Електродний пристрій для тетраполярної імпедансометрії біологічних об’єктів

Реферат: UA 82362 U UA 82362 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до медичної техніки, а саме до пристроїв, які застосовуються для дослідження біоелектричних властивостей кісткової тканини людини. Розробка нових неінвазивних та безпечних для людини методів і апаратів для оцінки стану кісткової тканини є одним з актуальних завдань сучасної медицини і медичного приладобудування. Імпедансометричні методи широко використовуються в різних галузях біології і медицини. Це обумовлено, з одного боку, їх високими інформативними властивостями, а з іншого - відносною простотою та безпекою використання як для пацієнтів, так і для медичного персоналу, а також мінімальною вартістю досліджень. Однак у галузі остеології метод імпедансометрії ще не знайшов широкого використання у зв'язку з низкою технічних труднощів його застосування для оцінки стану кісткової тканини. У цьому зв'язку виникає необхідність подальшого вдосконалення як самого методу, так і розробки нових технічних рішень, які дозволять проводити неінвазивну діагностику стану кісткової тканини людини. Відомі електродні пристрої для імпедансометрії, що містять пару електродів, які розташовані на діелектричній основі. Найбільш близьким до корисної моделі і прийнятим за прототип є "A device for a multi-electrode patch in particular for electrophysological measurements" (Патент WO 208/032291A2). Суттєвими ознаками аналога, що є спільними з суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, є те, що він що містить два електроди - струмовий і потенціальний, які розташовані на спільній основі на відстані від 1 см до 10 см один від одного. Основними недоліками пристрою-прототипу є: - низька точність і відтворюваність вимірювань; - значні похибки у вимірюваннях за відсутності надійного контакту між електродом і поверхнею досліджуваної ділянки тіла; - обмеження використання датчиків на опуклих поверхнях тіла людини внаслідок неможливості забезпечення їх конгруентності. Ці недоліки не дають можливості реєструвати незначні зміни біоелектричних параметрів кісткової тканини людини in situ та забезпечувати необхідний ступінь точності і відтворюваності одержуваних результатів. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити електродний пристрій, який би забезпечував підвищення точності і відтворюваності результатів імпедансометричних вимірювань кісткової тканини людини in situ. Технічним результатом корисної моделі, що заявляється, є підвищення точності і відтворюваності результатів вимірювань. Поставлена задача вирішується тим, що корисна модель має розширені технічні можливості, які забезпечуються використанням подвійних коаксіальних електродів замість двох роздільних - струмового і потенціального, які використовуються у прототипі; виконанням струмового і потенціального електродів у вигляді мультиелементних концентричних електродів, конгруентних поверхні біологічного об'єкта; забезпеченням постійного ступеня притиску електродів за рахунок введення в конструкцію системи пружного матеріалу для забезпечення підпружинення елементів електродів, що поліпшує функціональні можливості пристрою і забезпечує проведення фокусуючої тетраполярної імпедансометрії. Корисна модель пояснюється схемою пристрою (фіг. 1 і фіг. 2, фіг. 3) Фіг. 1 - робоча поверхня пристрою для тетраполярної імпедансометрії, Фіг. 2 - розріз електродного пристрою для фокусуючої тетраполярної імпедансометрії біологічних об'єктів, Фіг. 3 - схема електричної взаємодії між електродами при проведенні тетраполярної фокусуючої імпедансометрії. Пристрій складається з струмового (1) і потенційного електродів (2), розташованих на одній діелектричній основі (3) (фіг. 1). Пристрій виконано у вигляді подвійної коаксіальної конструкції, при цьому в центрі діелектричної основи розташований потенціальний електрод, а на периферії - струмовий (фіг. 2). Струмовий електрод виконаний у вигляді мультиелементних, рівних за площею круглих елементів (1), розташованих навколо потенціального електрода, а потенціальний електрод виконаний у вигляді окремих та рівних за площею круглих елементів (2), розташованих в центрі діелектричної основи (3) електродної пари. Усі складові елементи струмового і потенціального електродів знаходяться на однаковій відстані один від одного, а елементи як першого, так і другого електродів електрично з'єднані між собою за допомогою з'єднувальних провідників. Сумарна площа токового електрода дорівнює сумарній площі потенціального електрода, а відстань між струмовим і потенціальним електродом складає не менше діаметру окремого елемента струмового електрода. 1 UA 82362 U 5 10 15 20 25 У бічній стінці корпусу вмонтовано роз'єми для підключення струмового (4) і потенційного (5) кабелів вимірювального пристрою. Діелектрична основа (3), в яку вмонтовані елементи потенційного і струмового електродів, є верхньою стінкою корпусу електродного пристрою. На внутрішньої поверхні нижньої стінки корпусу розташовано пружний матеріал (6), який забезпечує підпружинення елементів електродів, а також провідники, що їх з'єднують. На зовнішній поверхні - бранші (7,8) для кріплення електродів на досліджуваній поверхні тіла пацієнта (9) (область накладання електродів). Пристрій працює таким чином (фіг. 3). Для проведення тетраполярної фокусуючої імпедансометрії два електродних пристрої встановлюють на протилежних поверхнях досліджуваної ділянки тіла. їх положення фіксують за допомогою еластичної стрічки або іншим способом. Потенціальні електроди, розташовані на кінцях досліджуваної ділянки тіла, за допомогою провідників підключають до потенціального входу імпедансометра, а струмові електроди - до його струмового входу. При протіканні змінного струму через досліджувану ділянку тіла пацієнта виникає падіння напруги, по величині якого судять про електричний імпеданс і його зміни у часі. Завдяки коаксіальному розташуванню токового и потенціального електродів, істотно знижуються градієнти потенціалу вздовж поперечного перетину окремих елементів потенціального електрода, а різниця потенціалів на їх кромках наближається до нуля. При цьому, унаслідок наближення величини потенціалів в районах накладення потенціальних електродів до величини потенціалів в районі накладення струмових електродів, зростає різниця потенціалів, які знімаються потенціальними електродами і підвищується точність вимірювань. Для коаксіально розташованих електродів напруженість електричного поля між електродами визначається за формулою (Савельев И.В. Курс общей физики. Электричество и магнетизм. - М.: Астрель: АСТ, 2001. - 336с.): 2 , E r де: r - відстань від осі симетрії λ - заряд, що припадає на одиницю довжини одного з електродів. Тоді різниця потенціалів дорівнює: b 1   2  Edr  a 30 35 40 45 2 b 2q b ln  ln ,  a l a де: а - радіус струмового коаксіального електрода, b - радіус потенційного коаксіального електрода, ε - діелектрична проникність досліджуваного біологічного об'єкта, розташованого між електродами, l - відстань між електродами. Малі значення градієнтів потенціалу вздовж поперечного перетину потенціального електрода і менші відмінності у величині різниці потенціалів між ділянками накладення потенціальних і струмових електродів, забезпечення конгруентності і постійного ступеня притиску електродів за рахунок введення в конструкцію системи підпружинення окремих елементів електродів, дозволяють знизити похибки, пов'язані з нестабільністю перехідного опору потенціальний електрод - поверхня досліджуваної ділянки тіла пацієнта, нестабільністю взаємного положення електродів і паразитними струмами між електродами, що забезпечує підвищення відтворюваності результатів вимірювань. Таким чином корисна модель, що заявляється, дозволяє: - підвищити точність вимірювань; - забезпечити надійний контакт між електродом і шкірою; - підвищити відтворюваність вимірювань. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Електродний пристрій для тетраполярної імпедансометрії, який містить два електроди струмовий і потенціальний, розташовані на одній круглій діелектричній основі, який відрізняється тим, що діелектрична основа є верхньою стінкою корпусу пристрою, а на внутрішній поверхні нижньої стінки корпусу розташовано пружній матеріал для підпруження елементів електродів, а сам пристрій виконано у вигляді подвійної коаксіальної конструкції, крім того в центрі діелектричної основи розташований мультиелементний потенціальний електрод, а на периферії мультиелементний струмовий, при цьому струмовий і потенціальний електроди виконано у вигляді окремих, рівних за площею, круглих, підпружених елементів, розміщених по 2 UA 82362 U 5 колу, усі складові елементи потенціального і струмового електродів знаходяться на однаковій відстані один від одного, а елементи як першого, так і другого електродів електрично з'єднані між собою, крім того, сумарна площа елементів струмового електроду дорівнює сумарній площі елементів потенціального електрода, а відстань між струмовим і потенціальним електродами складає не менше діаметра окремого елемента струмового електрода. 3 UA 82362 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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