ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Предполагаемая полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для определения физиологического состояния репродуктивной системы женщин.
7
Известно устройство для полярографических исследований катионного состава электролитов (см., например, патент РФ №2193861 с приоритетом от 05.01.2001, МПК: А61В 5/05, G01N 33/487), содержащее корпус, выполненный в виде стакана из диэлектрика - эпоксидного компаунда, в котором укреплены два электрода из химически нейтрального материала, причем по периметру стакана выполнен буртик, а электроды посредством токопроводящего клея закреплены на контактных площадках на основании стакана, выполненном в виде стеклотекстолитовой подложки, при этом активная поверхность одного из электродов в 30-100 раз меньше активной поверхности другого электрода.
Такое устройство обеспечивает возможность исследования катионного состава электролитов, например в слюне, причем за счет буртиков позволяет обеспечить удержание исследуемого электролита в емкости, в которой расположены электроды, однако с его помощью не представляется возможным измерять раздельно, без применения особых фоновых растворов, диффузные токи, вызываемые наличием в этой слюне натрием и калием, концентрация которого в данном случае является определяющим параметром исследований.
Наиболее близким аналогом-прототипом является устройство контроля физиологического состояния организма человека, включающее находящиеся в эпоксидном компаунде два электрода из нейтрального материала-стеклоуглерода СУ-2000 с активными поверхностями датчика-анализатора, соединенного с усилителем, блок индикации, источник опорного напряжения, а также
7
блок управления, два микроконтроллера и интегрирующее звено, через которое усилитель выходом соединен со входом первого микроконтроллера, выходом подключенного ко входу блока индикации, причем датчик-анализатор через второй микроконтроллер соединен с источником опорного напряжения, подключенным к соответствующим входам первого микроконтроллера и блока управления, соответствующими выходами соединенного с управляющими входами усилителя, первого микроконтроллера и блока индикации (см., например, патент РФ №2193862 с приоритетом от 05.01.2001, МПК: А61В 5/05).
Известное устройство обеспечивает возможность определения концентрации калия, например в слюне пациента, непосредственно во время измерения.
Задача полезной модели состоит в усовершенствовании известного устройства с учетом результатов исследований полярной проводимости слизистых выделений, например, слюны.
Сущность полезной модели состоит в том, что в диагностическом устройстве, содержащем изолированные друг от друга электроды, торцами установленные заподлицо к рабочей поверхности и перпендикулярно ей и связанные с блоком питания и с блоком обработки сигналов, группой выходов соединенной с блоком индикации, первый электрод выполнен в виде полого цилиндра, а второй электрод выполнен в виде цилиндрического стержня, соосно размещенного в полости первого цилиндра, при этом первый и второй электроды торцами, противоположными торцам, выходящим к рабочей поверхности, соединены, например, с помощью токопроводящего клея, с первыми входами соответственно системы обработки сигналов и блока питания, причем диаметры наружной окружности и полости цилиндра первого электрода и диаметр окружности цилиндра второго электрода выбраны равными соответственно:
1
2
2
3
3
D=D+δ, D=D+δ и D=(1,0-10,0) мм,
1
2
3
где D - диаметр наружной окружности цилиндра первого электрода, D - диаметр цилиндрической полости первого электрода, D - диаметр окружности цилиндра второго электрода, δ=(2,0-20,0) мм, электроды вместе с системой обработки сигналов, вторым входом подключенной ко второму выходу блока питания, залиты компаундом, например эпоксидной смолой, из которой сформирована также рабочая поверхность, причем третий вход системы обработки сигналов соединен со входом диагностического устройства.
Известно, что окно овуляции в менструальном цикле и, соответственно, способность яйцеклетки к оплодотворению характеризуется существенным увеличением концентрации калия в слюне женщин (см., например, Ж.С.Арутюнян и др. О диагностической ценности определения электролитов в слюне у женщин «с необъяснимым бесплодием». Актуальные вопросы гинекологической эндокринологии, Ереван, 1989).
Действие диагностического устройства основано (см., например, Гейровский Я., Кута Я. Основы полярографии, пер. с чеш. М. 1965) на определении при проведении процесса окисления-восстановления раствора (в данном случае, например, слюны) величины электролитического (диффузионного) разрядного тока, зависящего (пропорционально) от концентрации в растворе ионов (в данном случае ионов калия), диффундирующих к поверхности поляризуемого электрода.
Предложенное диагностическое устройство обеспечивает возможность соответствующего увеличению концентрации калия в слюне повышения величины разрядного тока относительно порогового значения.
Относительно существенности вышеуказанных количественных признаков устройства можно указать, что эти признаки, определяя его (устройства) габариты, устанавливают также
допустимый, ограниченный функциональными возможностями использования данного диагностического устройства диапазон расстояний между электродами.
Так, известно, что при прохождении электрического тока через электролит величину силы тока (i) можно получить (см., например, Н.И.Карякин и др. «Краткий справочник по физике». Изд. «Высшая школа», М., 1964, с.с.194 и 199) в виде:
где λ - эквивалентная электропроводность; η - эквивалентная концентрация растворенного вещества в объеме растворителя, а Е - напряженность поля.
При этом (см., например, Н.И.Карякин и др. «Краткий справочник по физике», Изд. «Высшая школа», М., 1964, с.187)
где U - разность потенциалов (в нашем случае создаваемых электродами устройства), a L - расстояние между этими электродами.
Тогда (после соответствующей подстановки) имеем:
Отсюда следует, что величина силы тока при электролизе пропорциональна концентрации диффундирующего вещества (в данном случае калия) и обратно пропорциональна расстоянию между электродами, а с увеличением расстояния между пластинами-электродами уменьшается и величина силы тока.
Очевидно, что при одинаковых объемах электролита (количестве слюны, выделенной для соответствующего тестирования), при разных поверхностях его распределения (разных расстояниях между электродами) концентрация калия будет уменьшаться пропорционально расстоянию между пластинами.
В аналогичном устройстве (см., например, л.3 описания к вышеуказанному патенту РФ №2193862), вызванный достаточной концентрацией калия, хорошо выраженный диффузионный ток дает потенциал полуволны равный - 2,17В.
Такой (максимальный) потенциал может быть получен при минимальном расстоянии между электродами (в нашем случае при δ/2=1 мм).
Поскольку в соответствии с вышеприведенным для δ соотношением расстояние между электродами может соответственно изменяться в 10 раз, при увеличении этого расстояния пропорционально уменьшается и величина силы тока и соответствующий потенциал при δ/2=10 мм будет составлять - 0,217В, причем эта величина несколько выше указанного в качестве нижнего порога потенциала диффузного тока, составляющего - 0,180В (см., например, л.4 описания к патенту РФ №2193862), что подтверждает работоспособность устройства и при этом варианте его реализации.
Таким образом, возможность получения указанного технического результата обеспечивается во всем диапазоне приведенных величин δ.
На фиг.1 приведена функциональная схема диагностического устройства, на фиг.2 показана блок-схема блока питания, а на фиг.3 представлена блок-схема системы обработки сигнала.
1
1
2
2
Диагностическое устройство содержит (фиг.1) электрод 1, выполненный в виде полого цилиндра, в полости 2 которого соосно установлен электрод 3, выполненный в виде цилиндрического стержня. Электроды 1 и 3 торцами 1 и 3, соответственно, установлены заподлицо с рабочей поверхностью 4 и перпендикулярно ей. Электрод 3 своим торцем 3 с помощью токопроводящего клея, например клея «Контактол», соединен с первым (плюсовым) выходом блока 5 питания, электрод 1 своим торцем 1 с помощью токопроводящего клея соединен с первым входом системы 6
1
1
обработки сигналов. При этом электроды 1 и 3 и система 6 обработки сигналов залиты компаундом (на фиг. не обозначен), например эпоксидной смолой, из которой сформирована в виде отшлифованной и отполированной плоскости рабочая поверхность 4 диагностического устройства, причем торцы 1 и 3 соответственно электродов 1 и 3, установленные заподлицо с рабочей поверхностью 4, также соответственно отшлифованы и отполированы.
Электроды 1 и 3 выполнены из стеклоуглерода, например марки СУ-2000, при этом диаметры наружной окружности и полости 2 цилиндра электрода 1 и диаметр окружности цилиндра электрода 3 выбраны равными соответственно:
1
2
2
3
3
D=D+δ, D=D+δ и D=(1,0-10,0) мм,
1
2
3
где D - диаметр наружной окружности цилиндра электрода 1, D - диаметр цилиндрической полости 2 электрода 1, D - диаметр окружности цилиндра электрода 3, δ=(2,0-20,0) мм.
В качестве материала компаунда выбрана эпоксидная смола (см., например, патент РФ №2193861).
Первый вход системы 6 обработки сигналов подключен ко второму (минусовому) выходу блока 5 питания, при этом вторым входом система 6 обработки сигналов соединена с выходом электрода 1, выходом подключена к управляющему входу блока 5 питания, группой выходов соединена с группой входов блока 7 индикации, а третьим входом подключена ко входу диагностического устройства.
Блок 5 питания содержит (фиг.2) последовательно соединенные аккумулятор 8 и стабилизатор 9 напряжения, вход которого соединен с управляющим входом, а первый и второй выходы подключены к соответствующим входу и выходам блока 5 питания. При этом аккумулятор 8 выходом соединен со вторым входом стабилизатора 9 напряжения и выполнен в виде соответственно аккумулятора типа LR44, а стабилизатор 9 напряжения выполнен в виде микросхемы LP-2980 IM5 (см., например, www.elfa.se).
Система 6 обработки сигналов (фиг.2) содержит блок 10 согласования, выходом подключенный к первому входу микроконтроллера 11, при этом блок 10 согласования своим входом соединен с первым входом системы 6 обработки сигналов, микроконтроллер 11 своими вторым входом и выходом соответственно подключен ко второму входу и к выходу системы 6 обработки сигналов, группой входов соединенной с группой выходов микроконтроллера 11. При этом блок 10 согласования выполнен в виде схемы предварительных усилителей напряжения, например интегрального усилителя TDA 2002 (SGS) (см., например, У.Титце и К.Шенк «Полупроводниковая схемотехника», Москва, «Мир», 1982, с.с.248-249), а микроконтроллер 11 выполнен в виде микросхемы ATTINY 15L-1SI (см., например, www.atmel.com).
Кроме того, блок 7 индикации выполнен, например, в виде схемы из параллельно включенных светодиодов зеленого и красного свечения (на фиг. не показаны), причем красный светодиод соединен с первым входом, а зеленый светодиод подключен ко второму входу группы входов блока 7 индикации.
Диагностическое устройство работает следующим образом:
При нанесении на рабочую поверхность 4 слюны тестируемой женщины ионы (в данном случае ионы калия) исследуемого вещества (деполяризатора) начинают разряжаться и вблизи поляризуемого электрода 3 их концентрация падает, что вызывает диффузию ионов к этому электроду и, как следствие, появление в цепи электролитического (диффузионного) тока, предельное значение которого пропорционально исходной концентрации деполяризатора.
Снимаемое с электродов 1 и 3 напряжение поступает в систему 6 обработки сигналов и в зависимости от поступающего от микроконтроллера 11 на выход системы 6 обработки сигнала блок 7 индикации выдает информацию о наличии или отсутствии овуляции у тестируемой.
При этом в соответствии с настройкой диагностического устройства (с помощью микроконтроллера 11) при включении устройства: однократное включение - выключение красного индикатора, например, означает отсутствие или недостаточное количество слюны на рабочей поверхности 4, включение зеленого индикатора, например, означает, что слюны достаточно и можно проводить тестирование, его мигание соответствует, например, случаю отсутствия овуляции, а многократное включение-выключение красного индикатора, например, свидетельствует о наличии овуляции у тестируемой.