Лечебно-диагностирующий комплекс для органов и тканей

Лечебно-диагностирующий комплекс для органов и тканей относится к медицинской технике, к лечебно-диагностической аппаратуре, предназначенной как для оценки структурно-функциональных изменений органов и тканей, так и для лечения заболеваний с возможностью контроля при необходимости процесса лечения посредством электростимуляции. Комплекс состоит из источника питания, исполнительного механизма в виде электродно-датчикового узла и элемента идентификации, связанного через разъем с блоком обработки и отображения информации. Блок обработки и отображения информации комплекса включает в себя: NAND запоминающее устройство, микроконвертор, формирователь тока, измерительный усилитель, интерфейс с ЭВМ, дисплей и клавиатуру. Причем, формирователь тока выполнен в виде аналогового коммутатора, соединенного с источниками зондирующего и стимулирующего токов, микроконвертор - в виде микроконтроллера, соединенного с АЦП и ЦАП, а измерительный усилитель выполнен в виде последовательно соединенных аналогового коммутатора, регулируемого усилителя и детектора.

Полезная модель относится к медицинской технике, к лечебно-диагностической аппаратуре, предназначенной как для оценки структурно-функциональных изменений органов и тканей, так и для лечения заболеваний с возможностью контроля при необходимости процесса лечения посредством электростимуляции.

Известны устройства [SU 1063419, 1264952, 1287841, 1806590], предназначенные для воздействия электростимуляцией с тем или иным элементом контроля параметров.

Однако, данная группа устройств не предназначена для диагностики как таковой, а элементы контроля сводятся к возможности регистрации параметров электростимуляции только в процессе воздействия.

Известно также устройство [RU 2075980], содержащее капсулу, в которой расположен источник питания, на внешней поверхности капсулы выполнены два электрода. Отличия данного устройства - в том, что в него введены последовательно соединенные блок контроля состояния внешней среды и формирователь импульсов, размещенные в капсуле, n электродов, где n 0, 1, 2. и определяется степенью лечебного эффекта для того или иного заболевания и технологической возможностью изготовления электродов. Электроды соединены с выходами формирователя импульсов, а два электрода из общего количества электродов соединены также с входами блока контроля состояния внешней среды, при этом все электроды расположены на внешней поверхности капсулы.

Несмотря на очевидную ценность получаемой информации, свидетельствующей о функции стимулируемого органа, она не отражает структурных изменений и нарушений микроциркуляции.

Известно также устройство для электростимуляции [RU 2266762], содержащее генератор, подключенный к одному из входов модулятора импульсов по длительности, к другому входу которого подсоединен задатчик энергии стимулов, усилитель мощности импульсов, подключенный к модулятору импульсов по длительности, индикатор, подключенный к одному из выходов усилителя мощности, и электроды, соединенные с другими выходами усилителя мощности импульсов, прикладываемые к биологическому объекту и соединенные со входом дифференцирующего элемента. Отличия устройства - в том, что в него дополнительно введены формирователь импульсов по длительности, элемент памяти, таймер, сумматор, причем выход дифференцирующего элемента соединен со входом формирователя импульсов по длительности, выход которого соединен с входом элемента памяти и с одним из входов сумматора, к другому входу которого подсоединен выход элемента памяти, а выход сумматора соединен с таймером, выход которого подключен к индикатору.

Известно также устройство [RU 2195972], выполненное в виде герметичной капсулы, содержащей два электрически изолированных друг от друга чашеобразных электрода, один из которых имеет аспирационные отверстия и снабжен штуцером для соединения с трубкой-катетером, в которой размещена гибридная интегральная схема. Последняя включает в себя генератор стимулирующих импульсов, делитель частоты, выходное устройство, электронный ключ и источник питания. Отличия данного устройства - в том, что генератор стимулирующих импульсов соединен через делитель частоты с выходным устройством и через ограничительный резистор с блоком измерения импеданса, выход которого через усилитель соединен с входом выходного устройства и входом блока синхронизации, выход которого подключен к управляющему входу генератора стимулирующих импульсов. Выходное устройство соединено с электродами, являющимися также измерительными электродами блока измерения импеданса, и соединено с электронным ключом, через который источник питания соединен с общей шиной питания.

Известно также устройство [RU 2264237], содержащее корпус, образованный двумя изолированными друг от друга электродами и диэлектрической втулкой, в котором установлены генератор стимулирующих импульсов и источник

питания для него. Генератор стимулирующих импульсов соединен с входом информационного блока ограничения напряжения и с блоком измерения импеданса. Выход последнего через усилитель соединен с входом тактового блока ограничения напряжения, выход которого подключен к электродам, являющимся также измерительными электродами блока измерения импеданса. Второй выход генератора стимулирующих импульсов соединен с входом сброса блока ограничения напряжения.

Известно также устройство [RU 2091089], содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, модулятор, усилитель мощности, дифференцирующий элемент, генератор периода, формирователь огибающей, а также перемножитель, выход которого подключен к второму входу модулятора, а первый вход к выходу задатчика энергии стимула. Первый выход усилителя мощности связан также с электродом, а его второй выход связан с индикатором. С целью повышения терапевтического эффекта путем индивидуальной дозировки стимулирующего воздействия в устройство введены временной дискриминатор, сумматор и формирователь сигнала, первый вход которого соединен с первым выходом усилителя мощности, а второй вход соединен с первым выходом генератора импульсов. Первый вход временного дискриминатора соединен с выходом формирователя сигнала, второй вход соединен с выходом генератора периода, а первый вход сумматора соединен с выходом временного дискриминатора, второй вход с выходом формирователя огибающей, а выход соединен с вторым входом перемножителя.

В этой группе устройств при лечении электростимуляцией измеряется импеданс внешней среды и в зависимости от этого меняются параметры стимуляции. Диагностического значения это не имеет, а изменение параметров происходит автоматически в «усредненном» варианте, без учета других показателей, что является существенным недостатком.

Известны также устройства [RU 2107519, 2129028], содержащие электроды, представляющие собой электрически изолированные части лекарственной капсулы, источник питания, размещенный внутри капсулы. Их отличия заключаются в том, что внутри лекарственной капсулы расположены микроконтроллер, выходы которого присоединены к электродам, датчики, выполненные с возможностью

приема сигналов внутренних органов и/или сигналов внешнего передатчика, выходы которых присоединены к входам микроконтроллера, дополнительные электроды с покрытием из микроэлементов или препаратов присоединены к отдельным выходам микроконтроллера.

Однако, получаемая диагностическая информация при изменении положения стимулятора, теряет смысл для коррекции параметров стимуляции, а при перемещении стимулятора исключается возможность более длительного воздействия на отдельные зоны, требующие повторной стимуляции.

Наиболее близким является устройство для стимуляции [RU 2135225], содержащее блок питания, блок управления, последовательно соединенные генератор, формирователь импульсов, усилитель мощности, измерительный блок, дренажную трубку-зонд с оливой-капсулой, блок форсирования, датчик давления, датчик температуры, расположенный внутри оливы-капсулы, а также микропроцессор, запоминающее устройство, блок индикации. Олива-капсула изготовлена в виде двух изолированных частей-электродов, причем боковая поверхность трубки около капсулы имеет перфорацию. Вход блока форсирования соединен с выходом формирователя импульсов, а выход блока форсирования соединен с входом усилителя мощности. Вход датчика давления соединен с дренажной трубкой-зондом, а выход соединен с измерительным блоком. Выход датчика температуры соединен с измерительным блоком, причем измерительный блок содержит три раздельных канала. Микропроцессор соединен с генератором, формирователем импульсов, блоком форсирования, блоком управления, запоминающим устройством, блоком индикации и блоком питания.

Данное устройство нельзя признать по техническим возможностям соответствующим современным требованиям, предъявляемым к приборам данного класса ни по возможностям объема памяти, ни по точности информации. Кроме того, по медико-техническим принципам его нельзя считать корректным. Недостатком устройства является использование дополнительных датчиков, что усложняет конструкцию, но не дает достаточного объема диагностической информации через сам канал стимуляции. В данном устройстве, также как и во всех предыдущих, оценивается напряжение тока стимуляции или зондирующего тока вне зависимости от его параметров, поэтому получаемая информация свидетельствует

только об электропроводности внешней среды или наличии мышечного спазма. Данный канал не задействован для оценки микроциркуляции.

Ни в одном из вышеописанных устройств не предусмотрена возможность выполнения реографии. Недостатком следует считать и ограниченное количество электродов, что определяется размером оливы и не позволяет оказывать воздействие одновременно на несколько зон.

Задачей заявляемой полезной модели является возможность осуществления как лечения пациента электростимуляцией, так и возможность объективной детальной диагностики органов и тканей как самостоятельного процесса, а также одновременного сочетания обоих этих процессов - лечения и контроля во время стимуляции. Кроме того, в задачу заявляемого комплекса входит и возможность осуществления диагностики после процесса лечения для оценки эффективности стимуляции, а также сохранения результатов диагностики в памяти заявляемого комплекса при осуществлении мониторинга.

Сущность заявляемой полезной модели. Лечебно-диагностирующий комплекс для органов и тканей характеризуется тем, что состоит из источника питания, исполнительного механизма в виде электродно-датчикового узла и элемента идентификации, связанного через разъем с блоком обработки и отображения информации, включающего: NAND запоминающее устройство, микроконвертор в виде микроконтроллера, соединенного с АЦП и ЦАП; формирователь тока, выполненный в виде аналогового коммутатора, соединенного с источниками зондирующего и стимулирующего токов; измерительный блок, выполненный в виде последовательно соединенных аналогового коммутатора, регулируемого усилителя и детектора; интерфейс с ЭВМ, дисплей и клавиатуру.

Кроме того, заявляется усовершенствование комплекса, в котором элемент идентификации выполнен в виде микрочипа.

Заявляется также решение, в котором в комплексе со всеми вышеназванными признаками для лечения и диагностики желудочно-кишечного тракта - ЖКТ электродно-датчиковый узел выполнен в виде многоэлектродного зонда.

Заявляется также усовершенствование комплекса, которое для возможности осуществления реографических исследований имеет дополнительно элемент

масштабирования, соединенный с источником питания, микроконвертором и измерительным блоком.

NAND запоминающее устройство иными словами NANDпaмять - современный термин, раскрывающий класс устройств с энергонезависимой флэш-памятью. Потребность в энергонезависимой флэш-памяти растет пропорционально степени продвижения компьютерных систем в сферу мобильных приложений. Надежность, малое энергопотребление, небольшие размеры и незначительный вес являются очевидными преимуществами носителей на основе флэш-памяти в сравнении с дисковыми накопителями. С учетом постоянного снижения стоимости хранения единицы информации в флэш-памяти, носители на ее основе предоставляют все больше преимуществ и функциональных возможностей мобильным платформам и портативному оборудованию, использующему такую память. Среди многообразия типов памяти, флэш-память на основе ячеек NAND является наиболее подходящей основой для построения энергонезависимых устройств хранения больших объемов информации. [http://www.gaw.ru/html. cgi/txt/publ/memory/index.htm]

Технический результат заявляемого комплекса. Заявляемый комплекс позволяет на базе общих блоков выполнять функции как анализирующе-диагностирующего прибора, причем, как самостоятельного устройства, так и лечебного стимулирующего или лечебного устройства с возможностью контроля за ходом лечения в процессе его. Данная техническая комбинация приводит к компактности, при необходимости к минитюаризации, простоте технического осуществления, к повышению технологичности и удешевлению комплекса. Возможность анализировать состояние пациента может быть полностью детально и достоверно осуществлена и быть самостоятельной задачей без последующего лечения, что не было возможно в других представленных аналогах. Технический результат полезной модели также заключается в возможности получения информации от одного заявляемого комплекса о величине импеданса и о микроциркуляции крови по результатам реографии. Наличие в заявляемом комплексе электродно-датчикового узла в виде многоэлектродного зонда позволяет расширить технические возможности как при лечении, так и при диагностике за счет одновременного снятия характеристик с нескольких точек исследуемой области, а при

лечении - за счет возможности одновременного воздействия на них. Смена режима работы комплекса в заявляемой полезной модели технически решена введением источников токов - стимулирующего и зондирующего в формирователь тока. Введение микроконвертора в заявляемой схеме комплекса позволяет отказаться от отдельных АЦП и ЦАП, увеличить скорость и объем обрабатываемой медицинской информации. Авторам не известна попытка использовать в подобной медицинской аппаратуре микроконверторы к настоящему времени. Введение NAND запоминающего устройства позволяет отнести заявляемое решение к классу современного уровня, которое обеспечит длительный мониторинг медицинских процессов за счет электронной памяти до 1 Гбайт. Введение элемента идентификации в виде микрочипа в электродно-датчиковый узел позволяет осуществить автоматический контроль за выбором режимов. Кроме того, оригинальная схема и связи составляющих блоков в ней обеспечивают технический результат новому медицинскому комплексу.

Заявляемый лечебно-диагностирующий комплекс для органов и тканей поясняется с помощью фиг., на которой позициями 1-23 обозначены блоки и элементы заявляемого комплекса:

1 - исполнительный механизм;

2 - электродно-датчиковый узел;

3 - элемент идентификации;

4 - разъем;

5 - блок обработки и отображения информации;

6 - формирователь тока;

7 - аналоговый коммутатор;

8 - источник зондирующего тока;

9 - измерительный блок;

10- аналоговый коммутатор;

11 - регулируемый усилитель;

12 - детектор;

13 - микроконвертор;

14 - микроконтроллер;

15 - АЦП;

16 - ЦАП;

17 - источник питания;

18 - интерфейс с ЭВМ;

19 - дисплей;

20 - клавиатура;

21 - NAND запоминающее устройство;

22 - элемент масштабирования;

23 - источник стимулирующего тока.

Лечебно-диагностирующий комплекс для органов и тканей состоит из исполнительного механизма 1, выполненного в виде электродно-датчикового узла 2 и элемента идентификации 3, соединенного через разъем 4 с блоком обработки и отображения информации 5, который содержит формирователь тока 6, аналоговый коммутатор 7, источник зондирующего тока 8, измерительный блок 9, включающий в себя аналоговый коммутатор 10, регулируемый усилитель 11, детектор 12, соединенные последовательно, микроконвертор 13, включающий в себя микроконтроллер 14, АЦП 15 и ЦАП 16, а также источник питания 17. Последний создает необходимое напряжение для питания перечисленных выше элементов и блоков: микроконвертора 13, формирователя тока 6, измерительного блока 9, интерфейса с ЭВМ 18, дисплея 19, NAND запоминающего устройства 21, элемента масштабирования 22, источника стимулирующего тока 23. Соединение последних элементов и блоков осуществлено следующим образом: первый вход элемента масштабирования 22 соединен с выходом схемы измерительного блока 9, детектора 11 и первым каналом АЦП 15 микроконвертора 13, второй вход соединен с выходом ЦАП 16 микроконвертора 13, а выход - со вторым каналом АЦП 15 микроконвертора 13. Источник стимулирующего тока 23 соединен с аналоговым коммутатором 7 формирователя тока 6. Элемент идентификации 3 соединен через разъем 4 шиной с микроконвертором 13.

Заявляемый комплекс работает следующим образом. При включении источника питания 17 микроконвертор 13 устанавливает все блоки и элементы в исходное состояние, опрашивает элемент идентификации 3 исполнительного механизма 1, тестирует напряжения источника питания 17 и формирователь тока 6. При выявлении неисправности на дисплей 19 выводится соответствующее диагностическое

сообщение, в противном случае выводится меню, предлагающее выбрать один из режимов работы: диагностику, реографию или стимуляцию, который выбирается нажатием соответствующих клавиш клавиатуры 20. При работе в режиме диагностики электродно-датчиковым узлом 2, выполненным, например, в виде многоэлектродного зонда, устанавливаемого в желудок, происходит последовательное измерение импеданса зон, образованных парами электродов узла 2. На выбранные электроды с помощью аналогового коммутатора 7 от источника тока 8 формирователя тока 6 подается измерительный стабильный по амплитуде переменный ток в виде меандра, например, частотой 10 кГц, амплитудой до 0,6 мА, или частотой 200 кГц, амплитудой до 1 мА. Измеряемое напряжение, снимаемое с этих же электродов электродно-датчикового узла 2, пропорциональное импедансу зоны, поступает измерительный блок 9 и обрабатывается следующим образом. Через аналоговый коммутатор 10 поступает на вход регулируемого усилителя 11, где оно усиливается до необходимого значения, преобразуется в постоянное напряжение детектором 12 и подается на первый вход АЦП 15 микроконвертора 13. АЦП 15 под управлением микроконтроллера 14 преобразует данное напряжение в цифровые данные, которые необходимы для расчета значения импеданса.

Расчет импеданса производится в каждой зоне для двух значений частот тока. В стандартном положении электродно-датчикового узла девять его электродов располагаются вдоль всей малой кривизны желудка, а два электрода остаются в дистальной части пищевода. Низкочастотный импеданс позволяет судить об электропроводности внутрижелудочной среды, зависящей от секреторной активности, и желудочной перистальтики. В этом режиме можно регистрировать гастроэзофагиальный рефлюкс.

При работе в режиме реографии происходит наблюдение за процессом изменения импеданса в выбранной зоне электродно-датчикового узла 2. В выбранную зону через аналоговый коммутатор 7 подается измерительный стабильный по амплитуде переменный ток в виде меандра частотой 200 кГц, амплитудой до 1 мА. Измеряемое напряжение, обработанное в измерительном блоке 9, как описано выше, поступает на первый вход элемента масштабирования 22, а на второй вход поступает напряжение смещения от ЦАП 16 микроконвертора 13. На вход

управления элемента масштабирования 22 подаются данные для установки необходимого масштабного коэффициента от микроконвертора 13. Выделенное таким образом напряжение изменения импеданса с выхода блока масштабирования поступает на второй вход АЦП 15 микроконвертора 13. Преобразованное в цифровые данные напряжение изменения импеданса используется для визуального представления на дисплее 19 в виде реограммы.

В обоих режимах полученные данные сохраняются в NAND запоминающем устройстве 21, имеющем объем, достаточный для записи получаемых таким образом значений в течение продолжительного периода времени до суток и более. Такая возможность позволяет использовать устройство в автономном режиме без использования ЭВМ. В качестве NAND запоминающего устройства 21 могут быть использованы такие носители как SD, ММС карты памяти и другие на базе микросхем NAND памяти.

Например, применяемый микроконвертор серии ADuC7020 фирмы Analog Device позволяет с успехом выполнять аппаратные и расчетные задачи.

При работе в режиме стимуляции за счет аппаратных средств микроконвертора 13, а именно наличия микроконтроллера 14, АЦП 15 и ЦАП 16, возможно изменение таких параметров как амплитуда тока стимулирующих импульсов, частота следования стимулирующих импульсов, частота заполнения стимулирующих импульсов, длительность серии стимулирующих импульсов, длительность паузы между сериями импульсов.

Все схемы выполнены в виде классических устройств, известных из учебников и книг по электронике, [например: В.А.Прянишников Электроника: Курс лекций. СПб.: Корона принт, 1998, П.Хоровиц, У.Хилл Искусство схемотехники. М.: Мир, 2003.].

Пример.

Предложенное техническое решение реализуется в апробируемом образце комплекса, в котором для стимуляции и получения диагностической информации использован электродно-датчиковый узел, представляющий собой резиновую трубку с 11-тью электродами цилиндрической формы, соединенными с разъемом для подключения к блоку обработки и отображения информации. Комплекс проходит клиническую апробацию в медицинском учреждении и предназначен для

электростимуляции желудка, мониторинга внутрижелудочной среды посредством измерения высоко- и низкочастотного импеданса, а также внутрижелудочной реографии. По материалам предварительных экспериментальных и клинических наблюдений заявляемый комплекс, укомплектованный аналогичными зондами, можно рекомендовать для лечебного воздействия на органы, имеющие сходное анатомическое строение, такие как мочеточники, маточные трубы, влагалище, кишечник. Изменение конструкции электродов значительно расширяет возможности заявляемого комплекса. Важными достоинствами заявляемого комплекса являются высокая эффективность стимуляции, возможность изменения параметров воздействия с учетом структурно-функциональных изменений в стимулируемых органах, широкие диагностические возможности, простота конструкции и управления, безопасность применения.

1. Лечебно-диагностирующий комплекс для органов и тканей, характеризующийся тем, что он состоит из источника питания, исполнительного механизма в виде электродно-датчикового узла и элемента идентификации, связанного через разъем с блоком обработки и отображения информации, включающего: NAND запоминающее устройство, микроконвертор в виде микроконтроллера, соединенного с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и цифроаналоговым преобразователем (ЦАП); формирователь тока, выполненный в виде аналогового коммутатора, соединенного с источниками зондирующего и стимулирующего токов; измерительный блок, выполненный в виде последовательно соединенных аналогового коммутатора, регулируемого усилителя и детектора; интерфейс с ЭВМ, дисплей и клавиатуру.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что элемент идентификации выполнен в виде микрочипа.

3. Комплекс по п.1 или 2, отличающийся тем, что для лечения и диагностики желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) электродно-датчиковый узел выполнен в виде многоэлектродного зонда.

4. Комплекс по п.1 или 2, отличающийся тем, что для возможности осуществления реографических исследований блок обработки и отображения информации имеет дополнительно элемент масштабирования, соединенный с источником питания, микроконвертором и измерительным блоком.