерительных электродах, микроконтроллер 5, выходы которого подключены к управляющим входам коммутационного блока 2 мультиплексоров, генератора 3 и измерителя 4, одни из выводов генератора 3 и измерителя 4 подключены к коммутационному блоку 2 мультиплексоров, а другие их выводы соединены соответственно с первым и вторым отводящими электродами 6, модуль 7 управления и ввода информации, подключенный к микроконтроллеру 5, к которому подключены модуль 8 для вывода визуальной информации и анализатор 9 данных, состоящий из микропроцессора 10, с подключенным к нему модулем 11 памяти, в котором записаны коэффициенты линейной комбинации входных параметров соответствующие данным репрезентативных контрольных групп пациентов. Устройство выполнено переносным, размещено в одном корпусе 12, на лицевой панели которого размещены индикатор модуля 8 для вывода визуальной информации и манипулятор модуля 7 управления и ввода информации, источник 13 питания, обеспечивающий электропитание всего устройства (его модулей, блоков и т.д.), который может быть автономным (в частности, аккумулятор или обычные не перезаряжаемые элементы питания). Питание может осуществляться или от внешнего источника постоянного тока, или от сети ~ 220 В (в этом случае источник питания выполняется с преобразователем напряжения), или от интерфейса USB.
Средство для обеспечения проводной и/или беспроводной связи с внешними устройствами на чертеже не показано и является опциональным. Средство для обеспечения проводной связи может представлять собой установленный на одной из торцевых частей корпуса универсальный разъем (например, USB порт), выполненный с возможностью подключения персонального компьютера и/или зарядного устройства. Для обеспечения беспроводной связи может быть использован встроенный модуль беспроводной связи WiFi или иного стандарта.
Диагностическое персональное устройство работает следующим образом.
Диагностическое персональное устройство позволяет обеспечить простое и безопасное исследование пациентов не только в клинических условиях, но и в обычных кабинетах, лабораториях и даже в домашних условиях, полевых условиях. При проведении измерений на органах человека величина инжектируемого тока ограничена условием безопасности воздействия, поэтому величина измеряемых прибором сигналов оказывается весьма небольшой и серьезное влияние на качество анализа оказывает отношение амплитуды измеряемых сигналов к величине собственных шумов прибора и внешних электрических помех на частоте измерения.
Перед началом измерений с помощью манипулятора модуля 7 управления и ввода информации в устройство вводится информация о пациенте, в частности, о возрасте, о наличии и фазе цикла и др. Кроме того, в модуле 11 памяти устройства предварительно записаны коэффициенты линейной комбинации входных параметров соответствующие данным репрезентативных контрольных групп пациентов, что выполняется при изготовление прибора, с возможностью обновление прошивки памяти через компьютер в процессе эксплуатации прибора. В предлагаемом устройстве инжекция тока осуществляется через отводящий электрод и электрод, поочередно выбираемый из матрицы, остальные электроды поочередно измеряют потенциалы относительно второго отводящего электрода. Измеренные данные подвергаются на основе базы знаний анализу, на основе которого осуществляет индикация результатов измерений.
При подготовке к измерениям предварительно увлажненные отводящие электроды 6 располагают на конечностях пациента, а матрицу 1 измерительных электродов прижимают к обследуемому органу человека так, чтобы обеспечить электрический контакт большинства электродов, по возможности располагая их параллельно к прижимаемой поверхности. По команде с модуля 7 управления и ввода информации микроконтроллер 5 с помощью коммутационного блока 2 мультиплексоров подключает генератор 3 поочередно к измерительным электродам матрицы 1. Переменный ток от генератора 3 протекает по цепи: генератор 3, блок 2 мультиплексоров, один из электродов матрицы 1, исследуемый орган, отводящий электрод 6. С помощью коммутационного блока 2 мультиплексоров один из свободных электродов матрицы 1 подключается к входу измерителя 4, который измеряет амплитуду переменного напряжения между электродом 1 и отводящим электродом 6. При необходимости осуществляется усреднение за несколько периодов. Синхронно с этим может происходить измерение величины инжектируемого тока в генераторе 3. Данные с генератора 3 и измерителя 4 передаются в микроконтроллер 5, где на их основе вычисляются квадратуры для тока и напряжения. Вычисленные для каждой пары электрод-генератор/электрод-приемник квадратуры передаются в блок 9 анализа, сравнивающего результаты измерений (с учетом другой информации о пациенте, такой как возраст, наличие и фаза цикла) с данными из модуля 11 памяти (базы знаний), что позволяет классифицировать состояние обследуемого органа, и передающего через микроконтроллер 5 результат на индикатор модуля 8, для отображения результата исследования пользователю. Управление прибором осуществляет с помощью манипулятора модуля 7 управления и ввода информации, подключенного к микроконтроллеру 5. Источник 13 питания (возможно автономный, в частности, аккумулятор или обычные не перезаряжаемые элементы питания) обеспечивает энергией все блоки устройства в процессе его работы, посредством питания от сети 220В или иного источника (в том числе USB, источника постоянного напряжения). При использовании аккумулятора его зарядка осуществляется автоматически после подключения внешнего источника питания через универсальный разъем, установленный на одной из торцевых частей корпуса 12.
Анализатор 9 данных представляет собой вычислительное устройство на микропроцессоре 10, на вход которого могут подаваться в числовом виде результаты с измерителя при различных комбинациях состояний входного и выходного мультиплексора, значение возраста пациента, количество родов, закодированные в формате 0/1, данные о наличии или отсутствии менструального цикла. Вероятность развития злокачественного новообразования в обследуемом органе вычисляется микропроцессором 10 как функция линейной комбинация входных параметров. Коэффициенты этой линейной комбинации хранятся в модуле 11 памяти вычислительного устройства. Они вычисляются заранее вне устройства, например, методом логистической регрессии [Крамер Г., Математические методы статистики, пер. с англ., 2 изд., М., 1975; Кендалл М. Дж., Стьюарт А., Статистические выводы и связи, пер. с англ., М., 1973] с помощью обучающего набора данных, полученных от большого количества пациентов, для которых имеются точно установленные диагнозы.
Приведенная на рис.2 блок - схема алгоритма для расчетного определения результата диагностики с помощью вычислительного устройства включает в себя:
- ввод данных о пациенте в цифровом виде (возраст, наличие/отсутствие менструального цикла и другие данные анамнеза),
- получение результатов измерения при различных комбинациях состояний входного и выходного мультиплексоров;
- осуществление операции умножения и сложения в соответствии с формулой:
, где х
i - вектор результатов, полученных от измерителя, уj - вектор данных анамнеза пациента, ai и bj - коэффициенты линейной комбинации входных параметров, используемой для вычисления вероятности развития злокачественной опухоли и хранящиеся в модуле 11 памяти (база знаний), I=n*(n-1) - количество данных измеряемых системой с количеством измерительных электродов n, J - количество описывающих пациента параметров, которые указываются в анамнезе;
- принятие решения, завершающее вычислительный процесс выдачей результата (маловероятно наличие злокачественной опухоли при z<0) или (вероятно наличие злокачественной опухоли при z
0).
Полученный результат отображается на индикаторе модуля 8, который, в частности, может быть в виде двух светодиодов (зеленого и красного свечения). Светодиод зеленого свечения может указывать на отсутствие патологии, а светодиод красного свечения указывает на ее наличие. По этому результату пользователь может оценить необходимость более детальной диагностики исследуемого органа в медицинском учреждении. Если в устройстве использован микроконтроллер, снабженный средством для передачи данных на внешнее устройство, то данные измерений можно передать (с помощью проводной или беспроводной связи, интерфейса) с предлагаемого диагностического устройства, например, на персональный компьютер со специализированным программным обеспечением, с помощью которого специалист на основе полученных данных в дальнейшем можно осуществить реконструкцию, визуализацию изображения и детальный анализ изображений (предварительную дистанционную диагностику пациента).
1. Диагностическое персональное устройство, содержащее матрицу измерительных электродов, соединенных с коммутационным блоком мультиплексоров, генератор, предназначенный для питания зондирующим сигналом активных измерительных электродов, измеритель, предназначенный для измерения напряжения на пассивных измерительных электродах, микроконтроллер, выходы которого подключены к управляющим входам коммутационного блока мультиплексоров, генератора и измерителя, при этом одни из выводов генератора и измерителя подключены к коммутационному блоку мультиплексоров, а другие их выводы соединены соответственно с первым и вторым отводящими электродами, модуль управления и ввода информации, подключенный к микроконтроллеру, и источник питания, отличающееся тем, что в него введены и подключены к микроконтроллеру модуль для вывода визуальной информации и анализатор данных, состоящий из микропроцессора, с подключенным к нему модулем памяти, в котором записаны коэффициенты линейной комбинации входных параметров, соответствующие данным репрезентативных контрольных групп пациентов, при этом устройство выполнено переносным, размещено в одном корпусе, на лицевой панели которого размещены индикатор модуля для вывода визуальной информации и манипулятор модуля управления и ввода информации.
2. Диагностическое персональное устройство по п.1, отличающееся тем, что источник питания выполнен автономным, в виде аккумулятора, со средством, обеспечивающим возможность подзарядки от внешнего источника питания.
3. Диагностическое персональное устройство по п.1, отличающееся тем, что источник питания выполнен в виде неперезаряжаемых элементов питания.
4. Диагностическое персональное устройство по п.1, отличающееся тем, что микроконтроллер снабжен средством для обеспечения проводной и/или беспроводной связи с внешними устройствами.
