УСТРОЙСТВО ДЛЯ КВЧ-ДИАГНОСТИКИ

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам, аппаратам, комплексам для диагностики.
Известно «Устройство для исследования объектов КВЧ-воздействием» [патент RU №2108058], включающее генератор миллиметрового диапазона электромагнитных волн и приемник радиоотклика объекта, излучающую и приемную антенны, соединенные через объект посредством радиоволновой связи. В него введен контактирующий с исследуемым объектом поршневой узел, образованный приемной антенной-аппликатором приемника, служащий поршнем, и полым цилиндром из радиопрозрачного материала с длиной по образующей не меньше поперечного размера приемной антенны-аппликатора, со сменным вкладышем в нем из несмачиваемого радиопрозрачного материала, преимущественно, в форме стакана. Приемник выполнен в виде радиометра длинноволновой части СВЧ-диапазона - сантиметрового, дециметрового, метрового и/или радиодиапазона.
Однако, данное устройство могло функционировать только в условиях изолированного бокса, что значительно повышает стоимость устройства на 8-10 тыс. долларов.
Известен также «Диагностирующий лечебный комплекс с электромагнитным излучением» [патент RU №2226116]. Он содержит КВЧ-генератор с широкополосной антенной, приемник электромагнитного сигнала, блок питания, ЭВМ, пульт управления, включающий контроллер. Данное устройство отличается тем, что в него введен программируемый источник питания, соединенный со входом КВЧ-генератора, в качестве приемника электромагнитного сигнала используют приемную антенну, соединенную с СВЧ-радиометром, выполненным с дешифратором команд управления коэффициентом усиления на СВЧ, постоянной времени накопления и
динамическим диапазоном выходных сигналов. Пульт управления дополнительно включает аналого-цифровой преобразователь, клавиатуру и шину команд для соединения контроллера с дешифратором и программируемым источником питания. Аналоговый выход радиометра соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, связанного с контроллером, с которым связаны также клавиатура и ЭВМ. Последняя соединена коаксиальной линией для передачи данных в последовательном коде и оснащена операционной системой для анализа фрагментов спектра измеряемого сигнала и сравнения его с образцами из библиотеки эталонов, причем все блоки комплекса, за исключением ЭВМ, помещены в экранирующий электромагнитное излучение бокс.
Данный комплекс имеет тот же недостаток, что и предыдущее устройство.
Наиболее близким к заявляемому устройству является «Аналитическое устройство для исследования биообъектов» [патент RU №24794]. Оно включает в себя излучатель электромагнитных колебаний в виде КВЧ генератора и антенны, приемник электромагнитного сигнала в виде СВЧ радиометра с аппликаторной антенной, блок питания анализирующего устройства, пульт управления, содержащий контроллер, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), клавиатуру, блок звуковой сигнализации, блок световой сигнализации, источник питания пульта управления, шину команд, ЭВМ и программируемый источник питания, соединенный с излучателем электромагнитных колебаний. Шина команд соединяет контроллер с программируемым источником питания. ЭВМ соединена с контроллером, СВЧ радиометр - с АЦП, Все элементы аналитического устройства, кроме ЭВМ, помещены в экранирующий бокс. Аналитическое устройство дополнительно имеет дешифратор, введенный в СВЧ радиометр и соединенный с контроллером шиной команд.
Однако, данное аналитическое устройство также может обеспечивать нормальную работу только при условии помещения аналитического устройства в специальный бокс.
Задачей заявляемой полезной модели является уменьшение размеров комплекса за счет устранения бокса при стабильном обеспечении снимаемых достоверных параметров.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для КВЧ-диагностики, содержащее источник питания, КВЧ-генератор с излучающей широкополосной антенной, ЭВМ, контроллер с аналого-цифровым преобразователем, приемник электромагнитного сигнала, содержащий приемную антенну аппликаторного типа, соединенную коаксиальным фидером с СВЧ-радиометром, включающем дешифратор команд управления коэффициентом усиления и постоянной времени накопления, соединенным с контроллером шиной управления, причем аналоговый выход СВЧ-радиометра соединен с входом аналого-цифрового преобразователя контроллера, с которым связана ЭВМ с помощью линии для передачи данных в последовательном коде и операционной системой для анализа измеряемого сигнала и сравнения его с образцами из библиотеки эталонов, имеет петлю электромагнитной обратной связи, соединяющую коаксиальный фидер и вход питания КВЧ-генератора, причем аппликаторная антенна, петля электромагнитной обратной связи, КВЧ-генератор и излучающая широкополосная антенна объединены в единый корпус-модуль и жестко соединены в нем.
Кроме того, устройство для КВЧ-диагностики имеет модулятор тока питания КВЧ-генератора, также введенный в корпус-модуль и соединяющий выход источника питания со входом питания КВЧ-генератора.
Заявляется также устройство для КВЧ-диагностики, в котором петля электромагнитной связи, модулятор и другие элементы, перечисленные в выше названных признаках, объединенные в едином корпусе-модуле, жестко соединены в нем посредством держателя в виде теплоотвода.
Кроме того, в качестве излучающей широкополосной антенны использована рупорная антенна.
Заявляется также устройство для КВЧ-диагностики, в котором петля электромагнитной обратной связи выполнена в виде проволочной незамкнутой перемычки, которая одним концом соединена с входом КВЧ-генератора, а
другой ее конец закончен незамкнутым витком, жестко намотанным поверх диэлектрической оболочки фидера.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является исключение экранирующего бокса из конструкции комплекса и, следовательно, решение проблемы миниатюризации устройства. Это стало возможным за счет значительного возрастания, примерно в 1000 раз, уровня полезного сигнала на входе СВЧ-радиометра, что привело к увеличению отношения «сигнал-шум» до желаемого уровня и позволило пренебречь воздействием внешних электромагнитных помех. Это стало достижимым в связи с введением петли обратной связи, модулятора и совместной компоновки ряда перечисленных приемно-излучающих элементов в единый корпус-модуль, где они геометрически и механически жестко связаны в нем.
Другим техническим результатом заявляемого устройства является повышение стабильности регистрируемых параметров пациента, независимо от внешних условий. Это качество было недостижимым в наиболее близком аналоге и предыдущих аналогах, разработанных этим же авторским коллективом, и в ряде решений других авторов, несмотря на разнообразные попытки совершенствования эксплуатации комплексов. При любом перемещении врача или пациента внутри экранирующего бокса возникала неудовлетворительная повторяемость параметров у одного и того же пациента (отсутствие стабильности и повторяемости параметров). Признаки, внесенные в отличительную часть настоящей полезной модели, наряду с вышеизложенными и характерными и для наиболее близкого аналога, позволили изменить ситуацию и считать данный комплекс удовлетворяющим требованиям, предъявляемым к диагностическому оборудованию.
Данный технический результат был получен в результате серьезной экспериментальной проработки ряда проблем, изложенных выше, а именно - отсутствие высокой повторяемости результатов, упрощение технологии снятия параметров медицинским персоналом, решение проблемы сервиса доставки медицинского оборудования к постели больного, а не наоборот.
Признаки, выраженные в отличительной части формулы, оказались значимыми и повлияли на технический результат, устранив недостатки, имевшие место в наиболее близком аналоге и предшествующих аналогах.
Заявляемое устройство для КВЧ-диагностики поясняется с помощью фиг., где цифрами обозначены:
1 - ЭВМ,
2 - СВЧ-радиометр,
3 - дешифратор команд,
4 - аппликаторная антенна,
5 - коаксиальный фидер,
6 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП),
7 - контроллер,
8 - широкополосная излучающая антенна,
9 - КВЧ-генератор,
10 - модулятор тока питания КВЧ-генератора,
11 - петля обратной связи;
12 - шина команд;
13 - источник питания;
14 - корпус-модуль.
Заявляемое устройство состоит из ЭВМ 1, СВЧ-радиометра - 2 с дешифратором команд 3, вход которого соединен с аппликатроной антенной 4 с помощью коаксиального фидера 5, а аналоговый выход СВЧ-радиометра 2 подключен к входу аналогово-цифрового преобразователя - АЦП 6 контроллера 7 широкополосной излучающей антенны 8, соединенной с выходом КВЧ-генератора 9, вход питания которого подключен к выходу модулятора 10 источника питания 13, выход которого соединен со входом модулятора 10, петли обратной связи 11, соединяющей коаксиальный фидер 5 и выход модулятора 10. Аппликаторная антенна 4, петля электромагнитной обратной связи 11, КВЧ-генератор 9 и широкополосная излучающая антенна 8 объединены в единый корпус-модуль 14 и жестко соединены в нем.
В отличие от модулятора, входящего в состав СВЧ-радиометра 2, модулятор 10 обеспечивает изменение режима питания активного элемента
КВЧ-генератора 9, приводящего к обогащению спектрального состава выходного сигнала КВЧ-генератора. Управляющие выходы контроллера 7 соединены с шиной команд 12, которая служит для передачи команд управления дешифратору команд 3, входящего в состав СВЧ-радиометра 2. Шина команд 12 соединяет входы дешифратора команд 3 и выход контроллера 7. ЭВМ 1 соединена с контроллером 7 линией, содержащей четыре витые пары, расположенные в общей экранирующей оболочке для передачи данных в последовательном коде. В заявляемом диагностирующем комплексе управляемыми элементами являются: СВЧ-ралиометр 2, контроллер 7. Чувствительность диагностирующего комплекса определяется чувствительностью СВЧ-радиометра 2 и конструкцией аппликаторной антенны 4 и в опытном образце достигнут уровень чувствительности не менее 10-15 Вт. Дешифратор команд 3 предназначен для управления такими параметрами СВЧ-радиометра 2, как коэффициент усиления и время накопления сигнала. Аппликаторная антенна 4 и входные цепи СВЧ-радиометра 2 рассчитаны для диапазона принимаемых частот от 985 до 1015 МГц. Принципы построения СВЧ-радиометров модуляционного типа, описанные в литературе, распространяются на данный образец СВЧ-радиометра 2.
Заявляемое устройство для КВЧ-диагностики работает следующим образом.
Работа начинается с подключения к питающей сети, после этого все блоки достигают рабочего состояния за время порядка 20 минут. С помощью ЭВМ 1 осуществляют выбор режима работы из набора имеющихся в наличии под решаемую задачу. С выхода источника питания 13 стабилизированное напряжение порядка 20В поступает на модулятор 10, с выхода которого промодулированное напряжение питания поступает на КВЧ-генератор 9. Излучаемый КВЧ генератором спектр частот поступает па широкополосную излучающую антенну рупорного типа 8, которая направляется на область, выбранную для исследования тела обследуемого пациента. Индуцированный в теле - водосодержащем объекте радиоотклик в СВЧ диапазоне принимается аппликаторной антенной 4, связанной с широкополосной рупорной антенной 8. Сигнал с выхода аппликаторной антенны 4 через коаксиальный фидер 5
поступает на вход СВЧ-радиометра 2 для дальнейшей обработки. Кроме того, коаксиальный фидер 5 связан с входом питания КВЧ генератора с помощью петли обратной связи 11. Она представляет собой, например, проволочную незамкнутую перемычку, которая одним концом соединена с входом питания КВЧ-генератора, а другой конец ее заканчивается одним-двумя витками жестко намотанными поверх диэлектрической защитной оболочки фидера.
Включаемый в схему заявляемого устройства модулятор 10 предназначен для модуляции тока питания активного элемента КВЧ-генератора, например, лавинно-пролетного диода.
Сигнал на входе СВЧ-радиометра 2 преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное мощности принимаемого сигнала, несущего информацию об интенсивности биохимического процесса исследуемой ткани, находящейся в исследуемой зоне тела пациента. Сигнал поступает на вход АЦП 6, входящего в состав контроллера 7, где преобразуется в цифровую форму и запоминается, после чего контроллер 7 передает полученную информацию в область памяти ЭВМ для дальнейшей обработки. На стандартном дисплее ЭВМ отображается информация об окончании процесса измерения.
Изложенное выше демонстрирует назначение каждого из узлов, входящих в заявляемое устройство для КВЧ-диагностики.
В зависимости от конкретной медицинской задачи оператор выполняет те или иные действия и получает информацию о физиологическом состоянии организма.
Заявляемое устройство для КВЧ-диагностики в виде опытного образца проходит апробацию и демонстрирует работоспособность и соответствие заданным параметрам.
На комплекс, являющийся реализацией данной полезной модели, выдан сертификат № РОСС RU. ИМ18.В0013, от 21.11.2005.