Устройство для определения состояния биологического объекта

 

Изобретение относится к биологии и медицине и может быть использовано для определения состояния биологических объектов. Устройство содержит микропроцессор, блок памяти, блок индикации, блок сигнализации, блок питания, элемент запуска, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, стабилизатор тока, формирователь сигнала, регулятор чувствительности, регулятор сопротивления и измерительную камеру. Последняя состоит из основного и компенсирующего датчиков и тактильного датчика. Измерительная камера выполнена в виде стакана из гидрофобного материала с вентиляционными отверстиями, окруженного тепловым шунтом и установленного на теплоизолирующих опорах, стакан накрыт тепловым экраном, на краю стакана установлен тактильный датчик, а установленные в нем основной и компенсирующий датчики разделены тепловым зеркалом. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей исследований при определении состояния биологического объекта, упрощает их и позволяет проводить измерения в реальном масштабе времени. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области сравнительного исследования биологических объектов и может быть использовано в биологии и медицине.

В настоящее время предлагаются различные варианты физических носителей информации за пределами тела живого организма - от ауры до электромагнитного излучения различных диапазонов. Однако более интересным является исследование (журнал Science News, 17, 2000, с. 268), согласно которому организм, как и всякое физическое тело, создает концентрацию из газа или раствора в пограничном слое у поверхности раздела, т.е. кожного покрова, за счет адсорбции. Поэтому предлагается способ исследования проб газовой компоненты биообъекта (ГКБ) как реального продукта жизнедеятельности живой материи. При этом одной из важнейших характеристик процессов жизнедеятельности биообъекта является динамика выделения газовой компоненты биообъектом или скорость нарастания ГКБ, использование которой с учетом калибровочных коэффициентов позволяет следить за изменением того или другого диагностического параметра биообъекта. Калибровочный коэффициент конкретного параметра биообъекта определяют по отношению скорости нарастания ГКБ и значения параметра, измеренного после однократного воздействия на биообъект определенным тестовым препаратом, воздействующим на конкретный параметр биообъекта, причем уровень параметра измеряют одномоментно известными методами. Измерение скорости нарастания ГКБ проводят с помощью определенной измерительной камеры. Последующие измерения скорости нарастания ГКБ этого биообъекта той же измерительной камерой и использование установленного калибровочного коэффициента позволяет определять значение этого конкретного параметра и, таким образом, осуществлять мониторинг состояния биообъекта. Такой калибровочный коэффициент может быть установлен для многих параметров биообъекта, имеющих диагностическую ценность и нормативы.

Известны средства исследования биологических объектов (см. патент РФ 2121669, опубл. 1998 г.), в котором сжигают биологические пробы исследуемого и контрольного биологических объектов, формируют соответствующие параметры измерения, сравнивают их и определяют состояние исследуемого биологического объекта, для чего используют измерительную камеру, электроды которой соединены с источником питания.

Известные средства не определяют состояние биологического объекта по органической газовой составляющей, выделяемой кожным покровом исследуемого объекта, а также динамику выделения газовой компоненты биообъектом, не позволяют следить за определенными параметрами биообъекта и сложны в реализации.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке простых средств определения состояния биологического объекта на основе анализа выделяемой им газовой компоненты, динамики выделения газовой компоненты биообъекта и использования скорости нарастания газовой компоненты биообъекта для мониторинга определенных параметров биообъекта.

Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей при определении состояния биологического объекта за счет исследования параметров газовой компоненты биологического объекта, динамики выделения газовой компоненты биообъектом и использования скорости нарастания газовой компоненты биообъекта для мониторинга конкретных параметров биообъекта, упрощении способа определения состояния биообъекта и мониторинга отдельных параметров биообъекта и проведении измерений в реальном масштабе времени.

Результат достигается тем, что в устройстве для определения состояния биологического объекта, содержащем измерительную камеру, электроды которой соединены с источником питания, измерительная камера выполненав виде стакана с вентиляционными отверстиями в днище, накрытого тепловым экраном, окруженного тепловым шунтом и установленного на теплоизолирующих опорах, электроды выполнены в виде основного и компенсирующего термокаталитических датчиков, установленных в стакане и разделенных тепловым экраном, на стенке стакана установлен тактильный датчик, соединенный с микропроцессором, соединенным с блоком индикации, блоком памяти, блоком сигнализации, элементом запуска и цифроаналоговым преобразователем, одни выводы компенсирующего и основного термокаталитических датчиков соединены соответственно со стабилизатором тока и узлом регулирования сопротивления, а другие выводы объединены и соединены с формирователем сигнала и узлом регулировки чувствительности, источник питания соединен со стабилизатором тока и узлом регулирования сопротивления, вывод которого соединен с формирователем сигнала, соединенного с микропроцессором и узлом регулирования чувствительности, цифроаналоговый преобразователь соединен со стабилизатором тока.

Конкретный, но не ограничивающий настоящее изобретение, пример выполнения устройства приведен на фиг.1, 2, где изображены микропроцессор 1, блок 2 памяти, блок 3 индикации, блок 4 сигнализации, блок 5 питания, элемент 6 запуска, цифроаналоговый преобразователь 7, аналого-цифровой преобразователь 8, стабилизатор 9 тока, формирователь 10 сигнала, регулятор 11 чувствительности, регулятор 12 сопротивления, измерительная камера 13, основной и компенсирующий термокаталитические датчики 14, 15, тактильный датчик 16, измерительная камера выполнена в виде стакана 17 из гидрофобного материала с вентиляционными отверстиями 18, 19, окруженного тепловым шунтом 20 и установленного на теплоизолирующих опорах 21, стакан накрыт тепловым экраном 22, на краю стакана установлен тактильный датчик 16, в стакане установлены основной и компенсирующий термокаталитические датчики 14, 15, разделенные тепловым зеркалом 23, затвор 24 стакана.

Шунт 20 выполнен из металла с высокой теплоемкостью и служит для задержки прохождения теплового потока исследуемого тела (37^oС).

Тепловое зеркало 23 выполнено из металлизированной пластмассы для устранения теплообмена между датчиками 14, 15 в инфракрасном диапазоне. Датчик 15 служит для исключения влияния градиента температур тела и компенсирует температурные уходы в среде измерительной камеры 13, не связанные с поступлением ГКБ.

Суть изобретения состоит в сжигании газовой компоненты контрольного и исследуемого биологических объектов - атмосферы и человека, формировании параметров измерения - U_датч, и по разности параметров определяют активность зоны, с поверхности которой снимали газовую компоненту биообъекта (ГКБ). При этом учитывают, что сигнал при сжигании ГКБ человека всегда выше, чем сигнал при сжигании ГКБ атмосферы, т.к. в ГКБ человека содержатся органические составляющие. Проводя пошаговое исследование кожного покрова, устанавливают распределение зон выделения ГКБ и зоны с наиболее высоким уровнем выделения ГКБ - это ладони рук и подошвы ног. В этих зонах измеряют скорость достижения максимального значения параметра измерения, регистрируют ее как скорость нарастания газовой компоненты биообъекта. При проведении тестов на различные лекарства и другие формы воздействия на конкретные диагностические параметры биообъекта одномоментно определяют уровень измеряемого параметра известными методами и одновременно регистрируют скорость нарастания газовой компоненты того же биообъекта с помощью определенной измерительной камеры. По отношению скорости нарастания газовой компоненты и измеренного значения параметра определяют калибровочный коэффициент для данной характеристики. Последующие измерения скорости нарастания ГКБ этого биообъекта той же измерительной камерой и использование установленного калибровочного коэффициента позволяет определять значение этой конкретной характеристики и, таким образом, осуществлять мониторинг состояния биообъекта. Такой калибровочный коэффициент может быть установлен для отдельных конкретных параметров биообъекта, имеющих диагностическую ценность и нормативы.

Устройство работает следующим образом. После включения питания элементом 6 микропроцессор 1 устанавливает режим работы "Прогрев", при котором сигнал, снимаемый с датчиков 14, 15, поступает через формирователь 10 на вход аналого-цифрового преобразователя микропроцессора 1, который преобразует сигнал частотой 1кГц в цифровой код, поступающий на микропроцессор.

Микропроцессор 1 через преобразователь 7 стабилизатором 9 устанавливает в датчиках 14, 15 ток, необходимый для режима, адекватного температуре горения исследуемой составляющей ГКБ.

Через каждую секунду цифровой код сигнала формирователя 10 сравнивается с данными предыдущего счета, и при разнице больше, чем 0,1 мВ, регулировка тока в датчиках 14, 15 повторяется до значения сигнала <0,1 мВ, что будет соответствовать установившемуся тепловому режиму измерительной камеры. После чего микропроцессор 1 выдаст пользователю через блок 4 звуковой сигнал о готовности к работе. Затем регулятором 12 напряжение на преобразователе 8 устанавливается близко к нулевому значению и отображается в блоке 3. Начинается режим "Измерение".

Исследуемую поверхность тела помещают по этому сигналу на экран 22 измерительной камеры 13, сигнал от датчика 16 фиксируется микропроцессором 1 как начало t_o проведения измерения с записью в арифметико-логический узел (АЛУ) микропроцессора 1 значения сигнала, снимаемого с формирователя 10. При поступлении горючих составляющих ГКБ на датчик 14 за счет их горения возникает температура выше значения, определяемого током стабилизатора 6, и возрастает его (датчика) сопротивление.

Появляется сигнал рассогласования на формирователе 10, который усиливается и поступает на АЦП 8. Цифровой код, соответствующий возросшему значению сигнала, вводится в АЛУ микропроцессора 1, где суммируются значения отсчетов АЦП 8. Через каждую секунду АЛУ микропроцессора 1 производит сравнение данных с предшествующим значением АЛУ, продолжая этот итеративный процесс до начала падения уровня сигнала ниже 1 мВ. Это соответствует терморавновесному состоянию газовой смеси в измерительной камере 13, когда прирост температуры за счет горения газов компенсируется возрастающим влиянием теплопроводности продуктов горения, имеющих более низкую молекулярную массу. Фиксируется амплитудное значение параметра измерения U_датч. Проводя пошаговое исследование кожного покрова, устанавливают распределение зон выделения ГКБ и зоны с наиболее высоким уровнем выделения ГКБ - это ладони рук и подошвы ног. В этих зонах измеряют скорость достижения максимального значения параметра измерения, регистрируют ее как скорость нарастания газовой компоненты биообъекта. Для этого наряду с фиксацией момента времени t₀ момент времени t₁ также фиксируется микропроцессором 1, и формируется время горения ГКБ (t_гop=t₁-t₀). Одновременно фиксируется амплитудное значение параметра U_{датч.макс}=А_mах и определяется скорость нарастания ГКБ как V=A_max/t_гop.

По сигналу блока 4 выдается команда о снятии поверхности тела с экрана измерительной камеры 13.

После открытия измерительной камеры 13, газовая компонента уходит из ее объема, сигнал на входе формирователя 10 начинает падать. Микропроцессор фиксирует его нижнее минимальное значение U_{датч.мин}=А_min в момент наступления теплового равновесия в открытой измерительной камере.

В значение скорости нарастания ГКБ V микропроцессор 1 вносит поправки, связанные с малой скоростью изменения сигнала около точек теплового равновесия. Данные о значении скорости нарастания ГКБ высвечиваются в блоке 3 и записываются в блок 2 как данные текущего значения скорости.

В режиме "Анализ" микропроцессор 1 обеспечивает сравнение текущего значения скорости со средними значениями, накопленными в блоке 2 для данного пациента за определенный период исследований. После анализа этих данных программа микропроцессора 1 производит уточнение этих данных.

Чтобы оперативно следить за различными характеристиками гомеостаза биообъекта с использованием скорости нарастания ГКБ, необходимо формировать калибровочные коэффициенты. Например, при проведении теста на воздействие глюкозой определяющего содержание сахара в крови одномоментно определяют уровень сахара глюкометром "ONE NOUCH" и одновременно регистрируют скорость нарастания газовой компоненты этого биообъекта, используя измерительную камеру 13. По отношению скорости нарастания газовой компоненты и измеренного значения параметра определяют калибровочный коэффициент К для данного параметра. Последующие измерения скорости нарастания ГКБ этого биообъекта и использование установленного калибровочного коэффициента К позволяют определять содержание сахара в крови при каждом измерении и, таким образом, осуществлять мониторинг состояния биообъекта, причем неинвазивным методом. Такой калибровочный коэффициент может быть установлен для любого конкретного параметра биообъекта, имеющего диагностическую ценность и нормативы, такого как холестерин, адреналин, инсулин и т.п. Предельные значения параметров введены в блок памяти 2, и при превышении их значений микропроцессор 1 выдает пользователю, через блок 4, звуковой сигнал о критическом значении параметра.

Объем блока 2 памяти позволяет накапливать данные о многих пациентах на одном приборе.

Таким образом, преимущества изобретения состоят в расширении функциональных возможностей при определении состояния биологического объекта за счет исследования параметров газовой компоненты биологического объекта, динамики выделения газовой компоненты биообъектом и использования скорости нарастания газовой компоненты биообъекта для мониторинга определенных параметров биообъекта, упрощении средств определения состояния биообъекта и мониторинга отдельных параметров биообъекта и проведении измерений в реальном масштабе времени, что позволяет значительно повысить диагностическую ценность исследования параметров ГКБ и использовать его в бытовых условиях.

Формула изобретения

1. Устройство для определения состояния биологического объекта, содержащее измерительную камеру, электроды и источник питания, отличающееся тем, что измерительная камера выполнена в виде стакана из гидрофобного материала с вентиляционными отверстиями в днище, накрытого тепловым экраном, окруженного тепловым шунтом и установленного на теплоизолирующих опорах, электроды выполнены в виде основного и компенсирующего датчиков, установленных в стакане и разделенных тепловым экраном-зеркалом, на стенке стакана установлен тактильный датчик, соединенный с микропроцессором, который подключен к блоку индикации, блоку памяти, блоку сигнализации и цифроаналоговому преобразователю, одни выводы компенсирующего и основного датчиков соединены соответственно со стабилизатором тока и регулятором сопротивления, а другие выводы объединены и подключены к формирователю сигнала и регулятору чувствительности, источник питания соединен со стабилизатором тока и регулятором сопротивления, вывод которого соединен с формирователем сигнала, подключенным к микропроцессору и регулятору чувствительности, цифроаналоговый преобразователь соединен со стабилизатором тока.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве основного и компенсирующего датчиков используются термокаталитические датчики.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тепловой экран-зеркало выполнен из металлизированной пластмассы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 20-2004

Извещение опубликовано: 20.07.2004