ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ДЕФЕКОФЛОУМЕТРИИ

Полезная модель относится к области медицинской техники, а именно к средствам для диагностики нарушений эвакуаторной функции при различных заболеваниях, характеризующихся нарушениями дефекации.
Из уровня техники известны следующие технические решения.
Известен датчик для урофлоуметрии, представляющий собой весовой датчик, состоящий из тензодатчика, выход которого соединен с входом контроллера, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя. Весовой датчик установлен под мочепринимающей воронкой. Струя мочи пациента с переменной скоростью поступает в мочепринимающую воронку и, попадая на ее боковую конусную поверхность, стекает к ее горловине и далее в емкость для сбора мочи. Весовой датчик измеряет динамическое изменение объема жидкости и передает по кабелю в реальном времени это изменение объема жидкости на вход планшетного компьютера в виде графиков объема и скорости прироста веса (массы) выделенной пациентом мочи в единицу времени, которые фиксируются на дисплее планшетного компьютера(патент РФ №127609, 10.05.2013).
Известен датчик для урофлоуметрии, включающий измерительный мост, представляющий собой преобразователь механических движений в электрический сигнал, блок обработки и преобразования, включающий дифференциальный усилитель и дифференциальный элемент, и цистометр, выполненный в виде пьезоэлектрического мостового датчика давления, соединенного с катетером для сбора мочи. Опора с сосудом для сбора мочи механически связана с измерительным мостом. С началом измерения сосуд непрерывно принимает объем мочи, подлежащий измерению. Выходной сигнал измерительного моста пропорционален моментальному значению объема мочи, находящейся в сосуде. Дифференцирующий элемент дифференцирует этот изменяющийся во времени сигнал и получает на основе разностного соотношения объема скорость истечения. В трубке катетера возникает давление, подлежащее замеру, которое при помощи мостового пьезоэлектрического датчика давления преобразуется в электрический сигнал, который подается через усилитель на согласующий фильтр и согласующую схему и далее на регистрирующий прибор, выдающий ленту регистрации (авторское свидетельство СССР №1009271, 30.03.83).
Также известен датчик для урофлоуметрии, представляющий собой весовой датчик, состоящий из тензодатчика, установленного на консольных пружинах, с которой через систему рычагов соединена мембрана, позволяющая измерять одновременно напор и количество мочи. На консольной пружине установлен мочеприемник. Мембрана под действием напора струи мочи отклоняется от своего первоначально заданного положения. По мере накопления в мочеприемнике мочи происходит отклонение консольной пружины от исходного положения, и тензодатчик через усилитель передает сигнал к регистрирующему устройству, записывающему на бумаге диаграмму упругой деформации пружины, соответствующей определенному значению веса мочи в единицу времени и диаграмму упругой деформации пружины, соответствующей определенному значению напора струи мочи в единицу времени (авторское свидетельство СССР №506391, 24.05.1976).
Известные датчики для улофлоуметрии впрямую не могут быть использованы для дефекофлоуметрии с целью оценки эвакуаторной функции прямой кишки. Для корректного их использования необходима перенастройка чувствительности и быстродействия, а в некоторых случаях этого достичь невозможно без изменения их конструкции схемотехнического решения. Для дефекофлоуметрии используется не жидкая, а гелеобразная субстанция, имеющая более высокую плотность, создающая импульсную дискретную нагрузку на датчик и вызывающая высокие скорости изменения объема. Предлагаемое техническое решение весового датчика отличается от известных тем, что он построен на основе регистрации оптического излучения и имеет ряд преимуществ перед вышеперечисленными датчиками. Основным достоинством предложенного датчика является быстродействие, и стабильность во времени, достигаемая использованием обратной связи по оптическому каналу.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в разработке оптического датчика для использования в дефекофлоуанализаторе, эксплуатационные характеристики которого превосходят характеристики аналогов, используемых тензорезисторные или пьезоэлектрические элементы.
Технический результат, обеспечиваемый заявленной полезной моделью, заключается в возможности диагностики нарушений эвакуаторной функции за счет регистрации параметров объемной скорости и объема в акте дефекации, имеющих импульсный характер, а также улучшения технических и эксплуатационных характеристик датчика (быстродействие, стабильность во времени, стойкость к электромагнитным наводкам, температурная стабильность, стойкость к вибрационным и механическим нагрузкам, в том числе импульсного характера) для дефекофлоуметрии.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции оптического датчика для дефекофлоуметрии, включающего основание, на котором закреплена стойка со светодиодом и держатель фотодиода, при этом светодиод размещен напротив фотодиода, соединенного с электронным модулем преобразования сигнала, выполненным с возможностью подключения к ПК, напротив основания установлена силовая пластина, на которой закреплен оптический нож, размещенный между стойкой со светодиодом и держателем фотодиода.
Модуль преобразования сигнала представляет собой электронную схему, состоящую из нормирующего усилителя, фильтра, АЦП, микропроцессора и USB-интерфейса.
Характеристика заявленного датчика по ряду показателей превосходит характеристики аналогов, используемых тензорезистивные или пьезоэлектрические элементы. Тензорезистивные датчики зависят от температурных воздействий, а пьезоэлектрические датчики имеют слабую механическую прочность - слабая способность выдерживать ударные и вибрационные нагрузки. Заявленный датчик освобожден от данных недостатков, кроме того оптический датчик обладает большим быстродействием, необходимым для регистрации акта дефекации, имеющего импульсный характер. Выше перечисленные параметры обеспечивают долговечность конструкции и увеличивают срок службы. Кроме того, повышается временная и температурная стабильности датчика за счет уменьшения воздействующих факторов (вибрации и температуры) на конструкцию оптического датчика.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 - общий вид оптического датчика.
Фиг. 2 - общий вид дефекофлоуметрического комплекса.
Фиг. 3 - общий вид измерительного блока дефекофлоуметрического комплекса.
Фиг. 4 - схема, описывающая принцип работы измерительного блока дефекофлоуметрического комплекса.
Фиг. 5 - схема расположения мембран в оптическом датчике (вид сверху)
Предлагаемый оптический датчик 1 включает в себя основание 2, на котором закреплена посредством гайки 5 стойка 3 для светодиода 4. На том же основании 2 закреплен посредством гайки и шайбы держатель 6 фотодиода 7. Светодиод 4 закреплен на стойке 3 и фотодиод 7 закреплен на держателе 6 таким образом, светодиод 4 расположен напротив фотодиода 7 на одной оси и световой поток 19 от светодиода направлен на фотодиод 7. Напротив основания 2 установлена силовая пластина 8 (поверхность датчика, на которую воздействует измеряемая нагрузка), На ней закреплен оптический нож 9 со скошенным краем. Нож размещен между светодиодом 4 и фотодиодом 7. Мембрана 21 представляет собой собственно силовой датчик, изготовленный в виде закаленной (упругой) металлической пластины, согнутой U-образным способом. Схема расположения мембран 21 отображена на фиг. 5. Изменение интенсивности светового потока 19 от светодиода 4 к фотодиоду 7 происходит за счет прогиба мембраны под воздействием нагрузки, регистрируемой датчиком. Это изменение зависит от степени нагрузки, приложенной к силовой пластине 8.
Датчик установлен в корпусе 1, покрытом герметизирующей пленкой. Корпус датчика 1 закреплен на штативе 11, расположенном под туалетным стулом 12. На корпусе датчика 1 установлена опора 10 для емкости - калоприемника 22, воздействующая на силовую пластину 8.
Конструкция весового датчика служит для объективного нерентгенологического способа оценки процесса дефекации - дефекофлоуметрии. При введении в прямую кишку картофельного крахмала, с последующей имитацией процесса дефекации, с помощью аппаратного комплекса с весовым анализатором, датчик позволяет производить качественно-количественную программную оценку скоростных параметров дефекации, количество эпизодов и остаточного объема крахмала после дефекации.
Принцип работы заявленного оптического датчика поясняется схемой на фиг. 4. Работа датчика основана на регистрации фотодиодом 7 светового потока 19, излучаемого источником света (светодиодом) 4, при этом интенсивность светового потока 19 зависит от степени его перекрытия оптическим ножом 9, в свою очередь зависящее от степени нажатия (нагрузки) на силовую пластину 8 датчика 1. Фотоприемник представляет собой фотодиод 7 и предусилитель фототока. Электрический сигнал, полученный с фотоприемника, поступает на электронный модуль преобразования сигнала. Модуль преобразования сигнала представляет собой электронную схему, размещенную на плате 20, состоящую из нормирующего усилителя 13, фильтра 14, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 15, микропроцессора 16 и USB-интерфейса 17. Преобразованный сигнал через USB-порт передается в компьютер 18, где происходит регистрация весовых и временных характеристик с помощью программного обеспечения, разработанного для описанной установки.