УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИМПЕДАНСНОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к оборудованию функциональной диагностики и может быть использована для проведения биоимпедансной спектрометрии различных биологических объектов и исследования зависимости импеданса различных биологических объектов от частоты зондирующего тока.
Известны устройства и диагностические методы импедансных исследований, в которых в качестве зондирующего сигнала используется переменный электрический ток, содержащий одну или две разнесенные в частотном диапазоне гармонические составляющие, позволяющие получить информацию о состоянии биологических тканей или о водном балансе организма. Основными функциональными частями данных устройств являются источник переменного тока с одной или двумя частотами, блок коммутации, токовые и потенциальные электроды и блок обработки результатов в виде АЦП (пат. РФ: №2056791, №2033078, №2251387, устройство для оценки водных секторов организма АВС-01 «Медасс»).
Недостатками указанных устройств являются использование одной частоты зондирующего тока, разделение электродов на токовые и потенциальные, их малое количество, следовательно, ограниченное число возможных схем наложения их на биологический объект. Эти недостатки ограничивают количество информационных показателей, снимаемых с биологического объекта, обеспечивают невысокую точность измерений и не позволяют использовать данные устройства для проведения импедансной спектрометрии, которая основывается на измерении и анализе зависимостей импеданса от частоты переменного тока. Разные объекты и процессы характеризуются разными зависимостями активного и реактивного сопротивления от частоты, что делает возможным решение обратной задачи - получение информации об этих объектах и процессах путем анализа частотных характеристик их отклика на переменном токе.
Наиболее близким по назначению и технической сущности к предлагаемому решению является устройство для оценки состояния биологических тканей (пат. РФ №2102006, МПК А61В 5/05, опуб. 20.01.98) содержащее источник стабилизированного напряжения, состоящий из двух генераторов, соответственно, высокой и низкой частоты и сумматора, два электрода, измерительный блок усиления и фильтрации сигнала, АЦП и цифровой индикатор.
Недостатками прототипа являются невозможность изменения частоты и формы зондирующего тока, наличие только двух электродов, что ограничивает количество схем измерения, с учетом анатомического строения участка тела, и исключает возможность определения состояния различных видов биологических тканей в исследуемой области, отсутствие блока обработки сигнала с целью получения дополнительных информационных признаков.
Техническим результатом полезной модели является повышение информативности импедансной диагностики, а также точности измерений.
Результат достигается тем, что устройство для импедансной спектрометрии биологических объектов, включающее генератор зондирующего тока, электроды, и измерительный блок, отличается тем, что, для одновременного использования любых форм зондирующего тока и любых частот в диапазоне 0-500 кГц, определяемых биологическим строением исследуемого объекта, устройство снабжено дополнительными электродами с возможностью различных схем их коммутирования, блоком управления, блоком мультиплексирования, блоком управления мультиплексорами и синхронизации с АЦП.
Повышение информативности импедансной диагностики, а также точности измерений осуществляется за счет использования высокоскоростных цифровых систем, позволяющих синтезировать и анализировать зондирующий ток любой формы, и создание сигнала, состоящего из нескольких гармонических составляющих в диапазоне частот 0-500 кГц. Анализ такого сигнала позволит наблюдать амплитудные и фазовые спектры проходящего через биологический объект зондирующего тока в реальном времени, что обеспечивает получение информации о состоянии отдельных видов биологических тканей, находящихся в исследуемой области. Предлагаемое устройство позволяет проводить измерение одновременно по 16 каналам, соответственно максимальное количество электродов - 16, каждый из которых может быть коммутирован на источник тока, а остальные использованы как измерительные. Использование такого числа электродов и возможных схем их расположения позволяет точно определить участок и тип биологической ткани, состояние которых отличается от нормы. Сигнал регистрируется со всех электродов, как с зондирующих, так и с измерительных, что позволяет проводить сравнительный анализ изменения формы проходящих сигналов, а также их спектров относительно оригинального сигнала. Коммутация электродов, определение формы зондирующего сигнала, количество используемых электродов, характер измерений (мгновенное - все возможные комбинации для 16 электродов не более 0,1 сек, либо мониторирование - наблюдение спектра по 16 каналам) определяется с помощью ПЭВМ. Это позволяет с уверенностью сказать, что предлагаемое устройство является наиболее универсальным для проведения такого рода исследований и может быть применено во многих медицинских направлениях.
На фиг. показана структурная схема предлагаемого устройства.
Устройство состоит из персонального компьютера 1, к которому подключены: генератор зондирующего тока 2, блок управления 3, аналого-цифровой преобразователь 4; блока коммутации 5, необходимого для коммутации электродов, расположенных на объекте 6, на генератор зондирующего тока 2, либо на измерительный блок 7, блока мультиплексирования каналов 8, осуществляющего мультиплексирование 16-ти каналов на двухканальный АЦП 4 и блока управления мультиплексорами и синхронизации с АЦП 9.
Устройство работает следующим образом:
С помощью персонального компьютера оператором задается схема проведения измерений, включающая в себя количество участвующих электродов от 2 до 16, параметры их коммутации на источник зондирующего тока 2 и измерительный блок 7. После этого эти параметры передаются в блок управления 3, затем в ПЭВМ 1 формируется массив данных, характеризующих форму используемого сигнала (может быть произвольной в диапазоне частот 0-500 кГц, также выбирается оператором). По окончании формирования массива, ПЭВМ переходит в режим приема данных с АЦП 4, а блок управления 3 ожидает команды начала исследования. При поступлении команды оператора, ПК 1 отправляет сигнал запуска в блок управления 3, микроконтроллер БУ формирует сигналы управления аналоговыми ключами в блоке коммутации электродов 5, при этом один из электродов коммутируется на источник зондирующего тока 2, а остальные на измерительный блок 7, после чего с блока управления 3 подается сигнал на запуск работы блока управления мультиплексорами и синхронизации с АЦП 9. В данном блоке 9 запускается генератор импульсных последовательностей, осуществляющий синхронизацию работы АЦП с работой блока мультиплексирования каналов 8. Начинается процесс регистрации сигнала и поступления его в цифровом виде в ПЭВМ 1. Блок мультиплексирования каналов 8 обеспечивает мультиплексирование 16 в 2, т.е. в нем реализованы два мультиплексора 8 в 1. Два выхода блока мультиплексирования поступают на входы двухканального синхронного АЦП 4, обеспечивающего высокую частоту дискретизации (100 МГц на канал). Блок управления мультиплексорами 9 настроен таким образом, что АЦП 4 работает в режиме по 40 МГц на канал, это связано с возможностями мультиплексоров. Таким образом, каждый измерительный канал оцифровывается с частотой 5 МГц, что вполне достаточно для регистрации сигнала с максимальной частотной составляющей равной 500 кГц. Демультиплексирование потока данных и его дальнейшая обработка осуществляется в ПЭВМ 1. Блок управления после запуска работы блока синхронизации осуществляет временную задержку, необходимую для выборки АЦП определенного количества значений, необходимых для построения амплитудных и фазовых спектров. После этого БУ 3 подает сигнал в ПК 1 об окончании первого цикла измерений, затем БУ коммутирует на генератор зондирующего тока 2 следующий электрод, а остальные соединяет с блоком измерения 7 и цикл повторяется. После того как прошли все циклы (от 1 до 16 по выбору оператора), с блока управления поступает сигнал об окончании измерений в ПК, в котором в дальнейшем и происходит обработка полученных данных. Результаты представляются в виде фазовых и амплитудных спектров для дальнейшей интерпретации оператором.