Мультиэлектрод
Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам, используемым для электропунктуры при диагностике и лечении заболеваний. Мультиэлектрод содержит корпус с наконечником, заполненным изолированными друг от друга микроэлектродами, размещенный в корпусе, соединенный с каждым из микроэлектродов коммутатор, усилитель и экранированный провод кабеля. Коммутатор закрыт металлизированным экраном. В корпусе размещен источник тока с шунтирующим резистором и переключателем диапазона. Наконечник с микроэлектродами выполнен съемным и каждый электрод соединен с коммутатором посредством разъема. Мультиэлектрод позволяет повысить точность при диагностике и расширить диапазон токов измерения и воздействия на БАТ. 4 ил.
Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для электропунктуры с многоконтактными активными электродами, и может быть использовано в диагностике при измерении электрического сопротивления и лечении при воздействии электрическим током на аурикулярные и корпоральные биологически активные точки (БАТ) человека.
Известно устройство для электрорефлексотерапии по патенту SU 1783983, кл. А 61 Н 39/00, публ. 23.12.92, содержащее корпус с рукояткой, в котором размещен активный мультиэлектрод, соединенный с электронным блоком, с которым также соединен пассивный электрод.
Недостаток известного устройства в коллективном подключении всей группы игл мультиэлектрода к источнику тока, что не позволяет с его помощью осуществлять поиск точной позиции БАТ при проведении диагностики.
Известно устройство для рефлексотерапии по а.с. SU 1255130, кл. А 61 Н 39/00, публ. 07.09.86, содержащее соединенные через электронный блок пассивный электрод и активный мультиэлектрод, контактные элементы которого выполнены в виде игл и имеют одинаковое электрическое сопротивление, причем рабочие части игл расположены по поверхности сферы.
Недостаток известного устройства также в коллективном подключении всей группы электродов к электронному блоку, что не позволяет осуществлять поиск точной позиции БАТ при проведении диагностики.
Известно устройство для одновременной установки электродов на группу акупунктурных точек по а.с. SU 1803094, кл. А 61 Н 39/00, публ. 23.03.93, содержащее основание, продольные и поперечные связи, причем основание выполнено в форме прямоугольника, каждая сторона которого представляет собой цепь многократных шарнирных параллелограммов, соединенных между собой шарнирами и втулками, и снабжено держателями электродов, а продольные и поперечные связи представляют собой продольные и поперечные направляющие, пропущенные сквозь отверстия во втулках и держателях электродов, образуя матрицу с варьируемым расстоянием в продольном и поперечном направлениях независимо.
Недостатки известного устройства в механической и технологической сложности, низкой надежности за счет большого количества деталей, подвижно связанных между собой шарнирными и гибкими элементами. Кроме того, для диагностики по аурикулярным БАТ, имеющим разрешение не более 1 мм, конструкция практически не пригодна.
Оперативное перемещение подобной конструкции по поверхности ушной раковины или других участков кожи неудобно из-за отсутствия рукояти или другого держателя.
Соединение каждого из большого числа электродов отдельным проводом длиной порядка 1,5 м с измерительной или воздействующей аппаратурой образует толстый и жесткий кабель, затрудняющий перемещение устройства по поверхности кожи.
Провода такой длины обладают электрической емкостью около 50 пф, что затягивает во времени (на 5-7 мс) переходные процессы при коммутации диагностических токов порядка 0,1-1,0 мкА и уменьшает помехозащищенность от промышленных электромагнитных наводок.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) заявляемого мультиэлектрода по большинству признаков и технической сущности является мультиэлектрод по патенту UZ №2716, кл. А 61 Н 39/00, публ. 30.09.95, содержащий корпус с наконечником, заполненным взаимно изолированными микроэлектродами, рабочие части которых расположены по поверхности сферы, и коммутационным устройством с усилителем, соединенным с каждым микроэлектродом.
Недостаток прототипа в жесткой фиксации микроэлектродов в наконечнике на расстоянии друг от друга (с разрешением) порядка 0,3 мм. Это позволяет эффективно проводить аурикулярную диагностику, но снижает возможность его использования при обследовании корпоральных БАТ, расположенных более чем в 10 раз реже.
Известный мультиэлектрод не имеет переключателя диапазонов тока, что затрудняет использование токов разных диапазонов:
- при аурикулярной диагностике - 0,01-1 мкА;
- при корпоральной диагностике - 0,1-10 мкА;
- при лечебном воздействии - 10-100 мкА и более.
Затруднение состоит в том, что при диагностике и лечении используют как постоянный разнополярный ток, так и переменный, для формирования которого требуется 8-разрядный ЦАП, обеспечивающий 258 градаций тока (динамический диапазон D=256 или 48 дБ), а для работы в полном диапазоне 0,01-100 мкА потребуется сигнал управления током с динамическим диапазоном D=2560000 или 128 дБ, для чего необходимо использовать 22-разрядный ЦАП, где проблематично обеспечить приемлемый уровень шумов, которые более всего влияют на измеряемое напряжение при диагностике малыми токами.
Известный мультиэлектрод не имеет шунтирующего источник тока резистора, позволяющего избежать неопределенности при отсутствии тока, т.е. при квазибесконечном сопротивлении разрыва цепи тока.
Кроме того, отсутствие шунтирующего резистора, нормирующего результаты измерений, затрудняет процесс измерения необходимостью предварительного определения диапазона сопротивлений кожи каждого пациента, в силу большого разброса этого параметра, и последующей настройки измерительного оборудования на этот диапазон, заключающийся в привязке начала шкалы измерителя к сопротивлению участков кожи вне дислокации БАТ.
Задача заявляемого изобретения - повышение эффективности мультиэлектрода путем повышения точности и расширения диапазона токов измерения и воздействия на биологически активные точки.
Технический результат использования предложенного технического решения заключается в:
- оперативной трансформации (смене) плотности микроэлектродов наконечника мультиэлектрода;
- снижении уровня шумов за счет разбиения динамического диапазона источника тока на поддиапазоны;
- установлении заданных форм и полярности токов при диагностическом использовании частотных свойств БАТ;
- сжатии шкалы нормальных сопротивлений кожи (вне дислокации БАТ), включая бесконечное сопротивление разрыва цепи измерения (при отрыве датчика от кожи) до 15%-ного участка шкалы отображения проводимости кожи.
Так как измерение производится воздействием на БАТ постоянным током, измеряемым параметром является напряжение, которое прямо пропорционально сопротивлению БАТ. Значит, шкала измерений отображает сопротивления и простирается от "0" (короткое замыкание) до бесконечности (разрыв цепи).
Но для диагностики более целесообразно отображать не сопротивление, а проводимость БАТ, например отсутствие активности БАТ отображать начальным участком шкалы проводимости от нуля проводимости разрыва цепи до обычной проводимости кожи большинства людей.
Таким образом, шкалой измерения активности БАТ является шкала сопротивлений, а шкалой отображения активности БАТ является обратная ей шкала проводимостей, т.е. бесконечный участок шкалы сопротивлений от бесконечного сопротивления разрыва цепи до обычного сопротивления кожи большинства людей должен соответствовать небольшому начальному участку шкалы проводимости, начиная от нулевой проводимости разрыва цепи до обычной проводимости кожи большинства людей. Это противоречие и позволяет устранить введение нелинейного сжатия шкалы измерений.
Техническая задача заявленного изобретения достигается тем, что мультиэлектрод для электропунктурной диагностики и электротерапии, содержащий изолирующий корпус с рабочим наконечником, заполненным жестко укрепленными в нем изолированными друг от друга микроэлектродами, экранированный провод кабеля, электронный коммутатор с усилителем, закрытый металлизированным экраном, соединенный с электронным прибором компьютерной диагностической системы и обеспечивающий вывод на экранированный провод кабеля сигнала от одного из микроэлектродов, дополнительно содержит размещенный в корпусе источник тока с переключателем диапазонов значений тока и шунтирующим резистором, связанным с пассивным электродом, при этом наконечник с микроэлектродами выполнен съемным и заполнен микроэлектродами с различной разрешающей способностью, микроэлектроды снабжены разъемами, посредством которых они связаны с электронным коммутатором, который в свою очередь соединен с выходом источника тока, шунтирующим резистором и входом усилителя, а источник тока и связанный с ним переключатель диапазонов также соединены с электронным прибором компьютерной диагностической системы отдельными проводами кабеля, причем связь электронного коммутатора с электронным прибором компьютерной диагностической системы по цепи передачи сигнала осуществляется через усилитель по экранированному проводу кабеля.
Таким образом, мультиэлектрод по изобретению в отличии от вышеуказанного наиболее близкого технического решения (прототипа) отличается тем, что содержит размещенный в корпусе источник тока с переключателем диапазонов и шунтирующим резистором, связанным с пассивным электродом, а наконечник с микроэлектродами - съемный, и микроэлектроды связаны с электронным коммутатором посредством разъемов. Электронный коммутатор в свою очередь соединен с выходом источника тока, шунтирующим резистором и входом усилителя. Источник тока и связанный с ним переключатель диапазонов также соединены с электронным прибором компьютерной диагностической системы отдельными проводами кабеля, а связь электронного коммутатора с электронным прибором компьютерной диагностической системы по цепи передачи сигнала осуществляется через усилитель по экранированному проводу кабеля.
Мультиэлектрод снабжен набором съемных наконечников с микроэлектродами различной разрешающей способности (различными расстояниями между электродами). На фиг.1 изображена конструктивная схема мультиэлектрода, продольный разрез, на фиг.2, «а» и «б» - варианты выполнения наконечников с микроэлектродами, на фиг.3 - электрическая блок-схема мультиэлектрода, на фиг.4 - графики характеристик отображения сопротивлений кожи выходным напряжением микроэлектрода с использованием шунтирующего резистора и без него.
Микроэлектрод содержит размещенные в корпусе 1, например цилиндрическом, электронный коммутатор 2 с усилителем 3, источник тока 4 с шунтирующим резистором 5 и переключатель 6 диапазонов, закрытые металлизированным экраном 7, например металлизированным пластиком.
На торце корпуса 1 укреплен съемный рабочий наконечник 8 с микроэлектрода 9. Микроэлектроды 9 в наконечнике 8 укреплены жестко, их выходы на рабочую поверхность распределены по заданной сетке расстояний между ними, а противоположные концы снабжены разъемом 10. Коммутатор 2, усилитель 3, источник тока 4, переключатель 6 диапазонов выполнены на базе микросхем.
Каждый микроэлектрод 9 наконечника 8 через разъем 10 соединен с коммутатором 2, который соединен с выходом источника 4 тока, шунтирующим резистором 5 и входом усилителя 3.
Источник 4 тока соединен с переключателем 6 диапазонов. Выход усилителя 3.
Источник 4 тока соединен с переключателем 6 диапазонов. Выход усилителя 3 соединен экранированным проводом кабеля 11 с электронным прибором 12 (не показано) компьютерной диагностической системы (КДС), осуществляющим управление схемой мультиэлектрода по заданной программе и измерение снимаемых мультиэлектродом сигналов.
Кроме того, коммутатор 2, источник 4 тока и переключатель 6 диапазонов отдельными проводами кабеля 11 токопроводом также соединены с электронным прибором 12 КДС (фиг.3).
Наличие разъема 10 между микроэлектродами 9 и коммутатором 2 позволяет оперативно менять наконечники 8 мультиэлектрода с различным разрешением для аурикулярной или корпоральной диагностики и лечения, что расширяет возможности и эффективность использования заявленного мультиэлектрода в сравнении с прототипом.
Наличие регулируемого источника 4 тока воздействия позволяет вырабатывать ток, величина и полярность которого пропорциональны управляющему напряжению, поступающему из электронного прибора 12 КДС, что в свою очередь позволяет воздействовать на БАТ постоянным током заданной величины и полярности или импульсным током заданной амплитуды, скважности и полярности, а также переменным током заданной амплитуды, частоты и формы (пилообразной, синусоидальной и др.).
Последнее позволяет повысить эффективность диагностического использования частотных свойств БАТ.
Наличие переключателя 6 диапазонов тока позволяет с одинаковой относительной погрешностью - 1/4096 (при использовании 12-разрядного ЦАП) и одинаково малым уровнем шумов вырабатывать токи воздействия в диапазонах аурикулярной и корпоральной диагностики, а также токи лечебного диапазона.
При этом требуемый для диагностики и лечения диапазон токов 0,01-100 мкА разбивается на 4 диапазона: 0,01-0,1 мкА, 0,1-1 мкА, 1-10 мкА и 10-100 мкА, что позволяет увеличить допустимую величину относительной погрешности с 1/4194304 (при использовании 22-разрядного ЦАП в полном динамическом диапазоне) до 1/4096 (при использовании 12-разрядного ЦАП и переключателя диапазонов), т.е. в 1000 раз. В такое же число раз (на три порядка) снижается и уровень шума источника 4 тока.
Работает мультиэлектрод следующим образом (см. фиг.3)
Врач включает и настраивает КДС, подключает пассивный электрод 13 к руке или ноге пациента, затем берет мультиэлектрод за корпус 1 и прикладывает рабочий наконечник 8 к области дислокации БАТ на коже человека. Электронный прибор 12 КДС по кабелю 11 передает в мультиэлектрод цифровой код управления коммутатором 2 на его адресный вход.
Соответствующий этому коду микроэлектрод 9 соединяется коммутатором 2 с выходом источника 4 тока воздействия и входом усилителя 3. Одновременно электронный прибор 12 КДС по кабелю 11 передает в микроэлектрод цифровой код управления на вход переключателя 6 диапазонов.
Переключатель 6 диапазонов в соответствии с этим кодом настраивает источник 4 тока на требуемый диапазон значений токов. Одновременно электронный прибор 12 КДС по кабелю 11 передает на вход источника 4 тока сигнал управления током воздействия.
Источник 4 тока вырабатывает ток воздействия, прямо пропорциональный напряжению и форме поступающего сигнала управления. Ток воздействия, выработанный источником 4 тока, проходит коммутатор 2, выбранный микроэлектрод 9, точку кожи, с которой соприкасается микроэлектрод 9, тело пациента и через заземленный пассивный электрод 13 уходит в землю.
Точка кожи, через которую протекает ток воздействия, имеет электрическое сопротивление, измеряемое в диагностических целях, на котором выделяется падение напряжения, прямо пропорциональное ее сопротивлению. Это падение напряжения через микроэлектрод 9 и коммутатор 2 поступает на вход усилителя 3, который усиливает сигнал и по экранированному проводу 14 кабеля 11 передает в электронный прибор 12 КДС для измерения.
Далее код управления коммутатором 2 изменяется в соответствии с программой таким образом, что следующий микроэлектрод 9 подключается через коммутатор 2 к выходу источника 4 тока и входу усилителя 3. После этого процесс измерения падения напряжения на соответствующей точке кожи повторяется.
После окончания сканирования всего участка кожи под микроэлектродами 9 процесс циклически многократно повторяется в соответствии с заданной программой и врач может осуществлять поиск БАТ перемещением мультиэлектрода по поверхности кожи.
Шунтирующий резистор 5 отбирает на себя часть измерительного тока, чем вносит нелинейность в график 15 (см. фиг.4) зависимости выходного напряжения от измеряемого сопротивления кожи. Там же для сравнения изображен график 16 этой же зависимости, но без шунтирующего резистора. Напряжение Uвых графика 15 при увеличении сопротивления кожи Rкожи асимптотически стремится к величине (линия 17 на графике) падения напряжения на шунтирующем резисторе 5, что позволяет сжать шкалу отображения бесконечно длинного участка больших сопротивлений до небольшого (около 15% от всей шкалы) начального участка шкалы проводимости кожи.
Подбором величины сопротивления шунтирующего резистора 5 (оптимально около 3-х мОм) можно привязать все разнообразие сопротивлений сухой кожи пациентов вне дислокации БАТ к начальному 15%-ному участку шкалы измерений.
В оптимальном варианте мультиэлектрод изготовлен заявителем следующим образом.
Корпус 1 и наконечники 8 имеют цилиндрическую форму и выполнены из пластмассы, например эбонита или полистирола.
Микроэлектроды 9 в количестве 64 штук выполнены из нержавеющей стали. Коммутатор 2 выполнен в виде пакета из 9-ти прямоугольных печатных плат с припаянными к ним планарными корпусами 8-ми микросхем 590 КН 6 и одной - 564 ИД 1.
Источник 4 тока выполнен по схеме Хауленда на операционном усилителе 140 УД 1208 и дискретных резисторах, планарно припаянных к одной стороне круглой печатной платы.
Переключатель 6 диапазонов выполнен на микросхеме 590 КН 3 и дискретных резисторах, планарно припаянных на другой стороне круглой печатной платы.
Усилитель 3 выполнен по схеме повторителя на микросхеме 140 УД 1208 и планарно припаян на стороне расположения источника 4 тока круглой печатной платы.
Заявленный мультиэлектрод испытан и показал значительное преимущество, эффективность и надежность в сравнении с известными заявителю устройствами для диагностики и лечения с использованием БАТ человека.
Мультиэлектрод для электропунктурной диагностики и электротерапии, содержащий изолирующий корпус с рабочим наконечником, заполненным жестко закрепленными в нем изолированными друг от друга микроэлектродами, экранированный провод кабеля, коммутатор, закрытый металлизированным экраном, соединенный с электронным прибором компьютерной диагностической системы и выполненный с возможностью вывода на экранированный провод кабеля сигнала от одного из микроэлектродов, и усилитель, отличающийся тем, что дополнительно содержит размещенный в корпусе источник тока с переключателем диапазонов значений тока и шунтирующим резистором, связанным с пассивным электродом, при этом наконечник с микроэлектродами выполнен съемным, а микроэлектроды в нем выполнены так, что их выходы на рабочую поверхность распределены по заданной сетке расстояний между ними, а противоположные концы снабжены разъемами, посредством которых они связаны с электронным коммутатором, который соединен с выходом источника тока, шунтирующим резистором и входом усилителя, а источник тока и связанный с ним переключатель диапазонов соединены с электронным прибором компьютерной диагностической системы отдельными проводами кабеля, причем коммутатор связан с электронным прибором компьютерной диагностической системы через усилитель по экранированному проводу кабеля.
