Матрична панель контактного термосканера

Реферат: Матрична панель термосканера, призначеного для діагностики запальних та онкологічних захворювань методом електронної контактної термографії, яка являє собою діелектричну плату з прямокутною матрицею телеметричних мікропроцесорних датчиків-перетворювачів "температура/цифровий код", підключених за допомогою електричних провідників до спільної трипровідної шини, причому датчики розташовані на лицевій стороні плати та в суміжних стовпцях розвернуті на 180 градусів, а топологія провідників передбачає зв'язки датчиків зі спільною шиною у двох взаємно перпендикулярних напрямах, що паралельні сторонам прямокутної матриці. UA 81746 U (12) UA 81746 U UA 81746 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електронної діагностичної термографічної апаратури, призначеної для візуалізації теплових аномалій на поверхні шкіри, обумовлених підвищеним метаболізмом і посиленим ангіогенезом при онкологічних і запальних захворюваннях як самої шкіри, так і внутрішніх органів. Контактна термографія розвивалась одночасно з широко розповсюдженою дистанційною інфрачервоною термографією (теплобаченням). Поступаючись теплобаченню просторовою розподільною здатністю, електронна контактна термографія має однакову з ним температурну розподільну здатність. В той же час вона має ряд переваг, суттєвих при масовому скринінгу населення, таких як мала вартість апаратури, менш жорсткі вимоги до приміщення, простота обслуговування і т. і. Успіхи електронної контактної термографії наприклад при мамологічних обстеженнях наочно демонструє ряд робіт (В.В. Приходченко, О.В. Приходченко, В.А. Белошенко, В.Д. Дорошев, А.С. Карначев. Повышение эффективности отборочного этапа селективного скрининга заболеваний молочной железы. Медико-соціальні проблеми сім'ї, 2009. - Т. 14, № 4. - С. 20-25; Ю.В. Думанский, В.В. Приходченко, О.В. Приходченко. Результаты проведения селективного скрининга в ранней диагностике рака молочной железы. Медикосоціальні проблеми сім'ї, 2009. - Т. 14, № 4. - С. 16-19; В.В. Приходченко, О.В. Приходченко, В.О. Білошенко, О.С. Карначов, В.Д. Дорошев, О.І. Калініна. Можливості контактної цифрової термографії в ранній доклінічній діагностиці раку молочної залози. Онкологія. - Т. 13, №2. - С. 125-129). Висока результативність електронної контактної термографії в цій галузі діагностики є наслідком використання замість аналогових термоперетворювачів «температура/електричний сигнал» цифрових мікропроцесорних перетворювачів «температура/цифровий код» (Деклараційний патент України № 70110А, А61В 5/00, 26.12.2003; патент України № 70110, А61В 5/01, 27.08.2007; патент Російської Федерації № 2276965 А61В 5/01, 26.12.2003) і врахування при розробці термосканерів з матричними панелями ряду термодинамічних вимог, що забезпечували малі спотворення досліджуваних теплових полів на шкірі. Відомі сканери для контактної термографії, на матричних панелях яких встановлені кремнієві інтегральні термоперетворювачі «температура/електричний потенціал» типу LM335 фірми National Semiconductor (D. Giansanti, G. Maccioni, G.E. Gigante. A comparative Study for the Development of a Thermal Odoscope for the Wearable Dynamic Thermography Monitoring. Medical Engineering and Physics, v.28, pp.363-371, 2006); D. Giansanti, G. Maccioni. Development and testing of a wearable Integrated Thermometer sensor for skin contact thermography. Medical Engineering and Physics, 2007. - V.29. - P. 556-565). Ці перетворювачі розташовані на підложці (платі), розділені пористим еластомером і створюють матриці 88 і 44, відповідно. Сканерам з такою матричною панеллю притаманні суттєві недоліки. Термоперетворювачі LM335 в корпусах ТО-92 мають велику масу, внаслідок чого за рахунок тепловідводу від тканин суттєво спотворюється природна теплова мапа досліджуваної ділянки шкіри і необхідний великий час для досягнення теплової рівноваги. Крім цього в конструкціях матричних панелей не передбачені заходи для зменшення теплообміну між сусідніми датчиками, що в результаті теплової дифузії також може спотворити теплове поле. З цих причин сканери з такими панелями непридатні для цілей масової діагностики. Як найближчий аналог-прототипу, співпадаючий з корисною моделлю, що заявляється, за призначенням і рядом ознак, прийнято пристрій, запропонований в корисній моделі (патент України на корисну модель № 25896, А61В 5/00, А61В 5/01, 27.08.2007), який взято за прототип. Матрична панель цього сканера являє собою тонку плату з фольгованого склотекстоліту завтовшки 0.25 мм, в якій у 36 квадратних отворів вставлені мікропроцесорні термоперетворювачі «температура/цифровий код» типу DS18B20U фірми Dallas Semiconductor в мініатюрних корпусах μ8ΟΡ, які створюють матрицю 6x6. Чотири кутових виводи кожного датчика підпаяні до невеликих площадок мідної фольги, а більше 97 % фольги видалено хімічним травленням. Завдяки тому, що датчики мають малу масу, а маса тонкої плати тільки в 1,5 рази перевищує масу датчиків, така матрична панель не викликає суттєвих спотворень досліджуваного теплового поля за рахунок тепловідводів. Датчики на всіх позиціях матриці мають однакову орієнтацію виводів. Для підключення їх до спільної трипровідної шини реалізовано шість паралельних рядків провідників по три провідника в кожному з шести стовпців матриці. Як провідники служать проводи з нержавіючої сталі діаметром 0,1 мм. Завдяки малій теплопровідності матеріалу таких провідників і матеріалу плати практично повністю відсутні ефекти теплової дифузії і анізотропії теплопровідності, які могли б спотворити теплове поле. Прототип має деякі недоліки. По-перше, оскільки датчики вставлені в отвори з тильної сторони панелі, а над лицевою стороною вони не піднімаються, ускладнено тепловий контакт з досліджуваною поверхнею шкіри. По-друге, масовому виготовленню сканерів з такими 1 UA 81746 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 панелями перешкоджає низька технологічність конструкції. Неможливо автоматизувати процес збірки і монтажу матричної панелі шляхом застосування сучасних загальноприйнятих технологій поверхневого монтажу. Так, датчики встановлюються в отвори вручну, також вручну здійснюються процеси підпайки їх виводів і підпайки з'єднувальних проводів. Крім цього недоліком є застосування замість мідних провідників проводів з нержавіючої сталі, бо існує додаткова підготовча операція - лудіння проводу з нержавіючої сталі з використанням кислотного флюсу. Задачею корисної моделі, що заявляється, є створення матричної панелі контактного термосканера на основі мікропроцесорних термоперетворювачів, що забезпечує надійну реєстрацію термічних аномалій при термографуванні і має технологічну конструкцію, яка знижує собівартість при масовому виготовленні. Поставлена задача вирішується таким чином. Для покращення теплового контакту з досліджуваною ділянкою шкіри термоперетворювачі (датчики) встановлюються на лицевій поверхні панелі. При цьому датчики DS18B20U виступають над поверхнею панелі, що забезпечує локальний тепловий контакт кожного датчика зі шкірою. Провідники, що з'єднують датчики з шиною, виконані печатними. Оскільки найбільш поширеним матеріалом плати для печатного монтажу є склотекстоліт, фольгований міддю, зважаючи на велику теплопровідність міді, необхідно прийняти заходи для збереження метрологічних характеристик сканера з запропонованою панеллю по відношенню до прототипу. Якщо подібно прототипу, всі виводи датчиків будуть орієнтовані однаково, а з'єднувальні провідники з міді створюватимуть паралельні рядки по три провідника, виникне анізотропія теплопровідності панелі. Тобто, вздовж напрямку печатних провідників теплопровідність буде великою з-за властивостей міді, а в перпендикулярному напрямку - малою. Як наслідок, виникнуть спотворення теплового поля. Щоб уникнути таких спотворень, датчики розташовуються таким чином, що орієнтація їх виводів в суміжних стовпцях відрізняється на 180 градусів. Внаслідок цього змінюється топологія зв'язків і досягаються два позитивних результати. По-перше, скорочується кількість з'єднувальних провідників, завдяки чому зменшується теплопровідність між сусідніми датчиками вздовж стовпців. По-друге, додаються з'єднувальні печатні провідники між сусідніми стовпцями, що призводить до усунення ефекту анізотропії теплопровідності панелі. Перелік фігур: Фіг.1, 3 Розташування мікропроцесорних термоперетворювачів типу DS18B20U на платі матричної панелі. Фіг.2 Топологія печатних провідників на платі матричної панелі. На фіг.1, 3 показано фрагмент панелі з розташованими на ній датчиками. Тут 1 - плата; 2, 3 сусідні стовпці матриці датчиків. Датчики DS18B20U виступають над поверхнею панелі приблизно на 1 мм, що забезпечує надійний локальний тепловий контакт кожного датчика зі шкірою (див. фіг. 1 вид А). Видно, що датчики в сусідніх стовпцях 2 і 3 орієнтовані один відносно другого з розворотом на 180 градусів навколо вісі, перпендикулярній поверхні плати. На фіг. 2 показано фрагмент плати, з якого видно топологію печатних провідників. Тут 4 виводи трипровідної шини; 5 - печатні провідники, що з'єднують датчики вздовж стовпців; 6 частина одного з цих провідників, яка з'єднує датчики в сусідніх стовпцях (завдяки цим частинам вдається уникнути анізотропії теплопровідності панелі). Запропонована топологія дозволяє скоротити кількість з'єднувальних провідників. Наприклад, якщо реалізувати матрицю 88 по топології прототипу, буде потрібно 24 провідника (8 рядків по 3 провідника). В запропонованої топології їх 17, тобто майже на 30 % менше. Експериментальна перевірка в порівнянні зі сканером прототипу показала, що матрична панель з печатними провідниками завширшки 0,1-0,3 мм при товщині мідної фольги 30 мкм не приводить до помітних спотворень теплових мап. Застосування провідників зі сплавів з малою теплопровідністю (таких як, наприклад, манганін, константан) дозволяє використовувати більш широкі печатні провідники. Запропонована матрична панель повністю вдовольняє вимогам автоматичного поверхневого монтажу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Матрична панель термосканера, призначеного для діагностики запальних та онкологічних захворювань методом електронної контактної термографії, яка являє собою діелектричну плату з прямокутною матрицею телеметричних мікропроцесорних датчиків-перетворювачів "температура/цифровий код", підключених за допомогою електричних провідників до спільної трипровідної шини, яка відрізняється тим, що датчики розташовані на лицевій стороні плати та 2 UA 81746 U 5 в суміжних стовпцях розвернуті на 180 градусів, а топологія провідників передбачає зв'язки датчиків зі спільною шиною у двох взаємно перпендикулярних напрямах, що паралельні сторонам прямокутної матриці. 2. Матрична панель термосканера за п. 1, яка відрізняється тим, що з'єднувальні провідники виконані печатними. 3. Матрична панель термосканера за п. 2, яка відрізняється тим, що печатні з'єднувальні провідники виконані із сплавів з малою теплопровідністю, наприклад з константану або манганіну. 3 UA 81746 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 4