МУЛЬТИЭЛЕКТРОДНЫЙ КОЖНОИМПЕДАНСНЫЙ СКАНЕР ДЛЯ АУРИКУЛЯРНОЙ ДИАГНОСТИКИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ТОЧЕК ЧЕЛОВЕКА

Мультиэлектродный кожноимпедансный сканер для аурикулярной диагностики биологически активных точек человека
Полезная модель относится к медицинской технике, в частности к устройствам для электропунктуры с многоконтактными активными электродами и может быть использована в диагностике посредством измерения электрического сопротивления при воздействии электрическим током на аурикулярные биологически активные точки (БАТ) человека.
Из уровня техники известен мультиэлектрод по патенту на изобретение (UZ 2716, МПК А61Н 39/00, опубликованный 30.09.95 г.), содержащий изолирующий корпус с рабочим наконечником, заполненным жестко закрепленными в нем изолированными друг от друга микроэлектродами, экранированный провод кабеля, коммутатор, закрытый металлизированным экраном, соединенный с электронным прибором компьютерной диагностической системы и выполненный с возможностью вывода на экранированный провод кабеля сигнала от одного из микроэлектродов и усилитель.
К недостаткам указанного мультиэлектрода относится отсутствие функциональной полноты, поскольку блоки, производящие измерение и первичную обработку данных в изделии отсутствуют - их функции выполняет внешний электронный прибор компьютерной диагностической системы.
Таким образом, мультиэлектрод не содержит:
источника измерительного тока с переключателем величины тока, позволяющего производить неразрушающие клеточные мембраны измерения малыми токами;
шунтирующего резистора, асимптотически сжимающего шкалу измерений в области высоких сопротивлений, чтобы устранить неопределенность измерений бесконечного сопротивления отрыва датчика от кожи пациента, и в значительной степени нормирующего разброс сопротивлений кожи разных людей;
блока привязки к уровню нуля, исключающего влияние гальванического потенциала, возникающего в точке касания металла микроэлектрода к коже пациента, на результат измерения;
переключателя коэффициента усиления усилителя, согласующего уровень измеряемого сигнала с входным диапазоном измерителя;
микроконтроллера, обеспечивающего управление переключениями коммутатора, взаимодействие измерительных блоков, и первичную обработку данных;
изолирующих интерфейса и блока питания, обеспечивающих помимо передачи данных и энергии, защиту цепей, контактирующих с пациентом от попадания напряжения питающей сети.
7
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели относится мультиэлектрод по патенту на изобретение (RU 2266100 С2, МПК: А61Н 39/00, А61В 5/053, опубликованный 20.12.2005 г.) и принятый нами за прототип. Мультиэлектрод содержит цилиндрический корпус со съемным наконечником и заполненным жестко закрепленными в нем изолированными друг от друга металлическими микроэлектродами, выполненными так, что их выходы на рабочую поверхность, распределены по заданной сетке расстояний между ними, а противоположные выходы связаны с электронным коммутатором, который соединен с выходом источника тока, входом усилителя, шунтированного резистором, который связан с пассивным электродом, а управляющие входы электронного коммутатора, переключателя величины тока связанного с источником тока соединены с управляющим электронным прибором, при этом выход усилителя также связан с управляющим электронным прибором.
К недостаткам прототипа относится отсутствие функциональной полноты, т.е. для его работы требуется подключение дополнительной специальной аппаратуры - электронного прибора компьютерной диагностической системы, и как следствие из-за большого количества кабельных подключений, снижена комфортность и безопасность эксплуатации мультиэлектрода. При этом в составе мультиэлектрода отсутствуют блок привязки к уровню нуля, переключатель коэффициента усиления, и микроконтроллер с изолирующими интерфейсом и блоком питания, что лишает мультиэлектрод возможности вычитать из полезного сигнала паразитный гальванический потенциал, автономно масштабировать измеряемый сигнал для согласования с измерителем и управлять работой и взаимодействием измерительных блоков, а также гарантировать защиту пациента от высокого напряжения питающей сети.
Задачей полезной модели является разработка эффективного автономного мультиэлектродного кожноимпедансного сканера повышенной комфортности и безопасности эксплуатации с расширенным арсеналом средств для мультиэлектродной диагностики БАТ.
Технический результат предложенной конструкции мультиэлектродного кожноимпедансного сканера заключается в следующем:
сканер выполнен в моноблочной компоновке для размещения в нем всех функциональных блоков;
внутри моноблока на одной печатной плате размещены: электронный коммутатор с металлическими микроэлектродами, источник тока с переключателем величины тока и шунтирующим резистором, блок привязки к нулю, усилитель, переключатель коэффициента усиления, микроконтроллер, изолирующие интерфейс и источник питания;
цилиндрический корпус сканера снабжен конической крышкой для резьбового соединения со съемным изогнутым пластмассовым наконечником;
сканер выполнен с унифицированным кабельным подключением для его питания и информационной связи с персональным компьютером.
Новый технический результат достигается за счет того, что мультиэлектродный кожноимпедансный сканер для аурикулярной диагностики биологически активных точек человека, содержит цилиндрический корпус со съемным наконечником, в котором жестко закреплены изолированные друг от друга металлические микроэлектроды, выходы на рабочую поверхность которых распределены по заданной сетке расстояний между ними, а противоположные выходы связаны с электронным коммутатором, подключенным к источнику тока. Отличие согласно полезной модели состоит в том, что на одной печатной плате установлены микроконтроллер со встроенным АЦП связанный своим управляющим выходом с электронным коммутатором, переключатель коэффициента усиления связанный с усилителем, переключатель величины тока связанный с источником тока и блок привязки к нулю - связанные с управляющими выходами микроконтроллера, а также изолирующие источник питания и интерфейс, установленные с возможностью обеспечения гальванической развязки цепей сканера от цепей персонального компьютера, при этом вторичные цепи изолирующего интерфейса имеют двунаправленную связь с микроконтроллером, источник тока снабжен шунтирующим резистором и подключен через блок привязки к нулю к усилителю, связанному с аналоговым входом микроконтроллера, выход изолирующего источника питания связан с микроконтроллером, переключателем коэффициента усиления, усилителем, блоком привязки к нулю, переключателем величины тока, источником тока и электронным коммутатором, а вход - с цепью питания экранированного интерфейсного кабеля, содержащего изолированный провод для подключения пассивного электрода к источнику тока, при этом первичные цепи изолирующего интерфейса связаны с проводами экранированного интерфейсного кабеля, выполненного с возможностью подключения к персональному компьютеру.
Кроме того, отличия еще состоят в том, что корпус сканера выполнен в виде моноблока, на одной печатной плате в котором размещены электронный коммутатор с металлическими микроэлектродами, источник тока с переключателем величины тока и шунтирующим резистором, блок привязки к нулю, усилитель, переключатель коэффициента усиления, микроконтроллер, изолирующие интерфейс и источник питания; цилиндрический корпус сканера снабжен конической крышкой для резьбового соединения со съемным изогнутым пластмассовым наконечником; конец экранированного интерфейсного кабеля имеет унифицированный кабельный разъем для связи с ПК; унифицированный кабельный разъем экранированного интерфейсного кабеля выполнен с возможностью питания сканера от интерфейса ПК.
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - электрическая блок-схема мультиэлектродного кожноимпедансного сканера;
на фиг. 2 - мультиэлектродный кожноимпедансный сканер, продольный разрез.
Мультиэлектродный сканер выполнен в моноблочной компоновке и состоит из цилиндрического корпуса 1 соединенного через коническую крышку 2 со съемным изогнутым пластмассовым наконечником 3 посредством резьбовых соединений.
Внутри цилиндрического корпуса 1 установлена одна печатная плата 4, на которой размещены: электронный коммутатор 5 с металлическими микроэлектродами 6, источник тока 7 с переключателем величины тока 8 и шунтирующим резистором 9, блок привязки к нулю 10 с усилителем 11 и переключателем коэффициента усиления 12, управляющий микроконтроллер 13, изолирующий интерфейс 14 с изолирующим источником питания 15.
В одном торце корпуса 1 установлен съемный изогнутый пластмассовый наконечник 3 с рабочей поверхностью в виде участка сферы, в который заключен пакет из (8×8=64) шестидесяти четырех металлических микроэлектродов 6 с частью печатной платы 4. Микроэлектроды 6 изолированы друг от друга и жестко укреплены в наконечнике 3, их выходы на рабочую поверхность распределены по заданной сетке расстояний между ними, а противоположные выходы соединены с электронным коммутатором 5.
В другом торце корпуса 1 выполнено отверстие для экранированного интерфейсного кабеля 16, содержащего дополнительный изолированный провод 17. При этом один конец экранированного интерфейсного кабеля 16, содержащего дополнительный изолированный провод 17 размещен в корпусе и зафиксирован посредством пайки на печатной плате 4. Другой конец указанного кабеля 16 оснащен унифицированным кабельным разъемом 18 для подключения к персональному компьютеру. Причем дополнительный провод 17 к разъему 18 не подключен, а выведен из него в виде отдельного изолированного проводника, для подключения пассивного электрода 19.
Все основные блоки мультиэлектродного сканера связаны между собой следующим образом.
Электронный коммутатор 5, своими выходами соединен с металлическими микроэлектродами 6, а своим входом связан с выходом источника тока 7, шунтирующим резистором 9 и входом блока привязки к нулю 10, который своим выходом связан с входом усилителя 11.
Общий провод источника тока 7 связан с другим концом шунтирующего резистора 9 и с дополнительным изолированным проводом 17 экранированного интерфейсного кабеля 16, посредством которого соединен с пассивным электродом 19, тогда как, остальные цепи экранированного интерфейсного кабеля 16 соединены с унифицированным кабельным разъемом 18.
Усилитель 11 своими входами связан с переключателем коэффициента усиления 12, блоком привязки к нулю 10, а своим выходом подключен к аналоговому входу управляющего микроконтроллера 13, являющемуся входом встроенного в микроконтроллер аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и, кроме того, источник тока 7 своим управляющим входом связан с выходом переключателя величины тока 8.
Управляющий микроконтроллер 13 имеет двунаправленную связь с вторичными цепями изолирующего интерфейса 14, который своими первичными цепями соединен с проводами экранированного интерфейсного кабеля 16, подключаемого к персональному компьютеру с помощью унифицированного кабельного разъема 18, а управляющие выходы микроконтроллера 13 связаны с входами переключателя коэффициента усиления 12, переключателя величины тока 8, блока привязки к нулю 10 и электронного коммутатора 5.
Вход изолирующего источника питания 15 соединен с питающим проводом экранированного интерфейсного кабеля 16, а выход - с цепями питания управляющего микроконтроллера 13, переключателя коэффициента усиления 12 с усилителем 11, блока привязки к нулю 10, переключателя величины тока 8 с источником тока 7 и электронного коммутатора 5.
Мультиэлектродный кожноимпедансный сканер работает следующим образом.
Врач подключает мультиэлектродный сканер к персональному компьютеру с установленной программой аурикулярной диагностики и производит первичную программную настройку цепей измерения сканера, после чего устанавливает на руку пациента пассивный электрод 19.
Потом, удерживая цилиндрический корпус 1 мультиэлектродного сканера в руке, медленно перемещает рабочую поверхность изогнутого пластмассового наконечника 3 по поверхности ушной раковины, обеспечивая усилие прижима, необходимое для достижения надежного контакта кожи с металлическими микроэлектродами 6, наблюдая при этом на дисплее компьютера цветовую карту распределения сопротивлений на поверхности кожи.
Программа управляющего микроконтроллера 13 с помощью электронного коммутатора 5, поочередно подключает каждый металлический микроэлектрод 6 к измерительной цепи, состоящей из источника тока 7, зашунтированного резистором 9 и блока привязки к нулю 10, который вычитает из величины падения напряжения на измеряемой точке кожи при протекании измерительного тока величину гальванического потенциала точки касания металла микроэлектрода 6 к кожной ткани, имеющей электролитическую природу электропроводности. Для этого перед каждым измерением предварительно измеряется собственный гальванический потенциал точки кожи при нулевом измерительном токе, и только после этого производится основное измерение.
С выхода блока привязки к нулю 10 нормированное падение напряжения поступает на вход усилителя 11, который в процессе первичной настройки настраивается программой управляющего микроконтроллера 13 с помощью переключателя коэффициента усиления 12 на масштабирование максимально возможной амплитуды падения напряжения при отрыве металлических микроэлектродов 6 от кожи пациента до соответствия ширине динамического диапазона АЦП управляющего микроконтроллера 13. После чего масштабированный сигнал поступает в управляющий микроконтроллер 13, где оцифровывается и заносится в память.
Результат сканирования в виде карты значений сопротивлений кожи находится в буферной памяти управляющего микроконтроллера 13 для последующего считывания персональным компьютером, визуализации и обработки диагностической программой.
Разработанный повышенной комфортности и безопасности эксплуатации мультиэлектродный кожноимпедансный сканер имеет следующие преимущества.
Моноблочное исполнение сканера придает устройству функциональную полноту автономного прибора и улучшает комфортность его эксплуатации, а размещение всех функциональных блоков на одной печатной плате 4 до минимума сокращает число разъемных соединений, снижающих надежность устройства.
Резьбовые соединения корпуса 1, крышки 2 и наконечника 3 обеспечивают устройству ремонтопригодность.
Использование единственного унифицированного кабельного разъема 18 и экранированного интерфейсного кабеля 16 для связи с персональным компьютером минимизирует и унифицирует процесс подключения мультиэлектродного сканера.
Наличие управляющего микроконтроллера 13 позволяет реализовать все функции управления блоками сканера с помощью его программы, что делает функционирование прибора автономным.
Изолирующие интерфейс 14 и источник питания 15 обеспечивают гальваническую развязку цепей мультиэлектродного сканера от цепей персонального компьютера, повышая безопасность его эксплуатации, а использование питания от стандартного интерфейса персонального компьютера исключает, необходимость подключения прибора к сети 220 В.
Электронный коммутатор 5 обеспечивает поочередное подключение каждого микроэлектрода 6 к цепи измерителя, представленного источником тока 7, шунтирующим резистором 9, и блоком привязки к нулю 10, что позволяет циклически сканировать квадратную карту сопротивлений точек кожи пациента, находящихся в контакте с рабочей поверхностью изогнутого пластмассового наконечника 3.
Источник тока 7 совместно с переключателем величины тока 8 обеспечивает протекание заданного измерительного тока, не превышающего 0,5 мкА, поочередно, через каждый металлический микроэлектрод 6 и соответствующую ему точку кожи пациента в процессе сканирования. При этом шунтирующий резистор 9, включенный параллельно измерительной цепи, отбирает на себя часть измерительного тока, асимптотически ограничивая шкалу измерений в области больших сопротивлений, включая бесконечное сопротивление разрыва цепи при отрыве изогнутого пластмассового наконечника 3 от кожи пациента.
Измеряемым параметром является падение напряжения на точке кожи пациента, поступающее через электронный коммутатор 5 на вход блока привязки к нулю 10, который производит вычитание из этого напряжения величины гальванического потенциала кожи, образующегося в точке касания металлического микроэлектрода 6, перед подачей измеряемого сигнала на вход усилителя 11, что также увеличивает точность измерений.
Усилитель 11 с помощью переключателя коэффициента усиления 12 приводит амплитуду сигнала в соответствии с динамическим диапазоном встроенного в микроконтроллер 13 АЦП, производящего измерение падения напряжения, прямо пропорционального включенным параллельно сопротивлению кожи и шунтирующего резистора 9, который вносит систематическую погрешность измерения, легко устраняемую программным способом.