Устройство диагностики желудочно-кишечного тракта "гастроскан" (варианты)

 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам диагностики желудочно-кишечного тракта, использующим систему интрагастральных pH-зондов и аппаратуру, включающую усилители сигналов от электродов зондов, аналого-цифровой преобразователь, контроллер и средства индикации. Технический результат - повышение достоверности получаемой диагностической информации о состоянии желудочно-кишечного тракта пациента. Это достигается тем, что в обоих устройствах введен дополнительный операционный усилитель в канал каждого зонда, который установлен между выходом опорного электрода и общим входом основных усилителей сигналов измерительных электродов зонда. Варианты устройства различаются выполнением контроллера, средств индикации, наличием в одном из них блока температурной коррекции данных и связями между элементами. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам диагностики желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), сложность проявления процессов в котором обуславливает необходимость развития точных и достоверных методов медицинского анализа. Наиболее перспективными в этом плане представляются диагностические методы, основанные на использовании гастроэнтерологических метрических зондов, вводимых в ЖКТ, и на анализе жидкой среды в ЖКТ, в частности, путем измерения pH. Однако широкое внедрение этих методов сдерживается отсутствием аппаратуры, учитывающей достоверно специфику анализа заболеваний ЖКТ, специфику подготовки пациента к обследованию и т.д.

Известны устройства диагностики ЖКТ, содержащие интрагастральные зонды, например типа [1] с несколькими электродами каждый, проградуированные по стандартным буферным растворам, и регистрирующий прибор, например типа самописца [2] Применение в диагностическом устройстве подобного зонда не связано с аспирацией и не нарушает естественные физиологические реакции ЖКТ, позволяя получать данные о кислотообразовательной и кислотонейтрализующей функциях желудка и характеризовать секреторный процесс. Недостатком известных устройств является трудность, а порой и невозможность одновременного обследования большого (более двух) числа пациентов, т.к. в этих устройствах используются системы механической коммутации входных сигналов (приходящих от зондов и их электродов). Другим недостатком известных устройств является низкая точность результатов измерений, т.к. необходимое во время обследования уточнение результатов измерений производится по калибровочной кривой зондов не в процессе анализа, а после него. Поэтому задача автоматизации измерений и применение средств вычислительной техники для pH-метрии является очевидной и актуальной.

Наиболее близким к изобретению по целям и задачам, а также по совокупности существенных признаков является известное устройство диагностики ЖКТ, включающее N интрагастральных pH-зондов, на каждом из которых выполнены опорный и не менее двух измерительных электродов; N каналов усиления, каждый из которых выполнен на основных операционных усилителях по числу измерительных электродов соответствующего pH-зонда; выход каждого из которых подключен к входу соответствующего основного операционного усилителя, выходы операционных усилителей всех каналов подключены к входам параллельного аналого-цифрового преобразователя (АЦП), информационный выход которого соединен с информационным входом контроллера и блок индикации [3] Известное устройство, включая в себя средства вычислительной техники (АЦП, ЭВМ и выход с нее на совместимые с ней средства индикации, например дисплей), позволяет существенно автоматизировать измерение и оперативно обследовать и анализировать пациента.

Однако в известном устройстве [3] блок усилителей выполнен таким образом, что на входы аналогового порта поступают сигналы с датчиков зондов через независимые операционные усилители, коэффициент усиления которых равен 1. Это означает, что в блоке усилителей электроды сравнения каждого зонда подключены к общему аналоговому проводу А такое выполнение усилителей приводит к следующим недостаткам известного устройства: электрическое соединение опорных электродов по такой схеме обеспечивает нормальное функционирование электродов всех зондов только при использовании электродов с практически неразличающимися передаточными характеристиками. При малейшем рассогласовании их характеристик, приводящем к выходу за границы допусков ТУ, зонд с отличающимися параметрами начинает шунтировать показания измерительных электродов других зондов, т.е. вносит ошибку в показания не только пациента, в котором он установлен, но и других пациентов одновременно с ним обследуемых; электрическое соединение опорных электродов по такой схеме (с подключением к общему аналоговому проводу) не позволяет проводить одновременно калибровку нескольких зондов в одном калибровочном (буферном) растворе. Процедура калибровки затягивается на длительное время, сравнимое с временем обследования; в такой схеме недостаточно обеспечивается подавление синфазных помех, наводимых на зонды и входные цели от внешних источников.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности получаемой диагностической информации о состоянии ЖКТ пациента путем учета специфики формирования гастрологического сигнала в устройстве, содержащем N интрагастральных pH-зондов, на каждом из которых выполнены опорный и не менее двух измерительных электродов; N каналов усиления, в каждом из которых выполнены основные операционные усилители сигналов от измерительных электродов соответствующего зонда, АЦП, контроллер и средства индикации.

Поставленная цель достигается за счет использования особой системы дифференциальных усилителей постоянного тока с высоким входным сопротивлением, а конкретно за счет введения в каждый канал дополнительного операционного усилителя, вход которого соединен с выходом опорного электрода соответствующего pH-зонда, а выход с общим входом основных операционных усилителей данного канала усиления.

На фиг. 1 3 изображены структурные электрические схемы диагностических устройств, использующих зонды с двумя (для простоты изложения) измерительными и одним опорным электродами. Фиг. 1 соответствует известному решению [3] на фиг. 2 и 3 представлены варианты предложенного решения. Каждое устройство предназначено для обследования N пациентов и имеет соответственно по N зондов, подключенных через N каналов к вычислительному комплексу регистрации, анализа и индикации. Рассмотрим схему подключения одного зонда к своему каналу (в остальных каналах подключение зондов аналогичное).

На фиг. 1 3 представлен зонд 1 с выходами 2 4. Между выходами 2 и 4 зонда формируется ЭДС Е1, между выходами 3 и 4 формируется ЭДС Е2. Выход 4 является опорным для обеих ЭДС данного зонда.

Сформированные ЭДС усиливаются соответствующими каналами, состоящими из основных операционных усилителей 5 и 6, дополнительного операционного усилителя опорного сигнала 7, и поступают на вход АЦП 8. В известном решении (см. фиг. 1) опорные электроды всех зондов объединены через аналоговые земли всех каналов. В предложенном же решении (см. фиг. 2) выход 4 подключается к операционному усилителю 7, который в этом случае является общим входом для усилителей 5 и 6, что позволяет использовать усилители 5 и 6 в ином качества, чем в [3] а именно в режиме дифференциального усилителя. Введение нового элемента (усилителя 7) в схему по существу превращает усилители 5 и 6 в дифференциальные по отношению к опорному выходу 4 зонда.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет не только усиливать ЭДС Е1 и Е2 независимо от других каналов, но и обеспечивает подавление синфазных помех, наводимых на зонде и входных проводах (за счет использования операционных усилителей 5 и 6 в режиме дифференциальных усилителей), а также электрически развязывает между собой опорные электроды нескольких зондов (за счет подключения выхода 4 через операционный усилитель с высоким входным сопротивлением). Подобной развязки нет в известном решении [3] где выход 4 зонда 1 через аналоговую землю всех каналов объединен с аналогичным выходом других зондов, в результате чего и имеет место взаимное влияние формируемых ЭДС зондов друг на друга.

Понятно, что диагностические данные, полученные на предложенном устройстве, избавлены от этих погрешностей и, следовательно, более объективны.

Но достоверность результатов, получаемых с помощью предложенного устройства, может быть еще более повышена, если при выборе для него вычислительных средств, и прежде всего АЦП, учесть гастрологический характер получаемой информации и, конечно, особенности входных цепей устройства, описанные выше. Таким образом, задача дальнейшего повышения достоверности устройства позволяет сформулировать следующие требования к выбору АЦП и использовать их: 1. Требование к выбору количества входов на АЦП. В силу клинических условий, когда врачом устанавливается необходимость для разных больных использовать разные конструкции зондов (для одного, например, с двумя электродами, для другого с пятью, для третьего с особым режимом введения соды или гистамина и т.д.), необходимо, чтобы используемый аналоговый порт имел достаточное количество каналов с числом, по крайней мере равным сумме всех электродов на всех зондах. Математически это требование к выбору АЦП, вытекающее из конструкции входных каналов, выражается следующим образом: где n число входов на АЦП; S_i число электродов на i-ом зонде;
M число обследуемых пациентов.

Для конкретного случая обследования, вообще говоря, необходимо равенство в выражении (1). Знак > означает, что можно использовать вариант АЦП с большим числом входов, ненужные просто не будут задействованы.

2. Требования к разрядности аналого-цифрового преобразователя. Они также вытекают из гастрологического характера обрабатываемых сигналов. Действительно, при необходимости измерять pH с точностью 0,1 pH в диапазоне от 1 до 9 pH динамический диапазон входного сигнала составляет 40 dB, измерение которого можно обеспечить АЦП с разрядностью r > 8.

3. Требования к минимальной частоте дискретизации. Эти требования также вытекают из гастрологического характера сигналов и конструкции устройства. Поскольку гастрологический сигнал о pH имеет сложную форму и устанавливается во времени достаточно длительно (0,1 100 с), то для перевода таких сигналов в цифровую форму, да еще для различия их на N цепях, частота подачи импульсов должны быть
f ≥ 2 n/r (Гц).

Отсюда следует, что для гастрологических применений частота f должна быть не менее 100 Гц.

Увеличение частоты более 10 Гц технически не целесообразно, т.к. это приводит к существенному усложнению аппаратуры без улучшения точности обработки информации.

Проверка в клинике различных вариантов предложенного устройства позволяет выделить по крайней мере два перспективных для использования направления создания устройств, различающихся ценой, технологией изготовления и комплектовки, удобствами эксплуатации.

Эти направления, перечисленные ниже, названы "Гастротест" и "Гастроскан". Они различаются выполнением контроллера и средств индикации.

Вариант "Гастротест" (см. фиг. 2) выполнен в виде единого конструктива, включающего входные каналы 1, АЦП 8, контроллер 9, снабженный дополнительно функциональной клавиатурой 10, и средство индикации 11. Все остальные варианты предложенного решения, а также известные решения [2, 3] скомплектованы из набора отдельных приборов. В "Гастротесте" контроллер 9 предназначен для управления проведением обследования пациента по программе, задаваемой посредством функциональной клавиатуры 10, с выдачей полученных результатов на устройство 11, представляющее собой алфавитно-цифровой дисплей. Опробованы образцы "Гастротеста" с контроллером, выполненным на основе однокристаллической микро-ЭВМ К1816ВЕ35, и дисплеем, выполненным на основе однострочного 16-символьного и трехстрочного 48-символьного индикаторов. Опробованные образцы "Гастротеста" характеризуются относительно низкой стоимостью, простотой обслуживания, хотя имеют сравнительные ограниченные возможности по отображению полученной информации в документируемую форму.

В варианте "Гастроскан" (см. фиг. 3) в качестве средств индикации использован персональный компьютер 12, состоящий из системного блока 13, вход которого соединен с выходом клавиатуры 14, выходы подключены к входам монитора 15 и печатающего устройства 16. Выходы выходы системного блока 13 подключены к входам блока температурной коррекции 17.

Системный блок 13 предназначен для управления процессами обследования по программе, заданной с клавиатуры 14, получения входной информации от контроллера 9 и выдачи цифровой и графической информации на монитор 15, с выдачей заключения по обследованию на печатающее устройство 16.

В качестве персональных компьютеров 12 опробованы ЕС 1810 и IBM-PC-AT.

Блок температурной корректировки 17, осуществляет преобразование данных калибровки, измеренных при комнатной температуре, в данные калибровки, соответствующие температуре пациента. Преобразование данных производится по таблице функции показаний pH в зависимости от температуры и типа зонда. Устройство коррекции типа 17, вообще говоря, известны, например, в технике многоканальной связи, но в диагностической аппаратуре ЖКТ ранее не применялось.

Опробованные образцы "Гастросканов" и "Гастротестов" позволили проводить обследования до 5 пациентов одновременно в автоматическом режиме, но по индивидуальным методикам. Полученные достоверные данные обследования записывались в базу данных компьютера. Варианты устройств успешно опробованы в Институте Хирургии им. А.В. Вишневского, Российским Государственным Медицинским Университетом им. Н.И. Пирогова, НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского, 132 детской больницей г. Москвы и т.д.

Созданные устройства позволяют с большей точностью оценивать кислотопродуцирующую функцию желудка и эвакуаторные нарушения при заболеваниях верхних отделов пищеварительного тракта, существенно расширяя возможности подбора оптимальной медикаментозной терапии индивидуально для каждого больного.

Источники информации:
1. Патент РФ N 2008035, кл. A 61 N 1/04, 1991.

2. Панцырев Ю.М. Агейчев В.А. Климинский И.В. Внутрижелудочная pH-метрия в хирургической клинике, М. изд-во 2-го МОЛГМИ им. Н.И. Пирогова, 1972, с. 22 29.

3. Комплекс для исследования функционального состояния и диагностики заболевания желудочно-кишечного тракта ЛОЗА-10. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЕРФА. 944100.000.ТО. 1995.

Формула изобретения

1. Устройство диагностики желудочно-кишечного тракта, содержащее N интрагастральных рН-зондов, на каждом из которых выполнены опорный электрод и не менее двух измерительных электродов, N каналов усиления, каждый из которых выполнен на основных операционных усилителях по числу измерительных электродов соответствующего рН-зонда, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего основного операционного усилителя, выходы операционных усилителей всех каналов подключены к входам параллельного аналого-цифрового преобразователя, информационный выход которого соединен с информационным входом контроллера, и блок индикации, отличающееся тем, что в каждый канал усиления введен дополнительный операционный усилитель, вход которого соединен с выходом опорного электрода соответствующего рН-зонда, а выход с общим входом основных операционных усилителей данного канала усиления, вход управления контроллера подключен к выходу функциональной клавиатуры, первый выход к входу блока индикации, а второй выход управляющему входу аналого-цифрового преобразователя.

2. Устройство диагностики желудочно-кишечного тракта, содержащее N интрагастральных рН-зондов, каждый из которых выполнен на опорном электроде и не менее двух измерительных электродах, N каналов усиления, каждый из которых выполнен на основных операционных усилителях по числу измерительных электродов соответствующего рН-зонда, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего основного операционного усилителя, выходы операционных усилителей всех каналов подключены к входам параллельного аналого-цифрового преобразователя, информационный выход которого соединен с информационным входом контроллера, и блок индикации, отличающееся тем, что в него введен блок температурной коррекции данных, а в каждый канал усиления дополнительный операционный усилитель, вход которого соединен с выходом опорного электрода соответствующего рН-зонда, а выход с общим входом основных операционных усилителей данного канала усиления, блок индикации выполнен в виде персонального компьютера, состоящего из системного блока, вход которого соединен с выходом клавиатуры, выходы подключены соответственно к входам печатающего устройства и монитора, а входы-выходы к входам-выходам блока температурной коррекции данных, вход которого соединен с выходом контроллера.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что параллельный аналого-цифровой преобразователь выполнен с числом входов n, где

m число пациентов;
S_i число электродов на i-м зонде,
разрядностью r > 8 и рабочей частотой

где t - время установления процесса на электроде зонда, с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3