Пристрій для реєстрації теплових властивостей шкіри

Пристрій для реєстрації теплових властивостей шкіри, який складається із датчика, нагріваль 30179 нею шкірного покриву, що перешкоджає отриманню точних значень виміряємої величини, а також неповний захист від зовнішньої дії за рахунок відсутності прямого теплового контакту нагрівального елементу з поверхнею шкірного покриву. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою-прототипу шляхом зміни виду термодатчика, конструкції нагрівального елементу і підложки, таким чином, щоб забезпечити безпосередній контакт із поверхнею тіла і необхідну чутливість вимірювача, а також зменшення теплообміну з навколишнім середовищем, що дозволяє досягти очікуваний технічний результат: звести до мінімуму погрішності виміру, підвищити достовірність виміру і розширити функціональні можливості. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої - прототипі, що містить датчик, нагрівальній елемент і підложку, згідно винаходу, датчик, виконаний на основі одноперехідного напівпровідникового транзистора, розташованого в центрі контактної сторони підложки, на бокову сторону якої надіто термостійке діелектричне кільце із системою канавок по зовнішній поверхні, в яких розташовується нагрівальний елемент у вигляді дроту із матеріалу з високим питомим опором, на кільце зверху надіто відбивний ковпачок, покритий діелектричним ковпачком. Між сукупністю суттєви х ознак винаходу та очікуваним технічним результатом проявляється слідуючий причинно-слідчий зв'язок: застосування як датчика напівпровідникового одноперехідного транзистора, який має більш високу стабільність та лінійність температурних характеристик, в порівнянні з терморезистором, дозволяє підвищити чутливість вимірювача, а конструктивне розташування нагрівального елементу і датчика на підложці забезпечити безпосередній тепловий контакт датчика та нагрівального елементу з поверхнею шкіри, і отже, використання відбивного і діелектричного ковпачків дозволяють покращити зовнішню теплоізоляцію досліджуємої ділянки шкіри, що збільшує точність вимірів, їх достовірність 1 дає можливість більш широкого використання для різного виду медико-біологічних досліджень. Суть даного винаходу ілюстр ується графічним матеріалом (фіг. 1). На фіг. 1 показан пристрій 10: 1 - датчик температури; 2 - підложка; 3 – кільце; 4 - нагрівальний елемент; 5 - виводи нагрівального елементу; 6 - перехідне рознімання; 7 - екрановані дроти; 8 - відбивний ковпачок; 9 - діелектричний ковпачок. Пристрій складається із датчика температури 1, виконаного на основі напівпровідникового одноперехідного транзистора, який розташований у геометричному центрі контактної сторони підложки 2, виконаної із діелектричного матеріалу. На підложку 2 надіто кільце прямокутного січення 3 із діелектричного термостійкого матеріалу, з системою канавок на зовнішній поверхні, на які намотаний нагрівальний елемент 4. Нагрівальний елемент 4 виготовлено ї використанням дроту із матеріалу з високим питомим опором (наприклад, ніхром) січенням 0,05-0,1 мм. Напруга на виводи 5 нагрівального елементу 4 подається через перехідне рознімання 6. Кільце з нагрівальним елементом приклеюється (наприклад, за допомогою епок сидної смоли) до бокової грані підложки. Датчик температури 1 та нагрівальний елемент 4 покриваються ізолюючим шаром (наприклад, із епоксидної смоли) з метою виключення електричного контакту між елементами конструкції Датчик температури 1 підключен екранованими дротами 7 до вимірювального пристрою. Усе покрию відбивним ковпачком 8, який сам покритий із діелектричного матеріалу 9. Пристрій кріпиться на досліджуваній частині поверхні шкіри пацієнта за допомогою ремінців або за допомогою присоски в залежності від досліджуємого органу. Работа пристрою ілюстрована графічним матеріалом фіг. 2. На фіг 2 показана блок-схема: 10 - пристрій; 11 - пристрій установки тимчасових інтервалів нагріву і блок живлення нагрівальної спіралі; 12 - аналого-цифровий перетворювач (АЦП); 13 - регулювач струм у підігрівача; 14 - електронна схема реєстрації температури; 15 - електронно-обчислювальна машина (ЕОМ). Пристрій працює слідуючим чином. Пристрій 10 прикладають контактною поверхнею на поверхню шкіри, фіксують за допомогою пристебнутих ремінців або за допомогою присоски в залежності від досліджуємого органу. Після встановки термодинамічної рівноваги (температура корпусу датчика дорівнює температурі досліджуємої частини тіла) подається імпульс напруги певної тривалості (за допомогою пристрою установки тимчасових інтервалів нагріву і блок живлення нагрівальної спіралі 11) з одночасним включенням АЦП 12 і початком реєстрації показань датчика температури 1. Виводи нагрівального елементу з'єднані з пристроєм для регулювання ступеня нагріву 13 за допомогою сполучених дротів. Ступінь нагріву регулюється реле часу, шляхом зміни підключення нагрівального елементу 4 до джерела живлення. Датчик температури 1 підключається до вимірювального пристрою 14 за допомогою екранованих дротів з метою зниження електричних наводок від різних зовнішніх обладнань. Оскільки задано вибрану постійну відстань намотки, тепловий імпульс співпадає по величині по всіх напрямках поширення, чим досягається рівномірність поширення теплового потоку. В залежності від стану шкірного покриву, швидкості кровотоку та інших біофізичних факторів крові спостерігається зміна виду кривої залежності температури бід часу На екрані ЕОМ (IBM - сумісний комп'ютер) 15 відбувається динамічне (частота опиту 30 мкс) відображення поступаючої від датчика температури 1 інформації, яка одночасно записується до пам'яті комп'ютера і може дальше зберігатися тривалий час. Дана залежність знімається за допомогою АЦП та вводиться в комп'ютер для подальшої обробки. Використання пропонованого пристрою дозволяє: оптимізувати медико-біологічні дослідження кількісного виміру шкірного кровотоку в залежності від стану системи кровообігу та нормального функціювання гемодинаміки організму, а також використовувати в умовах клініки термометрію в дослідженні ряду нетеплових функцій живого організму, таких як: кровоток, хвилинний об'єм, мікроциркуляцію та інші. Характеристики змін у часі температури на шкірі можуть дати важливу прогностичну та діагностичну інформацію в період одужання пі 2 30179 сля важких хірур гічних операцій. Наприклад, експериментально знайдено, що сильні зміни температури пальця ноги відбуваються у певний теоретичний момент часу на початку післяопераційного періоду (Эберхарт, Джексон, Трезек. / Застосування моделі теплопередачі для означення регіонального кровотока. // В кн.: Теплопередача (пер. с англ.), - 1973. - Т. 95., серия С, № 1). Ці зміни відображають реакцію серцево-судинної системи. Ця модель дозволяє визначити кровоток у пальці ноги по змінам температури на шкірі пальця. Крім того, оскільки актуальною є проблема контролю життєздатності консервованих та імплантуємих органів, при незначних змінах конструкції датчика стає можливим спостереження за цим процесом (використовуючи принцип, який заключається в тому, що поживний розчин на вході і виході органу в залежності від функціонального стану останнього має різну температуру, тобто спостерігається деяка різниця температур, яку і повинен фіксувати прилад). Пристрій можна використовува ти також для виміру об'ємної швидкості кровотоку (Nitzan М., Mahler Y., Lifshitz N. / Faster procedure for deriving regional blood flow by the moninvasive transient thernal clearance method // Ann. Biomed. Eng. - 1993. - 21, № 3. - С. 259-262.). Метод неінвазного нестаціонарного теплового кліренсу дозволяє кількісно виміряти шкірний кровоток. Він оснований на зовнішній теплоізоляції досліджуваної ділянки шкіри із послідуючим виміром постійного часу експоненціального росту його температури. Використання пропонованого пристрою реєстрації теплових властивостей шкіри забезпечує в порівнянні з відомими пристроями слідуючи переваги: 1) в порівнянні з аналогами використовується неінвазний метод, що виключає можливість травматизму та алергічної реакції на вживляємий об'єкт; 2) забезпечується безпосередній тепловий контакт між термодатчиком та шкірним покривом, за рахунок чого збільшується точність вимірів; 3) конструктивні особливості дозволяють звести до мінімуму теплообмін чутливого елементу з навколишнім середовищем, так як цей теплообмін є джерелом погрішності виміру; 4) зменшується собівартість і трудомісткість процесу виготовлення термодатчика; 5) для виготовлення використовується широко розповсюджена елементна база і матеріали. Фіг. 1 Фіг. 2 3 30179 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4