УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ УРОВНЯ САХАРА В КРОВИ

Полезная модель относится к медицине, в частности к небольшим наручным приборам для измерения в диагностических целях и может быть использована в домашних условиях для фиксации нормального уровня сахара в крови или его превышение.
Известно устройство для неинвазивного определения концентрации холестерина и глюкозы в крови (Пат. РФ №2473307, опубл.27.01.2013), содержащее корпус с панелью управления и дисплеем, механически прикрепленную манжету для измерения артериального давления, автономный электронный модуль с микропроцессором и блоком памяти, индикации максимального и минимального артериального давления. Устройство содержит цифровой блок для ввода значений массы тела и роста пациента, микропроцессор дополнительно содержит прикладную программу и таблицу корреляций для вычисления уровня холестерина. Устройство представляет собой портативный прибор и направлено на расширение функциональных возможностей за счет одновременного неинвазивного определения концентрации общего холестерина и концентрации глюкозы в крови.
Задача полезной модели заключается в создании небольшого наручного и простого в использовании устройства, позволяющего моментально фиксировать уровень сахара в крови, нормальный или высокий.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в упрощении устройства и в повышении удобства использования, а также в минимизации времени диагностики.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для экспресс - диагностики уровня сахара в крови, содержащем корпус с расположенной внутри печатной платой, механически прикрепленный к корпусу браслет, на печатной плате расположены автогенератор, микроконтроллер и элемент питания, браслет выполнен из эластичного материала и снабжен с внутренней стороны двумя расположенными напротив друг друга обкладками конденсатора, подключенными к автогенератору с помощью электрических соединений, на лицевой панели корпуса расположены микропереключатель и двухцветный светодиод.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства, на фиг. 2 - функциональная схема устройства, на фиг. 3 - таблица с данными емкости и диэлектрической проницаемости для четырех групп испытуемых, на фиг. 4 - таблица с данными диэлектрической проницаемости больных сахарным диабетом.
Устройство (фиг. 1) содержит собой корпус 1. Внутри корпуса 1 расположена печатная плата. На печатной плате размещены автогенератор 2, микроконтроллер 3 и элемент питания 4. К корпусу 1 механически прикреплен эластичный браслет 5, обеспечивающий плотное прилегание обкладок 6 конденсатора к руке человека. Обкладки 6 конденсатора выполнены из проводящего гипоаллергенного нержавеющего металла и расположены с внутренней стороны браслета 5 напротив друг друга. Обкладки 6 конденсатора при помощи электрических соединений 7 подключены к автогенератору 2. Электрические соединения 7 также расположены с внутренней стороны браслета 5. На лицевой панели корпуса 1 расположены микропереключатель 8 и двухцветный светодиод 9.
Устройство работает следующим образом.
Браслет 5 вместе с корпусом 1 надевают на руку человека. После нажатия на микропереключатель 8 запускается автогенератор 2, частота импульсов f на выходе которого пропорциональна емкости C между обкладками конденсатора 6. Микроконтроллер 3 измеряет частоту f на выходе автогенератора 2 и определяет диэлектрическую проницаемость ε руки человека по формуле:
где Xε - константа, хранящаяся в памяти микроконтроллера 3, зависит от расстояния между обкладками конденсатора 6, площади обкладок конденсатора 6, сопротивления в частотозадающей цепочке автогенератора 2.
Полученное значение диэлектрической проницаемости ε сравнивается с пороговым значением диэлектрической проницаемости ε, хранящимся в памяти микроконтроллера 3. В случае превышения рассчитанной диэлектрической проницаемостью порогового значения двухцветный светодиод 9 зажигается красным цветом, что сигнализирует о превышении допустимого уровня сахара. Если рассчитанное значение ниже порогового, то двухцветный светодиод 9 зажигается зеленым цветом, что сигнализирует о том, что уровень сахара в норме.
Возможность использования изменения диэлектрической проницаемости человеческого тела для фиксации уровня сахара в крови была определена на основе следующего.
Тело человека можно представить в виде плоского конденсатора и условно считать состоящим из трех слоев диэлектрика, среди них два одинаковых наружных слоя кожи и одного, состоящего из внутренних слоев кожи и внутренних тканей тела.
Диэлектрическая проницаемость тела складывается из диэлектрической проницаемости наружного слоя кожи, представляющего собой плоский конденсатор, и диэлектрической проницаемости внутренних тканей (в том числе и крови), представляющими собой электролитический конденсатор, на величину емкости которого оказывает влияние скорость кровотока.
s
s
Электрический потенциал поверхности ψ связан с ее удельным зарядом q через электрическую емкость С двойного слоя формулой:
s
v
0
12
В простейшем случае диэлектрический слой можно представить в виде плоского конденсатора с расстоянием между пластинами, равным толщине 5 диэлектрического слоя и удельным зарядом q одной из пластин. Тогда объемный заряд q внешней части диэлектрического слоя следует приписать второй пластине конденсатора и считать, что он целиком сосредоточен на этой пластине. Удельная (на единицу площади) электрическая емкость плоского конденсатора равна εε/δ, где ε - диэлектрическая проницаемость и So - электрическая постоянная (8,85·10 Ф/м). В таком случае потенциал поверхности связан с ее зарядом и толщиной диэлектрического слоя простым соотношением:
На основе данных зависимостей был получен теоретический вывод, о том, что изменение сахара в крови можно фиксировать через изменение диэлектрической проницаемости с человеческого тела.
Для подтверждения полученного теоретического вывода были проведены исследования. Для этого были отобраны 4 группы здоровых испытуемых по 10 человек в каждой, у которых уровень сахара в крови в норме. Испытуемым надевали на руку эластичный браслет с расположенными с внутренней стороны обкладками конденсатора и измеряли с помощью измерителя АКИП 6101 RLC электрическую емкость, затем пересчитывали в диэлектрическую проницаемость е, данные усреднялись и округлялись (фиг. 3). Данные по диэлектрической проницаемости были приняты за пороговые значения. Затем была определена диэлектрическая проницаемость у больных сахарным диабетом таким же путем как у 4-х групп здоровых людей. Данные диэлектрической проницаемости больных сахарным диабетом представлены в таблице (фиг. 4). У этих испытуемых значения диэлектрической проницаемости оказались значительно ниже пороговых значений (фиг. 3, 4).
Предлагаемый в качестве полезной модели прибор очень прост и легко реализуем на практике. Прибор не определяет конкретный уровень сахара в крови, но фиксирует нормальный уровень сахара или превышение сахара в крови. В случае фиксации превышения уровня сахара в крови следует обратиться в поликлинику.