УСТРОЙСТВО СБОРА И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к медицинской технике и предназначена для сбора и передачи данных с поверхности биологического объекта в составе устройства электроимпедансной томографии.
Известно диагностическое персональное устройство [Патент на полезную модель RU №117791], составная часть которого представляет собой устройство для сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии биологических объектов, содержащее матрицу измерительных электродов (блок электродов), соединенных с коммутационным блоком мультиплексоров, генератор (генератор зондирующего сигнала), предназначенный для питания зондирующим сигналом активных измерительных электродов, измеритель (блок измерения), предназначенный для измерения напряжения на пассивных измерительных электродах, микроконтроллер, 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, источник питания.
Недостатком устройства является отсутствие функции оценки качества крепления электродов, возможности формирования разных систем отведений при съеме потенциалов с поверхности биологического объекта, наличие дополнительных отводящих электродов, отсутствие возможности изменения формы, частоты и силы зондирующего тока, ограниченная возможность исследования различных областей биологического объекта.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа составная часть электроимпедансного томографа [Патент на полезную модель RU №109394], представляющая собой устройство для сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии биологических объектов в персональный компьютер, которая содержит матрицу измерительных электродов (блок электродов), соединенных с коммутационным блоком мультиплексоров, генератор (генератор зондирующего сигнала), предназначенный для питания зондирующим сигналом активных измерительных электродов, измеритель (блок измерения), предназначенный для измерения напряжения на пассивных измерительных электродах, микроконтроллер, 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 (общий отводящий электрод) электродами, 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.
Недостатком устройства является отсутствие функции оценки качества крепления электродов, возможности формирования разных систем отведений при съеме потенциалов с поверхности биологического объекта, наличие дополнительных отводящих электродов, отсутствие возможности изменения формы, частоты и силы зондирующего тока, ограниченная возможность исследования различных областей биологического объекта.
Задачей полезной модели является создание устройства сбора и передачи данных для использования в устройстве электроимпедансной томографии биологических объектов.
Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства электроимпедансной томографии биологических объектов за счет обеспечения оценки качества крепления электродов и формирование разных систем отведений при съеме потенциалов с поверхности биологического объекта, за счет изменения формы, частоты и силы зондирующего тока, обеспечение возможности исследования различных областей биологического объекта, а также назначения общего электрода из числа контактных электродов независимых поясов электродов.
Технический результат достигается за счет того, что устройство сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии биологических объектов содержит блок электродов, генератор зондирующего сигнала, блок измерения напряжения на пассивных измерительных электродах, микропроцессорный блок. Генератор зондирующего сигнала состоит из источника тока и блока мультиплексоров, причем выход источника тока является входом блока мультиплексоров. Блок измерения напряжения состоит из блока мультиплексоров и аналого-цифрового преобразователя, а выход блока мультиплексоров является входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к измерительному входу микропроцессорного блока. Выходы микропроцессорного блока подключены к управляющим входам блоков мультиплексоров. Блок электродов содержит контактные электроды и общий отводящий электрод и выполнен в виде независимых поясов электродов, при этом блок электродов подключен одновременно к блоку мультиплексоров генератора и к блоку мультиплексоров блока измерения напряжения. Микропроцессорный блок выполнен с возможностью осуществления управления источником тока, блоком мультиплексоров генератора и блоком мультиплексоров измерения, а также контроля качества крепления каждого электрода, первичной математической обработки данных измерений, обмена данными с персональным компьютером.
На фиг. представлена структурная схема устройства электроимпедансной томографии биологических объектов, в состав которого входит устройство сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии биологических объектов.
Устройство электроимпедансной томографии биологических объектов 11, содержит устройство 1 для сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии биологических объектов, подключенное к персональному компьютеру 2 через USB порт. Устройство 1 состоит из блока электродов (БЭ) 3, генератора зондирующего сигнала 4, блока измерения напряжения 5 на пассивных измерительных электродах, а также микропроцессорный блок (МКБ) 6. Генератор 4 зондирующего сигнала состоит из источника тока (ИТ) 7 и блока мультиплексоров (БМГ) 8 генератора 4, причем выход источника тока 7 является входом блока мультиплексоров 8 генератора 4. Блок измерения напряжения 5 состоит из блока мультиплексоров (БМИ) 9 и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 10, причем выход блока мультиплексоров 9 является входом аналого-цифрового преобразователя 10, выход аналого-цифрового преобразователя 10 подключен к измерительному входу микропроцессорного блока 6. Выходы микропроцессорного блока 6 подключены к управляющим входам блоков мультиплексоров 8 и 9, а блок электродов 3 содержит контактные электроды (на фиг. не показаны) и общий отводящий электрод (на фиг. не показан) и выполнен в виде независимых поясов электродов и подключен одновременно к блоку мультиплексоров 8 генератора 4 и к блоку мультиплексоров 9 блока измерения напряжения 5. Микропроцессорный блок 6 выполнен с возможностью осуществления управления источником тока 7, блоком мультиплексоров 8 генератора 4 и блоком мультиплексоров 9 блока измерения 5, а также контроля качества крепления каждого электрода, первичной математической обработки данных измерений, обмена данными с персональным компьютером 2.
Рассмотрим пример использования устройства 1 сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии биологических объектов, например, в составе устройства 11 электроимпедансной томографии биологических объектов.
Для этого необходимо подключить устройство к персональному компьютеру через USB порт и использовать программное обеспечение, установленное на жестком диске, записанное в память персонального компьютера, которое позволяет реализовать следующие функции: создание и учет карты пациентов, проходящих обследование; предварительный просмотр карты пациента; печать карты пациента; вывод карты пациента на печать; сохранение карты в формате PDF; сохранение протоколов исследований в формате PDF; сохранение отчетов в формате PDF; регистрация и авторизация врача; создание протокола обследования; отчет о проведенном обследовании; хранение информации в локальной базе данных; генерация QR-кодов и штрих кодов; настройка параметров измерения; реконструкция измерений; визуализация; прикрепление расчетов и визуализации внутренней структуры объекта к протоколу обследования; сохранение результатов измерений в каталоге пациента; предварительный просмотр измеренных; расчет среднеквадратичного отклонения; расчет дисперсии; расчет минимума, максимума; расчет корреляции; расчет среднего арифметического значения; расчет медианы; построение гистограмм и графиков по рассчитанным значениям; подготовка и экспорт данных в соответствии со стандартом DICOM; архивирование экспортированных данных.
Перед началом работы с устройством электроимпедансной томографии биологических объектов врачу необходимо создать учетную запись и пройти авторизацию. После успешной авторизации врачу предоставляется доступ к картотеке пациентов, проведения исследования и ведению документации. Все проведенные исследования автоматически закрепляются за профилем конкретного врача. Далее, необходимо создать карту пациента, если она не была создана ранее. После успешного создания карты пациента ее необходимо выбрать из списка или воспользоваться поиском. Выбранная карта пациента отображается в основном окне программы и содержит логически сгруппированную информацию о пациенте.
Затем, блок электродов 3, содержащий контактные электроды и общий отводящий электрод и выполненный в виде независимых поясов электродов, подключают к блоку измерения напряжения 5 через разъемы на передней панели устройства 1 сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии биологических объектов. Применение общего электрода в составе пояса электрода позволяет в процессе измерения назначать общий электрод из числа контактных электродов с помощью микропроцессорного блока 6, что позволяет изменять область исследования биологического объекта в процессе измерения, тем самым расширяя функциональные возможности устройства электроимпедансной томографии биологических объектов. Включение устройства 1 сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии биологических объектов осуществляют путем нажатия кнопки включение/выключение (на фиг. не показана), расположенной на верхней части корпуса устройства 1. При этом должен загореться светодиодный индикатор включения питания, расположенный возле кнопки.
После этого подключают устройство 1 сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии биологических объектов к персональному компьютеру 2 через интерфейс USB, при этом микропроцессорный блок 6 переходит в режиме ожидания команд от персонального компьютера 2.
Микропроцессорный блок 6 связан с блоком генератора 4 зондирующего сигнала и блоком измерения напряжения 5 посредством управляющих и адресных линий. По команде микропроцессорного блока 6 генератор 4 зондирующего сигнала переходит в режим готовности инжекции, блок измерения напряжения 5 переходит в режим готовности съема информации. Питание микропроцессорного блока 6 осуществляется за счет USB подключения, то есть потребность в дополнительном внешнем питании отсутствует.
Микропроцессорный блок 6 выполнен с возможностью управления источником тока 7, (задание формы (синусоидальный, прямоугольный, треугольный), частоты (от 20 кГц до 200 кГц) и амплитуды тока инжекции (от 1 мА до 5 мА)), блоком мультиплексоров 8 генератора 4 и блоком мультиплексоров 9 блока измерения 5, а также с возможностью осуществления контроля качества крепления каждого электрода, первичной математической обработки данных измерений, обмена данными с персональным компьютером 2.
Микропроцессорный блок 6 управляет источником тока 7 по последовательному протоколу SPI. Инжектирующий ток с выхода источника тока 7 поступает на блок мультиплексоров 8 генератора 4.
Раздельное применение блока мультиплексоров 8 генератора 4 для инжекции тока и блоком мультиплексоров 9 блока измерения 5 для измерения напряжения с пассивных электродов, а также одновременное управление микропроцессорным блоком 6 их работой позволяет формировать разные системы отведений при съеме потенциалов с поверхности биологического объекта.
При поступлении с персонального компьютера 2 команды начала процесса измерения микропроцессорный блок 6 выполняет запрос параметров процесса измерения (количество подключенных поясов, форма, частота и амплитуда инжектирующего сигнала). После получения данных параметров от персонального компьютера 2 микропроцессорный блок 6 запускает процесс проверки качества крепления электродов путем последовательного измерения сопротивления каждого канала, при выявлении каналов с высоким сопротивлением номер такого пояса и электрода выводится специальным сообщением на персональный компьютер 2 о необходимости проверки контактов.
После успешного завершения данной процедуры начинается процесс измерения. Микропроцессорный блок 6 управляет источником тока 7 по последовательному протоколу SPI. По команде микропроцессорного блока 6 инжектирующий ток с выхода источника тока 7 поступает на блок мультиплексоров 8 генератора 4. По команде с микропроцессорного блока 6, путем подачи управляющих сигналов на блок мультиплексоров 8 генератора 4, производится подача инжектирующего тока попеременно на все электроды блока электродов 3, при этом с помощью блока мультиплексоров 9 блока измерения 5 осуществляется опрос электродов блока электродов 3, не являющихся на данный момент инжектирующими. Считанный с блока мультиплексоров 9 блока измерения 5 сигнал напряжения подается на аналого-цифровой преобразователь 10, где преобразуется в цифровой код, который передается в микропроцессорный блок 6. Переданные с аналого-цифрового преобразователя 10 данные в микропроцессорном блоке 6 проходят первичную математическую обработку, и по завершении процесса измерения отправляются на персональный компьютер 2 как для сохранения в файл, так и для реконструкции и визуализации срезов. После данной операции микропроцессорный блок 6 возвращается в режим ожидания, отключает источник тока 7, блок мультиплексоров 8 генератора 4, блок мультиплексоров 9 блока измерения 5, аналого-цифровой преобразователь 10.
Измерение на каждом канале производится в течение 0,8 с, при этом количество измерений составляет на менее 200000/канал.
Во время процесса измерения пользователю доступна кнопка останова измерения. При ее нажатии микропроцессорный блок 6 останавливает процесс измерения, посредством отключения генератора 4 зондирующего сигнала. При повторном нажатии кнопки останова генератор 4 зондирующего сигнала включается с заданными параметрами, процесс измерения возобновляется с того электрода и пояса, на котором был остановлен.
После проведения исследований необходимо произвести выключение устройства 1. Для этого необходимо нажать на кнопку включение/выключение, расположенную на верхней части корпуса устройства 1. Ее нажатие приводит к отключению питания источника тока 7, блока мультиплексоров 8 генератора 4, блока мультиплексоров 9 блока измерения 5, аналого-цифрового преобразователя 10.
Светодиодный индикатор, расположенный возле кнопки, должен погаснуть. Далее необходимо отсоединить кабель USB от устройства.
Использование в составе блока электродов 3 независимых поясов электродов (на фиг. не показаны), возможность формировать разное число как электродов в поясе, так и поясов, а также выбор частоты, формы и силы инжектируемого тока, позволяет исследовать различные области биологического объекта.
Таким образом, использование предложенного в качестве полезной модели устройства 1 сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии биологических объектов обеспечивает в составе устройства 11 электроимпедансной томографии биологических объектов расширение функциональных возможностей последнего, за счет обеспечения оценки качества крепления электродов и формирование разных систем отведений при съеме потенциалов с поверхности биологического объекта, за счет изменения формы, частоты и силы зондирующего тока, обеспечение возможности исследования различных областей биологического объекта, а также назначения общего электрода из числа контактных электродов независимых поясов электродов.