Біоімпедансний апарат для неінвазивної діагностики стану кісткової тканини людини

Реферат: Біоімпедансний апарат для неінвазивної діагностики стану кісткової тканини людини містить у собі послідовно з'єднані генератор електричних сигналів, диференціальний підсилювач змінної напруги, вимірювач напруги та блок живлення. Додатково містить вимірювальний підсилювач змінного струму, вимірювач сили струму, чотири електроди. UA 82186 U (54) БІОІМПЕДАНСНИЙ АПАРАТ ДЛЯ НЕІНВАЗИВНОЇ ДІАГНОСТИКИ СТАНУ КІСТКОВОЇ ТКАНИНИ ЛЮДИНИ UA 82186 U UA 82186 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі медичної техніки, а саме до пристроїв, які застосовуються для дослідження стану кісткової тканини людини. Значне зростання патології кісткової системи і, в першу чергу, широке розповсюдження остеопенії та остеопорозу потребує пошуку нових діагностичних підходів та розробки нових неінвазивних та безпечних для людини методів і апаратів для оцінки стану кісткової тканини. Існуючі прилади застосовують рентгенівські, радіонуклідні та ультразвукові принципи. Вони досить коштовні, а деякі з них небезпечні для здоров'я людини, особливо дітей та осіб похилого віку. Розробка та створення нового апарата, який використовує метод біоімпедансометрії, надає нові можливості для неінвазивної діагностики стану кісткової тканини людини. Найбільш близьким до корисної моделі і прийнятим за прототип є "Пристрій для дослідження електричних характеристик біологічних об'єктів" (Патент UA 75019, А61К50/00, 2006). Пристрій складається з послідовно з'єднаних генератора, мостової схеми, диференціального підсилювача порівняння, диференціального підсилювача вимірювання, детектора, мультиметра, блока живлення. Схема комутацій складається з двох реле - першого та другого. Пристрій має два електроди - допоміжний і вимірювальний, які підключено до диференціального підсилювача через перемикач. У схему також входять змінні резистор і конденсатор. В обмотку живлення першого реле включений перемикач, а в обмотку живлення другого реле - перемикач. Досліджувана біологічна тканина розташовується між електродами у вимірювальній комірці. Суттєвими ознаками аналога, що є спільними з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є те, що він що містить у собі послідовно з'єднані генератор електричних сигналів, диференціальний підсилювач напруги, вимірювач напруги та блок живлення. Основними недоліками пристрою-прототипу є: - низька точність і швидкість вимірювання електричних величин внаслідок підключення змінного резистора і змінної ємності до схеми пристрою; - низька точність вимірювання внаслідок використання двох електродів при вимірювання електричних величин; - неможливість використання вольт-амперного методу вимірювань електричних параметрів кісткової тканини внаслідок відсутності вимірювального підсилювача і вимірювача струму; - неможливість використання пристрою для досліджень біоелектричних властивостей кісткової тканини людини in situ. Ці недоліки не дають можливості провести комплексне вимірювання біоелектричних параметрів кісткової тканини людини in situ і визначити її якісний стан. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача створення пристрою для неінвазивної діагностики стану кісткової тканини людини in situ за результатами визначення її пасивних електричних властивостей. Технічним результатом корисної моделі, що заявляється, є підвищення точності та швидкості вимірювання. Поставлена задача вирішується тим, що корисна модель має розширені технічні можливості, які забезпечуються використанням вольтамперометричного методу вимірювань імпедансу та його складових - активного та реактивного опору, замість мостової схеми, яка використовується у прототипі, введенням в схему нових блоків і зв'язків, а саме вимірювального підсилювача змінного струму, який зондує об'єкт, та вимірювача сили струму, який надає абсолютне значення величини сигналу, ввімкнення відомих блоків по іншому, що суттєво поліпшує функціональні можливості пристрою. З метою підвищення точності вимірювань і виключення похибок, пов'язаних з впливом шкірного опору, в апараті використано тетраполярну методику відведень, яка передбачає одночасне використання 4 електродів, а саме - двох струмових і двох потенціометричних електродів, які виконані у вигляді плоских концентричних двоелементних електродів, конгруентних поверхні досліджуваного біологічного об'єкта. Корисна модель пояснюється блок-схемою пристрою (креслення). Пристрій складається з блока живлення (1), генератора (2), який з'єднаний з струмовим електродом (3). Струмовий електрод (4) з'єднаний з інвертуючим входом вимірювального струмового підсилювача (5). Неінвертуючий вхід підсилювача (5) з'єднаний із землею. Вихід вимірювального струмового підсилювача (5) з'єднаний з вимірювачем струму (6). Потенційний електрод (7) з'єднаний з інвертуючим входом диференційного підсилювача змінної напруги (8). Неінвертуючий вхід диференційного підсилювача змінної напруги (8) з'єднаний з потенційним електродом (9). Вихід диференціального підсилювача змінної напруги (8) з'єднаний з вимірювачем змінної напруги (10). 1 UA 82186 U 5 10 15 20 25 30 35 Пристрій працює таким чином. Досліджуваний об'єкт (11) (наприклад п'яткова кістка) розміщується між двох пар електродів, які приводяться в щільне зіткнення з шкірою досліджуваної області. Сигнал з генератора (2) надходить на струмовий електрод (3), проходить крізь досліджуваній біологічний об'єкт (11) і надходить на струмовий електрод (4). Величина струму, який пройшов, вимірюється вимірювачем струму (6). Різниця напруги, що виникає між потенційними електродами (7) і (9) при проходженні електричного струму крізь досліджуваний об'єкт реєструється вимірювачем змінної напруги (10). Величини напруги і сили струму, що були виміряні, використовуються для розрахунку величин ємності, активного, реактивного опорів та імпедансу біологічного об'єкта за формулами (Saha S., Reddy G.N., Albricht J.A. Factors affecting the measurement of bone impedance//Med. & Biol. Eng. &Comput.-1984. - V. 22. - P. 123-303): C  I / U (Ф), де С - ємність, I - сила струму,  - частота струму, U - напруга. X  1/ C (Ом), де X - реактивний опір, С - ємність,  - частота струму. R  U / I (Ом), де R - активний опір, I - сила струму, U - напруга. R 2  X2 (Ом), де Z - імпеданс, R - активний опір, X - реактивний опір. Пристрій, описаний вище, дозволяє: - підвищити точність вимірювань; - підвищити швидкодію; - застосувати метод вольтметра-амперметра; - забезпечити надійність роботи; - розширити режими роботи. - досліджувати біоелектричні властивості кісткової тканини людини in situ. Таким чином, корисна модель дає можливість проводити комплексне неінвазивне визначення пасивних електричних характеристик кісткової тканини з діагностичною метою. Z RX/ ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 Біоімпедансний апарат для неінвазивної діагностики стану кісткової тканини людини, що містить у собі послідовно з'єднані генератор електричних сигналів, диференціальний підсилювач змінної напруги, вимірювач напруги та блок живлення, який відрізняється тим, що містить вимірювальний підсилювач змінного струму, вимірювач сили струму, чотири електроди, які виконані у вигляді плоских концентричних двоелементних електродів, два з яких є струмовими, а два інших - потенціометричними, при цьому один із струмових електродів з'єднаний з генератором, а другий - з інвертуючим входом вимірювального струмового підсилювача, вихід якого з'єднаний з вимірювачем струму, а неінвертуючий вхід підсилювача струму з'єднаний із заземленням, один із потенційних електродів з'єднаний з інвертуючим входом диференціального підсилювача змінної напруги, а другий - з його неінвертуючим входом; вихід підсилювача змінної напруги з'єднаний з вимірювачем змінної напруги. 2 UA 82186 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3