Устройство для определения показателя инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori и система пробоподвода к нему

Устройство для определения показателя инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori и система пробоподвода к нему
Полезные модели относятся к области медицинской измерительной техники, более конкретно - к средствам лабораторной диагностики и могут использоваться для определения показателя инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori.
В настоящее время существуют методы 1-6, позволяющие проводить как качественное определение инфицирования бактерией Helicobacter Pylori, так и количественно оценивать степень инфицирования пациента, но в большинстве своём они основаны на инвазивных методиках.
Известно устройство для определения показателя инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori (фиг.1) 7, содержащее электронно-оптический блок 1, блок 7 аналоговой обработки и усиления, электронно-аналитический блок 8, блок 9 отображения информации. Электронно-оптический блок 1 содержит пробозаборный капилляр 2, систему пробоподвода 3, блок 4 источника излучения, выводящий капилляр 5, блок 6 приёмника оптического излучения. Образец выдыхаемого пациентом воздуха по пробозаборному капилляру 2 поступает в систему пробоподвода 3, в которой на него воздействует излучение от блока источника излучения 4. Исследованный образец по выводящему капилляру 5 выводится из системы пробоподвода. Излучение от компонентов исследуемого воздуха попадает на блок 6 приёмника оптического излучения. Сигналы с выхода блока 6 поступают на вход блока 7 аналоговой обработки и усиления. Выход блока 7 соединён с входом электронно-аналитического блока 8. Выход блока 8 соединён с входом блока 9 отображения информации. В этом устройстве для определения показателя инфицированности пациента,
наиболее близком к предлагаемому, используется дорогостоящий и громоздкий электронно-оптический блок, что является препятствием для использования его как носимого устройства.
В том же приборе используется система пробоподвода, наиболее близкая к предлагаемой. Эта система пробоподвода (фиг.2) содержит пробоподводящий капилляр 10, для подачи проб 11 выдыхаемого воздуха, измерительную камеру 12 и пробовыводящий капилляр 13. В измерительной насадке 12 на исследуемую пробу воздействует излучение 14 7.
При использовании этой системы пробоподвода возникают сложности, поскольку выдыхаемый пациентом воздух имеет значительную влажность, а в некоторых случаях (язва желудка, гастрит) имеет место значительное слюноотделение, усиленное ещё и тем, что обследования проводятся на голодный желудок. Поскольку выдыхаемый воздух пациента прокачивается через систему капилляров и систему пробоподвода, то на стенках последней обязательно появляется конденсат. По этим причинам, при использовании оптических и подавляющего большинства прочих методов исследований возникают значительные помехи, приводящие зачастую к срыву процесса обследования или искажению экспериментальных данных.
Задачей заявляемых полезных моделей является создание устройства для определения показателя инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori, позволяющего достичь технический результат, заключающийся в повышении точности и помехозащищённости при постановке соответствующего диагноза и мониторировании хода лечения, за счёт использования в устройстве более простого датчика и соответствующей системы пробоподвода, расширяющей возможности обследования пациентов с высоким уровнем слюноотделения.
2 Поставленная задача достигается за счёт того, что в устройстве для определения
уровня инфицированности пациента содержащем электронно-оптический блок, выход которого соединён с входом аналоговой обработки и усиления, выход которого соединён с входом электронно-аналитического блока, причём выход последнего соединён с входом блока отображения информации, при этом электронно-оптический блок заменён на измерительный преобразователь, в качестве которого используется электрохимическая ячейка.
Система пробоподвода, содержащая пробоподводящий капилляр, измерительную камеру и пробовыводящий капилляр, дополнена соединительным капилляром, при этом между последним и пробоподводящим капилляром введён коллектор для сбора влаги выдыхаемого пациентом воздуха и слюны.
Заявляемая полезная модель позволяет получать показатель инфицированности пациента Helicobacter pylori неинвазивным методом и представляет собой дыхательный тест. При определении показателя инфицированности пациента Helicobacter pylori на основании определения концентрации аммиака в выдыхаемом воздухе точность постановки диагноза зависит от первоначальной (базальной) концентрации газа. Последняя зависит от таких факторов как курение, употребление алкоголя, возраста, пола и некоторых других. В алгоритме обработки данных заявляемой полезной модели учитываются значения базальной концентрации, специфичные для каждого отдельного пациента, что значительно повышает вероятность постановки объективного диагноза. Точность результатов, получаемых некоторыми методами, также зависит от влажности выдыхаемого воздуха и попадания в измерительное устройство (измерительную насадку, датчик) слюны, что подчас приводит к неприменимости некоторых методов. Система пробоподвода, используемая в предлагаемой полезной модели выполнена по белее устойчивой к подобным воздействиям схеме, позволяя решать поставленную задачу.
3
Заявляемые полезные модели поясняются следующими фигурами: Фигура 1 - блок-схема инфракрасного спектрофотометра (прототип); Фигура 2 - разрез конструкции системы пробоподвода инфракрасного спектрофотометра (прототип);
Фигура 3 - блок-схема заявляемой полезной модели газоанализатора для определения показателя инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori; Фигура 4 - разрез конструкции заявляемой полезной модели системы пробоподвода газоанализатора для определения показателя инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori;
Фигура 5 - сопоставление данных, полученных с использованием различных средств диагностики.
Устройство для определения показателя инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori (фиг. 3), содержит электрохимическую ячейку 15, пробозаборный капилляр 16, систему пробоподвода 17, выводящий капилляр 18, блок 19 аналоговой обработки и усиления, электронно-аналитический блок 20 и блок 21 отображения информации.
Система пробоподвода (фиг. 4) содержит пробоподводящий капилляр 22, коллектор 23 для сбора влаги выдыхаемого пациентом воздуха и слюны, соединительный капилляр 24, измерительную камеру 25 и пробовыводящий капилляр 26.
В системе пробоподвода (прототипе) исследуемые образцы выдыхаемого пациентом воздуха прокачиваются без отделения влаги и слюны. В предлагаемой полезной модели системы пробоподвода влага и слюна из образцов выдыхаемого пациентом воздуха 27 отделяется за счёт использования соответствующего коллектора. По пробоподводящему капилляру 22 исследуемые образцы выдыхаемого пациентом воздуха подводятся к входу коллектора 23 для сбора влаги выдыхаемого пациентом воздуха и слюны. По соединительному капилляру 24 образцы воздуха прокачиваются в сторону измерительной камеры 25, установленной на электрохимической ячейке 15, из
которой выводятся по пробовыводящему капилляру 26.
Устройство для определения показателя инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori работает следующим образом.
Образцы воздуха 27 выдыхаемого пациентом по пробозаборному капилляру 16 поступаю в систему пробоподвода 17. Газообразный аммиак поступает в электрохимическую ячейку 15 диффузионного типа. Сигналы с выхода электрохимической ячейки 15 поступают на вход блока 19 аналоговой обработки и усиления. Сигналы с выхода блока 19 аналоговой обработки и усиления поступают на вход электронно-аналитического блока 20, с выхода которого поступают на вход блока 21 отображения информации. Образцы воздуха 27 выдыхаемого пациентом по выводящему капилляру 18 выводятся из системы пробоподвода.
Принцип работы устройства для определения показателя инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori и
условия измерения
Работа устройства для определения показателя инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori основывается на определении амплитуды импульсов, пропорциональных концентрации аммиака в выдыхаемом пациентом воздухе.
На основании проведённых исследований можно сделать вывод о том, что результатом работы будет являться устройство, позволяющее не более чем за 10 минут определить наличие инфекции Helicobacter pylori у испытуемого. Время исследования по сравнению с наиболее быстрым из применяемых в настоящее время методов («дыхательные тесты) сокращается на 50%, при этом увеличивается достоверность диагностирования. Последнее утверждение основано на апробации макета устройства на 54 пациентах в возрасте от 4 до 18 лет и 15 взрослых (возраст от 20 до 47 лет). При
5
проведении исследования учитываются факторы, влияющие на базальный (начальный) уровень концентрации аммиака в выдыхаемом воздухе, такие как курение, употребление спиртных напитков, беременность. Также с использованием соответствующей системы пробоподвода минимизировано влияние на результат обследования влаги и слюны, находящихся в выдыхаемом воздухе и ротовой полости. Обработка получаемых в ходе исследования данных проводится в режиме реального времени. Программа, реализованная в микрокомпьютере разрабатываемой системы, имеет удобный интерфейс. В процессе обследования необходимые действия врача появляются в виде подсказок на жидкокристаллическом экране (ЖКИ) прибора. Прибор снабжён звуковой и визуальной индикацией последовательности операций с пробой и пациентом.
Исследуемая проба воздуха, выдыхаемого пациентом, прокачивается компрессором через последовательно размещённые пробозаборный капилляр, пробоподводящий и соединительный капилляр между которыми находится коллектор для сбора влаги и слюны, а также измерительную насадку на датчик, к выходу которой присоединён выводящий капилляр. Насос, расположенный в конце тракта пробозабора, создаёт разность давлений и втягивает исследуемый воздух. По пробоподводящему капилляру пробы воздуха попадают в коллектор для сбора слюны и влаги, из которого по соединительному капилляру входят в измерительную насадку на датчик, из которой выводятся по пробовыводящему капилляру. В датчике (электрохимическая ячейка диффузионного типа) происходит химическая реакция.
При попадании в электрохимический датчик выдыхаемого пациентом воздуха, в котором содержится аммиак, происходит химическая реакция, в результате которой возникает электрический ток, сила которого пропорциональна концентрации аммиака. Химическая реакция проходит по следующей формуле: С выхода датчика электрический ток поступает на вход блока аналоговой
обработки и усиления. Блок аналоговой обработки и усиления состоит из системы фильтрации и прецизионного малошумящего усилителя (ОР727). С выхода блока аналоговой обработки и усиления, сигналы поступают на вход электронноаналитического блока.
Электронно-аналитический блок состоит из микроконтроллера (PIC16F73). Микроконтроллер работает по программе, которая обрабатывает поступающие на его вход импульсы, выводит на вход блока отображения информации необходимые операции с пациентом, в последовательности, требуемой для соблюдения методики обследования, а также результат самого обследования.
Блок отображения информации реализован на основе жидкокристаллического индикатора (WH1202 АС).
Блок питания устройства реализован с использованием источника питания постоянного тока.
Микросхема ОР727 представляет собой сдвоенный операционный усилитель с нулевым дрейфом и питанием от униполярного источника, с сигналом с выхода на вход равным напряжению питания. Питание данной микросхемы +5 В. Основные параметры микросхемы приводятся в табл. 1.
Микросхема PIC16F73 представляет собой RISC-микроконтроллер и работает на частотах до 20 МГц. Данная микросхема имеет три канала при разрядности каждого из них 8 бит. Рабочие частоты до 20 МГц удовлетворяют скорости выработки данных блоком аналоговой обработки и усиления. Питание данной микросхемы +5В. Основные параметры приведены в табл. 2.
7
Сдвоенный операционный усилитель
8 Табл. 1 ОР727