ЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНЫЙ ТОМОГРАФ

Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для визуализации и диагностики патологических изменений в различных органах, находящихся в непосредственной близости от поверхности тела, а также в естественных полостях тела, и получения их томографического изображения, в частности, в гинекологии.
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).
Недостатки известного устройства также заключаются в не возможности визуализации труднодоступных мест (в частности, естественных полостей), низкой разрешающей способности (около 2 см) и в недостаточной простоте управления процессом измерения, обусловленной необходимостью свободной руки для такого управления или посторонней помощи.
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 невозможности визуализации труднодоступных мест (в частности, естественных полостей), низкой разрешающей способности (около 7 мм) и в недостаточной простоте управления процессом измерения, обусловленной необходимостью свободной руки для такого управления или посторонней помощи. Указанные недостатки делают невозможным применение такого томографа, например, в гинекологии.
Технический результат полезной модели заключается в улучшении эксплуатационных характеристик, за счет равномерного размещения максимального количества электродов на исследуемой области и возложения функций управления процессом измерения на выполненный в виде педали манипулятор для ввода команд.
Технический результат достигается тем, что в электроимпедансном томографе, содержащем 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, компьютер, соединенный с микроконтроллером, 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, согласно предложению измерительные электроды размещены в корпусе продолговатой формы и установлены на его торцевой части рядами по концентричным окружностям, причем по окружности электроды установлены с одинаковым шагом, а манипулятор для ввода команд, соединенный с компьютером, выполнен в виде педали.
На чертеже (рис.1) приведена схема предлагаемого электроимпедансного томографа. На рис.2 показано расположение электродов на торцевой части измерительной головки.
Электроимпедансный томограф 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, компьютер 5, соединенный с микроконтроллером 6, выходы которого подключены к управляющим входам коммутационного блока 2 мультиплексоров, генератора 3 и измерителя 4, при этом 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 7, манипулятор 8 для ввода команд, соединенный с компьютером 5, выполнен в виде педали (на чертеже не показано), измерительные электроды 9 (см. рис.2) размещены в корпусе продолговатой формы (на чертеже не показан) и установлены на его торцевой части 10 рядами по концентричным окружностям, причем по окружности электроды 9 установлены с одинаковым шагом.
Электроимпедансный томограф работает следующим образом.
Электроимпедансный томограф позволяет обеспечить простое и безопасное исследование пациентов не только в клинических условиях, но и обычных кабинетах и лабораториях. 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 реконструируемых изображений оказывает отношение амплитуды измеряемых сигналов к величине собственных шумов прибора и внешних электрических помех на частоте измерения.
В предлагаемом устройстве инжекция тока осуществляется через отводящий электрод и электрод, поочередно выбираемый из матрицы, в режиме генерации напряжения формы меандра и измерением инжектируемого тока, остальные электроды поочередно измеряют потенциалы относительно второго отводящего электрода. На основе этого перебора формируется набор данных для реконструкции, состоящий из 8 квадратур для каждой комбинации электрод-генератор/электрод-приемник всего 48∗47 комбинаций. Такой алгоритм работы электродов позволяет увеличить отношение сигнал-шум, что в свою очередь повышает чувствительность и разрешающую способность устройства.
При подготовке к измерениям предварительно увлажненные отводящие электроды 7 располагают на конечностях пациента, а матрицу измерительных электродов 9 прижимают к обследуемому органу человека так, чтобы обеспечить электрический контакт большинства электродов, по возможности располагая их параллельно к прижимаемой поверхности. По команде с компьютера 5 микроконтроллер 6 с помощью мультиплексора 2 подключает генератор 3 поочередно к измерительным электродам 9. Переменный ток от генератора 3, работающего в режиме генерации меандра, протекает по цепи: генератор 3, мультиплексор 2, один из электродов 9, исследуемый орган, отводящий электрод 7. С помощью мультиплексора 2 один из свободных электродов 9 матрицы 1 (измерительной головки) подключается к входу измерителя 4, который измеряет амплитуду переменного напряжения между электродом 9 и отводящим электродом 7. Причем может быть осуществлено, например, 20 выборок за период и возможно усреднение за несколько периодов. Синхронно с этим происходит измерение инжектируемого тока в генераторе 3. Данные с генератора 3 и измерителя 4 передаются в микроконтроллер 6, на их основе вычисляются квадратуры для тока и напряжения на первой и пятой гармонике (умножение на табличные косинусы и синусы зондирующей частоты и 5-ти кратной). Вычисленные для каждой пары электрод-генератор/электрод-приемник 8 квадратур передаются в компьютер 5, снабженный программой, обеспечивающей реконструирование пространственного распределения методом взвешенного обратно проецирования по эквипотенциалям и визуализацию 3-х срезов. Программа хранится на жестком диске компьютера 5 и загружается в его оперативную память при выполнении измерений. Передача данных может осуществляется через преобразователь интерфейса с гальванической развязкой (на чертеже не показано) для обеспечения развязки измерительной части устройства и персонального компьютера и конвертирования передаваемых на персональный компьютер данных в стандарт USB.
Корпус, в котором размещены электроды 9, имеет продолговатую цилиндрическую форму с утолщением на конце или коническую форму. На его торцевой части (30 мм в диаметре) расположены равномерно 48 электродов на 4-х концентрических окружностях. Электрод представляет собой скругленный стержень из нержавеющей стали диаметром 1,5 мм и выступает на несколько мм из датчика. Любой измерительный электрод с помощью мультиплексоров может быть соединен с генератором напряжения или с измерителем. Такое выполнение корпуса обеспечивает наиболее правильное и точное расположение матрицы электродов на диагностируемом органе человека, что в свою очередь позволяет обеспечить повышенную точность и высокую достоверность диагностики. Выполнение манипулятора для ввода команд в виде педали с подключением его к компьютеру 5 обеспечивает для исследователя удобство управления устройством в процессе диагностирования, например, когда корпус с матрицей измерительных электродов удерживается руками, команды для записи обрабатываемых данных исследователь может подавать в компьютер путем нажатия ногой на педаль.
Таким образом, возложение функций управления процессом измерения на манипулятор для ввода команд, который выполнен в виде педали, позволяет освободить руку исследователя для дополнительных манипуляций, необходимых при электроимпедансном исследовании труднодоступных мест и естественных полостей, в частности, в гинекологии. Использование в устройстве не ортогональной матрицы электродов позволяет разместить равномерно максимальное количество электродов на исследуемой области.