Пристрій для виміру електричного опору точок акупунктури біооб’єктів

Пристрій відноситься до медичної техніки і може бути використаний для виміру електричного опору точок акупунктури біооб'єктів у процесі рефлексодіагностики і рефлексотерапії в медицині, а також у спортивній біоелектроніці. Електричний опір точок акупунктури (ТА) є найважливішим параметром, за яким судять про біоелектричну активність як окремих точок, так і всього біологічного об'єкту в цілому. Для виміру електричного опору ТА найчастіше використовують тестуючий сигнал від зовнішнього джерела струму чи напруги. Для введення в біооб'єкт тестуючого сигналу застосовують електроди різної конструкції, а потужність тестуючого сигналу максимально обмежують. Справа в тому, що тестуючий сигнал при електропунктурних впливах діє на ТА, відповідні їм тканини, внутрішні органи, а також цілісний організм [див. Загрядский В.А., Злоказов В.П. Метрология и электробезопасность при пунктурной электродиагностике. / Известия Таганрогского радиотехнического университета. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998 - C. 68-71]. Інформація про електричний опір шкіри широко використовується в спортивній біоелектроніці. Зокрема, встановлено, що інтенсивність навантаження спортсменів високого класу повинна бути високою, але вона повинна бути контрольованою і не приводити до нагромадження в м'язах великої кількості молочної кислоти, що визначає припустимі межі стомлення організму. Точно так кислотно-лужна рівновага крові в заданих межах визначає механізм, що компенсує зрушення концентрації водневих іонів (pH) у залежності від функціонального стану спортсмена. Замість методу "забору" крові для визначення pH спортсменів у тренувальний і змагальний періоди для оцінки їхнього функціонального стану без травм тіла і психіки перспективне проведення експрес-аналізу по електроопору різних ділянок тіла і м'язів. Однак і в цих випадках виявляється шкідливий вплив струму від зовнішнього джерела напруги. Відомий пристрій для виміру електричного опору точок акупунктури біооб'єктів [див. Патент РФ №2033749, кл. А61В5/05, 1995, бюл. №12], що містить генератор стабільного струму і підсилювач напруги, блок обробки інформації, два електроди - базовий і вимірювальний. При цьому вимірювальний електрод з'єднаний з підсилювачем, має корпус із втулкою і шайбою і підпружинений металевий щуп, жорстко встановлений у втулці, що переміщається уздовж корпуса. Контактна поверхня щупа і торцева поверхня втулки розташовані в одній площині, а співвідношення їхніх діаметрів установлене від 0,8 до 0,5. Зниження шкідливого впливу на організм зовнішнього електричного впливу досягнуто за рахунок застосування в якості тестуючого сигналу стр уму, стабілізованого по амплітуді на досить низькому рівні, а також застосуванням електродів з відносно великою контактною площею. Однак шкідливий вплив електричного струму цілком не усунуто. Відомий пристрій для виміру електричного опору точок акупунктури біооб'єктів [див. Патент США, №5339837, кл. А61Н39/02, 1994], що включає зондувальний електрод і опорний електрод, провідна поверхня якого в 25 разів перевищує площу кінця зондувального електрода. З останнім з'єднаний генератор, що формує тестуючі сигнали з високим змістом гармонійних складових. До цих електродів підключений перетворювач повного електричного опору досліджуваної ділянки біооб'єкта в частоту. Наявність високочастотних складових струму в тестуючому сигналі і збільшення площі електродів знижує шкідливий вплив електричної енергії на ТА, але не виключає його цілком. Відомий пристрій для виміру електричного опору точок акупунктури біооб'єктів [див. Патент РФ №2137416, кл. А61В5/04, 1999, бюл. №26], що включає генератор коливань з можливістю одночасної генерації коливань декількох частот в межах 104-106Гц, вхід якого підключений до вимірювального датчика. Вихідний сигнал формується за допомогою нелінійного перетворювача, при цьому рівень напруги на вихідному пристрої фіксують після спрацьовування індикатора електричного струму. Хоча підвищення частоти зондувальних струмів зменшує поляризаційні явища в живих тканинах, однак цілком їх не виключає. Крім того, цей пристрій не фіксує активну складову електричного опору на більш низьких частотах, що зменшує інформативність сигналів про стан організму. Відомо також пристрій для виміру електричного опору точок акупунктури біооб'єктів [див. Патент України №33096А, кл. А61В5/05, 2001, бюл. №1], що містить активний електрод, пасивний електрод, конденсатори, з'єднані з активним і пасивним електродами, комутатор, генератор комутуючої напруги, ви хід якого з'єднаний з керуючим входом комутатора та реєстратор. Крім того, зазначений пристрій містить кероване по напрузі і струму джерело постійного електричного струму, з'єднане з активним електродом через комутатор. Вплив електричного струму робить деструктивні реакції на внутрішні органи, зв'язані з ТА, що зондують. Від електромеханічних ушкоджень у ТА виявляються істотні морфологічні наслідки, що зберігаються до 1,5 місяців. Виявлено кумулятивний ефект гладких кліток на електропунктурні впливи. Ці клітки сприймають інформацію про стан середовища, у якій вони локалізовані, і здійснюють відповідну реакцію, виділяючи депоновані в них речовини. Послідовний вплив на гладкі клітки, яких завжди багато в ТА, електричною енергією при електропунктурі викликає посилене нагромадження в них біологічно активних речовин і сприяє в якийсь момент лавиноподібному викиду їх у кров і міжклітинну рідину, що часто приводить до серйозних негативних наслідків. До того ж коливання температури по поверхні тіла біооб'єкта змінює значення електричного опору. В основу винаходу поставлена задача створення такого пристрою для виміру електричного опору точок акупунктури біооб'єктів, у якому введення нових елементів і зв'язків між ними дозволило б виміряти опір ТА без прикладення до неї зовнішньої електричної напруги і незалежно від її температури, що підвищить вірогідність результатів вимірів електричного опору різних ділянок поверхні біооб'єктів. Поставлена задача вирішується тим, що к пристрій для виміру електричного опору точок акупунктури біооб'єктів, що містить активний електрод, пасивний електрод, конденсатори, з'єднані з активним і пасивним електродами, комутатор, генератор комутуючої напруги, ви хід якого з'єднаний з керуючим входом комутатора та реєстратор, відповідно до винаходу введені блок узгодження, два смугових підсилювачі, один з яких має прямий та інверсний виходи, блок перемноження, вузькосмуговий підсилювач, синхронний детектор, блок температурної компенсації і два фільтри нижніх частот, при цьому входи блоку узгодження через конденсатори і роз'єми з'єднані з активним і пасивним електродами, до виходів блоку узгодження підключені входи смугових підсилювачів, прямий та інверсний виходи одного зі смугових підсилювачів через комутатор з'єднані з одним входом блоку перемноження, другий вхід якого з'єднаний з виходом іншого смугового підсилювача, до виходу блоку перемноження підключені послідовно з'єднані перший фільтр нижніх частот, вузькосмуговий підсилювач, синхронний детектор, другий фільтр нижніх частот і блок температурної компенсації, до виходу якого підключений реєстратор, а керуючий вхід синхронного детектора з'єднаний з виходом генератора комутуючої напруги. Доцільно, що б в пристрої для виміру електричного опору точок акупунктури біооб'єктів блок узгодження має два операційних підсилювачі із глибоким від'ємним зворотним зв'язком по інверсних входах операційних підсилювачів, входами блоку є прямі входи операційних підсилювачів, зв'язані між собою резистивним дільником напруги, а виходами блоку є ви ходи операційних підсилювачів. Доцільно, що б в пристрої для виміру електричного опору точок акупунктури біооб'єктів блок температурної компенсації включає малоінерційний терморезистор, розміщений у безпосередньому тепловому контакті з активним електродом, змінний і постійний резистори, третій операційний підсилювач, інверсний вхід якого з'єднаний з малоінерційним терморезистором, а прямий вхід третього операційного підсилювача через постійний резистор заземлений, вихід третього операційного підсилювача через змінний резистор з'єднаний з його інверсним входом та є виходом блоку температурної компенсації. Введення в схему пристрою блоку узгодження, двох смугових підсилювачів, з яких один має прямий й інверсний виходи, блоку перемноження, вузькосмугового підсилювача з центральною частотою, яка дорівнює частоті перемикання комутатора, синхронного детектору, блоку температурної компенсації і двох фільтрів нижніх частот, включених зазначеним образом, дозволяє виділити сигнал теплового шуму, що знімається з активних і пасивних електродів, із власних шумів смугови х підсилювачів і блоку узгодження шляхом періодичного інвертування однієї з перемножуваних шумових напруг у блоці перемноження й вузькосмугового посилення знакозмінної напруги, яка формується на виході фільтра нижніх частот, що підвищує вірогідність результатів виміру електричного опору різних ділянок біооб'єктів без застосування тестуючи х сигналів від зовнішніх джерел електричної енергії. Виконання блоку узгодження на двох операційних підсилювачах із глибоким від'ємним зворотним зв'язком по інверсних входах операційних підсилювачів. забезпечує перетворення однієї симетричної напруги, що знімається з двох електродів, у дві протифазні лінійні напруги, що дозволяє їх підсилювати двома незалежними підсилювачами з не корельованими шумами, що підвищує вірогідність виміру опору по тепловому шуму. Виконання пристрою блоку температурної компенсації, що складається з малоінерційного терморезистора, розміщеного в безпосередньому тепловому контакті з вимірювальним електродом, змінного і постійного резисторів, третього операційного підсилювача, з'єднаних зазначеним образом, дозволяє автоматично вводити виправлення на зміну температури досліджуваної ТА, що також підвищує вірогідність результатів вимірів електричного опору цих точок. На кресленні представлена функціональна схема пристрою для виміру електричного опору точок акупунктури біооб'єктів. Пристрій для виміру електричного опору точок акупунктури біооб'єктів містить активний електрод 1 з малою площею контакту і пасивний електрод 2 з великою площею контакту, які через роз'єми 3 і 4 і розділові конденсатори 5 і 6 з'єднані з входами блоку узгодження 7, один вихід якою через смуговий підсилювач 8 по прямому й інверсному ви ходах з'єднаний із входами комутатора 9, вихід якого з'єднаний з одним із входів блоку перемноження 10, інший вхід якого безпосередньо з'єднаний з виходом смугового підсилювача 11. Вихід блоку перемноження 10 через послідовно з'єднані фільтр нижніх частот 12, вузькосмуговий підсилювач 13, синхронний детектор 14, другий фільтр нижніх частот 15, блок температурної компенсації 16 з'єднаний з реєстратором 17. Керуючий вхід синхронного детектора 14 і комутатора 9 з'єднані із симетричними виходами генератора комутуючої напруги 18. Блок узгодження 7 являє собою диференціальний розщеплювач на операційних підсилювачах 19 і 20, прямі входи яких через резистивний дільник напруги на резисторах 21 та 22 з'єднані з розділовими конденсаторами 5 і 6. Інверсні входи операційних підсилювачів 19 та 20 через резистори 23 та 24 зв'язані з виходами операційних підсилювачів та між собою через резистор 25, який зв'язує обидва підсилювачі. Малоінерційний терморезистор 26 блоку температурної компенсації 16, розміщений у безпосередньому тепловому контакті з активним електродом 1, підключений до входу третього операційного підсилювача 27, вихід якого через змінний резистор 28 з'єднаний з його інверсним входом, а прямий вхід через постійний резистор 29 заземлений. До виходу третього операційного підсилювача 27 безпосередньо підключений реєстратор 17. Пристрій працює таким чином. Як відомо, у будь-якому провідному середовищі, що має активні електричні втрати, виникають теплові електричні флуктуації - тепловий шум. За допомогою активного 1 і пасивного 2 електродів, з яких активний розміщений у відповідній ТА, а пасивний затиснутий у р уці, знімається знакозмінна шумова напруга. Ця напруга по своїй структурі є випадковим сигналом, що має суцільний спектр, а по спектральній щільності потужності не перевищує 10-19-10-20Вт/(см 2*Гц). Спектр сигналу, що знімається, принципово не відрізняється від спектрів власних шумів електронних підсилювачів. Тому малоефективним є відомі в радіотехніці методи виділення і виміри слабких регулярних (детермінованих) сигналів на тлі шумів і перешкод. Тому нижче використовується кореляційна обробка вхідного шумового сигналу. Відповідно до рівняння Найквиста усереднений квадрат шумової напруги U Ш має вид 2 UШ = 4KDfTR, (1) де К=1,38*10-23Дж/К - стала Больцмана; D f - смуга частот, у якій виділяється шумовий сигнал; Т - абсолютна температура досліджуваної ТА; К - електричний опір ТА. Шумова напруга від електродів 1 і 2 через роз'єми 3 і 4 і розділові конденсатори 5, 6, надходить на симетричні входи блоку узгодження 7. Ємності розділових конденсаторів 5 і 6 вибирають невеликими (100-200пФ), щоб вони разом із вхідними опорами блоку узгодження 7 забезпечували б проходження спектра шумової напруги починаючи з 5-10кГц. При цьому низькочастотні складові біострумів (менше 1кГц), що генеруються різними біоритмами організму, істотно послабляються. Два операційних підсилювачі 19 і 20, що входять до складу блоку узгодження 7, розділяють вхідну симетричну напругу на дві однакових протифазних лінійних напруги. Якщо вхідну . шумову напругу UШ(t) представити в комплексному виді UШ , то протифазні напруги на виходах блоку узгодження 7 будуть мати вид: . . U1 = k1 UШ, . ( 2) . U2 = -k 2 UШ , (3) де k1=k2 - коефіцієнти передач каналів блоку узгодження 7. . . Напруги U1 і U2 - надходять на входи смугових підсилювачів 8 і 11 зі смугою пропущення D f (10-200кГц). При температурі 307-310К (34-37°С) шумова напруга від різних ділянок людського організму одного порядку і навіть менше напруги власних шумів смугових підсилювачів 8 і 11. Тому вихідні напруги цих підсилювачів можна представити у виді сумарних комплексних напруг: ./ . . . . . U3 = k 3 (UШ 3 + k1 UШ ), ( 4) U4 = k 4 (UШ 4 + k 2 UШ ), ( 5) де k3=k4 - коефіцієнти підсилення підсилювачів перемінних напруг 8 і 11 відповідно; . . UШ 3 і UШ4 - комплексні напруги власних шумів у цих підсилювачах. На інверсному ви ході смугового підсилювача 8 формується шумова напруга зі зворотним знаком . // . . U3 = k3 ( - UШ3 - k1 UШ ). (6 ) На входи комутатора 9, що переключається з низькою частотою F