Пристрій для дослідження випромінювання біологічного об’єкта

Винахід відноситься до медичної техніки і може бути використаний для оцінки енергетичного балансу біологічних об'єктів, переважно людини, від впливу несприятливих факторів. Відомий пристрій для дослідження випромінювання біологічного об'єкта (див. А.с. №1378814, МПК А61В5/10, 1986, бюл. №9, 1888), що містить джерело високовольтних імпульсів, конденсаторні давачі, покриті люмінофором, і блоки зчитування і візуалізації зображення. При цьому біооб'єкт, наприклад палець руки людини, розміщують між обкладинами конденсатора і на организм людини впливають високовольтними імпульсами. Про енергетичний баланс судять по ефективності світіння біооб'єкту. Недоліком пристрою є шкідливий вплив високовольтних імпульсів на живі організми, які стимулюють їхнє світіння. Відомий також пристрій для дослідження випромінювання біологічного об'єкта (див. А.с. №1627128, МПК А61В5/05, 1988, бюл. №6, 1991), що містить індукційний давач, виходи якого через блок узгодження з'єднані з блоком реєстрації. Блок узгодження виконай у вигляді диференційного вузла на польових транзисторах з відкритими стоками. що є виходами блоку узгодження. Відомий пристрій не потребує зовнішнього імпульсного впливу, тому що давач виконаний у вигляді контурної рамки, на виході якої виникає індукційна напруга від високочастотних біострумів, яка пропорційна енергії, що випромінюється біологічним об'єктом. Так як вихідна напруга давача дуже мала (частки мікровольт), то її важко підсилити і виділити на тлі власних шумів блоку реєстрації, що призводить до низької роздільної здатністі відомого пристрою, що не дозволяє досліджувати тонку стр уктур у вимпромінення біологічного об'єкта. В основу винаходу покладена задача створити такий пристрій для дослідження випромінювання біологічного об'єкта, в якому шляхом введення нових елементів і зв'язків забезпечилося би підвищення роздільної здатності довипромінення біооб'єкта. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для дослідження випромінювання біологічного об'єкта, що містить індукційний давач, виходи якого через блок узгодження з'єднані з блоком реєстрації, згідно з винаходом блок узгодження містить диференційний розщеплювач симетричної напруги з двома операційними підсилювачами, а блок реєстрації включає два широкосмугових підсилювачі, перемножувач, фільтр нижніх частот і автоматичний потенціометр, при цьому входи широкосмугових підсилювачів з'єднані з виходами операційних підсилювачів, виходи широкосмугових підсилювачів з'єднані з входами перемножувача, ви хід якого через фільтр нижніх частот з'єднаний із входом автоматичного потенціометра. Введення в схему пристрою для дослідження випромінювання біологічного об'єкта диференційного розщеплювача симетричної напруги на двох операційних підсилювачах, блоку реєстрації у виді дво х широкосмугових підсилювачів, перемножувача і фільтра нижніх частот, автоматичного потенціометра, з'єднаних зазначеним образом, дозволяє підсилювати вихідний сигнал індукційного датчика двома незалежними широкосмуговими підсилювачами, перемножувати посилені напруги і після усереднення вихідної напруги перемножувача виділяти постійну складову напруги, пропорційну енергії випромінення біологічного об'єкта незалежно від рівня власних шумів широкосмугових підсилювачів, що підвищує роздільну здатність пристрою до випромінення біологічного об'єкта. На фіг.1 приведена функціональна схема пристрою для дослідження випромінювання біологічного об'єкта, на фіг.2 зображена електрична схема давача. Пристрій містить індукційний давач 1 (фіг.1), виконаний у вигляді контурної рамки 1 (фіг.2), виходи якого з'єднані з входами диференційного розщеплювача 2 симетричної напруги, виконаного на двох операційних підсилювачах 3 і 4, блок реєстрації 5, входи широкосмугових підсилювачів 6 і 7 якого з'єднані з виходами операційних підсилювачів 3 і 4, а виходи з'єднані з входами помножувача 8, до виходу якого через фільтр 9 нижніх частот підключений автоматичний потенціометр 10. Пристрій працює таким чином. До поверхні давача 1 прикладають долоню обстежуваної людини. На виході індукційного давача, виконаного у виді контурної рамки, наводиться слабка індукційна напруга, яка пропорційна випромінюванню людини. Вихідна напруга індукційного давача 1, симетрична щодо землі, надходить на входи диференційного розщеплювача 2 симетричної напруги, який виконаний на двох операційних підсилювачах 3 і 4 з негативним зворотним зв'язком по кожному інверсному входу. Це забезпечує високий вхідний опір диференційного розщеплювача 2 і формування двох вихідних лінійних напруг із протилежними знаками. Якщо вихідну симетричну щодо землі напругу давача . представити в комплексному виді U1 , то комплексні напруги на вихода х ди ференційного розщеплювача матимуть вигляд: . . U 2 = k 1 U1 , (1) . . U 3 = -k 2 U1 , (2) де k1=k2 - коефіцієнти передач каналів диференційного розщеплювача. Напруги (1) і (2) дуже малі (частки мікровольт) і за рівнем такі ж як і власні шуми широкосмугових підсилювачів 6 і 7. Тому посилені напруги на виходах підсилювачів 6 і 7 можна представити у виді суми комплексних напруг: . . æ. ö U 4 = k 3 ç U 2 + U Ш1 ÷ , (3) ç ÷ è ø . . æ. ö U 5 = k 4 ç U 3 + U Ш 2 ÷ , (4) ç ÷ è ø де k3=k4 - коефіцієнти підсилення широкосмугових підсилювачів 6 і 7; . . UШ1 і UШ2 , - власні шуми широкосмугових підсилювачів 6 і 7 у комплексному виді. Посилені напруги (3) і (4) перемножуються в помножувачі 8. Вихідна напруга перемножувача 8 усереднюється фільтром 9 нижніх частот. Усереднена напруга на виході фільтра нижніх частот являє собою скалярний добуток двох комплексних напруг: . . U6 = SU4 U5 , (5) де S - крутизна перетворення перемножувача 8. Якщо у вираз (5) підставити значення напруг (3) і (4), то одержимо . ê. . . . . . . . ú U6 = Sk 3k 4 êU2 U3 + U2 UШ 2 + U3 UШ1 + UШ1 UШ 2 ú . (6) ê ú ë û Власні шуми дво х незалежних підсилювачів 6 і 7 між собою не корельовані. Тому середнє значення їхнього . . добутку дорівнює нулю ( U Ш1 U Ш 2 = 0 ). Індукційна напруга на виході давача є шумоподібною, тому що являє собою суперпозицію біострумів різної частоти. Тому ця напруга не корельована із шумами підсилювачів . . . . . . ( U 2 U Ш 2 = 0 , U3 UШ1 = 0 ). Напруги U2 і U3 є корельованими, тому що формуються з одної шумоподібної . напруги U1 . Отже, постійна складова напруги усередненої напруги на вході фільтра 9 нижніх частот з урахуванням значень напруг (1) і (2) 2 U6 = Sk1k 2 k 3 k 4 U1 , (7) де U ι - дисперсія вихідної напруги давача 1. Напруга, пропорційна дисперсії (7), реєструється автоматичним потенціометром 10. Так як дисперсія сигналу характеризує його потужність, то напруга, що реєструється автоматичним потенціометром 10, пропорційна енергії, яка випромінюється біологічним об'єктом. Приклад. Дослідження запропонованої схеми показали можливість реєстрації слабких випромінювань від біологічних об'єктів на рівні 10'-13-10-14Вт/см 2 у діапазоні частот 5-30МГц при коефіцієнті підсилення кожного із широкосмугових підсилювачів 60дБ. Вхідний диференційний розщеплювач симетричної напруги виконай на двох операційних підсилювачах AD8131, а в якості перемножувача напруг використана множна мікросхема 525ПС2. Параметри фільтра нижніх частот забезпечують час усереднення реєструємої напруги до 3 с. Роздільна здатність пристрою склала 5*10-15Вт/см 2. В пристрої використай автоматичний потенціометр типу "ЭПП-09".