Пристрій для визначення електричного зв’язку акупунктурних точок організму

Корисна модель відноситься до медичної техніки, а саме до рефлексотерапії, і може бути використана при діагностиці психоемоційного стану пацієнта за значеннями коефіцієнта кореляції біострумів акупунктурних точок організму. Електрофізіологічні характеристики акупунктурних точок (AT), до яких належать електропровідність, електричний потенціал, біоструми, рівень електричних шумів та ін., відображають інтенсивність фізіологічних й інформаційно-енергетичних процесів, які протікають у цілому організмі і різних його меридіанах. В результаті термодинамічної рівноваги носіїв електричного струму (електронів й іонів) в AT виникають рівноважні теплові електричні флуктуації, що викликають шумові стр уми і напруги. Поряд з рівноважним тепловим шумом в організмі виникає й біологічний шум, спричинений нерівноважними електрофізіологічними процесами. До таких процесів відносяться відкривання й закривання воріт іонних каналів, заряд і розряд клітинних мембран, зміна потенціалів спокою й активності нервових волокон, зміни рецепторного потенціалу Гелея-Пачина та ін. В результаті в AT присутні як тепловий шум, так і біологічний шум з різними спектральними характеристиками. Однак, визначення електричного зв'язку між різними AT пов'язане з великими труднощами через малі значення електричних шумів і відсутність належної апаратури. Відомий пристрій для визначення електричного зв'язку акупунктурних точок організму [див. Макац В.Г., Макац Д.В., Нагайчук В.И., Макац А.В. та ін. Функционально-энергетическая система биологических объектов. - Винница: Велес, 2002. С.12-15], що містить два електроди з металів, один з яких покритий окисною плівкою, і чутливий прилад для виміру постійного струму. Електроди за рахунок контактної різниці потенціалів індукують спрямований струм через AT організму, за значеннями якого судять про відповідну реакцію з боку функціонально-енергетичної системи. Однак, по постійному струм у важко оцінювати коливальні й релаксаційні процеси, що протікають у клітках живих організмів. Відомий пристрій для визначення електричного зв'язку акупунктурних точок організму [див. патент України №70167А, МПК А61В5/05, бюл. №9, 2004], що містить індукційні датчики, які знімають сигнали від різних AT, попередні підсилювачі, помножувач та індикатор. Однак, необхідність попереднього підсилення слабких біострумів, які потім перемножуються, насичує їх власними шумами підсилювачів, що спотворює ступінь кореляції біострумів порівнюваних AT. Відомий також пристрій для визначення електричного зв'язку акупунктурних точок організму [див. патент України №7929, МПК А61В5/05, бюл. №7, 2005], який містить автоматичний перемикач, послідовно з'єднані вибірковий підсилювач низької частоти, синхронний детектор, фільтр нижніх частот і вольтметр, генератор низької частоти, з'єднаний з керуючими входами автоматичного перемикача і синхронного детектора, диференційний підсилювач та загальну заземлену шин у. Крім того, пристрій містить індукційний датчик, два широкосмугових підсилювачі, перемножувач електричних напруг, фільтр нижніх частот, підключений до виходу перемножувача, і автоматичний потенціометр. Підключення диференційного підсилювача в якості розщеплювача симетричної напруги індукційного датчика, а також перемножувача з двома підсилювачами, з'єднаними з виходами розщеплювача, не дозволяє здійснювати кореляційну обробку сигналів, які знімаються з різних AT, і обмежує смугу частот шумових біостр умів, які перемножують. В результаті цього знижується чутли вість пристрою до корельованої частини шумів AT і зростає похибка в оцінці психоемоційного стану пацієнта за рахунок збільшення флуктуаційного порогу чутливості пристрою. В основу корисної моделі покладена задача створити такий пристрій для визначення електричного зв'язку акупунктурних точок організму, в якому шля хом введення нових елементів і зв'язків між ними здійснювалася б обробка двох електричних сигналів від різних AT у широкій смузі їхніх частот, з виділенням корельованої частини цих сигналів і визначенням коефіцієнта взаємної кореляції, що дозволить більш об'єктивно оцінювати психікоемоційний стан людей, що виконують відповідальні доручення. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для визначення електричного зв'язку акупунктурних точок організму, який містить автоматичний перемикач, послідовно з'єднані вибірковий підсилювач низької частоти, синхронний детектор, фільтр нижніх частот і вольтметр, генератор низької частоти, з'єднаний з керуючими входами автоматичного перемикача і синхронного детектора, диференційний підсилювач та загальну заземлену шину, відповідно до корисної моделі, введені два голчастих електроди, електрод-затискач, два погоджуючих підсилювачі, та послідовно з'єднані між собою широкосмуговий підсилювач, квадратор і інтегратор, при цьому голчасті електроди з'єднані із входами погоджуючих підсилювачів, диференційні виходи одного з них з'єднані із входами автоматичного перемикача, вихід якого з'єднаний з інверсним входом диференційного підсилювача, прямий вхід останнього з'єднаний з виходом другого погоджуючого підсилювача, а вихід - з широкосмуговим підсилювачем, вихід інтегратора з'єднаний із входом вибіркового підсилювача низької частоти, а електродзатискач з'єднаний із загальною заземленою шиною. Введення в схему пристрою для визначення електричного зв'язку акупунктурних точок організму двох голчастих електродів, електрода-затискача, двох погоджуючих підсилювачів, широкосмугового підсилювача, квадратора і інтегратора, з'єднаних зазначеним образом, дозволяє одержати низькочастотний сигнал, амплітуда якого пропорційна добутку корельованої частини шумів порівнюваних AT. При цьому на амплітуду низькочастотного сигналу не впливають власні шуми диференційного і широкосмугового підсилювачів, квадратора і інтегратора, а також некорельовані шумові біоструми, що знімають з порівнюваних AT. Визначений коефіцієнт взаємної кореляції біострумів AT дозволяє підвищити об'єктивність оцінки психоемоційного стану людей, що виконують відповідальні доручення. На фігурі представлена функціональна схема пристрою для визначення електричного зв'язку акупунктурних точок організму. Пристрій містить голчасті електроди 1 й 2, погоджуючі підсилювачі 3 і 4, з'єднані з голчастими електродами, автоматичний перемикач 5, входи якого з'єднані з диференційними виходами погоджуючого підсилювача 4, диференційний підсилювач 6, інверсний вхід якого з'єднаний з виходом автоматичного перемикача 5, а прямій вхід з'єднаний з виходом погоджуючого підсилювача 3. До виходу диференційного підсилювача 6 підключені послідовно з'єднані широкосмуговий підсилювач 7, квадратор 8 й інтегратор 9. До виходу інтегратора 9 підключені послідовно з'єднані вибірковий підсилювач 10 низької частоти, синхронний детектор 11, фільтр 12 нижніх частот і вольтметр 13. Генератор 14 низької частоти з'єднаний з керуючими входами автоматичного перемикача 5 і синхронного детектора 11. Електрод-затискач 15 з'єднаний із загальною заземленою шиною 16 пристрою. Позицією 17 позначений шкіряний покрив досліджуваного пацієнта. Пристрій для визначення електричного зв'язку акупунктурних точок організму працює таким чином. Голчасті електроди 1 й 2 приводять у контакт з обраними AT, електричний зв'язок між якими є предметом дослідження. Електрод-затискач 15 з'єднується з рукою або ногою пацієнта залежно від розташування порівнюваних AT по траєкторії обраного енергетичного меридіану. У результаті цього шкіряний покрив 17 досліджуваного пацієнта в обраній зоні стає з'єднаним із загальною заземленою шиною 16 електронного пристрою. Електричні сигнали, що знімають голчастими електродами 1 й 2 з порівнюваних AT являють собою адитивну суміш теплового і біологічного шумів, власти вого живим організмам. Інтенсивність біологічного шуму визначається випадковою сукупністю одиничних електрофізичних реакцій (відкривання й закривання воріт іонних каналів, заряд і розряд клітинних мембран, енергетичні переходи нейронів з активного стану в пасивний та ін.). У свою чергу інтенсивність електрофізіологічних реакцій зростає при збудженні пацієнта або протіканні патологічних процесів в організмі. Погоджуючи підсилювачі 3, 4 з'єднані з голчастими електродами 1, 2 і виконані у вигляді виносних високоомних пробників, які легко переміщуються по шкіряному покриву відносно електродазатискача 15. Вихідний сигнал погоджуючого підсилювача 3 надходить на прямий вхід диференційного підсилювача 6, а на його інверсний вхід по черзі надходять різнополярні сигнали з симетричних виходів погоджуючого підсилювача 4 через автоматичний перемикач 5. Частота перемикання сигналів визначається частотою генератора 14 низької частоти, напруга якого керує роботою автоматичного перемикача 5 і синхронного детектора 11. & & Якщо шумові сигнали, що знімають з AT, представити в комплексному вигляді як U1 й U 2 , то при верхньому положенні автоматичного перемикача 5 на виході диференційного підсилювача 6 формується комплексна різницева напруга & & & & U3 = K1(U 2 - U1 + U A1 ) , (1) & де К1 - коефіцієнт підсилення диференційного підсилювача 6; U - власна шумова напруга диференційного A1 підсилювача 6. У нижньому положенні автоматичного перемикача 5 з урахуванням зміни полярності вихідної напруги погоджуючого підсилювача 4 формується сумарна комплексна напруга & & & & U 4 = K1(U 2 + U1 + UA 1) . (2) & & Пакети шумових напруг U3 і U 4 по черзі підсилюються широкосмуговим підсилювачем 7. У квадраторі 8 миттєві значення підсилених напруг зводяться у квадрат і квадратовані напруги усереднюються в інтеграторі 9. В результаті зазначених операцій при одному положенні автоматичного перемикача 5 на виході інтегратора 9 утвориться усереднена напруга & & U5 = K 2S1K 3 (U3 + UA 2 )2 , (3) 2 де К2 - коефіцієнт підсилення широкосмугового підсилювача 7; S1 - крутість перетворення квадратора 8; К3 & коефіцієнт передачі інтегратора 9; U A 2 - напруга власних шумів широкосмугового підсилювача 7, а символ " " означає часове усереднення. В іншому положенні автоматичного перемикача 5 утвориться усереднена напруга & & U6 = K 2S1K 3 (U4 + UA 2 )2 . (4) 2 & & Як видно з виразів (1) і (2) напруги U3 і U 4 являють собою різницю й суму порівнюваних напруг. Зведення їх & & у квадрат згідно (3) і (4) разом з напругами власних шумів U A1 і U A 2 приводить до утворення напруг, пропорційних добуткам шумових напруг як порівнюваних AT, так і власних шумових напруг підсилювачів між собою і з напругою AT. Проте варто врахувати, що шуми підсилювачів некорельовані із шумами AT, тому що їхні джерела є статистичне незалежними. Так само шуми диференційного 6 і широкосмугового 7 підсилювачів некорельовані між собою. Тому усереднені добутки шумових некорельованих напруг як відомо дорівнюють нулю: & & & & & & U1U A 1 = 0 ; U1U A 2 = 0 ; U A1U A 2 = 0 ; (5) & & & & U2U A1 = 0 ; U2U A 2 = 0 . (6) Шумові напруги порівнюваних AT між собою корельовані внаслідок синхронізації ряду електрофізіологічних процесів, обумовленої регулюючою дією електромагнітного каркаса живого організму. Тому усереднений добуток біострумів AT & & U1U 2 = r12 U1U2 , (7) де ρ12 - коефіцієнт взаємної кореляції шумових напруг електродів 1 й 2; U1 і U2 - середньоквадратичні значення цих шумових напруг. Середній квадрат комплексної шумової напруги дає значення дисперсії цієї напруги ( U 2 ) у смузі частот підсилюваних напруг. З урахуванням співвідношень (5), (6) і (7) усереднена напруга (3) приймає вигляд æ ö U2 2 2 2 U5 = K1 K 2S1K 3 ç U12 + U2 + UA 1 + A 2 - 2r12 U1U2 ÷ . (8) 2 2 ç ÷ K1 è ø Аналогічно виражається і усереднена напруга (4) æ 2 ö U2 2 2 2 U6 = K1 K 2S1K 3 ç U1 + U2 + UA1 + A 2 - 2r12 U1U2 ÷ . (9) 2 2 ç ÷ K1 è ø Наявність у виразах (8) і (9) корельованої складової шумових сигналів з різними знаками обумовлює нерівність цих напруг. Напруги U5 й U6 формуються на виході інтегратора 9 по черзі в такт із роботою автоматичного перемикача 5, тому в їхній часовій послідовності присутня змінна складова, пропорційна їхньої напіврізниці: 1 U7 (t ) = U - U5 sign sin2pFt + UA 3 (t ) , (10) 2 6 де F - частота перемикань автоматичного перемикача 5; signsin2pFt - прямокутна напруга огинаючої пакетів напруг U5 й U6; U A3(t) - низькочастотна шумова напруга інтегратора 9. Змінна напруга низької частоти F підсилюється вибірковим підсилювачем 10 низької частоти, налагодженим на частоту F, і випрямляється синхронним детектором 11, керованим напругою генератора 14. Синхронно детектована напруга разом з низькочастотними шумами згладжується фільтром 12 нижніх частот. В результаті виділяється постійна напруга ( ) ( ) K 4 S2K 5 U6 - U5 + UA 4 ( t ) , (11) 2 де К4 - коефіцієнт підсилення вибіркового підсилювача 10; S2 - крутість перетворення синхронного детектора 11; К5 - коефіцієнт передачі фільтра 12 нижніх частот; UA4 - флуктуюча частина напруги. З урахуванням значень напруг U5 і U6 з (3), (4) постійна напруга, вимірювана вольтметром 13, приймає вигляд U8 = 2 U9 = K1 K 2S1K3 K 4S 2K5 r12 U1U2 . (12) 2 Наявність флуктуючої частини вимірюваної напруги через дію шумів обумовлює флуктуаційний поріг чутливості пристрою. Збільшенням постійної часу фільтра 12 нижніх частот до 3...5 с флуктуаційний поріг можна знизити до припустимого значення (менше 0,1...0,2 одиниці шкали вольтметра). Для визначення коефіцієнта взаємної кореляції ρ12 з'єднують голчасті електроди 1 й 2 разом і спочатку торкаються однієї з порівнюваних AT. У цьому випадку покази вольтметра 13 будуть визначатися добутком тієї & самої шумової напруги, наприклад, U1 , тобто її дисперсією 2 U10 = K1 K 2S1K 3K 4S 2K 5r12 U12 . (13) 2 Потім з'єднаними разом голчастими електродами 1 й 2 торкаються іншої AT. У цьому випадку покази вольтметра 13 будуть визначатися дисперсією шумів іншої AT U11 = K 2K 2 S1K 3K 4 S2K 5 r12 U22 . (14) 1 2 Далі визначають число N, як відношення виміряної напруги U 9 до кореня квадратного з добутку вимірюваних напруг U10 й U11: U9 . (15) N= U10U11 Підставивши у формулу (15) значення вимірюваних напруг (12), (13) і (14), одержуємо N=ρ12. (16) Таким чином, значення коефіцієнта взаємної кореляції визначається по трьох значеннях вимірюваних шумових напруг. При цьому результат вимірювань не залежить від параметрів вимірювальної схеми (K1, К2 , К3 , К 4, К5, S 1 і S2), а також рівня власних шумів підсилювально-перетворювального тракту (UA1, UA2, UA3 і UA4). Це дозволяє використовувати широкосмугові, хоча і недостатньо стабільні, підсилювачі з високим коефіцієнтом підсилення та інші активні елементи пристрою і забезпечити таким чином високу чутливість до біологічних шумів досліджуваного організму, що дозволяє більш об'єктивно оцінювати психоемоційний стан різних пацієнтів. Дослідження, в тому числі і комп'ютерне моделювання, показали, що на основі схеми запропонованого пристрою можна фіксувати наявність електричного зв'язку між різними AT як одного енергетичного меридіану, так і AT, розташованих на різних меридіанах. Кількісна оцінка зв'язку здійснюється за значенням коефіцієнту взаємної кореляції біострумів порівнюваних AT. Для реальних рівнів шумових сигналів AT порядку 10-7... 10-8 В виявлення їхні х електричних зв'язків здійсненне при коефіцієнті підсилення шумів AT до квадратора на 70...80 дБ і вибірковому підсиленні на частоті перемикань 200...300 Гц порядку 60 дБ. Низький флуктуаційний поріг чутливості (10-9...10-10 В) досягається збільшенням часу усереднення до 2...3 с. Виконання схеми на інтегральних операційних підсилювачах забезпечує смугу пропускання шумових сигналів до 100 МГц, що забезпечує широку смугу часто т та високу чутливість. Експерименти показали, що коефіцієнт взаємної кореляції між AT розташованими на парних меридіанах пацієнта при нормальному психоемоційному стані змінюються в межах 0,3...0,55. При збудженому стані або почутті тривоги цей показник знижується до 0,05...0,15. Електричний зв'язок між AT одного меридіану вище і становить 0,6...0,65. Запальні та інші патологічні процеси в організмі приводять до зниження коефіцієнта взаємної кореляції. При пухлинних захворюваннях у ряді випадків спостерігається збільшення зазначеного коефіцієнту. Таким чином, запропонований пристрій дозволяє об'єктивно оцінювати стан здоров'я людини і його психоемоційний стан інструментальними засобами.