Способ и устройство для определения функциональных параметров и параметров обменных процессов живого организма
Изобретение касается способа определения функциональных параметров живого организма, а также устройства для реализации этого способа. При осуществлении способа учитывается влияние действующих естественных и искусственных электрических, электрохимических и электромагнитных полей. Действующие попеременно в качестве чувствительного (сенсор) и активного (актор) элементов электроды фиксируют величины фактических параметров и передают их на соответствующее последовательно включенное регистрирующее устройство. Способ и устройство характеризуются упрощением по сравнению с другими известными техническими решениями. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение касается способа мобильного или стационарного определения функциональных параметров и параметров обменных процессов живого организма, а также выполненного соответствующим образом устройства для реализации этого способа.
Известно множество устройств, принцип действия которых основан, главным образом, на косвенной оценке параметров предварительно отобранной крови пациента. Методика отбора пробы крови (и ее последующий анализ) болезненна для пациента, трудоемка и в ежедневной практике применения требует особой тщательности. Для медицинского персонала и особенно в случае пожилых пациентов эта процедура зачастую создает много проблем. По этой причине анализы крови проводятся с недостаточной регулярностью или даже с ошибками, и лечащие врачи часто получают недостоверные результаты анализа. Известны и переносные измерительные устройства, например, в соответствии с описаниями изобретений DE 19639224 и DE 19639228, в которых определение концентрации по меньшей мере одного вещества (компонента) производится с помощью измерительной оптики и схемы обработки сигналов. Известен также способ определения концентрации сахара в соответствии с описанием изобретения DE 3228551, где содержание сахара определяется в присутствии примесных веществ с помощью измерительного электрода, оснащенного экранированным мембраной электрокаталитическим датчиком сахара. При этом измерительный электрод стабилизирован на реакционном и на измерительном потенциалах, а проходящий в процессе измерения ток фиксируется как измерительный сигнал. Изобретением предусмотрено, что на измерительный электрод после реакционного потенциала и перед измерительным потенциалом кратковременно подается третий потенциал, более отрицательный, нежели измерительный потенциал.
Известен также чрескожный, бескровный способ определения концентрации веществ в крови в соответствии с описанием изобретения DE 19518511, когда содержание в крови пациента таких веществ как лактат, глюкоза, холестерин, сахар крови, спирт, лекарственные препараты и т.п. определяется последовательно
а) измерением производимого спектроскопическим методом сигнала, соответствующего количеству искомого вещества и количеству воды в исследуемой части тела,
б) определением концентрации искомого вещества в воде через соотношение сигнала количества вещества и сигнала количества воды, и
с) заключительным расчетом количественного значения концентрации компонента крови.
Из описания изобретения DE 19519051 известны также способ и устройство для поляриметрического определения веществ в организме человека, в соответствии с которым анализируется рассеянное отражение от облученного линейно поляризованным светом кровоснабжаемого участка тела и по корреляции между полученной величиной угла поворота поляризации и концентрации сахара в крови определяют фактическое его содержание.
Таким образом, основным недостатком всех известных технических решений является косвенный характер оценки состава крови, проба которой должна быть отобрана у пациента. Кроме того, реализация известных проникающих методик измерения предполагает строгую последовательность манипуляций в точно отведенный промежуток времени, что практически невыполнимо для большинства пострадавших или же для людей пожилого возраста. Следующим значительным недостатком всех известных и используемых устройств является недостаточный учет данных анализов и их (ручное) архивирование для пациента. Не говоря уже о том, что несовершенство фиксации данных зачастую приводит к получению "щадящих" результатов анализа, а "бумага" в качестве документа является неприемлемой для медиков в их детальных статистических оценках из-за трудоемкости ее обработки и отсутствия программного обеспечения.
Поэтому задачей изобретения явилась разработка способа и устройства для безболезненного, простого и произвольно часто повторяемого самоконтроля параметров организма с одновременной индивидуальной регистрацией результатов анализа.
Поставленная задача решается путем создания способа и устройства для мобильного или стационарного определения функциональных параметров или обменных параметров организма непроникающим путем, использующего присутствие в организме пациента (пробанда) веществ, подверженных воздействию имеющихся естественных или искусственных электрических, электрохимических или электромагнитных полей. В соответствии с изобретением к таким веществам относятся лактат, спирт, холестерин, стеарин, белок, лекарственные препараты, жиры крови, сахар крови или глюкоза.
На поверхность кожи пробанда наносят, располагают вблизи нее или имплантируют под кожу электроды, попеременно служащие чувствительными и активными (исполнительными) элементами. Они регистрируют и записывают генерируемые и отраженные сигналы. Эти внесенные в память сигналы подают на последовательно включенный блок обработки данных. Из полученных значений со временем формируют суммарные значения. Эти суммарные значения соотносятся с базовыми значениями и вместе с ними регулярно выводятся, обеспечивая таким образом возможность их постоянного сравнения. Данные могут выводиться на дисплей или же на распечатывающее устройство, причем оба этих устройства могут быть связаны с принтером для вывода полученных данных. Кроме того, получаемые и сравниваемые данные могут вводиться в память компьютера и при необходимости вызываться из памяти для их последующего использования.
Сигналы, поступающие от пробанда, могут быть непрерывными или периодическими.
Имеющиеся естественные или искусственные электрические, электрохимические или электромагнитные поля являются физическими параметрами. Важным физическим параметром может быть интенсивность поля. Имеется возможность фиксировать плотность силовых линий поля, разность потенциалов, силу тока, напряжение электрического тока и, по крайней мере, два из этих параметров в комбинации. Особенно важными для запоминания и документирования являются такие параметры, как температура тела, электрическое сопротивление кожи и уровень газообмена через кожу в единицу времени.
Со ссылкой на специфически важные участки тела пробанда, на них можно оказывать воздействия либо глобально, либо точечно и концентрированно. Сначала воздействие может быть точечным, линейным или поверхностным. В дальнейшем расположение электродов может быть выбрано соответствующим расположению важных частей тела пробанда, например, в форме матрицы. Электроды могут быть и имплантированы в тело пробанда. Не допускается располагать электроды полностью вне поверхности тела пробанда.
Устройство для реализации способа в соответствии с изобретением состоит прежде всего из служащих чувствительными и активными элементами электродов, размещаемых на соответствующих участках поверхности кожи пробанда. Эти электроды электрически или электронно соединены с расположенным перед каскадом операционного усилителя аналоговым переключающим устройством. Каскад операционного усилителя состоит из предварительного усилителя-преобразователя полного сопротивления с фильтром. Последовательно используемому для кондиционирования каскаду операционного усилителя включен аналогово-цифровой преобразователь с цифровым процессором сигнала. Этот процессор в свою очередь связан с каскадом вычислительной машины, обрабатывающим и запоминающим нормализованные и преобразованные в цифровую форму измеряемые значения, для чего он, что предпочтительно, также должен быть оснащен встроенным модулем памяти.
Если отдельные элементы устройства в соответствии с изобретением пространственно позиционируются раздельно, то схема передачи данных между этими элементами может быть беспроволочной. Адекватными этой схеме могут быть и оптические коммуникативные сопряжения для передачи данных.
Каскад операционного усилителя согласуется с физическими параметрами электродов. Предпочтительным вариантом устройства в соответствии с изобретением предусматривается наличие у аналогово-цифрового преобразователя цифрового процессора сигнала, градуированного в соответствии с числом используемых первичных контактов. Каскад вычислительной машины предпочтительно также должен быть градуированным.
Следующий предпочтительный вариант устройства в соответствии с изобретением предусматривает, что каскад вычислительной машины выполнен управляющим для обеспечивающего адаптивное стимулирование генератора и, следовательно, для переключения сенсорного и активного режимов.
Каскад вычислительной машины предпочтительно должен быть оснащен дисплеем для того, чтобы получаемые изображения можно было интерпретировать. Предпочтительно также оснастить каскад вычислительной машины управляющим базовым регулятором.
Для снижения уровня паразитных сигналов каскад операционного усилителя имеет встроенный фильтрующий элемент для снижения уровня опознанных паразитных сигналов.
Некоторые из конструктивных элементов устройства могут имплантироваться в живой организм. При достаточной степени миниатюризации и целые блоки могут быть имплантированы в живой организм.
Исходным пунктом при разработке предлагаемого способа, а также для использования устройства в соответствии с изобретением, являлось наличие естественного поля человека, фиксируемого у живого организма. Установлено также, что коррелируемое влияние определенных веществ в крови может быть измерено как аномалия естественного поля человека. Тем самым обеспечивается возможность использования непроникающего способа анализа в соответствии с изобретением, а также устройства для его реализации.
Таким образом, обеспечивается возможность существенно упростить метод непроникающего текущего контроля параметров живого организма. Одновременно возможна и стабилизация параметров организма в течение процедуры.
Для внешне здорового существа возможно также получение численных значений параметров организма для оценки его обменных процессов, например, изменения состава крови, содержания алкоголя в крови, содержания глюкозы, эффективности мышечных сокращений, поверхностного электрического сопротивления кожи, кровоснабжения кожи, местного обезболивания и прочих параметров.
Все данные, индивидуально для каждого из пациентов, могут быть внесены в память компьютера, проанализированы, визуализированы и в качестве ежедневных, еженедельных и/или отнесенных к любому произвольному отрезку времени физических параметров и их проявлений, например концентрация веществ и т.д., могут быть отражены и дистанционно переданы в другие массивы данных.
Таким образом, благодаря программно обеспеченному учету результатов анализов и возможности их электронной передачи последующим специалистам сокращаются характерные для обычных методов затраты, связанные с большим расходом бумаги при сборе полученных данных, а также с неизбежными при этом ошибками.
На приведенном ниже примере исполнения подробнее поясняются как суть способа, так и конструкция устройства в соответствии с изобретением.
На приведенных чертежах показаны:
на фиг.1 - основной принцип процесса измерений при использовании способа в соответствии с изобретением;
на фиг.2 - предпочтительное позиционирование датчиков на теле пробанда;
на фиг.3 - принципиальная блок-схема устройства в соответствии с изобретением.
На поверхность тела пробанда наносят некоторое количество 1...n электродов 1 из токопроводящего материала. В качестве токопроводящего материала можно использовать любые, не вредные для организма человека благородные металлы (золото, серебро, платина) или же токопроводящие полимерные материалы и керамику. В качестве несущего материала (подложки) электродов можно использовать любые электроизоляционные полимерные или текстильные материалы. Например, 6 миниатюрных электродов могут быть запрессованы в токопроводящую резину, при этом благодаря эластичному полимеру они плотно прилегают к телу пробанда.
Блок электроники закреплен на подложке, которая одновременно служит его креплением на теле пробанда.
Электроды 1 выполнены одновременно и как чувствительные элементы (сенсоры), и как активные элементы (акторы).
Остальные элементы конструкции предназначены для кондиционирования сигнала (А). Здесь для каждого электрода 1 предусмотрена схема, состоящая из одноканального аналогового переключателя 2, предварительного усилителя преобразователя полного сопротивления 3 и фильтра 4, последние из которых образуют блок каскада операционного усилителя.
Если электроды 1 работают в режиме чувствительного элемента (сенсора), то его сигнал подается на предварительный усилитель преобразователя полного сопротивления 3. Последовательно включенный фильтр 4 выполняет две функции - вначале он должен подавить помехи, индуцированные полями окружающей среды, и затем ограничить сигнал, передаваемый для преобразования данных. Например, фильтр 4 может быть выполнен многоступенчато активным. Параметры фильтра 4 согласуются и отслеживаются цифровым процессором сигнала 5 и процессором 6. Для этого предусмотрен подходящий для последующей обработки аналоговый сигнал.
Если электроды 1 используются в качестве активного элемента, то они соединяются через одноканальный аналоговый переключатель 2 с генератором 7.
В блоке С происходит преобразование данных. Здесь в каскад преобразования данных 8, сопряженный с процессором сигнала 5, встроен градуируемый интерфейс, обеспечивающий работу нескольких электродов 1. Тем самым электроды 1 могут использоваться каскадом преобразования данных 8 как отдельный элемент или в качестве матрицы. Управление осуществляется процессором 6.
К градуируемому интерфейсу последовательно подключен быстродействующий аналогово-цифровой преобразователь высокого разрешения 8, доступный через интерфейс процессора сигнала. Аналогово-цифровой преобразователь 8 управляется непосредственно процессором сигнала 5 и служит источником данных для процессора сигнала 5.
Процессор сигнала 5 предварительно обрабатывает входящий массив данных, распознавая и подавляя сигналы помех. Одновременно определяются параметры встроенного фильтра.
Все выходные данные передаются последующим каскадам процессора по системе выходных шин связи. Посредством контрольной шины процессор 6 управляет процессором сигнала 5.
Встроенный в этот блок генератор 7 также управляется этой системой шин (шина данных и контрольная шина). Имеется возможность одновременного активирования нескольких внесенных в память сигналов. Другими параметрами для генератора 7 являются интенсивность и частота. Если синтезируются новые сигналы, то они вносятся в память как сигналы пользователя.
Блок D представляет собой так называемый сегмент контроллера. Контроллер является центральным управляющим блоком в системе. Он контролирует все системные функции, циклически генерирует процесс самоконтроля и реализует непрерывный процесс калибровки всей системы. Кроме того, он способен контролировать сравнительные измерения с помощью классических методик анализа.
С помощью системы шин элементы коммуникативного модуля 9, системный дисплей 10, клавиатура 11 и блок памяти 12 соединены с контроллером. Коммуникативный блок 9 имеет модульную конструкцию и поэтому может быть согласован с различными передающими каналами. Кроме того, имеется возможность составления протоколов программного обеспечения и вычислительной системы.
Блок памяти 12 служит для длительного хранения полученных данных, а также для временного промежуточного хранения текущих данных. Предпочтительнее блок памяти 12 следует разделять на постоянный системный накопитель и оперативное внешнее запоминающее устройство.
Остальные внешние носители памяти могут оснащаться сменными носителями.
Специальная программа анализа выполняет индивидуальный для каждого из пациентов анализ результатов измерений, а также такие программные функции, как, например, корреляция результатов анализа с исходными данными пациента, его прежними показаниями и прочими отклонениями от текущих значений. Программа анализа производит также расчеты, касающиеся, например, концентрации определенных химических веществ.
1. Способ определения функциональных или метаболических параметров живого организма с использованием электрического устройства обработки информации, имеющего по меньшей мере два электрода, выполненных с возможностью получения через них информации в виде электрических сигналов от живого организма либо при приведении в контакт этих электродов с кожей живого организма, либо при расположении их вблизи живого организма, включающий следующие стадии: переключение электрического устройства обработки информации в активный режим, при котором через посредство электродов генерируемые электрические сигналы подают к живому организму и осуществляют непрерывный процесс калибровки электрического устройства обработки информации и канала, через который регистрируют отраженные сигналы живого организма после калибровки, переключение электрического устройства обработки информации в режим приема информации от живого организма в виде электрических сигналов, через посредство электродов, которые либо приведены в контакт с кожей живого организма, либо расположены вблизи от него, при этом получаемая в виде электрических сигналов информация от живого организма характеризует естественное электрическое поле этого живого организма,
сохранение полученной в виде электрических сигналов информации в электрическом устройстве обработки информации, обработка полученной во времени в виде электрических сигналов сохраненной информации, для получения в электрическом устройстве обработки информации суммарных значений, на основании которых обеспечивают информацию о функциональных и/или метаболических параметрах живого организма с возможностью ее воспроизведения и анализа состояния живого организма.
2. Способ по п.1, в котором обеспечено получение, в виде электрических сигналов, информации от живого организма в непрерывном режиме и сохранение ее во времени.
3. Способ по п.1, в котором обеспечено получение, в виде электрических сигналов, информации от живого организма в периодическом режиме и сохранение ее.
4. Способ по любому из пп.1-3, включающий обработку информации, получаемой в виде электрических сигналов, посредством устройства, обеспечивающего показания напряженности поля, создаваемого живым организмом, рассматриваемые в качестве функционального или метаболического параметра.
5. Способ по любому из пп.1-3, включающий обработку информации, получаемой в виде электрических сигналов, посредством устройства, обеспечивающего показания плотности силовых линий поля, создаваемого живым организмом, рассматриваемые в качестве функционального или метаболического параметра.
6. Способ по любому из пп.1-3, включающий обработку информации, получаемой в виде электрических сигналов, посредством устройства, обеспечивающего показания электрического потенциала, создаваемого живым организмом, рассматриваемые в качестве функционального или метаболического параметра.
7. Способ по любому из пп.1-3, включающий обработку информации, получаемой в виде электрических сигналов, посредством устройства, обеспечивающего показания электрического тока, создаваемого живым организмом, рассматриваемые в качестве функционального или метаболического параметра.
8. Способ по любому из пп.1-3, включающий обработку информации, получаемой в виде электрических сигналов, посредством устройства, обеспечивающего графическое представление функциональных или метаболических параметров.
9. Способ по любому из пп.1-3, включающий обработку информации, получаемой в виде электрических сигналов, посредством устройства, обеспечивающего показания температуры тела живого организма.
10. Способ по любому из пп.1-3, включающий обработку информации, получаемой в виде электрических сигналов, посредством устройства, обеспечивающего показания сопротивления кожи живого организма.
11. Способ по любому из пп.1-3, включающий обработку информации, получаемой в виде электрических сигналов, посредством устройства, обеспечивающего показания газообмена через поверхность живого организма в единицу времени.
12. Электрическое устройство обработки информации для определения функциональных или метаболических процессов живого организма, включающее по меньшей мере, два электрода выполненные с возможностью получения через их посредство информации в виде электрических сигналов от живого организма, переключающее средство, выполненное с возможностью переключения устройства в активный режим, при котором через посредство электродов электрические сигналы от генератора подают к живому организму с обеспечением возможности калибровки устройства, при этом переключающее средство выполнено также с возможностью переключения устройства в режим приема информации в виде электрических сигналов от живого организма через посредство электродов, средство памяти для сохранения информации, полученной в виде электрических сигналов, средство обработки информации (процессор) для обработки сохраненной информации, полученной в виде электрических сигналов, для получения суммарных значений для обеспечения возможности получения функциональных или метаболических параметров живого организма на основании этих суммарных значений и средство воспроизведения сохраненной во времени информации, полученной в виде электрических сигналов.
13. Устройство по п.12, в котором переключающее средство выполнено в виде аналогового переключателя.
14. Устройство по п.12, содержащее аналого-цифровой преобразователь для преобразования информации, полученной в виде аналоговых электрических сигналов, в информацию в виде цифровых сигналов для подачи в средство обработки информации (процессор), при этом упомянутый процессор представляет собой часть вычислительной машины.
15. Устройство по п.14, содержащее предварительный усилитель для усиления информационных аналоговых электрических сигналов перед преобразованием их с помощью аналого-цифрового преобразователя в информационные цифровые сигналы.
16. Устройство по любому из пп.12-15, в котором электроды сгруппированы.
17. Устройство по любому из пп.12-15, в котором электроды выполнены в виде матрицы.
18. Устройство по п.17, в котором каждый электрод соединен с соответствующим предварительным усилителем.
19. Устройство по п.14, в котором процессор вычислительной машины выполнен с возможностью управления переключающим средством.
20. Устройство по п.14, в котором средство памяти представляет собой часть вычислительной машины.
21. Устройство по любому из пп.12-21, содержащее фильтрующий элемент для отфильтровывания помех от информационных электрических сигналов.
22. Устройство по п.22, в котором фильтрующий элемент представляет собой активный многоступенчатый фильтр.
