Способ оценки электрофизиологического состояния человека и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для эскпресс-диагностики патологии организма человека при его лечении электростимулирующим воздействием. В способе к электродам, наложенным на исследуемый участок кожного покрова, подключают насыщенную электромагнитной энергией высокодобротную катушку индуктивности. Оценку электрофизиологического состояния человека производят по результатам измерения частоты, или амплитуды, или затухания колебаний, возникающих в колебательном контуре. Контур образован цепью: активный электрод - высокодобротная катушка индуктивности - пассивный электрод - межэлектродная ткань - активный электрод. Устройство содержит источник питания, управляемый электронный ключ, высокодобротную катушку индуктивности, активный и пассивный электроды, блок задания параметров управляющих импульсов, микроЭВМ, преобразователь аналог-код и блок индикации. Способ и устройство позволяют повысить точность при оценке электрофизиологического состояния человека. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к медицине и могут использоваться для экспресс-диагностики патологии организма человека при его лечении электростимулирующим воздействием, а также в других областях знаний, связанных с изучением влияния на организм человека воздействия различных факторов.

Известны способы оценки функционального состояния организма человека, основанные на измерении электрофизиологических параметров кожи человека и аккупунтурных точек, используемых в рефлексотерапии.

Так по способу, защищенному авторским свидетельством СССР N 721080, М. Кл. 4 А 61 В 5/05, публ. 1984 г., диагностику заболеваний устанавливают при наложении двух электродов на кожу в зонах Захарьина - Геда и измерении сопротивления постоянному току. Этот способ имеет низкую точность, так как измерение сопротивления сильно зависит от состояния контакта электродов с кожей от внешних условий. Кроме того, так как одни и те же зоны Захарьина-Геда в ряде случаев связаны с различными органами человека и не могут представить информацию о степени заболевания обследуемого, поэтому требуется высокая профессиональная подготовленность исследователя.

Известные способы диагностики по электрофизиологическому состоянию аккупунктурных точек по Фолю и Накатани, описанные, например, в книге Портного Ф.Г. "Электропунктурная рефлексотерапия", Рига, "Знание", 1988., также требуют высокой профессиональной подготовленности и не могут использоваться при самообслуживании.

При диагностике по Фолю на измерительный электрод подается положительный потенциал и измеряется ток при придавливании измерительного электрода к аккупунктурной точке. Величина давления на аккупунктурную точку увеличивается до тех пор, пока ток не перестанет изменяться. При отклонении измеренного тока в большую или меньшую сторону выявляется наличие патологии и ее характер.

Существенным недостатком методики Фоля является то, что для получения достоверных измерений требуется выполнение ряда условий - помещение должно быть изолировано от индустриальных помех, кожа пациента не должна быть сухой или влажной, одежда исследователя не должна создавать электростатические поля и т.д. Кроме того, исследования по Фолю весьма болезненны для пациента и трудоемки (для исследования внутренних органов проверяется до 250 точек).

По способу электропунктурной диагностики заболеваний, предложенному Накатани, в организме определяют линии наибольшей проводимости, соответствующие меридианам. Эти линии по Накатани называют Риодараку. По электропроводности так называемых репрезентативных точек 12-ти меридианов определяются те или иные симптомы заболевания. На электрод, устанавливаемый в аккупунктурную точку, подается положительный потенциал, а на пластину, зажимаемую в руке - отрицательный. Этот способ получил более широкое распространение, так как он существенно проще диагностики заболеваний по Фолю. Однако информативность его невысока, поскольку он дает информацию только о явной патологии. Из-за сильного влияния на результаты измерения сопротивления электрод - кожа практически невозможно получить повторяемости результатов.

Известен способ прогнозирования адаптационно-компенсаторных реакций при патологических состояниях (см. авторское свидетельство СССР N 1771738, М. Кл. 5 А 61 H 39/00, публ. 1992 г.). По этому способу предварительно на группе здоровых людей определяются среднестатистические значения электрокожного сопротивления репрезентивных точек акупунктуры, как по каждой функциональной системе, так и на уровне организма. На основании полученных данных устанавливают уровень оптимально допустимых значений электрокожного сопротивления (ЭКС) для функциональных систем и организма в целом (например, 1 мОм + 0,2 мОм). У обследуемого измеряют в динамике ЭКС в 24 электроаномальных зонах кожи на руках и ногах, соответствующих меридианам 12-ти функциональных систем. Результаты исследований заносят в индивидуальную карту и по отклонению от уровня оптимально допустимых значений ЭКС судят о сдвиге компенсаторных процессов в сторону повышения активности или угнетения как на уровне организма, так и на уровне отдельной функциональной системы в реальном масштабе времени. Например, ЭКС ниже 0,8 мОм отражает повышенную деятельность функциональных систем и соответствует активному состоянию организма, значение ЭКС выше 1,2 мОм указывает на снижение и истощение деятельности функциональных систем. При значениях ЭКС более 1,8 мОм состояние обследуемого оценивают как декомпенсированное и прогноз считают неблагоприятным. Этот способ позволяет выявить степень пораженности при патологических состояниях и контролировать эффективность проводимой терапии. Однако из-за низкой точности измерения ЭКС, он применим лишь при значительных патологических расстройствах. Действительно, ЭКС каждого индивидуума в зависимости от температуры и влажности воздуха, от времени суток и года, от эмоционального и физического состояния может изменяться в 1,5-2 раза и поэтому при отсутствии тяжелых патологических состояний крайне затруднительно коррелировать изменения ЭКС от измерения к измерению с функциональным состоянием организма. Кроме того, использование этого способа требует высоких профессиональных навыков, а на обследование затрачивается сравнительно большое время (20-30 минут).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ оценки электрофизиологического состояния точек акупунктуры, защищенный авторским свидетельством СССР N 1806724, М. Кл. 5 А 61 H 39/00, А 61 В 5/05, публ. 1993 г. Общими признаками этого способа, который принят в качестве прототипа, с заявляемым являются следующие признаки: - установка активного и пассивного и электродов на кожный покров, - пропускание через межэлектродную ткань электрического тестирующего сигнала, - измерение полученных результатов, - оценка электрофизиологического состояния человека по полученным результатам.

Недостаток способа прототипа - сравнительно низкая точность, что не позволяет производить достоверный сопоставительный анализ результатов обследования нескольких пациентов или нескольких обследований одного пациента, применение способа требует высоких профессиональных знаний, что существенно ограничивает его использование.

Технический результат от использования изобретения - повышение точности и снижение требований к профессиональной подготовленности исследователя при оценке электрофизиологического состояния человека.

Этот результат достигается тем, что в способе оценки электрофизиологического состояния человека, включающем установку активного и пассивного электродов на кожный покров, пропускание через межэлектродную ткань тестирующего сигнала и оценку полученных результатов, после установки к электродам подключают насыщенную электромагнитной энергией высокодобротную катушку индуктивности, в качестве тестирующего электрического сигнала, пропускаемого через межэлектродную ткань, используют электрические колебания, возникающие в колебательном контуре, образованном цепью: активный электрод - высокодобротная катушка индуктивности - пассивный электрод - межэлектродная ткань - активный электрод, а оценку электрофизиологического состояния человека производят по результатам измерения частоты, или амплитуды, или затухания этих колебаний. Увеличение частоты колебаний оценивают как снижение электропроводимости межэлектродной ткани. Увеличение скорости изменения амплитуды оценивают как уменьшение резистивной составляющей импеданса межэлектродной ткани. Увеличение амплитуды первой полуволны оценивают как увеличение емкостной составляющей импеданса межэлектродной ткани. Увеличение длительности первой полуволны оценивают как увеличение емкостной составляющей импеданса межэлектродной ткани. Увеличение количества периодов, амплитуда которых превышает заданный порог, оценивают как увеличение импеданса межэлектродной ткани. Подключение к электродам насыщенной электромагнитной энергией высокодобротной катушки индуктивности производят периодически.

Заявленный способ соответствует условиям: - патентоспособности изобретения по критериям "новизна" и "изобретательский уровень", так как его отличительные признаки неизвестны из уровня техники; - промышленной применимости, так как имеет конкретные параметры, позволяющие оценить электрофизиологическое состояние человека.

Устройство для оценки электрофизиологического состояния человека, реализующее заявленный способ, содержит блок задания параметров управляющих импульсов, микроЭВМ, управляемый электронный ключ, активный и пассивный электроды, источник питания, блок индикации и преобразователь аналог-код. Общими признаками этого устройства с устройством для осуществления способа прототипа (авторское свидетельство СССР N 1806724, М. Кл. 5 А 61 H 39/00, публ. 1993 г.) являются: - наличие активного и пассивного электродов; - наличие блока индикации (в прототипе эти функции выполняет блок регистрации 4); - наличие блока задания управляющих импульсов (в прототипе эти функции выполняет таймер 10);
- наличие электронного ключа (в прототипе их четыре);
- наличие источника питания (в прототипе источник тока 2).

Недостатки прототипа заявляемого устройства те же, что и у способа-прототипа, а именно, его использование требует специальной профессиональной подготовленности исследователя, а сравнительно низкая точность не позволяет производить сопоставительный анализ результатов повторных обследований.

Технический результат от использования изобретения - повышение точности и снижение требований к профессиональной подготовленности исследователя.

Этот результат достигается тем, что устройство для оценки электрофизиологического состояния человека, содержащее активный и пассивный электроды, блок индикации, блок задания параметров управляющих импульсов, управляемый электронный ключ, и источник питания, дополнительно содержит микроЭВМ, первый порт ввода которой соединен с блоком задания параметров управляющих импульсов, и преобразователь аналог-код, вход которого соединен с активным электродом, а выход со вторым портом ввода микроЭВМ, первый выход микроЭВМ соединен с входом управления управляемого электродного ключа, первый выход которого подключен к активному электроду, второй - к первому полюсу источника питания, а коммутируемый вход соединен с первым концом высокодобротной катушки индуктивности, второй конец которой подключен к пассивному электроду и второму полюсу источника питания. Высокодобротная катушка индуктивности имеет добротность не менее 100 при резонансной частоте собственных колебаний не менее 10 кГц. Преобразователь аналог-код содержит преобразователь напряжение-код. Преобразователь аналог-код содержит последовательно соединенные нуль-орган и преобразователь время-код. Преобразователь аналог-код содержит последовательно соединенные пороговое устройство и счетчик импульсов.

Заявленное устройство для оценки электрофизиологического состояния человека удовлетворяет условиям:
- патентоспособности изобретения по критериям "новизна" и "изобретательский уровень", так как оно неизвестно из уровня техники, как неизвестны и его отличительные признаки - наличие высокодобротной катушки индуктивности, один конец которой через управляемый электронный ключ переключается с первого полюса источника питания на активный электрод, а другой конец соединен со вторым полюсом источника питания и пассивным электродом;
- промышленной применимости, так как относится к медицине и реализуется на промышленно освоенных элементах.

Изобретения поясняются чертежами. На фиг. 1 приведены эквивалентные электрические схемы колебательного контура и форма электрических колебаний. На фиг. 2 изображена структурная схема заявленного устройства и примеры выполнения преобразователя аналог-код.

На фиг. 1 и 2 цифрами и буквами обозначены:
1 - источник питания;
2 - управляемый электронный ключ;
3 - высокодобротная катушка индуктивности;
4 - активный электрод;
5 - пассивный электрод;
6 - кожный покров человека;
7 - межэлектродная ткань;
8 - блок задания параметров управляющих импульсов;
9 - микроЭВМ;
10 - преобразователь аналог-код;
11 - блок индикации;
12 - преобразователь напряжение-код;
13 - нуль-орган;
14 - преобразователь время-код;
15 - пороговое устройство;
16 - счетчик импульсов;
L - индуктивность катушки 3;
R_L - резистивное сопротивление катушки 3;
C_L - суммарная межвитковая емкость катушки 3;
R_ИП - внутреннее сопротивление источника питания 1;
U_ИП - напряжение источника питания 1;
R_к - резистивная составляющая импеданса кожного покрова 6;
C_к - емкость электрод - межэлектродная ткань 7;
R₀ - резистивная составляющая импеданса межэлектродной ткани 7;
C_о - эквивалентная емкость межэлектродной ткани 7;
C_э - эквивалентная емкость колебательного контура;
R_э - эквивалентное резистивное сопротивление колебательного контура;
U_m - амплитуда первой полуволны электрических колебаний;
T - длительность первой полуволны электрических колебаний.

Заявленный способ реализуется следующим образом. Активный 4 и пассивный 5 электроды, например, из нержавеющей стали, устанавливают в непосредственной близости друг от друга в зоне спинальной рефлекторной дуги на задней, средней или боковой линии или в зоне проекции исследуемого органа. Площадь каждого электрода может быть в пределах 0,5...2,0 кв. см. Степень прижатия электродов к кожному покрову 6 не имеет существенного значения. Влажность кожного покрова 6 тоже, нельзя только допускать, чтобы кожа была покрыта сплошным слоем пота, то есть перед наложением электродов достаточно вытереть кожу сухой или слегка влажной тканью. Один электрод соединяют с положительным или отрицательным полюсом источника питания 1 с напряжением 1...6 В и катушкой индуктивности 3 0,1...1,0 Гн. и добротностью свыше 100. Второй конец катушки 3 через управляемый электронный ключ 2 на определенное время подключают к другому полюсу источника питания 1 (фиг. 1a). В зависимости от длительности подключения катушки 3 к источнику питания 1, напряжения источника питания 1 и суммарного значения внутреннего сопротивления и резистивного сопротивления катушки 3, в катушке 3 будет накапливаться электромагнитная энергия. После того, как величина этой энергии достигнет заданного значения, конец катушки 3 отключают от источника питания 1 и подключают к активному электроду 4. В образовавшемся колебательном контуре из катушки индуктивности 3 и элементов эквивалентной электрической схемы межэлектродной ткани 7 возникают затухающие электрические колебания, частота, амплитуда и скорость затухания которых будут с высокой достоверностью определяться резистивной и емкостной составляющими импеданса межэлектродной ткани. Действительно, если проанализировать эквивалентную электрическую схему, приведенную на фиг. 1б, то можно установить, что:
- собственная емкость высокодобротной катушки индуктивности (C_L = 10... 15 пФ) значительно меньше эквивалентной емкости межэлектродной ткани (C_о = 200...300 пФ) и емкости промежутка электрод - межэлектродная ткань (C_к = 10. . . 100 пФ), сопротивление потерь катушки индуктивности (R_L=50...700 м) существенно меньше резистивной составляющей межэлектродной ткани (R_о=0,8...1,2 кОм) и сопротивления кожного покрова (R_к=50...150 кОм);
- емкостная составляющая импеданса кожного покрова на частотах выше 10 кГц значительно меньше его резистивной составляющей
Следовательно, с погрешностью не превышающей 2...5% эквивалентное сопротивление и емкость колебательного контура фиг. 1 могут быть приняты равными емкостной и резистивной составляющими импеданса межэлектродной ткани, а это значит, что параметры электрических колебаний, возникающих в колебательном контуре, будут практически полностью определяться импедансом межэлектродной ткани. Форма электрических колебаний напряжения между активным и пассивным электродами приведена на фиг. 1 г и определяется выражением:


где U_m - амплитуда первой полуволны затухающих электрических колебаний;
I_m - максимальный ток насыщения катушки индуктивности;
U_ИП - напряжение источника питания;
R_ИП+R_L - суммарное сопротивление источника питания и катушки индуктивности;
τ - время контакта катушки индуктивности с источником питания;
- затухание контура;
- угловая частота электрических колебаний;
γ - - угол запаздывания.

Анализируя это выражение, следует сделать вывод, что амплитуда первой полуволны однозначно определяется емкостной составляющей импеданса межэлектродной ткани, затухание колебаний - резистивной составляющей, а частота - как емкостной, так и резистивной составляющими.

Таким образом, измерив амплитуду, и/или частоту и затухание электрических колебаний, а это не трудно сделать с высокой точностью, можно с высокой достоверностью определить электропроводность межэлектродной ткани в исследуемой зоне.

В сравнении с прототипом заявленный способ позволяет более точно оценить электрофизиологическое состояние человека по электропроводимости межэлектродной ткани, так как при его использовании на результаты измерения практически не сказывается состояние кожного покрова, а повторяемость результатов обеспечивается стабильностью параметров катушки индуктивности и источника питания, достижение которых не представляет технических трудностей. Кроме того, электропроводность межэлектродной ткани лишена индивидуальной окраски и в основном зависит от проводимости крови и лимфатической жидкости, поэтому имеется возможность для сопоставительного анализа результатов обследования пациентов. Требования к профессиональной подготовленности исследователя снижаются потому, что ему совсем не обязательно знать расположение аккупунктурных точек, связь их электрофизиологического состояния с состоянием организма, при наложении электродов не требуется контролировать степень прижатия электродов к кожному покрову и оценивать его состояние.

Устройство, реализующее заявленный способ (фиг. 2а) содержит источник питания 1, от которого через управляемый электронный ключ 2 запитывается катушка индуктивности 3, активный 4 и пассивный 5 электроды, наложенные на кожный покров 6 человека для подачи на межэлектродную ткань 7 тестирующего электрического сигнала, блок 8 задания параметров управляющих импульсов, микроЭВМ 9, преобразователь 10 аналог-код и блок 11 индикации. Блок 8 соединен с первым портом ввода микроЭВМ 9. По командам от блока 8 в микроЭВМ 9 формируются управляющие импульсы, поступающие с выхода микроЭВМ 9 на вход управления управляемого электронного ключа 2. Вход преобразователя 10 соединен с активным электродом 4 и предназначен для преобразования аналоговых параметров напряжения между активным 4 и пассивным 5 электродами в кодовый сигнал, который подается на второй порт ввода микроЭВМ 9. Блок 11 подключен ко второму выходу микроЭВМ 9 и предназначен для отображения результатов исследования. МикроЭВМ 9 может иметь порт ввода-вывоза для связи с внешней ЭВМ (на фиг. 2 не показан), в которой могут регистрироваться результаты исследований и производится сопоставительный анализ.

Преобразователь 10 может содержать или преобразователь напряжение-код 12 (АЦП) (фиг. 2б), преобразующий напряжение на входе в двоичный код, или последовательно соединенные нуль-орган 13 и преобразователь время-код 24 (фиг. 2в), или пороговое устройство 15 и счетчик 16 (фиг. 2г).

Конструктивно устройство для оценки электрофизиологического состояния человека (фиг. 2а) может быть выполнено в виде однокорпусного прибора с закрепленными жестко в корпусе плюсовыми электродами. Ориентировочные габариты 40 мм х 100 мм х 25 мм. Блок 11 индикации может иметь жидкокристаллический экран. Катушка индуктивности может быть типа КИ-Б14-1.4, источник питания 1 - один или два никелевокадмиевых аккумулятора типа 70ААК. Блок 8 задания параметров управляющих импульсов может иметь кнопочные выключатели установки длительности управляющих импульсов и их периода следования.

Заявленное устройство (фиг. 2а) работает следующим образом. Электроды 4, 5 прилагают к кожному покрову в исследуемой области тела пациента. Это может быть или зона проекции исследуемого органа, или соответствующая зона спинальных рефлекторных дуг на задней срединной или боковых линиях расположения точек акупунктуры. В исходном состоянии катушка индуктивности 3 отключена от источника питания 1. С помощью блока 8 в микроЭВМ 9 устанавливают необходимые длительность управляющих импульсов и их период следования. Длительность импульса устанавливается такой, чтобы за время его действия в катушке индуктивности 3 была запасена нужная энергия. Величина этой энергии ориентировочно равна:

где L - индуктивность катушки 3;
I_m - максимальный ток насыщения;
U_ИП - напряжение источника питания 1;
R_ИП - внутреннее сопротивление источника питания 1;
R_L - сопротивление потерь катушки индуктивности 3;
τ - длительность импульса.

После подачи команды на запуск в микроЭВМ 9 формируются нормированные импульсы длительностью, которые поступают на вход управляемого ключа 2. На время длительности импульса этим ключом катушка индуктивности 3 подключается к источнику питания 1, а по его окончании переключается на активный электрод 4. В колебательном контуре (фиг. 1в), образованном индуктивностью, эквивалентной емкостью C_э) и сопротивление R_э возникнут затухающие электрические колебания, форма которых приведена на фиг. 1г. Напряжение электрических колебаний между электродами 4, 5 подается на вход преобразователя 10 аналог-код. Коды с выхода преобразователя 10 подаются на порт ввода микроЭВМ 9. Эти коды запоминаются, по их значениям определяются амплитуда, частота и затухание колебаний и вычисляются значения эквивалентного сопротивления R_э и емкости C_э. Вычисленные величины запоминаются и отображаются на экране блока 11 индикации. По величинам R_э и C_э и по их изменению за время исследований можно судить о электрофизиологическом состоянии человека. Экспериментальная проверка заявленного устройства подтвердил высокую точность измерения емкостной и резистивной составляющих импеданса межэлектродной ткани. При использовании одного и того же прибора расхождение показаний при повторных исследованиях не превышало 2-3%. При возникновении незначительных патологий, например, слабых воспалительных процессов, показания изменялись на 10-15%.

Формула изобретения

1. Способ оценки электрофизиологического состояния человека, включающий установку активного и пассивного электродов на кожный покров, пропускание через межэлектронную ткань тестирующего электрического сигнала и оценку полученных результатов, отличающийся тем, что после установки к активному и пассивному электродам подключают насыщенную электромагнитной энергией высокодобротную катушку индуктивности, в качестве тестирующего сигнала, пропускаемого через межэлектродную ткань, используют электрические колебания, возникающие в колебательном контуре, образованном цепью: активный электрод - высокодобротная катушка индуктивности - пассивный электрод - межэлектродная ткань - активный электрод, а оценку производят по результатам измерения частоты, или амплитуды, или затухания этих колебаний.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что увеличение частоты колебаний оценивают как снижение электропроводимости ткани.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличение скорости измерения амплитуды оценивают как уменьшение резистивной составляющей импеданса ткани.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличение амплитуды первой полуволны оценивают как увеличение емкостной составляющей импеданса ткани.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличение длительности первой полуволны оценивают как уменьшение емкостной составляющей импеданса ткани.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличение количества периодов, амплитуда которых превышает заданный порог, оценивают как увеличение импеданса ткани.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что подключение к электродам насыщенной катушки индуктивности производят периодически.

8. Устройство для оценки электрофизиологического состояния человека, содержащее активный и пассивный электроды, блок индикации, блок задания параметров управляющих импульсов, управляемый электронный ключ и источник питания, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит микроЭВМ, первый порт ввода которой соединен с блоком задания параметров управляющих импульсов и преобразователь аналог-код, вход которого соединен с активным электродом, а выход - со вторым портом ввода микроЭВМ, первый выход микроЭВМ соединен с входом управления управляемого электронного ключа, первый выход которого подключен к активному электроду, второй - к первому полюсу источника питания, а коммутируемый вход соединен с первым концом высокодобротной катушки индуктивности, второй конец которой подключен к пассивному электроду и второму полюсу источника питания.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что высокодобротная катушка индуктивности имеет добротность не менее 100 при резонансной частоте собственных колебаний не менее 10 кГц.

10. Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что преобразователь аналог-код содержит преобразователь напряжение-код.

11. Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что преобразователь аналог-код содержит последовательно соединенные нуль-орган и преобразователь время-код.

12. Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что преобразователь аналог-код содержит последовательно соединенные пороговое устройство и счетчик.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2