Устройство для импедансометрии живых тканей биологического объекта

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам для функциональной диагностики. Задача изобретения - расширение возможностей устройства. Устройство содержит соединенные последовательно импульсный генератор, формирователь импульсов, датчиковое устройство, выполненное в виде колебательного контура, состоящего из параллельно соединенных катушки индуктивности и конденсатора, а также буферный усилитель, сдвоенный компаратор, вычислительную схему и индикатор. При этом катушка индуктивности снабжена дополнительной обмоткой связи, а у основной обмотки выводы посредством конденсаторов соединены с дополнительными клеммами, к которым при помощи проводников могут быть присоединены дополнительные металлические электроды. Устройство снабжено дополнительными таймером и элементом звуковой индикации. Это обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства. Устройство может применяться в качестве физиотерапевтического прибора для электростимуляции с возможностью индикации реакции организма во время процедуры. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам для функциональной диагностики.

Известно устройство для высокочастотной импедансометрии, в котором используется потенциометрический метод измерения импеданса живых тканей биологических объектов [1].

Устройство содержит высокочастотный генератор синусоидального напряжения, к выходу которого через дополнительное сопротивление подключено датчиковое устройство, выполненное в виде двух электродов, накладываемых на биологический объект. Параллельно выводам датчика подключен вход измерительного прибора, который содержит усилитель высокой частоты, амплитудный детектор и измеритель.

Схема обеспечивает измерение основного импеданса биологического объекта по амплитуде высокочастотного напряжения.

Однако устройство имеет низкую помехозащищенность.

В устройстве отсутствует гальваническая развязка измерительной схемы от биологического объекта, что затрудняет выполнение требований по электробезопасности.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для высокочастотной импедансометрии живых тканей биологических объектов [2].

Устройство содержит импульсный генератор, к выходу которого подключены соединенные последовательно формирователь импульсов, усилитель мощности, трансформатор и датчиковое устройство, выполненное в виде обмотки катушки индуктивности. Выход датчика соединен с входом регистратора. Устройство измеряет импеданс колебательного контура (регистрируется добротность обмотки измерительной катушки) без биологического объекта и с разными биологическими объектами. Недостатком известного устройства является то, что оно имеет ограниченные эксплуатационные возможности.

Задача изобретения - расширение возможностей устройства.

Это достигается тем, что в устройстве для импедансометрии живых тканей биологического объекта, содержащем импульсный генератор, формирователь импульсов, датчиковое устройство, выполненное в виде колебательного контура, состоящего из параллельно соединенных катушки индуктивности и конденсатора, и регистратора, у которого вход соединен с одним из выводов колебательного контура, согласно предмету изобретения катушка индуктивности датчика устройства снабжена дополнительной обмоткой связи, выводы которой соединены с выходом формирователя импульсов, а у основной обмотки оба вывода посредством конденсаторов соединены с дополнительными клеммами, причем второй вывод колебательного контура соединен с общей шиной устройства.

Устройство снабжено двумя металлическими электродами, которые посредством проводов имеют возможность соединения с дополнительными клеммами.

Устройство снабжено дополнительным таймером, выход которого соединен со схемой импульсного генератора.

Устройство снабжено дополнительным элементом звуковой индикации, вход которого соединен с выходом таймера.

Сущность изобретения состоит в том, что снабжение устройства катушкой индуктивности с обмоткой связи позволяет более оптимально построить входную часть схемы устройства.

Введение в устройство дополнительных измерительных клемм и электродов позволяет проводить дополнительно измерение приповерхностного импеданса биологического объекта, что расширяет диагностические возможности устройства.

Снабжение устройства дополнительными таймером и элементом звуковой индикации позволяет использовать его для электростимуляции биологического объекта.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для импедансометрии живых биологических объектов.

Предлагаемое устройство содержит генератор импульсов 1, к выходу которого подключены соединенные последовательно формирователь импульсов 2 и датчиковое устройство 3. Датчиковое устройство 3 содержит катушку индуктивности, имеющую основную обмотку 4 и обмотку связи 5, у которой один из выводов соединен с выходом формирователя импульсов 2, а другой - с общей шиной устройства 6. Основная обмотка 4 с параллельно включенным конденсатором 7 образует измерительный колебательный контур с резонансной частотой F₁. У контура один из выводов соединен с общей шиной 6, а другой посредством конденсатора 8 - с входом буферного усилителя 9, выход которого соединен с входом усилителя 10 и с первым входом сдвоенного компаратора 11. У компаратора 11 второй вход соединен с выходом усилителя 10, третий вход - с источником порогового напряжения сравнения U_опор, а выход - с входом вычислительной схемы 12, которая осуществляет операцию подсчета поступающих импульсов, их запоминание, дешифрацию, формирование обслуживающих импульсов для своей внутренней работы и режима жидкокристаллического индикатора 13, у которого вход соединен с выходом схемы 12. Второй вход схемы 12 соединен с выходом генератора 1. Выводы измерительного колебательного контура посредством конденсаторов 14 и 15 соединены с клеммами устройства 16 и 17, к которым при помощи проводника 18 подключен металлический электрод 19, а при помощи проводника 20 - электрод 21. Устройство снабжено таймером 22, у которого выход соединен со схемой генератора 1 и с входом элемента звуковой индикации 23.

Устройство работает следующим образом.

Измерительная часть устройства измеряет добротность основной обмотки катушки индуктивности измерительного колебательного контура (датчика) с биологическим объектом и без биологического объекта. В устройстве используется метод ударного возбуждения колебательного контура, что позволяет автоматизировать процесс измерения добротности. Величина активной составляющей импеданса колебательного контура пропорциональна величине добротности обмотки катушки.

Генератор импульсов 1 формирует запускающие импульсы низкой частоты (10 Гц) прямоугольной формы и скважностью - меандр.

В формирователе импульсов 2 происходит укорочение длительности запускающих импульсов до 1 мкс и формирование крутых фронтопереходов. Выход формирователя импульсов 2 нагружен непосредственно на обмотку возбуждения измерительного колебательного контура. Короткие импульсы, сформированные достаточно мощной и быстродействующей микросхемой - формирователем 2 на ТГЛШ логике, возбуждают спектр затухающих колебаний в измерительной катушке, основными из которых будут с частотой, равной резонансной частоте измерительного колебательного контура F₁.

Возбужденные в измерительном колебательном контуре электрические колебания усиливаются буферным усилителем 9, выполненным на полевом транзисторе с изолированным затвором, и поступают на вход усилителя 10 и на первый вход сдвоенного компаратора 11.

В усилителе 10 колебания усиливаются с коэффициентом "e " и поступают на второй вход компаратора 11, который является компаратором по напряжению, т. е. так называемым амплитудным селектором. Сдвоенный компаратор 11 имеет два входа, на которые подаются исследуемые гармонические колебания, и один вход для подачи порогового напряжения U_опор. В реальном изделии это напряжение имеет уровень 2 В и определяется необходимостью отсечения шумовых (т. е. случайных) составляющих затухающего колебания на выходе буферного и масштабного усилителей.

Последовательность импульсов, сформированных из затухающего колебания, прошедшего буферный и масштабный усилители, по времени будет длиннее, нежели последовательность импульсов, сформированных из затухающих колебаний, прошедших только буферный усилитель.

Таким образом, объединив выходы сдвоенного компаратора по схеме логического И, можно произвести численное вычитание из более длинной последовательности импульсов - короткую.

Последовательность импульсов с выхода компаратора 11 поступает на вход большой интегральной схемы 12 (БИС), осуществляющей операцию подсчета поступающих импульсов, из запоминание, дешифрацию, формирование обслуживающих импульсов для своей внутренней работы и режима жидкокристаллического индикатора КР1044ИЕ1.

Сброс и начало циклов счета БИС осуществляется по фронтам импульса запускающего генератора. Информация, полученная в БИС, отображается на семисегментном четырехразрядном жидкокристаллическом индикаторе 13. Питание устройства осуществляется от аккумуляторной батареи.

Величина активной составляющей импеданса колебательного контура определяется по известным формулам R oe₁ = 2 F₁L_kQ₁; R oe₂ = 2 F₁L_kQ₂, где R oe₁ и R oe₂ - резонансное сопротивление колебательного контура без биологического объекта и с биологическим объектом; F₁ - резонансная частота; L_k - индуктивность обмотки; Q₁ и Q₂ - добротность обмотки без биологического объекта и с биологическим объектом.

Импеданс живого тела биологического объекта определяется по формуле При определении импеданса живого тела биологического объекта, например конечности, применяется цилиндрическая катушка, в поле которой помещается исследуемый участок конечности. Производят замеры добротностей без биологического объекта и с биологическим объектом. Дополнительную информацию можно получить путем измерения приповерхностного импеданса исследуемого участка живого тела биологического объекта. При этом производится измерение добротности обмотки измерительного контура Q₃, которая шунтирована импедансом биологического объекта (импеданс между электродами).

Импеданс биологического объекта определяется по формуле где R oe₃ = 2 F₁L_kQ₃.

Предлагаемое устройство может быть применено в качестве стимулятора при терапевтических процедурах.

В этом случае больной участок, например, конечности пациента размещается внутри катушки, на таймере устанавливается время проведения процедуры, включается устройство. При проведении процедуры фиксируется величина добротности обмотки измерительной катушки с биологическим объектом до начала процедуры и после окончания процедуры, а также во время процедуры. По истечении времени процедуры таймер отключает импульсный генератор и одновременно включает элемент звуковой индикации.

Достоинством предлагаемого устройства при диагностике заболевания биологического объекта является возможность определения объемного и приповерхностного импеданса, что повышает информативность.

При электростимуляции больного участка пациента схема устройства позволяет контролировать состояние пациента по величине объемного импеданса и при необходимости прекратить эту процедуру.

Устройство прошло экспериментальную проверку в ряде клиник города Омска.

Источники информации 1. М.И. Гуревич и др. Импедансная реоплетизмография. - Киев: Наук. думка, 1982.

2. Патент РФ N 2103913 кл. A 61 B 5/05 по заявке N 95113021/14 от 26.07.95 // Устройство для импедансометрии живых тканей биологического объекта/ Рябоконь Д.С. и др. Бюл. N 4, 1998 г.

Формула изобретения

1 Устройство для импедансометрии живых тканей биологического объекта, содержащее последовательно соединенные импульсный генератор, формирователь импульсов, датчиковое устройство, выполненное в виде колебательного контура, состоящего из параллельно соединенных катушки индуктивности и конденсатора, буферный усилитель, сдвоенный компаратор, вычислительную схему, второй вход которой соединен с выходом импульсного генератора, и индикатор, отличающееся тем, что катушка индуктивности датчикового устройства снабжена дополнительной обмоткой связи, один из выводов которой соединен с выходом формирователя импульсов, а другой - с общей шиной, а у основной обмотки оба вывода посредством конденсаторов соединены с дополнительными клеммами, причем второй вывод колебательного контура соединен с общей шиной устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено двумя металлическими электродами, которые посредством проводов выполнены с возможностью соединения с дополнительными клеммами.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено дополнительным таймером, выход которого соединен с импульсным генератором и с дополнительным элементом звуковой индикации.

РИСУНКИ

Рисунок 1