Пристрій вимірювання й реєстрації електромагнітного випромінювання біологічних об’єктів для діагностики

1. Пристрій вимірювання та реєстрації електромагнітного випромінювання біологічних об'єктів для діагностики, що містить приймальну антену, високочастотну частину приймача, квадратичний детектор, інтегратор, блок опорної постійної складової, що є джерелом напруги, що компенсує, блок C2 2 (11) 1 ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО UA (54) ПРИСТРІЙ ВИМІРЮВАННЯ Й РЕЄСТРАЦІЇ БІОЛОГІЧНИХ ОБ'ЄКТІВ ДЛЯ ДІАГНОСТИКИ (19) ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ 3 з'єднаний з радіометром, у сантиметровому або дециметровому діапазоні у вигляді спектрограми, що уявляє собою амплітудно-частотну характеристику, зіставлення отриманої спектрограми з еталонною й проведення оцінки стану організму по взаємному розташуванню й крутості переднього фронту піків амплітуди поблизу резонансних частот, причому глибина зондування міняється від 1,5см до 17см. Як еталонну спектрограму використовують спектрограму дистильованої води або фізіологічного розчину. Реєстрацію амплітудно-частотної характеристики досліджуваної ділянки тіла здійснюють за допомогою прийомного пристрою, що включає безліч датчиків - аплікаторів, скомплектованих у матрицю й з'єднаних з радіометром, що не перебудовується по частоті, шляхом виборчого підключення датчиків до радіометра, причому порядок підключення датчиків, а також розпізнавання області формування радіовідгуку визначаються відповідною комп'ютерною програмою. Реєстрацію амплітудно-частотної характеристики досліджуваної ділянки тіла на різній глибині здійснюють за допомогою прийомного пристрою, що включає принаймні один датчик - аплікатор, постачений буферним діелектричним прошарком з радіопрозорого матеріалу, погодженого по хвильовому опору з антеною-аплікатором і шкірою пацієнта, і з'єднаний з радіометром, що не перебудовується по частоті, шляхом послідовної зміни товщини буферного прошарку. Реєстрацію амплітудно-частотної характеристики відгуку з різної глибини досліджуваної ділянки тіла здійснюють за допомогою прийомного пристрою, що включає принаймні один датчик, з'єднаний з радіометром, що перебудовується по частоті, шляхом послідовного виміру прийнятих частот. Зіставлення отриманої спектрограми з еталонною здійснюють у програмно-обчислювальному модулі. Апаратурний комплекс для функціональної діагностики, характеризується тим, що він містить генератор електромагнітного випромінювання міліметрового діапазону довжин хвиль що перебудовується по частоті, антену що випромінює, прийомний пристрій, виконаний у вигляді принаймні одного датчика- аплікатора з можливістю закріплення на тілі пацієнта й з'єднаного з радіометром довгохвильової частини СВЧ- діапазону, а також містить елементи для розміщення пацієнта, закріплення й/або переміщення датчиків на тілі, розташовані усередині захищеної від перешкод капсули, при цьому датчики з'єднані із програмнообчислювальним модулем. Джерело електромагнітного випромінювання міліметрового діапазону довжин хвиль жорстко закріплене на внутрішній стінці корпуса капсули таким чином, щоб відстань між джерелом випромінювання й пацієнтом становило 20-40см, а впливу електромагнітного випромінювання піддавалися проекції внутрішніх органів пацієнта. Прийомний пристрій виконаний принаймні із двох датчиків - аплікаторів, кожний з яких з'єднаний із багатоканальним радіометром, що не перебудовується по частоті, або з одноканальним ра 92386 4 діометром, що не перебудовується по частоті, через комутуючий пристрій. Загальними істотними ознаками є те, що апаратурний комплекс для функціональної діагностики, містить генератор електромагнітного випромінювання, антену що випромінює, прийомний пристрій, комутуючий пристрій, модуль реєстрації електромагнітного випромінювання. Недоліками відомого пристрою є те, що відсутнє вимірювання та реєстрація вертикальних і горизонтальних поляризаційних складових сигналу для більш повної інформативності вимірів, сильні фазові перекручування антеною, відсутня можливість порівняти власне випромінювання з реакцією на зовнішній електромагнітний вплив, відсутні виміри випромінювання окремого конкретного органа людини, замість якого збирається інформація з великої кількості прийомних датчиків, що створює труднощі при переробці отриманої інформації. Найбільш близьким з відомих пристроїв є компенсаційний радіометр міліметрового діапазону, призначений у тому числі для прикладного використання в медичній і ветеринарній діагностиці, описаний у книзі Розанова Б. А. Приймачі шумових сигналів - радіометри. (Приемники шумовых сигналов-радиометры) Навчальний посібник. Москва. Видавництво МДТУ ім. М.Е. Баумана, 1993 р. на стор. 9. Компенсаційний радіометр містить антену, ВЧ - частину приймача, квадратичний детектор, інтегратор, джерело напруги, що компенсує, блок вирахування, підсилювач постійного струму з регульованим посиленням . Даний пристрій забезпечує максимально можливу (потенційну) флуктуаційну чутливість. У цій схемі широкосмужний шумовий сигнал, що надходить від антени, підсилюється лінійною високочастотною частиною приймача в смузі, що задається смуговим пропускним фільтром і подається на квадратичний детектор. Сигнал з виходу останнього піддається нагромаджуванню в інтеграторі протягом еквівалентного часу інтегрування. З накопиченого сигналу для запобігання перевантаження наступних вихідних підсилювальних каскадів і скорочення їхнього динамічного діапазону блоком вирахування віднімається постійна складова, що не залежить від корисного сигналу й залежна від шумів системи. Підсилювач постійного струму доводить масштаб вихідних сигналів до рівня, що дозволяє реєструвати його вихідним пристроєм. Загальними суттєвими ознаками є те що, пристрій вимірювання й реєстрації електромагнітного випромінювання біологічних об'єктів для діагностики, містить прийомну антену, високочастотну частину приймача, квадратичний детектор, інтегратор, блок опорної постійної складової, що є джерелом напруги, що компенсує, блок вирахування, підсилювач постійного струму. Відомий пристрій маючи високу ефективність визначення температурного контрасту має ряд недоліків при вимірах біологічних об'єктів. Це обумовлено наявністю в останніх поляризованих структур, що само по собі є важливим інформаційним параметром, наявністю квазигармонічних процесів з динамічними фазовими варіаціями, 5 сильна реакція біологічних об'єктів на зовнішній електромагнітний вплив з наступною зміною функціональних параметрів. Природно, що однократний вимір без урахування перелічених вище особливостей функціонування біологічних об'єктів не дозволяє всебічно оцінити функціонування біологічного об'єкту. Тобто недоліки відомого пристрою можливо звести до наступного: - не визначена поляризація сигналу; - сильні фазові перекручування антеною; - відсутня можливість зрівняти власне випромінювання з реакцію на зовнішній електромагнітний вплив. Метою винаходу є розширення номенклатури параметрів що реєструють, зокрема, реєстрація у двох ортогональних поляризаціях, як сигналів власного випромінювання, так і викликаних зовнішнім електромагнітним впливом випромінювання, більш висока вірогідність вимірювання слабких сигналів власного електромагнітного випромінювання біологічних об'єктів. Цей технічний результат досягається введенням у конструкцію пристрою : - розподільника поляризації й двох ідентичних по амплітудно-частотних характеристиках ортогональних поляризаційних каналів ; - генератора широкосмужного випромінювання із блоком запуску генератора й випромінюючою антеною; - блока керування, що забезпечує послідовність включення або вимикання приймача й генератора. Також, додатково підвищується якість прийому сигналу введенням у конструкцію рупорної антени, як найбільш зручної при дослідженні біологічних об'єктів, з лінзою що коректує, та компенсує фазові перекручування сигналу на шляху від антени до хвилеводного переходу в підставі рупора. Відмітними суттєвими ознаками є те, що пристрій містить також передавальну антену, розподільник поляризації, блок керування, блок запуску генератора широкосмужного сигналу, генератор широкосмужного сигналу і блок зберігання записів, до того ж, пристрій виконаний двоканальним і після розподільника поляризації кожний канал містить смуговий пропускний фільтр, високочастотну частину приймача, квадратичний детектор, інтегратор, блок вирахування постійної складової, підсилювач постійного струму. Антена рупорна з коригувальною лінзою. Пристрій виконаний з можливістю прийому в діапазоні міліметрових довжин хвиль, та можливістю реєстрації низькочастотної модуляційної компоненти в смузі частот від 0,1 до 100000Гц. Суттєвими відмітними ознаками дійсними у всіх випадках є, те що пристрій містить передавальну антену, розподільник поляризації, блок керування, блок запуску генератора широкосмужного сигналу, генератор широкосмужного сигналу і блок зберігання записів, пристрій виконаний двоканальним і після розподільника поляризації кожний канал містить смуговий пропускний фільтр, високочастотну частину приймача, квадратичний детектор, інтегратор, блок вирахування постійної складової, підсилювач постійного струму. 92386 6 Суттєвими відмітними ознаками дійсними в окремих випадках є те, що антена рупорна з коригувальною лінзою і те що пристрій виконаний з можливістю прийому в діапазоні міліметрових довжин хвиль, та можливістю реєстрації низькочастотної модуляційної компоненти в смузі частот від 0,1 до 100000Гц. На Фіг.1 зображена структурна схема пристрою; На Фіг.2 зображена діаграма роботи пристрою; На Фіг.3 зображена амплітудно-часова діаграма циклу запису вертикальної поляризації; На Фіг.4 зображена амплітудно-часова діаграма циклу запису горизонтальної поляризації. Сутність винаходу пояснюється структурною схемою пристрою вимірювання й реєстрації електромагнітного випромінювання біологічних об'єктів (див.Фіг.1) який містить прийомну антену 1 і передавальну антену 2, розподільник поляризації 3, смуговий пропускний фільтр 4 - першого і смуговий пропускний фільтр 5 - другого поляризаційних каналів, блоки підсилювачів високої частоти 6 і 7, квадратичні детектори 8 і 9, інтегратори 19 і 20, блоки вирахування постійної складової 10 і 11, блок вирахування постійної складової 14, підсилювачі постійного струму 12 і 13, блок керування 15, блок 17 запуску генератора широкосмужного сигналу, генератор широкосмужного сигналу 18 і блок зберігання записів 16. Пристрій функціонує в такий спосіб. По команді оператора блоком керування 15 включається прийомна частина пристрою (t0) і через 2 сек., після встановлення перехідних процесів, обумовлених включенням, робиться запис власного випромінювання в оперативну пам'ять блоку керування 15 (t1). Діаграма функціонування пристрою представлена на Фіг.2. Запис здійснюється в такий спосіб. Сигнал власного електромагнітного випромінювання від біологічного об'єкту, розташованого в ближній зоні прийомної антени 1 надходить на розподільник поляризації 3, що виділяє горизонтальний поляризаційний компонент, що проходить у смуговий пропускний фільтр 4 одного каналу й вертикальний поляризаційний компонент у смуговий пропускний фільтр 5 іншого каналу. Смуговими фільтрами 4 і 5 формується смуга пропущення 500МГц з амплітудно-частотною нерівномірністю не більше 1%. Далі відфільтровані сигнали двох ортогональних поляризаційних компонентів надходять на блоки підсилювачів високої частоти 6 і 7, кожний з яких може складатися з від одного до трьох підсилювачів, які забезпечують посилення не менш 50Дб, що обумовлено забезпеченням робочого режиму квадратичних детекторів 8 і 9, які детектують високочастотний сигнал і забезпечують на виході низькочастотний модуляційний компонент у смузі частот від 0,1 до 100000Гц, що визначається частотними параметрами біофізичних процесів у біологічних об'єктах. Далі сигнал піддається нагромадженню на інтеграторах 19 і 20 протягом еквівалентного часу інтегрування, що залежить від завдань дослідження. З накопичених сигналів, для скорочення динамічного діапазону в блоках вирахування 10 і 11 віднімається постійна складова, 7 формована в блоці 14. Підсилювачі постійного струму 12 і 13 доводять масштаб вихідних сигналів до рівня достатнього для його запису в оперативну пам'ять блоку керування 15. Далі, після запису власного випромінювання біологічного об'єкта, блоком керування 15 виробляється сигнал переривання запису (t2) і включається блок запуску генератора 17 (t3), що активує генератор 18 (t4), що передає сигнал на випромінюючу антену 2, що спрямована на досліджуваний біологічний об'єкт і виконується його опромінення протягом заданого в блоці керування 15 часу. Після витікання часу опромінення блоком керування спрацьовує блок запуску генератора 17 (t5), при цьому генератор 18 відключається й припиняється опромінення біологічного об'єкту. Далі вдруге блоком керування 15 формується сигнал включення прийомної частини (t6) і через 2сек., після встановлення перехідних процесів генератора 18 й прийомної частини, обумовлених відключенням одного й включенням іншого, робиться запис вторинного випромінювання в оперативну пам'ять блоку керування 15 (t7) яке закінчується сигналом на завершення запису (t8). Вторинне випромінювання являє собою реакцію на опромінення біологічного об'єкта широкосмужним сигналом. Воно значно відрізняється від власного випромінювання 92386 8 й несе додаткову інформацію про функціонування біологічного об'єкту. Після цього блоком керування 15 робиться запис зареєстрованої інформації з оперативної пам'яті в блок зберігання записів 16 (t зап.), що має обсяг пам'яті достатній для зберігання 100 записів, кожна не більше 500Мбайт. Після цього блоком керування 15 пристрій приводиться у вихідний стан (t підг.). У результаті одного циклу запису формується чотири запису сигналів власного й вторинного випромінювань у двох ортогональних поляризаціях. Приклад діаграми запису представлений на Фіг.3 та Фіг.4. Представлений пристрій, виготовлений заявниками на базі сучасних комплектуючих елементів, при випробуваннях продемонстрував, що значно підвищена інформативність вимірювань і, в результаті, є підвищення достовірності і відтворюваності результатів вимірювань, і, зрештою, підвищення ефективності діагностики біологічного об'єкту шляхом вимірювання власного і вторинного, після дії широкосмугового зондуючого сигналу, в ортогональних поляризаціях випромінювань. Такі вимірювання дозволяють оцифрувати зареєстровані сигнали та виконати математичну обробку і за допомогою аналізу діагностичних параметрів поставити правильний діагноз. 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 92386 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601