Способ измерения теплоемкости и времени релаксации температурного поля локальной зоны биологических объектов

 

Изобретение относится к области технических средств, предназначенных для измерения физических свойств биологических объектов, и может быть использовано в медицине при оценке функционирования сосудистой системы биологических объектов. Техническим результатом является возможность измерения теплоемкости и времени релаксации температурного поля локальной зоны биологических объектов. Способ заключается в том, что предварительно два малоинерционных элемента нагревают до температуры Т и определяют значение электрической мощности Р_Т, при которой обеспечивают состояние динамического равновесия элементов с окружающей средой, затем один из элементов устанавливают на локальную зону биологического объекта и измеряют температуру локальной зоны биологического объекта, после чего нагревают установленный на объекте элемент до температуры Т и определяют значение электрической мощности Р_n, необходимой для поддержания этой температуры, а также время релаксации t температурного поля локальной зоны биологического объекта как промежуток времени между моментом установки датчика температуры для измерения Т_исх и моментом, когда температура объекта станет равной величине Т, затем оценивают количество дополнительной электрической энергии А, затраченной на установление динамического равновесия этого элемента с биологическим объектом, и определяют значение теплоемкости локальной зоны биологического объекта исходя из уравнения 1 ил.

Изобретение относится к области технических средств, предназначенных для измерения физических свойств биологических объектов, и может быть использовано в медицине при оценке функционирования сосудистой системы.

Наиболее близкий аналог для измерения физических свойств биологических объектов - способ определения термореактивности кожи (патент РФ 2145791 С1, 27.02.2000 г.), включающий измерение температуры участка кожи перед охлаждением, охлаждение участка кожи льдом в течение 60 с и измерение температуры участка кожи после охлаждения, отличающийся тем, что температуру участка кожи измеряли в течение 5 минут перед охлаждением, а измерение температуры участка кожи после охлаждения осуществляли однократно на 30 секунде и затем рассчитывали силу изменения температурной реакции кожи (СИТР) по формуле, Δ%: где Т_исх - температура кожи в исходном состоянии; Т_30с - температура кожи на 30 секунде "холодной пробы"; и при СИТР ниже 13,9Δ% определили гипотермореактивность кожи, при (13,9 - 22,7)Δ% - нормальную термореактивность кожи, а при выше 22,7Δ% - гипотермореактивность кожи.

Задачей изобретения является измерение теплоемкости локальных зон биологических объектов.

Поставленная задача решается измерением теплоемкости и времени релаксации температурного поля локальной зоны биологических объектов при тепловом воздействии на поверхность объекта источника тепла, при котором два малоинерционных элемента нагревают до температуры Т и определяют значение электрической мощности Р_Т, при которой обеспечивают состояние динамического равновесия элементов с окружающей средой, затем один из элементов устанавливают на локальную зону биологического объекта и измеряют температуру Т_исх локальной зоны биологического объекта, после чего нагревают установленный на объекте элемент до температуры Т и определяют значение электрической мощности Р_n, необходимой для поддержания этой температуры, а также время релаксации t температурного поля локальной зоны биологического объекта как промежуток времени между моментом установки датчика на локальную зону и моментом, когда температура объекта станет равной величине Т, затем оценивают количество дополнительной электрической энергии А, затраченной на установление динамического равновесия этого элемента с биологическим объектом, и определяют значение теплоемкости локальной зоны биологического объекта исходя из уравнения: где С_j - теплоемкость локальной зоны биологического организма, Дж/с; А - количество дополнительной электрической энергии, затраченной на установление нового состояния динамического равновесия, Дж;
Р_n - значение электрической мощности, необходимой для поддержания состояния динамического равновесия, Вт;
t - время релаксации - время установления нового состояния динамического равновесия, с;
Т - температура, до которой нагревают два малоинерционных элемента, ^oС;
Т_исх - температура локальной зоны в исходном состоянии, ^oС;
Пример конкретной реализации способа
На чертеже изображена структурная схема устройства, в котором реализован предложенный способ.

Малоинерционный элемент 1 соединен с мостовой схемой 2, мостовая схема 2 соединена с преобразователем ток - напряжение 3 и усилителем напряжения 4; преобразователь ток - напряжение 3 и усилитель напряжения 4 соединены с перемножителем 5, малоинерционный элемент 6 соединен с мостовой схемой 7, мостовая схема 7 соединена с преобразователем ток - напряжение 8 и усилителем напряжения 9; преобразователь ток - напряжение 8 и усилитель напряжения 9 соединены с перемножителем 10, перемножитель 5 и перемножитель 10 соединены с блоком аналого-цифровых преобразователей 11, датчик температуры 12 соединен с измерительной схемой 13 и блоком аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 11, который соединен с микропроцессором 14.

Малоинерционные элементы 1, 6, включенные в мостовые схемы 2, 7, нагреваются электрическим током до температуры Т, равной 43^oС. Требуемая температура обеспечивается с помощью мостовых схем 2, 7. Электрическая мощность, затрачиваемая на это, определяется путем перемножения напряжений, пропорциональных электрическим токам малоинерционных элементов, даваемых преобразователями ток - напряжение 3, 8 и падениям напряжений на них, снимаемых с выходов усилителей 4, 9. Перемножение осуществляется в перемножителях 5, 10. Выходные сигналы, пропорциональные мощности, затрачиваемой на нагревание малоинерционных элементов 1, 6, преобразуются в код в блоке АЦП 11 и вводятся в микропроцессор 14. Температура объекта определяется с помощью датчика температуры 12, включенного в измерительную схему 13, выходной сигнал которой преобразуется в код в блоке АЦП 11 и вводится в микропроцессор 14.

В исходном состоянии, когда малоинерционные элементы 1, 6 находятся в воздухе, электрические мощности, потребляемые ими, равны между собой. При установке на биологический объект одного из малоинерционных элементов 1 или 6 и датчика температуры 12 измеряется температура объекта Т_исх и новое значение электрической мощности, потребляемой малоинерционным элементом. Значение Т_исх запоминается в микропроцессоре 14. Новое значение электрической мощности, обусловленное тем, что малоинерционный элемент при контакте с биологическим объектом охладится и для его нагрева до исходной температуры 43^oС требуется затратить дополнительную мощность, сравнивается со значением электрической мощности, потребляемой вторым малоинерционным элементом, находящимся в воздухе. Разность этих мощностей Р_раз вычисляется в микропроцессоре 14. Количество дополнительной энергии А находится интегрированием в микропроцессоре 14 значений мощности Р_раз.

Время релаксации t, в течение которого в микропроцессоре ведется интегрирование мгновенных значений электрической мощности, находится как промежуток времени между моментом установки датчика на объект и моментом, когда температура объекта становится равной температуре Т (в примере Т=43^oС ) с погрешностью ΔT. Значение теплоемкости рассчитывается в микропроцессоре с использованием уравнения

где C_j - теплоемкость локальной зоны биологического организма, Дж/с;
А - количество дополнительной электрической энергии, затраченной на установление нового состояния динамического равновесия, Дж;
Р_n - значение электрической мощности, необходимой для поддержания состояния динамического равновесия, Вт;
t - время релаксации - время установления нового состояния динамического равновесия, с;
T - температура, до которой нагревают два малоинерционных элемента, ^oС;
Т_исх - температура локальной зоны в исходном состоянии, ^oС;
Итак, данный способ позволяет производить измерения теплоемкости и время релаксации температурного поля локальной зоны биологических объектов.

Формула изобретения

Способ для измерения физических параметров локальной зоны биологического объекта, отличающийся тем, что предварительно два малоинерционных элемента нагревают до температуры Т и определяют значение электрической мощности _Т, при которой обеспечивают состояние динамического равновесия элементов с окружающей средой, затем один из элементов устанавливают на локальную зону биологического объекта и измеряют температуру локальной зоны биологического объекта, после чего нагревают установленный на объекте элемент до температуры Т и определяют значение электрической мощности Р_n, необходимой для поддержания этой температуры, а также время релаксации t температурного поля локальной зоны биологического объекта как промежуток времени между моментом установки датчика температуры для измерения Т_исх и моментом, когда температура объекта станет равной величине Т, затем оценивают количество дополнительной электрической энергии А, затраченной на установление динамического равновесия этого элемента с биологическим объектом, и определяют значение теплоемкости локальной зоны биологического объекта, исходя из уравнения

РИСУНКИ

Рисунок 1