Диагностический датчик

Авторы патента:

A61B5/05 - измерение с помощью электрического тока или магнитных полей для диагностических целей (A61B 5/02,A61B 5/04,A61B 5/11 имеют преимущество)

Полезная модель относится к медицине, а именно к диагностическим датчикам для измерения параметров биологических сред, преимущественно при онкологических исследованиях.

Технический результат, достигаемый предлагаемым датчиком, заключается в выполнении активных электродов со сферической поверхностью, контактирующих неинвазивно с исследуемой средой, что снижает травматичность при осуществлении измерений, не вызывает дополнительного электролиза в исследуемой среде, что в свою очередь устраняет накопление неинформативных потенциалов на электродах и тем самым повышает точность измерений.

Предложенный датчик содержит пассивный и активный электродные узлы и коммутатор. Пассивный электродный узел выполнен в виде пластины, соединенной с одним концом пассивного токовода, покрытого изоляционным слоем и подключенного другим концом к пассивной клемме коммутатора. Активный электрод состоит из соединенных между собой диэлектрического полого цилиндра и зонда, собранного из проводящих ток оконечного сегмента и нескольких, имеющих центральное осевое отверстие слоев, а также расположенных между ними изолирующих прокладок, имеющих центральное осевое отверстие, таким образом, что все слои и оконечный сегмент в собранном виде образуют непрерывную контактную поверхность округлой формы и внутреннюю цилиндрическую полость, соосную с полостью диэлектрического цилиндра, внутри которых расположены активные тоководы, покрытые изоляционным слоем, каждый из которых соединен с соответствующим проводящим слоем или сегментом зонда, а вторым концом - с соответствующей активной клеммой коммутатора.

В других пунктах формулы конкретизируются формы образующей округлой поверхности в виде, например, окружности, эллипса, параболы, гиперболы, овала (Ил. 1).

Известен «Биполярный игольчатый электрод» для измерения параметров биотканей (авторское свидетельство 1627127, Б.И. 6 от 15.02.91), содержащий полую иглу и проводники внутри полой иглы. Торцы проводников сточены заподлицо с гранями острия иглы и образуют контактные площадки. Для измерения биопотенциалов иглу погружают в ткань на нужную глубину.

Недостатком данного электрода является высокая травматичность тканей при осуществлении измерений.

Известен «Микроэлектрод» (патент RU 2040204С1, МПК 6 А61В 5/00, приор. 27.07.95), содержащий игольчатый контактный элемент в стеклянной изоляционной оболочке, рабочий торец которого расположен под острым углом к продольной оси игольчатого контактного элемента и выполнен заостренным. С целью снижения травматичности при исследовании лимфатической системы путем закрытия раневого отверстия, образованного при введении микроэлектрода, он снабжен токопроводной пластиной, расположенной на расстоянии 1,5-3,0 см от вершины рабочего конца иголчатого контактного элемента.

Данный электрод менее травматичен, чем электрод по авторскому свидетельству 1627127 за счет односторонней заточки наконечника и закрытия речевого отверстия пластиной.

Тем не менее, данный электрод также травмирует ткани исследуемого органа.

Наиболее близким к заявляемому устройству и выбранным вследствие этого в качестве прототипа является «Диагностический датчик» (патент RU 2134537С1, МПК: 6 А61В 5/00, приор.20.08.99), предназначенный для измерения параметров биологических сред. Датчик содержит иглу (зонд) и электроды, выполненные в виде двух проводов, намотанных параллельно друг другу с равномерным шагом на изолированную поверхность иглы. Электроды соединены тоководами с джоульметром.

Намотанные на иглу провода служат для подачи тока в исследуемый объект и снятия межэлектродного напряжения с датчика.

Недостатком прототипа, как и всех предыдущих аналогов, является высокая травматичность при проведении измерений вследствие необходимости введения в исследуемую ткань режущего (колющего) элемента (иглы, зонда). Если в качестве исследуемого биологического объекта выступает человек, это приводит к болевым ощущениям. Кроме того, введение иглы в исследуемую ткань может привести к выделению крови (при поражении кровеносных сосудов), лимфы (при поражении сосудов лимфатической системы), нейромедиаторов (при поражении нервной системы). Все это изменяет химический состав исследуемой ткани, в том числе и ее электропроводность.

Наличие этого явления снижает точность измерений, что является существенным недостатком, ограничивающим функциональные возможности устройства, в частности при диагностике наличия опухоли и ее границ.

Следует также отметить, что организм исследуемого биообъекта будет стараться компенсировать вышеупомянутые внешние воздействия, вследствие чего параметры исследуемой среды будут изменяться во времени, что не даст возможности воспроизведения ранее полученных результатов.

Таким образом, можно сделать вывод, что травматический метод измерения параметров исследуемой среды создает случайную и нестационарную во времени погрешность измерений, на фоне которой истинные значения измеряемых параметров не могут быть получены с заданной точностью.

Кроме того, для проведения большого количества измерений необходимо каждый раз вынимать и вводить иглу с электродами, что помимо высокой травматичности приводит к большим затратам времени на исследования.

Задачей предлагаемого устройства является снижение травматичности, повышение точности измерения параметров исследуемого участка.

Технический результат, достигаемый предлагаемым устройством, заключается в получении нескольких измерений при одной установке нескольких электродов. При этом выполнение электродов с округлой рабочей поверхностью, контактирующих неинвазивно с исследуемой средой, снижает травматичность при осуществлении измерений, не вызывает дополнительного электролиза в исследуемой среде, что в свою очередь устраняет накопление неинформативных потенциалов на электродах и тем самым повышает точность измерений.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в диагностическом датчике, содержащем два электродных узла, один электродный узел является пассивным и выполнен в виде пластины, соединенной с одним концом пассивного токовода, покрытого изоляционным слоем и подключенного другим концом к пассивной клемме коммутатора, а второй электродный узел является активным и состоит из соединенных между собой диэлектрического полого цилиндра и зонда. Последний состоит из проводящих ток оконечного сегмента и нескольких, имеющих центральное осевое отверстие, слоев, а также расположенных между ними изолирующих прокладок, также имеющих центральное осевое отверстие, таким образом, что все слои и оконечный сегмент в собранном виде образуют непрерывную контактную поверхность округлой формы и внутреннюю цилиндрическую поверхность, соосную с поверхностью диэлектрического цилиндра. Внутри этих поверхностей расположены активные тоководы, покрытые изоляционным слоем. Каждый из этих тоководов соединен одним концом с соответствующим проводящим слоем зонда или сегмента, а вторым концом - с соответствующей клеммой коммутатора.

В частных случаях реализации устройство характеризуется следующими признаками.

По п.2 формулы непрерывная рабочая поверхность зонда, имеющая округлую форму, является частью поверхности тела вращения, образованного вращением симметричной кривой вокруг ее оси симметрии.

По п.3 формулы в качестве симметричной кривой выбрана кривая второго порядка,

По п.4 формулы симметричной кривой второго порядка является окружность, эллипс, парабола или гипербола.

По п.5 формулы симметричной кривой является овал.

На фиг.1 представлен диагностический датчик. Датчик содержит следующие элементы:

1 - коммутатор;

2 - пассивный токовод;

3 - пассивный электрод;

4 - изолирующие прокладки;

5 - проводящий сегмент;

6 - активные тоководы;

7 - диэлектрический цилиндр;

8 - зонд;

9 - проводящие слои.

Проводящие сегмент 5 и слои 9 являются активными электродами и чередуются с изолирующими прокладками 4, образуя зонд 8 округлой формы. Изолирующие прокладки 4 могут, например, быть приклеены к активным электродам 6. Другим вариантом изготовления зонда является склеивание активных электродов непроводящим тока клеем.

Активные электроды могут быть изготовлены из медицинской нержавеющей стали.

Придание округлой, например, полусферической формы зонду 8 может быть осуществлено после его сборки, например, на круглошлифовальном станке или методом ручной доводки с помощью шлифовальных инструментов.

В качестве коммутатора 1 может быть выбран переключатель одного направления на N положений типа МПН-1 [1].

Активные тоководы 6 первыми концами прикрепляются к нерабочим поверхностям активных электродов 5, 9, например, сваркой, токопроводящим клеем или винтами, после чего пропускаются через диэлектрический полый цилиндр, соединяемый торцевой частью с нерабочей поверхностью электродного узла, например, путем склеивания.

Первый конец пассивного токовода 2 соединен с пассивным электродом 3 (пластиной). Вторые концы всех тоководов подключены к коммутатору 1.

Предложенный датчик используют следующим образом. Пассивный электрод 3 располагают с одной стороны биообъекта, а зондом 8 прикасаются с другой стороны биообъекта с такой степенью давления, чтобы все или большая часть активных электродов 6 контактировала с исследуемой тканью. С помощью коммутатора 1 поочередно подключают источник постоянного напряжения (на фиг.1 не показан) к пассивному 3 и одному из активных 5, 9 электродов и с помощью измерительного прибора, например, как в прототипе джоульметра, замеряют параметры процесса, по которым определяют работу, затрачиваемую током на процессы, происходящие в исследуемой ткани (электролиз, поляризацию). Эта работа зависит от свойств исследуемой ткани.

Подключая к источнику напряжения с помощью коммутатора 1 поочередно каждый активный электрод, можно определить работу, совершаемую током, и выявить точки, где значения величины работы резко меняются. Это означает резкое изменение свойств исследуемой ткани, что может свидетельствовать, например, о наличии опухоли.

Предложенная конструкция датчика позволяет при одной установке электродного узла получить несколько измерений (по числу активных электродов), что увеличивает быстродействие процедуры измерений.

Кроме того, неинвазивность процедуры уменьшает травматичность исследований, что в свою очередь устраняет мешающие процессы электролиза, поляризации, происходящие вследствие отека, гиперемии травмированных тканей. Отсутствие упомянутых процессов повышает точность измерения параметров.

Дополнительно можно отметить, что изменяя площадь активных электродов, их количество можно не только увеличить быстродействие и точность измерения параметров, но и оптимизировать процесс исследований за счет достижения необходимой плотности тока в нужных точках.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Терещук P.M. и др. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя - Киев: Наук. думка, 1987, с.76-79

1. Диагностический датчик, содержащий два электродных узла, отличающийся тем, что один электродный узел является пассивным и выполнен в виде пластины, соединенной с одним концом пассивного токовода, покрытого изоляционным слоем и подключенного другим концом к пассивной клемме коммутатора, а второй электродный узел является активным и состоит из соединенных между собой диэлектрического полого цилиндра и зонда, собранного из проводящих ток оконечного сегмента и нескольких имеющих центральное осевое отверстие слоев, а также расположенных между ними изолирующих прокладок, имеющих центральное осевое отверстие, таким образом, что все слои и оконечный сегмент в собранном виде образуют непрерывную контактную поверхность округлой формы и внутреннюю цилиндрическую полость, соосную с полостью диэлектрического цилиндра, внутри которых расположены активные тоководы, покрытые изоляционным слоем, каждый из которых соединен с соответствующим проводящим слоем или сегментом зонда, а вторым концом - с соответствующей активной клеммой коммутатора.

2. Диагностический датчик по п.1, отличающийся тем, что рабочая поверхность зонда является частью поверхности тела вращения, образованного вращением симметричной кривой вокруг ее оси симметрии.

3. Диагностический датчик по п.2, отличающийся тем, что в качестве симметричной кривой выбрана кривая второго порядка.

4. Диагностический датчик по п.3, отличающийся тем, что симметричной кривой второго порядка является окружность, эллипс, парабола, гипербола.

5. Диагностический датчик по п.1, отличающийся тем, что симметричной кривой является овал.