Пристрій для контролю електрофізіологічного стану точок акупунктури

Винахід відноситься до медичної техніки і може бути використаний для оцінки електрофізіологічного стану точок акупунктури по їх електричному опору і температурі з метою діагностики і терапії. В акупунктурній діагностиці широко використовують методи, засновані на вимірі електричного опору шкіри і температури у точках акупунктури (ТА). Оскільки температура шкіри відображає стан парасимпатичної частини вегетативної нервової системи, а електричний опір - симпатичної, то спільний вимір цих параметрів більш інформативний для діагностики і вірного трактування результатів. Вимір електричного опору ТА й окремих зон шкіряного покрову здійснюється на постійному струмі апаратами з джерелом напруги, що складає одиниці і навіть десятки вольт (по методиці Фолля - 1,2-2В, методиці Накатані до 12В) при струмах в одиниці-десятки мікроамперів. За показниками мікроамперметра, що вимірює струм електрода, прикладеного до досліджуваної ТА, судять про величину електричного опору. Відомо, що жива тканина складається з клітин, оточених міжклітинним середовищем. При цьому кожна клітина оточена мембраною. Еквівалентну схему ТА можна представити у виді паралельно з'єднаних активного опору (міжклітинне рідке середовище) і реактивного (мембранні структури і внутрішньоклітинне середовище), обумовленого клітинною провідністю. Сигнал постійного струму, що використовують при вимірі електричного опору шкіри, протікає тільки по позаклітинному середовищі, тому що мембрана кліток стосовно постійного струму являє собою ізолятор [див. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. - М.: Высшая школа, 1999. С. 332-334]. Крім того проходження через живу тканину постійного струму викликає в тканині явище поляризації, що вносить додаткову похибку у результат виміру. Вимір температури ТА здійснюється шляхом виміру опору термістора, що приводять у тепловий контакт із ТА. Спочатку вимірюється температура, а потім струм для визначення електричного опору шкіри в тих же точках (за методикою Нечушкіна, Гайдамакіної - напруга джерела живлення 1,5-3В, струм короткого замикання - 20мкА, діапазон виміру температури - від 22 до 37°С). Вимір температури здійснюється електротермометрами, наприклад термометр ТПЕМ-1 із точковим термісторним датчиком. Відомий пристрій для контролю електрофізіологічного стану точок акупунктури, що містить двадцять чотири термісторні датчики для виміру температури ТА, розташованих у цих точках [див. А.И. Нечушкин, A.M. Гайдамакина. Стандартный метод определения тонуса вегетативной нервной системы в норме и при патологии // Журнал экспериментальной и клинической медицины. – 1981. - №2]. Крім того зазначений пристрій містить двадцять чотири активних і один пасивний електроди для виміру електричного опору, потенціометр, комутатор і мікроамперметр. Недоліком пристрою є застосування двох електродних датчиків для виміру параметрів ТА, а також низька точність і значний час необхідний для діагностики стану одного пацієнта. Відомий пристрій для контролю електрофізіологічного стану точок акупунктури [патент США №5339827, кл. А61Н39/02, 1994], що містить зондувальний електрод і опорний електрод, провідна поверхня якого в 25 разів перевищує площу кінця зондувального електрода, з яким з'єднаний генератор, що формує електричні сигнали з високим змістом гармонійних складових. До обох електродів підключений перетворювач електричного опору в частоту, вихід якого з'єднаний з комп'ютером, на екрані якого відтворюється значення опору. При цьому комп'ютер забезпечений програмою для аналізу одержуваних даних. Недоліком пристрою є відсутність елементів захисту організму від негативного впливу електричного струму на ТА, а також низька вірогідність результатів вимірів. Знижує вірогідність отриманих даних нестабільне положення електродів на шкірі людини, що збільшує кількість завад і вносить істотні суб'єктивні помилки при вимірах. В даний час достовірно зафіксовані негативні наслідки електропунктурних впливів на людський організм [див. Загрядский В.А., Злоказов В.П. Метрология и электробезопасность при пунктурной электродиагностике // Известия Таганрогского радиотехнического университета. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998. - С. 68-71]. Дослідження показали, що тестуючий сигнал при електропунктурних впливах діє на ТА, відповідні їм тканини, внутрішні органи, а також цілісний організм. Відомий пристрій для контролю електрофізіологічного стану точок акупунктури [див. Макац В.Г. Основы акупунктурной биодиагностики - Винница, 1991. - С. 73-78], що містить послідовно з'єднані один позитивний і двадцять чотири вимірювальних електроди, комутатор входів, фільтр, підсилювач, аналогово-цифровий перетворювач (АЦП), вихід якого з'єднаний із входом персонального комп'ютера. Цей пристрій призначений для порівняння електрофізіологічної активності двадцяти чотирьох досліджуваних ТА по ходу дванадцяти класичних меридіанів праворуч і ліворуч щодо зони пупкової області. У ній не використовується зовнішнє джерело струму, а вимірюють струм, що генерується біооб'єктом, що знижує до мінімуму шкідливий вплив на останній. Недоліком цього пристрою є низька вірогідність результатів вимірів при контролі стану ТА в ході діагностики чи їхнього пошуку, що знижує точність діагностики. Причинами низької вірогідності отриманих результатів є слабкість реєстрованого біоелектричного сигналу, порівняно із шумами при вимірах. Відомий також пристрій для контролю електрофізіологічного стану точок акупунктури [патент РФ №2123318, кл. А61Н39/00, 1998, бюл. №35], що містить блок із тридцяти вимірювальних електродів і блок з чотирьох позитивних електродів, два комутатори, входи одного з них з'єднані з вимірювальними електродами, входи іншого комутатора з'єднані з позитивними електродами, аналого-цифровий перетворювач, блок контролера, входом з'єднаний з виходом аналого-цифрового перетворювача, і персональний комп'ютер, входом з'єднаний з виходом блоку контролера. Крім того пристрій для контролю включає вимірювальний резистор, фільтр, підсилювач і блок формування вимірювальних напруг, комутатори джерел вимірювальних напруг і груп, причому джерела вимірювальних напруг з'єднані загальним проводом, а комутатори - із шиною керування режимів, а між загальним проводом і точкою з'єднання комутатора вимірювальних струмів і фільтром включений вимірювальний резистор. Незважаючи на гарну вірогідність одержуваних результатів вимірів і наявність деяких елементів електробезпечності пацієнтів, відомий пристрій для контролю електрофізичного стану ТА не забезпечує надійного захисту організму від шкідливого впливу електричного струму, що минає ТА. Зниження рівня зондувальних сигналів приводить до зниження чутливості на зміну вимірюваного сигналу і втрати інформації про стан ТА через зростаючий вплив шумів і завад. Крім того, відомий пристрій не подає інформацію про температуру досліджуваних ТА. В основу винаходу покладена задача створити такий пристрій для контролю електрофізіологічного стану точок акупунктури, в якому введенням нових елементів і їх зв'язків забезпечилось би підвищення точності виміру параметрів електрофізіологічного стану ТА за значенням шумової напруги, яка генерується самим організмом, що виключить негативний вплив електричного струму на організм і розширить функціональні можливості пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для контролю електрофізіологічного стану точок акупунктури, що містить блок із тридцяти вимірювальних електродів і блок з чотирьох позитивних електродів, два комутатори, входи одного з них з'єднані з вимірювальними електродами, входи іншого комутатора з'єднані з позитивними електродами, аналого-цифровий перетворювач, блок контролера, входом з'єднаний з виходом аналого-цифрового перетворювача, і персональний комп'ютер, входом з'єднаний з виходом блоку контролера, згідно з винаходом, додатково містить два автоматичних перемикача, повторювач напруги, два диференціальних розщеплювача напруги, формувач прямокутного знакозмінного сигналу, суматор, смуговий підсилювач, квадратичний детектор, фільтр нижніх частот, операційний підсилювач з ланцюгом негативного зворотного зв'язку, підсилювач змінної напруги і розділовий конденсатор, через який вихід комутатора вимірювальних електродів з'єднаний із входами повторювача напруги і першого диференціального розщеплювача напруги, виходи якого з'єднані з входами першого автоматичного перемикача, вихід якого з'єднаний з одним входом суматора, інший вхід якого з'єднаний з виходом повторювача напруги, до виходу суматора підключені послідовно з'єднані смуговий підсилювач, квадратичний детектор, фільтр нижніх частот, операційний підсилювач з ланцюгом негативного зворотного зв'язку, підсилювач змінної напруги і другий диференціальний розщеплювач напруги, виходи якого з'єднані з входами другого автоматичного перемикача, вихід якого з'єднаний із входом аналогоцифрового перетворювача, а керуючий вхід другого автоматичного перемикача з'єднаний з керуючим входом першого автоматичного перемикача і підключений до виходу формувача прямокутного знакозмінного сигналу, входом з'єднаного з частотним виходом блоку контролера, перший цифровий вихід якого з'єднаний з керуючим входом комутатора вимірювальних електродів, другий цифровий вихід з'єднаний з керуючим входом комутатора позитивних електродів, вихід якого з'єднаний із загальною заземленою точкою пристрою. Доцільно в пристрої для контролю електрофізіологічного стану точок акупунктури ланцюг негативного зворотного зв'язку операційного підсилювача виконати у вигляді послідовно з'єднаних позитивного електрода, вимірювального електрода і зразкового резистора, включеного між виходом операційного підсилювача і його інверсним входом, а також ключа, включеного паралельно зразковому резистору, при цьому керуючий вхід ключа з'єднаний з логічним виходом блоку контролера. Доцільно в пристрій для контролю електрофізіологічного стану точок акупунктури додатково ввести конденсатор великої ємності і другий ключ, що з'єднує вихід комутатора вимірювальних електродів з одним з електродів конденсатора великої ємності, інший електрод якого з'єднаний із загальною заземленою точкою пристрою, а керуючий вхід другого ключа з'єднаний із другим логічним виходом блоку контролера. Введення в пристрій для контролю електрофізіологічного стану точок акупунктури двох автоматичних перемикачів, повторювача напруги, двох диференціальних розщеплювачів напруги, суматора, смугового підсилювача, квадратичного детектора, фільтра нижніх частот, операційного підсилювача зі зразковим резистором і ключем у ланцюзі зворотного зв'язку, підсилювача змінної напруги і розділового конденсатора, а також другого ключа і конденсатора великої ємності, включених зазначеним образом, дозволяє із шумової напруги, знятої з ділянки шкіри між вимірювальним і позитивним електродами, виділити перший сигнал, пропорційний електричному опору і температурі, і другий сигнал, пропорційний тільки температурі, з яких після обчислювальної обробки в процесорі контролера одержати два результати, один із яких пропорційний температурі, а другий тільки електричному опору незалежно від рівня власних шумів вимірювальної схеми і дрейфу нуля її перетворюючих блоків, що дозволить цілком виключити шкідливий вплив електричного струму на організм і розширити функціональні можливості пристрою для контролю за рахунок одержання одночасної інформації про опір і температуру досліджуваних ТА. На кресленні зображена функціональна схема пристрою для контролю електрофізіологічного стану точок акупунктури. Пристрій містить блок 1 із тридцяти вимірювальних електродів, блок 2 з чотирьох позитивних електродів, вхідні комутатори 3 і 4 електродів, розділовий конденсатор 5, повторювач напруги 6, диференціальний розщеплювач напруги 7, автоматичний перемикач 8, суматор 9, смуговий підсилювач 10, квадратичний детектор 11, фільтр 12 нижніх частот, ключ 13, зразковий резистор 14, операційний підсилювач 15, підсилювач 16 змінної напруги, другий диференціальний розщеплювач напруги 17, другий автоматичний перемикач 18, аналогоцифровий перетворювач (АЦП) 19, блок контролера 20, формувач прямокутного знакозмінного сигналу 21, персональний комп'ютер 22, конденсатор 23 великої ємності, другий ключ 24. Входи блоку 1 вимірювальних електродів І-ХХХ з'єднані з входами комутатора 3, виходи блоку 2 позитивних електродів XXXI-XXXIV з'єднані з виходами комутатора 4, вихід якого з'єднаний із загальною заземленою точкою пристрою. Вихід комутатора 3 через розділовий конденсатор 5 з'єднаний із входом повторювача напруги 6 і входом диференціального розщеплювача 7. Виходи диференціального розщеплювача 7 з'єднані з входами автоматичного перемикача 8, вихід якого з'єднаний з одним із входів суматора 9, інший вхід якого з'єднаний з виходом повторювача напруги 6. До виходу суматора 9 підключені послідовно з'єднані смуговий підсилювач 10, квадратичний детектор 11, фільтр 12 нижніх частот і операційний підсилювач 15, у ланцюг зворотного зв'язку якого включені ключ 13 і зразковий резистор 14. До виходу операційного підсилювача 15 через підсилювач 16 змінної напруги підключений диференціальний розщеплювач 17, виходи якого з'єднані з входами автоматичного перемикача 18. Вихід автоматичного перемикача 18 з'єднаний із входом АЦП 19, цифровий вхід якого з'єднаний із входом блоку контролера 20. До частотного виходу блоку контролера 20 підключений формувач прямокутного знакозмінного сигналу 21, вихід якого з'єднаний з керуючими входами автоматичних перемикачів 8 і 18. Перший і другий цифрові виходи блоку контролера 20 з'єднані з керуючими входами комутаторів 3 і 4, третій цифровий вихід з'єднаний із входом персонального комп'ютера 22. Логічні виходи блоку контролера 20 з'єднані з керуючими входами ключів 13 і 24. Конденсатор 23 великої ємності своїм потенційним електродом через ключ 24 з'єднаний з виходом комутатора 3. Пристрій, що заявляється, для контролю електрофізіологічного стану точок акупунктури працює відповідно до програми, закладеної в постійно запам'ятовуючий пристрій блоку контролера 20 під керуванням команд, що надходять від персонального комп'ютера 22. Перед зняттям сигналів з електродів, укріплених на тілі пацієнта, робиться калібрування вимірювальної частини пристрою. Результат калібрування обробляється в контролері 20, повідомляється в персональний комп'ютер 22 і враховується при обробці результатів вимірів у робочому режимі. Пристрій для контролю працює таким чином. На тілі пацієнта закріплюють двадцять чотири вимірювальні електроди з блоку 1 для контролю дванадцяти основним меридіанів ліворуч і праворуч, а шість додаткових - для меридіана трьох порожнин: грудної, черевної і малого таза, і чотири позитивних електроди з блоку 2 на чотирьох кінцівках пацієнта. У робочому режимі по команді від комп'ютера 22 підключається за допомогою комутатора 3 один із тридцяти вимірювальних електродів (І-ХХХ), а за допомогою комутатора 4 - один їх чотирьох позитивних електродів (XXXI-XXXIV). Включений позитивний електрод заземлений, а включений вимірювальний електрод через конденсатор 5 з'єднується з входами повторювача напруги 6 і диференціального розщеплювача напруги 7. За допомогою включеного вимірювального електрода з точки акупунктури (ТА) знімають шумову електричну напругу, що виникає в нагрітому електрофізіологічному середовищу, що має активні фізіологічні втрати. У такім середовищі обов'язково існують теплові електричні флуктуації, що і є джерелом теплового шуму. Відповідно до рівняння Найквіста середнє значення квадрата шумової напруги UШ має вид: 2 UШ = 4 К D f Tx R x , (1) де К=1,38*10-23 Дж/К - постійна Больцмана; Df - смуга частот, у якій виділяється шумова напруга; Тх - абсолютна температура ТА по шкалі Кельвіна; Rх - електричний опір ТА. & Якщо шумову напругу (1) представити в комплексному виді UШ , то вона повторюється на виході повторювана напруги 6, виконаного на операційному підсилювачі, охопленому глибоким негативним зворотним зв'язком & & U1 = UШ . На виході диференціального розщеплювача 7, що виконаний на операційному підсилювачі зі зворотним негативним зв'язком по обох входах, формуються дві однакових напруги з протилежними знаками: & & & & U 2 = U Ш , U3 = -U Ш . (2) При температурі пацієнта 308-310К (35-37°С) шумова напруга від різних ТА на одному рівні з власними шумами операційних підсилювачів. Тому вихідні напруги повторювача напруги 6 і диференціального розщеплювача 7 представимо у виді комплексних сумарних напруг: &/ & & U1 = UШ + UШ1, & / = U + U , (3) & & U2 Ш Ш2 & / = -U - U , & & U ( ) 3 Ш Ш2 & де UШ1 - власні шуми повторювача напруги 6; & UШ2 - власні шуми диференціального розщеплювача напруги 7. & На входи автоматичного перемикача 8 надходять протифазні напруги U/ 2 & і U/ . При періодичних 3 & & підключеннях на його вихід по черзі проходять пакети із шумових напруг U/ і U/ : < 2 3 1 & & & U4 = UШ + UШ2 ,0 < t < , 2F (4) 1 1 & & &