АНАЛИЗАТОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕНСОРНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

Полезная модель относится к области медицины, а именно к анализаторам для исследования сенсорной чувствительности человека, предназначенным для определения и количественной оценки порогов вибрационной, температурной и болевой температурной чувствительности, для проведения диагностических исследований функционального состояния сенсорных нервных волокон.
Анализатор предназначен для ранней диагностики периферической полинейропатии любого генеза, прежде всего диабетического (синдром диабетической стопы), токсического, центральных и периферических болевых синдромов, аутоиммунных заболеваний, а также в области гигиены труда и профессиональных заболеваний (вибрационная болезнь).
В настоящее время известны технические решения, направленные на диагностику периферической полинейропатии.
Так, из патента РФ №2367348 (опубликован 20.09.2009) на изобретение «Способ дифференциальной диагностики полиневропатии вибрационного генеза и диабетической полиневропатии» известен способ, который заключается в измерении вибрационной чувствительности на частотах 125 Гц и 250 Гц на руках и ногах, при этом исследование вибрационной чувствительности на руках проводят на выступающей части локтя, фаланге второго пальца кисти, на ногах - на бугорке большеберцовой кости, выступающей части внутренней лодыжки, первом пальце стопы, дополнительно измеряют вибрационную чувствительность на выступающей части скуловой кости и грудине и при равномерном угнетении вибрационной чувствительности во всех точках измерения диагностируют полиневропатию вибрационного генеза, а при угнетении вибрационной чувствительности с преобладанием более выраженных изменений на ногах диагностируют диабетическую полиневропатию.
Кроме этого, из патента РФ №2109482 (опубликован 27.04.1998) известно устройство, которое содержит средство подачи субъекту короткого по длительности внешнего сигнала определенной величины, максимальное значение которого меньше величины сигнала, соответствующего болевому синдрому, и средство для регистрации электрической активности мозга субъекта в виде электрического сигнала напряжения, подключенное к блоку анализа длиннолатентных вызванных потенциалов мозга. Кроме этого, устройство содержит блок усреднения вызванных потенциалов, вход которого подключен к выходу средства для регистрации электрической активности мозга субъекта, а выход подключен к входу блока анализа длиннолатентных вызванных потенциалов мозга, при этом блок анализа длиннолатентных вызванных потенциалов мозга содержит блок формирования временных интервалов, вход которого является входом блока анализа, блок определения максимального значения сигнала на первом выбранном временном интервале и блок определения минимального значения сигнала на втором выбранном интервале, входы которых подключены к выходам блока формирования временных интервалов, блок вычисления модуля разности, к входам которого подключены выходы блоков определения максимального и минимального значений сигнала на выбранном интервале, блок сравнения, подключенный входом к выходу блока вычисления модуля разности, блок идентификации длиннолатентного вызванного потенциала с дисплеем, входом подключенный к выходу блока сравнения, а выход которого служит выходом блока анализа.
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является анализатор, предназначенный для определения нейропатии пользователем или пациентом. Устройство содержит процессор с памятью, который связан с подсистемами, включающими, например, охлаждающийся элемент, нагревающийся элемент, виброэлемент и/или весы. Процессор может содержать орган управления или иметь одно или больше ядер. Нагревающийся элемент может содержать термоэлектрический нагреватель или спираль, способную нагреваться током. Процессор может соединяться с входом/выходом подсистемы для контроля и управления устройством.
В частности, устройство может содержать дисплей и/или индикатор для отображения данных. Вход/выход подсистемы может соединяться с микрофоном и/или колонками для осуществления голосовой связи с пользователем. Устройство также может включать исполнительный механизм пользователя, который может соединяться с устройством посредством проводной или беспроводной связи (заявка США №20090082694, опубликована 26.03.2009).
Недостатками известных устройств является методическая погрешность, низкая скорость температурного воздействия, отсутствие исследования болевой температурной чувствительности.
Техническим результатом патентуемого решения является высокая достоверность диагностики нейропатии любого генеза и надежность устройства. Также техническим результатом является высокая точность и высокая скорость температурного воздействия, формирование с высокой точностью адаптационной температуры, возможность формирования воздействия в двух режимах (непрерывном и импульсном), возможность исследования болевой температурной чувствительности, обеспечение расширенного диапазона частот вибрационного воздействия (от 8 Гц до 500 Гц), обеспечение идентичности уровня вибрационного воздействия на объект исследования вне зависимости от усилия прижатия чувствительного элемента модуля вибрационного воздействия к объекту исследования, наличие различных статистических методов исследования, уменьшающих методические погрешности.
Заявленный технический результат достигается за счет использования конструкции анализатора для исследования сенсорной чувствительности, содержащего модуль основного электронного блока, модуль персонального компьютера, модуль питания, модуль температурного воздействия, модуль вибрационного воздействия и модуль ответа испытуемого, модуль основного электронного воздействия связан с модулем температурного воздействия, модулем вибрационного воздействия и модулем ответа испытуемого, модуль основного электронного блока содержит модуль температурного стимулятора, модуль вибрационного стимулятора и подключенного к ним источника вторичного питания, при этом модуль температурного стимулятора выполнен в виде центрального процессора и термостимулятора, выход которого соединен с модулем температурного воздействия, а модуль вибрационного стимулятора выполнен в виде центрального процессора и вибростимулятора, выход которого соединен с модулем вибрационного воздействия, модуль ответа испытуемого связан с центральными процессорами модуля температурного стимулятора и модуля вибрационного стимулятора соответственно.
В частности, модуль температурного воздействия может содержать термоэлектрический модуль и систему охлаждения, а термоэлектрический модуль может содержать две пластины, одна из которых предназначена для непосредственной передачи температурного воздействия испытуемому, при этом на обеих пластинах расположены датчики температуры. Наличие в модуле температурного воздействия термоэлектричесого модуля позволит формировать с высокой точностью и высокой скоростью температурное воздействие. Высокая скорость достигается в любой модальности исследования температурной чувствительности, в том числе за счет наличия системы жидкостного (водяного) охлаждения.
Основой вибростимулятора является магнитоэлектрическая система, состоящая из катушки индуктивности, закрепленной на подвижном штоке и зафиксированного магнита.
Выполнение модуля вибрационного воздействия в виде тарированной пружины с калиброванными характеристиками позволяет обеспечить идентичность уровня вибрационного воздействия на объект исследования, вне зависимости от усилия прижатия рабочей части МВВ.
Модуль ответа испытуемого может выполняться в двух вариантах:
- вариант 1: модуль ответа (МОП1), представляющий собой блок, состоящий из двух кнопок, имеющих наименование «Да» и «Нет» соответственно.
- вариант 2: модуль ответа (МОП2), представляющий собой блок, состоящий из джойстика реостатного типа, имеющего маркировку в виде шкалы от минимума до максимума.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры.
На фигуре 1 приведена общая схема анализатора;
На фигуре 2 - структурно-функциональная схема термостимулятора и модуля температурного воздействия;
На фигуре 3 - структурно-функциональная схема вибростимулятора и модуля вибрационного воздействия.
Анализатор (фиг.1) состоит из модуля основного электронного блока (МОЭБ), модуля вибрационного воздействия (МВВ), модуля температурного воздействия (МТВ), модуля ответа испытуемого (пациента) (МОП), центрального процессора термостимулятора (ЦПТ), термостимулятор (ТС), центрального процессора вибростимулятора (ЦПВ), вибростимулятора (ВС); модуля питания (МП), источника вторичного питания (ИВП), модуля персонального компьютера (МПК).
ЦПТ и ТС конструктивно выполнены в одном блоке и представляют собой модуль температурного стимулятора (МТС).
ЦПВ и ВС конструктивно выполнены в одном блоке и представляют собой модуль вибрационного стимулятора (МВС).
Анализатор работает под управлением МПК с установленным специализированным программным обеспечением (ПО). Анализатор реализует (ПО управляет и анализирует, а оборудование выполняет) различные методы обследования (в режиме непрерывного изменения температуры: метод «пределов»; в режиме импульсного изменения температуры: метод «уровней», метод «лестница», метод «суперпорогов»; в режиме непрерывного изменения вибрации: метод «пределов»; в режиме импульсного изменения вибрации: метод «уровней»).
Некоторые из данных методов позволяют свести к минимуму методическую погрешность, связанную с реакцией пациента. Методы, позволяющие минимизировать методическую погрешность, как правило, являются более сложными и длительными. Вопрос об использовании той или иной методики решается врачом (оператором) исходя из целей и задач текущего обследования. Результаты обследования анализируются в МПК, записываются в память МПК и хранятся там, создавая базу данных испытуемых.
ТС и ВС соответственно формируют температурное и вибрационное воздействие, которое передается на чувствительную зону пациента посредством внешнего МТВ и МВВ. В качестве центрального процессора в анализаторе используется двуядерная система, состоящая из двух процессоров: ЦПТ и ЦПВ. Параметры теплового/вибрационного воздействия загружаются в ТС/ВС соответствующим центральным процессором ЦПТ/ЦПВ МОЭБ, а изначально определяются программой на МПК в соответствии с выбранной методикой и особенностями проведения данного обследования и передаются в ЦПТ/ЦПВ посредством USB-интерфейса. Фиксация ответа испытуемого происходит в ЦПТ/ЦПВ. Для того, чтобы ЦПТ/ЦПВ могли сопоставить ответ пациента с соответствующим значением температурного/вибрационного воздействия, ТС/ВС непрерывно, с определенной, достаточно высокой частотой сообщает ЦПТ/ЦПВ текущее значение параметра температурного/вибрационного воздействия на пациента. ТС/ВС в автономном порядке управляет работой всех своих вспомогательных подсистем (в частности ТС - подсистемой охлаждения, а ВС- памятью калибровочных данных).
Исполнительным элементом ТС (фиг.2) является МТВ, основой которого является термоэлектрический модуль (ТЭМ), способный формировать как тепловое, так и холодовое воздействие, в зависимости от направления управляющего тока. Одна из пластин ТЭМ является рабочей и служит для непосредственной передачи температурного воздействия пациенту. ТЭМ является дифференциальным полупроводниковым прибором, при охлаждении рабочей пластины которого вторая пластина выделяет большое количество тепла. Для обеспечения необходимых динамических температурных характеристик в режиме воздействия холодом, а также для защиты ТЭМ от теплового разрушения в состав МТВ введена система жидкостного (водяного) охлаждения (СВО), задачей которой является эффективный отвод тепла от нерабочей платины ТЭМ. Использование ТЭМ в качестве основного элемента температурного воздействия позволяет формировать температурные стимулы (или плавные воздействия) с достаточно высокой точностью и высокой скоростью. Задача охлаждения жидкости до необходимой температуры решается посредством другого термоэлектрического модуля (ТЭМО), горячая пластина которого имеет принудительное воздушное охлаждение посредством радиатора с вентилятором.
На обеих пластинах ТЭМ МТВ располагаются датчики температуры (ДТ). Датчик температуры (ДТ1) рабочей пластины является источником сигнала обратной связи электронной схемы, управляющей выходом на заданную температуру (СУТЭМ). Датчик температуры (ДТ2), расположенный на нерабочей пластине ТЭМ, является аварийным. Он позволяет определить перегрев нерабочей пластины ТЭМ в цикле воздействия холодом (например, в случае отказа циркуляции охлаждающей жидкости) и отключить ТЭМ во избежание его теплового разрушения. В случае целостности системы циркуляции охлаждающей жидкости, этот датчик также позволяет контролировать температуру охлаждающей жидкости.
Управление ТЭМ осуществляется током (формируемым в СУТЭМ), величина которого пропорциональна разности между заданной и текущей температурой, а направление тока определяет цикл нагревания или охлаждения. В качестве обратной связи данного источника тока служит сигнал с термодатчика ДТ1. Датчики температуры соединены с соответствующими термоканалами (ТК). Задача термоканалов - преобразовать сигнал термодатчика в напряжение, подаваемое на измерительный вход аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), и привести его в соответствие динамическому диапазону АЦП. В АЦП аналоговый сигнал, пропорциональный температуре преобразовывается в цифровой код, который передается в ЦПТ.
Общее управление ТС осуществляет ЦПТ при помощи внутренних интерфейсов: SPI и параллельного. ЦПТ поддерживает высокоуровневый интерфейс с вышестоящей системой МПК.
Физический стандарт данного интерфейса является USB-интерфейс.
Система жидкостного (водяного) охлаждения (СВО) состоит из следующих основных узлов:
- теплообменник (ТО1), находящийся в МТВ;
- теплообменник (ТО2), находящийся в ТС;
- термоэлектрический модуль системы охлаждения (ТЭМО), находящийся в ТС;
- радиатор с вентилятором (РВ), находящийся в ТС;
- резервуар (Р) с датчиком температуры (ДТ3), находящийся в ТС;
- жидкостной компрессор (ЖК), находящийся в ТС;
- соединительные шланги (СШ).
Управление данной системы осуществляет непосредственно ЦПТ. Задача по поддержанию необходимой температуры охлаждающей жидкости - автономная и изолирована от остальной части встроенного программного обеспечения ЦПТ. Горячую пластину ТЭМО охлаждает радиатор, посредством вентилятора (РВ). Компрессор обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по контуру для отбора тепла с горячей пластины ТЭМ МТВ.
Информацию о значении температур обеих пластин ТЭМ МТВ, а так же температуры охлаждающей жидкости, ЦПТ получает от соответствующих ТК после аналого-цифрового преобразования.
Исполнительным элементом ВС (фиг.3) является МВВ, основой которого является магнитоэлектрическая система, состоящая из катушки индуктивности, закрепленной на подвижном штоке и зафиксированного магнита. Данная система формирует вибрационное воздействие. В МВВ располагается память (ПКК), предназначенная для хранения калибровочных коэффициентов МВВ. Данное решение позволяет производить замену МВВ без перекалибровки ВС. Конструкция МВВ выполнена таким образом, чтобы обеспечить идентичность уровня вибрационного воздействия на объект исследования вне зависимости от усилия прижатия рабочей части МВВ. Данная конструкция представляет собой тарированную пружину с калиброванными характеристиками. Данное решение позволяет отказаться от дополнительных измерительных каналов, необходимых для контроля силы прижатия (например, канала измерения давления (массы), что, безусловно, повышает общую точность измерения. Кроме того в МВВ предусмотрен контроль наличия/отсутствия объекта исследования (испытуемого) на рабочей части МВВ, что позволяет минимизировать ошибку измерения, связанную с некорректными условиями исследования.
Для формирования формы сигнала используется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП1). Сформированный сигнал поступает на линейный аттенюатор, построенный на цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП2). Затем сигнал через дискретный аттенюатор (AT) поступает на усилитель мощности (УМ), который необходим для формирования сигнала, способного управлять магнитоэлектрической системой (вибратором (В)) МВВ. Информация о характеристиках вибратора поступает в ЦПВ из ПКК. Данная информация необходима для получения точных значений параметров вибрационного воздействия. Управление всеми частями ВС осуществляется непосредственно ЦПВ при помощи внутренних интерфейсов: SPI и параллельный. ЦПВ поддерживает высокоуровневый интерфейс с вышестоящей системой МПК.
Физический стандарт данного интерфейса является USB-интерфейс.
Обратная связь с испытуемым осуществляется с помощью модуля ответа испытуемого, который выполняется в двух вариантах:
- вариант 1: модуль ответа (МОП1), представляющий собой блок, состоящий из двух кнопок, имеющих наименование «Да» и «Нет» соответственно. Данный модуль используется, практически во всех исследованиях, кроме исследований, где необходимо контролировать непрерывное состояние испытуемого (его ответ) на соответствующее воздействие.
- вариант 2: модуль ответа (МОП2), представляющий собой блок, состоящий из джойстика реостатного типа, имеющего маркировку в виде шкалы от «Мин.» до «Макс.». Данный модуль используется в исследованиях, где необходимо контролировать непрерывное состояние испытуемого (его ответ) на соответствующее воздействие (например, проводят исследования, задавая температурное воздействие от минимального до максимального значения (шкала воздействия от «Мин.» до «Макс.») при этом требуют от испытуемого, чтобы он отвечал джойстиком на свои ощущения температуры от «Мин.» до «Макс.»).
Патентуемый анализатор позволяет проводить исследования сенсорной чувствительности в следующих модальностях (видов):
- температурная тепловая чувствительность (температурная чувствительность на тепло);
- температурная холодовая чувствительность (температурная чувствительность на холод);
- температурная болевая тепловая чувствительность;
- температурная болевая холодовая чувствительность;
- вибрационная чувствительность.
Как показали проведенные исследования, представленное технического решение обладает достаточно высокой точностью определения порогов чувствительности, а следовательно высокой достоверностью диагностики нейропатии.