Устройство для определения состояния биологического объекта в импульсном электрическом поле высокой напряженности

Полезная модель относится к области физики и может быть использована в физиологии и медицине для определения функционального состояния биологического объекта, например, человека, по изменениям свечения пальцев конечностей в импульсном электрическом поле высокой напряженности. Устройство для определения состояния биологического объекта в импульсном электрическом поле высокой напряженности, включающее генератор электрических импульсов, прозрачную пластину, снабженную электродом, выполненным в виде нанесенного на нее слоя оптически прозрачного токопроводящего материала, объектив, оптоэлектронный цифровой преобразователь, компьютер и блок представления информации, при этом выход генератора соединен с электродом, а выход компьютера соединен с входом блока представления информации, дополнительно снабжено покрытием из флуоресцентного вещества, преобразующим ультрафиолетовую составляющую высокочастотного разряда в видимое свечение и обладающим адсорбционными свойствами.

Полезная модель относится к области физики и может быть использована в физиологии и медицине для определения функционального состояния биологического объекта, например, человека, по изменениям свечения пальцев конечностей в импульсном электрическом поле высокой напряженности.

Известно устройство для определения состояния биологического объекта в импульсном электрическом поле высокой напряженности [Патент РФ 13309, 05.10.1999, А61В 5/16], включающее генератор высокочастотных высоковольтных импульсов, первый, второй и третий переключатели, блок делителей напряжения, счетчик импульсов, делитель частоты, электрод, покрытый диэлектриком. Устройство организовано с возможностью работы в двух режимах «Рука» и «Нога», причем в режиме «Нога» амплитуда напряжения, частота следования, количество импульсов выше, чем в режиме «Рука», которые обеспечиваются двумя предварительно выбранными, установленными и стабилизированными режимами делителя частоты, счетчика импульсов и регулятора напряжения. Это позволяет одновременно производить изменение параметров при смене режимов. При контакте пальцев рук или ног с высокочувствительным фотоматериалом (например, рентгеновская пленка медицинская), помещенным на изолированный электрод, воздействие импульсов вызывает газоразрядное свечение (свечение в воздухе) вокруг пальцев. Разряд развивается непосредственно на поверхности фотопластинки, которая участвует в формировании светящегося изображения. Поэтому все испускаемые фотоны ультрафиолетовой, видимой и других областей спектра, все детали свечения практически без потерь регистрируются фотоэмульсией. Устройство позволяет получать качественные фотоизображения корон свечения пальцев конечностей и регистрировать все изменения свечения - маркеры различных патологических состояний.

Основным недостатком вышеописанного устройства является отсутствие возможности непосредственного получения количественной информации о параметрах изображений для их дальнейшей программной обработки. Применение устройства требует затемненного помещения, процессы обработки фотоматериала достаточно длительны и трудоемки, что не позволяет получать изображения в реальном масштабе времени.

Известно устройство для газоразрядной визуализации [патент РФ 2110824, 28.05.1996, G03B 41/00, G03G 17/00], состоящее из электрода, формирующего электрическое поле, диэлектрика и телевизионной камеры. Электрод и диэлектрик выполняют оптически прозрачными, причем электрод расположен между диэлектриком и телевизионной камерой. В варианте устройства диэлектрик содержит оптическое волокно, электрод выполнен в виде металлической сетки и все компоненты устройства жестко закреплены в одном корпусе. Устройство позволяет вводить изображение короны свечения пальца в компьютер, наблюдать быстропротекающие динамические процессы, используя стандартные программно-аппаратные средства.

Наиболее близким техническим решением является устройство для определения состояния биологического объекта [Патент РФ 2141250, 18.12.1997, А61В 5/05], включающее генератор, прозрачную пластину, снабженную электродом, выполненным в виде нанесенного на нее слоя оптически прозрачного материала, объектив, оптоэлектронный цифровой преобразователь, компьютер и блок представления информации - монитор. Выход генератора соединен с электродом, а выход компьютера соединен с входом блока представления информации. От генератора подают электрические импульсы к электроду, при этом создается электромагнитное поле на поверхности прозрачной пластины. Эталонный биологический объект - палец руки здорового человека контактирует с поверхностью прозрачной пластины. Электромагнитное поле вызывает газоразрядное свечение вокруг пальца. Это свечение посредством объектива переносится в оптоэлектронный цифровой преобразователь, в котором преобразуется в цифровой код. С выхода оптоэлектронного преобразователя сигнал поступает на вход компьютера, где определяются количественные параметры газоразрядного свечения вокруг пальца руки: определяются параметры, отражающие двумерные геометрические характеристики корон свечения, а также яркостные характеристики.

Общим недостатком описанных устройств является низкая чувствительность при регистрации корон свечения. Область свечения газового разряда, который возникает при подаче высокочастотных высоковольтных импульсов составляет 260-760 нм, причем максимум приходится на область ближнего ультрафиолета [Бойченко А.П. Шустов М.А. Основы газоразрядной фотографии. - Томск: STT, 2004. - 316 с]. Применяемая в устройствах оптическая стеклянная часть объектива непрозрачна для ультрафиолета и поэтому ультрафиолетовая составляющая разряда не фиксируется оптоэлектронным преобразователем. В прототипе контактирующей поверхностью является прозрачная пластина, которая не обладает адсорбционной способностью и непосредственно не участвует в формировании светящихся изображений. Вследствие вышеуказанного, информативность полученных изображений корон свечения пальцев уступает фотоизображениям и многие изменения свечения - диагностически важные маркеры различных патологических состояний органов не регистрируются, либо слабо выражены. Поэтому полученные видеоизображения вокруг пальцев конечностей программно обрабатываются как геометрические фигуры: вычисляется площадь засветки, определяется коэффициент фрактальности, математическое ожидание и др., определяются также яркостные характеристики свечения. Эти данные полезны при научно прикладных исследованиях, но недостаточно точны для диагностики функционального состояния, в частности, органов и систем.

Задачей полезной модели является повышение информативности и точности обследования за счет повышения чувствительности оптоэлектронного блока.

Поставленная задача решается тем, что в известное устройство для определения состояния биологического объекта, включающее генератор, прозрачную пластину, снабженную электродом, выполненным в виде нанесенного на нее слоя оптически прозрачного материала, объектив, оптоэлектронный цифровой преобразователь (ПЗС - матрица), компьютер и блок представления информации - монитор, при этом выход генератора соединен с электродом, а выход компьютера соединен с входом блока представления информации, согласно изобретению вводится покрытие, выполненное из флуоресцентного вещества, нанесенное на прозрачную пластину. Известно, что флуоресцентное вещество излучает свет, имеющий большую длину волны, чем то излучение, которое вызвало флуоресценцию. Поэтому флуоресцентное вещество обладает способностью при поглощении фотонов ультрафиолетовой области спектра испускать фотоны видимого диапазона, которые уже могут регистрироваться оптоэлектронными устройствами [П.Эткинс. Кванты. Справочник концепций. Пер. с англ. Е.Л.Ядринского. Под ред. Е.Л.Розенберга // М.: Мир. - 1977. - С.374-377]. В качестве покрытия используется флуоресцентная краска, имеющая в своем составе флуоресцентные пигменты.

При нанесении покрытия на прозрачную стеклянную пластину, она, как и фотопластина, приобретает адсорбционные свойства и участвует в развитии разряда. Кожа пальцев конечностей является зоной психогенного потоотделения, а также перспирации (невидимой потерей воды), которые регулируются вегетативной нервной системой. Поэтому при стрессовых состояниях, а также при интоксикации, воспалении различной этиологии отмечается гипергидроз - повышенная влажность кожи [Физиология человека. Под ред. Р.Шмидта и Г.Тевса // М: Мир. - 1996. Т1-3, - 875 е., Кожа (строение, функция, общая патология и терапия) / Под ред. A.M.Чернуха, Е.П.Фролова. - М.: Медицина. - 1982. - 335 с]. При воздействии высокочастотным высоковольтным разрядом на пальцы конечностей кроме электронно-фотонной эмиссии происходит испарение воды. Под действием электромагнитного поля капельки воды из пор кожи переносятся на поверхность, контактирующую с кожей пальца, и адсорбируются на ней, изменяя развитие разряда [Бойченко А.П. Об использовании полимерных ионообменных мембран в качестве моделей биообъектов при их газоразрядном фотографировании. Случай неионного обмена. // Процессы и явления в конденсированных средах: Материалы Междунар. дистанц. научн.-практ.конф. / Кубан.гос.ун-т. Краснодар, 2005. - С.107-123.]. На пальцах конечностей располагаются начальные и конечные точки меридианов, связанных с определенными органами. При нарушениях состояния органа в соответствующей зоне кожи изменяются электрические характеристики, что вызывает изменение свечения [Mandel P. Energetische Terminalpunkt-Diagnose. - Synthesis Verlag, Kosmomedizin Bd.1, West Germany, 1986. - 199 s.]. В результате применения указанного покрытия, при видеосъемке регистрируют изменения корон свечения - стрессовые стримеры, токсические пятна свечения и др., которые обычно получают только на фотопластинах. Эти изменения свечения отражают различные изменения функционального состояния органов и систем, они разделяются на 3 группы качества свечения. Качество свечения «напряжения» - стрессовые стримеры, стрессовые кольца, клешни, выпадения свечения в секторе органа. Они наблюдаются на стадии предболезни, а также при ремиссии заболевания. «Токсическое» качество свечения - токсические пятна свидетельствуют о состояниях интоксикации, воспалении. «Дегенеративное» качество - дегенерация свечения без и при наличии люминесценции, отмечается при деструктивных изменениях в органах [Игнатьев Н.К., Бородин Ю.И., Горчаков А.Н. и др. Метод биоэлектрографии в программах эндоэкологической реабилитации. - Новосибирск: СО РАМН. - 2002 - 32 с].

Сущность полезной модели поясняется чертежом, фиг.1, на котором изображена блок-схема устройства. Устройство для определения состояния биологического объекта, в конкретном примере человека, в импульсном электрическом поле высокой напряженности, содержит генератор электрических импульсов 1, электрод 2, выполненный в виде слоя оптически прозрачного материала, нанесенного на поверхность стеклянной пластины 3. Биологический объект 4, например палец руки человека, контактирует с покрытием из флуоресцентного вещества 5, нанесенным на поверхность стеклянной пластины. На определенном фокусном расстоянии располагают объектив 6, который оптически сопряжен с оптоэлектронным цифровым преобразователем 7. Выход генератора 1 соединяют с электродом 2. Выход оптоэлектронного цифрового преобразователя 7 соединяют с входом компьютера 8, выход которого соединен с монитором 9.

Устройство работает следующим образом. Пальцы конечностей размещают на поверхности покрытия 5, нанесенного на стеклянную пластину 3. На электрод 2 от генератора 1 подают электрические импульсы, создающие электромагнитное поле с напряженностью 10 ⁶-10⁸ В/см. Возникающее при этом вокруг пальцев свечение посредством объектива 6 переносится на вход оптоэлектронного преобразователя 7, с выхода которого цифровые сигналы поступают в компьютер 8. На мониторе 9 компьютера свечение вокруг пальцев конечностей может быть представлено в виде двумерного черно-белого или псевдоокрашенного цветного изображения. Диагностику проводят с помощью диагностических карт Манделя, основанных на проекционных секторах свечения терминальных (начальных и конечных) точек меридианов акупунктуры пальцев конечностей, связанных с определенными органами [Mandel P. Energetische Terminalpunkt-Diagnose. - Synthesis Verlag, Kosmomedizin Bd.1, West Germany, 1986. - 199 s.]. Проекционные сектора органов на диагностической карте совмещают с соответствующими секторами корон свечения пальцев конечностей. Далее изменения свечения пальцев сравнивают с типичными диагностическими признаками свечения при различных патологических состояниях, по которым определяют функциональное состояние компрометированного органа.

Реализация технического результата проиллюстрирована на примере пациента М., возраст 36 лет. На фиг.2 представлены цифровые фотографии корон свечения пальцев рук пациента М. без покрытия (А) и с покрытием (Б), где 1-5 л - свечение 1-5 пальцев левой руки, 1-5 п-свечение 1-5 пальцев правой руки. В таблице 1 приведены данные, полученные при обследовании указанного пациента с помощью предложенного устройства с применением покрытия и без покрытия, а также клинико-инструментальные данные из истории болезни.

При слепых скрининг-обследованиях 40 верифицированных пациентов из них 15 мужчин и 25 женщин в возрасте от 15 до 65 лет данные, полученные по диагностическим признакам свечения, сравнивали с известными клинико-инструментальными данными из историй болезни и определяли такую диагностическую характеристику, как чувствительность. Чувствительность вычисляли по известной формуле:

Согласно историям болезни установлено 280 случаев нарушений функционального состояния органов и систем, выявлено 245 случаев. Чувствительность обследования составила: 245/280×100%=88,6%.

Использование заявляемой полезной модели позволяет повысить чувствительность оптоэлектронного блока и регистрировать ранее невидимые на видеоизображениях изменения свечения - маркеры, свидетельствующие о различных патологических состояниях органов и систем, за счет чего повышается информативность и точность обследования.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА В ИМПУЛЬСНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ВЫСОКОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ

Устройство для определения состояния биологического объекта в импульсном электрическом поле высокой напряженности, включающее генератор электрических импульсов, прозрачную пластину, снабженную электродом, выполненным в виде нанесенного на нее слоя оптически прозрачного токопроводящего материала, объектив, оптоэлектронный цифровой преобразователь, компьютер и блок представления информации, при этом выход генератора соединен с электродом, а выход компьютера соединен с входом блока представления информации, отличающееся тем, что дополнительно снабжено покрытием из флуоресцентного вещества, преобразующим ультрафиолетовую составляющую высокочастотного разряда в видимое свечение и обладающим адсорбционными свойствами.