УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ БОЛЬНОГО САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ

Устройство для контроля за состоянием больного сахарным диабетом
Полезная модель относится к медицине, а именно к электронным индивидуальным средствам контроля за состоянием больного сахарным диабетом, в частности, по уровню гликемии в крови.
Аналогом предлагаемой полезной модели является устройство, описанное в источнике /1/. В основе конструкции использована измерительная ячейка с ИК - излучением ближнего спектра. Один из вариантов ячейки реализован на спектрометре инфракрасного диапазона с индиево-сурмяным детектором.
Указанное устройство снабжено вольфрам-галогенным источником и охлажденным до температуры жидкого азота индиево-сурмяным детектором. Луч из прибора через вспомогательный канал направляется и фокусируется на участке кожного покрова, а отраженный - поступает в оптическую секцию. Об уровне гликемии судят по разнице прямого и отраженного сигналов.
Недостаток аналога заключается в необходимости частой переаттестации аппарата, что крайне неудобно для использования, и в достаточно высокой цене. Так, промышленный образец неинвазивного аппарата на ИК - излучении индивидуального типа оценивается в США в 2000 долларов.
Известно - устройство для определения концентрации сахара 121, в котором используется емкостный датчик, подключенный к генератору высокочастотных колебаний. В устройство входят так же: измеритель емкости датчика, детектор , колебательные контуры, индикатор. Емкостной датчик выполнен на прямоугольной электроизоляционной пластине, на поверхности которой расположены электроды плоского конденсатора гребенчатой формы. На электроды нанесено электроизоляционное покрытие. Кроме того, датчик снабжен компенсатором емкости пользователя и конечным выключателем. Устройство по прототипу работает следующим образом.
При касании емкостного датчика исследуемым участком тела (например, пальцем) емкость датчика возрастает, что приводит к изменению резонансных частот колебательных контуров. При этом резонансная частота одного контура приближается к частоте генератора, а другого- удаляется от частоты генератора. Разность высокочастотных напряжений, снимаемых с
МПК6 А61В5/00
колебательных контуров, после детектирования с удвоением напряжения поступает на индикатор-микроамперметр. При достижении давления исследуемого участка тела на емкостный датчик некоторой фиксированной величины срабатывает концевой выключатель. В момент срабатывания концевого выключателя производится отсчет показания индикаторамикроамперметра, по которому судят о величине вносимой емкости и концентрации сахара в крови.
Недостаток конструкции прототипа заключается в малой точности определения значений гликемии.
Способ измерения сахара в крови по диэлектрической проницаемости зависит от точности измерения последней. В прототипе оценка диэлектрической проницаемости производится путем измерения емкости датчика, находящегося в соприкосновении с участком кожи. А емкость датчика измеряется по изменению амплитуд напряжений на двух колебательных контурах, предварительно настроенных симметрично относительно частоты генератора. Снятие показаний осуществляется в момент срабатывания концевого выключателя при наложении датчика на участок тела.
Такой реализации устройства свойственны следующие погрешности. Первая связана с тем, что изменения напряжений на контурах зависят не только от вносимой емкости, но и от активной проводимости, вносимой исследуемым участком тела. Это не учитывается в измерительной схеме прототипа.
Вторая погрешность измерения в прототипе связана с тем, что при осуществлении контакта датчика с телом, наиболее значительные изменения емкости и проводимости происходят в начальный момент времени после касания, а следовательно, результаты измерения зависят от промежутка времени между касанием и срабатыванием концевого выключателя, величина которого в прототипе не контролируется.
В полезную модель устройства введены: дополнительный генератор высокочастотных колебаний, коммутатор, регулируемый усилитель тока, буферный усилитель, аналого-цифровой преобразователь ( АЦП ), вычислитель, двухуровневый компаратор, сигнализатор, синхронизатор, блок регулировки уровней сигнализации. При этом, коммутатор имеет два сигнальных входа, каждый из которых подключен к выходу одного из двух генераторов высокочастотных колебаний. Первый выход вычислителя соединен со входом индикатора и с первым входом двухуровневого компаратора, второй выход вычислителя соединен с управляющим входом регулируемого усилителя тока, информационный вход вычислителя соединен с
выходом АЦП. Первый же выход емкостного датчика соединен со входом буферного усилителя, а его второй выход соединен со входом синхронизатора. Первый выход синхронизатора соединен с управляющим входом коммутатора. Второй выход синхронизатора подсоединен к тактовому входу АЦП , а третий - к тактовому входу вычислителя. Двухуровневый компаратор вторым и третьим входами соединен с соответствующими выходами блока регулировки уровней сигнализации гипо- и гипергликемии.
В предлагаемой полезной модели точность измерения емкости повышается за счет введения средств, обеспечивающих учет обеих составляющихкомплексногосопротивленияучасткатела
(дополнительный генератор и соответствующие блоки обработки сигналов).
Емкость в предлагаемой полезной модели вычисляется по величинам напряжений, измеренных в емкостном датчике на двух частотах, что позволяет устранить влияние активной составляющей комплексной проводимости исследуемого участка тела на результаты измерения емкости. Таким образом, значительно уменьшается первая погрешность измерения по прототипу.
Вторая погрешность в предлагаемой полезной модели снижается тем, что измерения емкости датчика производятся в моменты времени, удаленные от момента срабатывания концевого выключателя, что значительно снижает влияние нестабильности временного промежутка от начала касания до момента измерения.
Значения величин сахара в крови индивидуального пользователя в предлагаемой полезной модели устройства для контроля за состоянием больного сахарный диабетом определяются по функциональной зависимости между емкостью и уровнем гликемии, хранимой в вычислителе.
Границы уровней гликемии, при которых пользователю подаются сигналы тревоги, устанавливаются самим пользователем с помощью блока регулировки уровней сигнализации после консультации с лечащим врачом.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства полезной модели , где :
1- генератор высокочастотных колебаний;
2- емкостный датчик с концевым выключателем;
3- детектор;
4- индикатор;
3
5- дополнительный генератор высокочастотных колебаний;
6- коммутатор;
7- регулируемый усилитель тока;
8- буферный усилитель;
9- аналого-цифровой преобразователь;
10-вычислитель;
11- двухуровневый компаратор;
12- сигнализатор;
13- синхронизатор;
14- блок регулировки уровней сигнализации.
На фиг.2 представлена принципиальная схема полезной модели устройства для контроля за состоянием больного сахарным диабетом. На фиг.З - блок - схема устройства - прототипа, где
15- резонансный измеритель емкости;
16- 1, 16 - 2 - колебательные контуры.
В устройстве полезной модели по блок-схеме на фиг. 1. выходы высокочастотного генератора 1 и дополнительного генератора высокочастотных колебаний 5 соединены с первым и вторым входами коммутатора 6, выход которого подключен к первому входу регулируемого усилителя тока 7. Выход регулируемого усилителя тока соединен с входом емкостного датчика 2, первый выход которого через буферный усилитель 8 подключен к входу детектора 3. Выход детектора, в свою очередь, соединен с сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя 9, выходная шина которого соединена с информационным входом вычислителя 10. Первая выходная шина вычислителя 10 подключена к управляющему входу регулируемого усилителя тока 7. Вторя выходная шина вычислителя 10 подключена ко входу индикатора 4 и к первому входу двухуровневого компаратора 11, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока регулировки уровней сигнализации 14. Выход двухуровневого компаратора 11 подсоединен ко входу сигнализатора 12.
Первый, второй и третий выходы синхронизатора 13 соединены соответственно с управляющим входом коммутатора 6, тактовым входом вычислителя 10 и тактовым входом аналого-цифрового преобразователя 9, а вход синхронизатора 13 соединен со вторым выходом емкостного датчика 2.
Устройство полезной модели работает следующим образом. Генераторы высокочастотных колебаний 1 и 5 формируют на каждом выходе гармонические напряжения с заданной частотой и постоянной амплитудой. Коммутатор 6 осуществляет последовательное во времени подключение одного из двух выходных напряжений генераторов 1 и 5 ко входам регулируемого усилителя тока 7. Регулируемый усилитель тока 7 преобразует выходное напряжение коммутатора 6 в ток , величина которого задается управляющим сигналом с первого выхода вычислителя 10. При соприкосновеннии поверхности емкостного датчика 2 с участком тела меняются полная проводимость датчика и величина напряжения, обусловленного протекающим через него высокочастотным током. При этом величины изменений напряжений будут зависеть от частоты сигнала и диэлектрической проницаемости крови пользователя , связанной с процентом содержания сахара в ней.
Напряжение, снимаемое с обкладок емкостного датчика 2 , через буферный усилитель 8 подается на детектор 3, выходное напряжение которого пропорционально амплитуде высокочастотного напряжения на электродах емкостного датчика 2. Для последующей обработки величина напряжения с выхода детектора 3 преобразуется в числовую форму с помощью АЦП 9, и поступает в вычислитель 10, в котором производится функциональное преобразование получаемых отсчетов в величину, пропорциональную уровню гликемии пользователя.
Полученное значение гликемии индицируется с помощью индикатора 4. Кроме того, величина пропорциональная уровню гликемии со второго выхода вычислителя 10 поступает на первый вход двухуровневого компаратора 11, на второй вход которого подается пороговый сигнал тревоги при гипогликемии, а на третий вход - пороговый сигнал тревоги при гипергликемии. Сигнализатор 12 подает сигнал тревоги двух видов: в зависимости от превышения того или иного порога гликемии ( гипо или гипер). При напряжениях между порогами срабатывания сигналы  тревога отсутствуют, что свидетельствует о норме гликемии.
Для оптимизации величины тока, подаваемого на электроды измерительного датчика 2, в соответствии с индивидуальными особенностями электрофизических характеристик исследуемого участка тела пользователя, в вычислителе 10 осуществляется соответствующее функциональное преобразование результатов измерения и сформированная величина в виде цифрового кода подается на управляющий вход регулируемого усилителя тока 7. Синхронизация работы с коммутатора 6 и вычислителя 10 производится подачей соответствующих сигналов с выходов синхронизатора 13. Установка порогов гликемии для формирования сигналов тревоги осуществляется набором нужного кода на наборном пульте в блоке регулировки уровней сигнализации 14 в процессе индивидуальной настройки. Индивидуальная настройка устройства полезной модели производится путем одновременного измерения гликемии на предлагаемом устройстве и с помощью точного инвазивного метода, с последующим введением полученных данных точного измерения в вычислитель 10 с целью корректировки параметров функционального преобразования. Индивидуальная настройка осуществляется перед началом использования прибора и при необходимости повторяется через 3-4 месяца. Конкретный вариант реализации полезной модели устройства приведен на схемах фиг. 2. Генератор высокочастотных колебаний 1 выполнен по схеме емкостной трехточки на элементах VT1, Rl, R2, R3, Cl ,C2, Q1. Дополнительный генератор 5 выполнен аналогично на элемента VT2, R5, R6, R7, СЗ, C4,Q2. Частоты колебаний первого и второго генераторов различаются между собой. Коммутатор 4 представляет собой аналоговый ключ КР590 КНЗ ( А1, фиг.2). Регулируемый усилитель тока 7 выполнен по схеме усилителя мощности на элементах VT3, VT4, VD1,VD2, R8, R9, переключаемого токозадающего сопротивления на резисторах R15-:-R22 и аналоговом ключе А2 ( применена микросхема КР590 КН1). Конструкция емкостного датчика 2 с концевым выключателем может быть такой же| как в прототипе. Буферный усилитель 8 выполнен в виде неинвертирующего усилителя напряжения на микросхеме A3 ( операционный усилитель 544 УД2А). Детектор 3 выполнен по обычной схеме амплитудного детектора с удвоением напряжения на диодах VD3, VD4. АЦП 9 выполнен по стандартной схеме ( например, на интегральной схеме К572ПВ1, описанной в справочнике Аналоговые и цифровые микросхемы, под ред. С.В. Якубовского, М, Радио и связь, 1984, с. 359). Вычислитель 10 реализован на микроконтроллере серии КР 1816 ( см. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем., под ред. В.А. Шахова,- М, Радио и связь, 1988, т. 2, гл. 20 ). Индикатор 4 - жидкокристаллический цифровой индикатор типа ИЖЦ 2 -5/7. Блок регулировки уровней сигнализации 14 выполнен на цифровом интегральном счетчике D1 ( фиг.2) типа К561 ИЕ 10 и части микросхемы D5
(D5.3, D5.4). При нажатии кнопок КН1 или КН2 на счетные входы соответствующих частей микросхемы D1 поступают импульсы от мультивибратора на элементах D5.3, D5.4. В результате изменяются коды на выходах соответствующих частей счетчика, которые используются как пороговые уровни сигналов тревога. Двухуровневый компаратор 11 собран на микросхемах D2, D3 ( К 564 ИП2), представляющих собой цифровые компараторы , в которых результат измерения в виде цифрового кода сравнивается с соответствующим порогом. Сигнализатор 12 состоит из двух частей - звуковой и визуальной. Микросхема D4.1 ( типа К561 ЛЕЗ) объединяет по функции  ИЛИ  оба сигнала тревоги с выхода каждого цифрового компаратора и выдает сигнал разрешения на звуковую сигнализацию. При этом мультивибратор на элементах D4.2, D5.2 генерирует колебания звуковой частоты , усиливаемые транзистором VT7 и излучаемые звуковым элементом В1. При превышении верхнего установленного порога транзистор VT5 открывается и загорается светоизлучающий диод VD5.
Аналогично загорается светодиод VD6, когда величина измеренного уровня гликемии меньше нижнего порога допустимого интервала изменений гликемии. Синхронизатор 13 обеспечивает формирование необходимых запускающих и синхронизирующих импульсов для работы остальных узлов схемы . Он содержит кварцевый генератор (D5.5,D5.6,Q3), двоичный счетчик D7 (К561 ИЕ16) и триггер D6 (К561 ТМ2). На вход С триггера D6.1 поступает перепад напряжения с концевого выключателя измерительного датчика 2, изменяя состояние триггера При этом начинает работать счетчик D7, с вывода 7 которого снимается управляющий сигнал для коммутатора А1. С вывода 9 счетчика D7 снимаются тактирующие импульсы, необходимые для работы вычислителя 10. Для формирования запускающих импульсов на АЦП 9 сигнал с вывода счетчика D7 подается на вход С триггера D6.2, устанавливая его в состояние логической 1. Импульсом тактовой частоты с вывода 9 D7 триггер D6.2 сбрасывается в состояние логического О. При появлении на выводе 3 счетчика D7 соответствующего сигнала триггер D6.1 опрокидывается в исходное состояние и цикл измерения заканчивается.
Для проведения измерений на предлагаемой модели устройства для контроля за остоянием больного сахарным диабетом необходимо выполнять следующие предварительные правила:
-перед каждым замером гликемии рабочая поверхность емкостного датчика и кожная поверхность участка тела протираются спиртом с последующим просыханием в течении тридцати секунд;
-измерение гликемии должно проводиться в комфортной обстановке по температуре ( 18 - 25 град. Ц, влажности не превышающей 80%).