Спосіб діагностики функціонального стану біотканини та пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до медичної техніки, а саме до виміру електричних параметрів біотканини і може бути використане для аналізу її функціонального стану. Найбільш близьким по сукупності ознак є спосіб визначення складових імпедансу біологічного об'єкта і пристрій для його здійснення [а.с. СРСР №1397024 А1, МПК А61В5/05, 23.05.88., Бюл. №19], що полягає в подачі на біотканину імпульсу стабілізованого струму, вимірі напруги на біотканині у фіксовані два моменти часу після початку імпульсу струму, і визначенні активної і реактивний складових імпедансу біотканини за обмірюваним значенням напруги, причому виміри напруги на біотканині роблять у моменти переходу сіткової напруги через нульове значення, і після другого виміру подають на біотканину імпульс протилежної полярності, рівний по тривалості першому імпульсу, вимірів при цьому не роблять, а після подачі другого імпульсу струму витримують пауз у. За отриманим значенням напруг розраховуються еквівалентні активний опір і ємність біотканини. Недоліком прототипу є похибка вимірів через напругу, що не враховується, виникаючого між електродом і біотканиною (електродна напруга), а також відсутність контролю за наростанням (зарядом еквівалентної ємності) і спадом потенціалу (розрядом еквівалентної ємності) біотканини після подачі, переключення і відключення імпульсу струму відповідно. Наслідком цього є необхідність витримувати досить велику паузу (19мс) після подачі другого імпульсу струму, використовувати велику тривалість імпульсів струму (21мс) для гарантованого повного заряду ємності біотканини, протягом якої пацієнт є під впливом електричного струму, відсутність інформації про складовий повного електричного опору біотканини при протилежному напрямку імпульсу струму. Технічною задачею цього винаходу є збільшення точності вимірів, зменшення часу обстеження, розширення функціональних можливостей і спрощення процедури виміру шляхом обліку електродної напруги, контролю часу заряду і розряду еквівалентної ємності біотканини і використання програмувального пристрою обробки і керування. Ця задача вирішена в такий спосіб. У способі, що полягає в подачі на біотканину імпульсу стабілізованого струму, вимірі напруги на біотканині, індикації отриманого значення і визначенні за обмірюваним значенням напруги величини еквівалентного активного опору біотканини, і подачі на біотканину імпульсу стр уму протилежної полярності після подачі першого імпульсу струм у, відповідно до винаходу перед подачею імпульсу стр уму роблять вимір електродної напруги на біотканині, потім подають на біотканину імпульс стабілізованого струму і вимірюють напругу на біотканині в момент повного заряду еквівалентної ємності біотканини, після чого з отриманої напруги алгебраїчно віднімають електродну напругу й одержують напругу на біотканині, поділяють отриману різницю на "е", де е – основа натуральних логарифмів, додають електродну напругу й одержують у такий спосіб граничну напругу, після чого джерело струму від біотканини відключають і вимірюють час спаду напруги на біотканині до граничної напруги, а після повного розряду еквівалентної ємності біотканини, на біотканину подають напругу протилежної полярності і повторюють процес вимірів, при цьому по обмірюваним напрузі на біотканині і часу спаду напруги до граничного значення, розраховують еквівалентні активний опір і ємність біотканини для кожної полярності імпульсів струму. На Фіг.1 показані наступні епюри напруг: а - напруга на біотканині, б - імпульси стабілізованого струму. Спосіб здійснюється в такий спосіб. З біотканини, через електроди, знімають, вимірюють і запам'ятовують електродну напругу Ue. Потім, подають імпульс стабільного струму визначеної полярності, наприклад, позитивної й амплітудою І0. Унаслідок ємнісного характеру реактивної складової імпедансу біотканини, відбувається перехідної процес наростання напруги на біотканині. Перший вимір напруги на біотканині роблять тоді, коли ємність біотканини заряджена цілком і перехідний процес закінчився. Цей стан контролюють шляхом виміру першої похідної зміни напруги на біотканині і порівняння її з нулем. Як тільки величина першої похідної виявляється рівної нулю, роблять перший вимір напруги U 1. Після виміру величини U1 обчислюють напругу на біотканині U0 як різницю: U0= U1 - Ue. Потім розраховують граничну напругу Up: Up = U0/e + Ue. Потім джерело стабілізованого струму відключають від біотканини і дія імпульсу струму припиняється. При цьому заряджена ємність біотканини починає розряджатися через власну активну складову повного опору R, і напруга на біотканині починає зменшува тися. При цьому роблять вимір інтервалу часу t між моментом припинення імпульсу струм у і моментом часу, коли напруга на біотканині стане рівною Up. Напруга на біотканині порівнюється також і з нулем. У той момент, коли напруга на біотканині виявляється рівною нулю, на біотканину подають імпульс стабілізованого струму негативної полярності і процес виміру повторюють. Активну складову повного опору біотканини розраховують з вираження: R = U0/l0, а величину еквівалентної ємності: З = t/R. На Фіг.2 представлена схема пристрою, що реалізує цей спосіб. Пристрій для реалізації способу містить кероване джерело 1 струму, перетворювач 2 аналогово-цифрової (АЦП), пристрій 3 сполучення, програмувальний пристрій 4 обробки і керування, блок 5 індикації. Пристрій для діагностики функціонального стану біотканини містить кероване джерело 1 струму, з'єднаний з аналоговим входом перетворювача 2 аналогово-цифровою, з'єднаною шиною обміну з пристроєм 3 сполучення, що з'єднане шиною обміну з програмувальним пристроєм 4 обробки і керування, група виходів якого з'єднана з групою входів блоку 5 індикації, причому гр упа виходів пристрою 3 сполучення з'єднане з групою входів керованого джерела 1 струму. Пристрій працює в такий спосіб. При включенні живлення програмувальний пристрій 4 обробки і керування приводить у вихідний стан блок 5 індикації, і через блок 3 сполучення приводить кероване джерело 1 струму в режим відключення ("Z" - стан) від ви ходу, а значить від шини електродів. Після цього, програмувальне пристрій 4 обробки і керування формує команду пуску АЦП 2 і, після одержання відповіді від АЦП "кінець виміру", заносить отриманий результат у свою пам'ять. У такий спосіб виміряється електродна напруга Ue. Потім, програмувальне пристрій 4 обробки і керування формує команду включення імпульсу стр уму позитивної полярності і подає її через блок 3 сполучення на джерело 1 струму. У результаті на біотканині починає наростати напруга. З цього моменту програмувальний пристрій 4 обробки і керування програмно переходить у режим виміру напруги на біотканині, порівнянні його з попереднім виміром і в тому випадку, якщо отримана різниця перевищує деяке граничне значення, виробляється наступне вимір. У тім же випадку, якщо отримана різниця виявляється менше граничного значення в трьох послідовних тактах виміру, останній вимір заноситься в пам'ять і розглядається як U 1. Далі виробляється розрахунок величини U0 = U1 - Ue і Up = U0/e + Ue. Отримані результати запам'ятовуються. Після цього подається команда вимикання джерела струму і включення АЦП у режим безупинних вимірів. Одержувані значення поточних напруг, закодовані в двійковому коді, заносяться в пам'ять пристрою програмувального 4 обробки і керування. Крім того, кожне одержуване значення порівнюється з попереднім і, якщо різниця перевищує деяке граничне значення, процес вимірів продовжується, якщо ж ця різниця виявляється менше граничного значення в трьох послідовних тактах виміру, процес виміру припиняється і програмувальний пристрій 4 обробки і керування переходить у режим розрахунку часу t, за яке напруга на біотканині зменшилася до величини Up, після чого виробляється розрахунок величин R і С по формулах: R = U0 /I 0, і С = t/R. Отримані результати заносяться в пам'ять пристрою програмувального 4 обробки і керування і відображуються блоком індикації 5. Потім подається команда на включення негативного імпульсу стр уму і процес вимірів повторюється. Таким чином, пристрій дозволяє визначити значення еквівалентних активного опори і ємності біотканини з більш високою точністю за рахунок обліку електродної напруги, скоротити час обстеження за рахунок контролю швидкості зміни напруг на біотканиии, розширити функціональні можливості за рахунок одержання даних при негативних імпульсах струм у і за рахунок реєстрації всього процесу розряду еквівалентної ємності біотканини, а також спростити процедуру вимірів за рахунок спрощення послідовності операцій і за рахунок автоматизації процесу виміру.