БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕДИКАМЕНТОЗНЫЙ ТЕСТЕР Российский патент 1995 года по МПК A61H39/02 A61B5/05 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам, обеспечивающим измерение электрокожного сопротивления и его изменение от взаимодействия организма с веществами, в частности, с медикаментами.

Известно устройство для определения электрокожного сопротивления, содержащее электроды из металлов с различными электрохимическими потенциалами, которые соединены с блоком задания и измерения тока. Данное устройство позволяет без источника электропитания, используя ЭДС электродов, производить измерение электрокожного сопротивления, например, в точках акупунктуры.

Недостатком данного устройства является низкая стабильность (повторяемость) результатов измерений. Данный недостаток обусловлен тем, что одним из источников ЭДС является измерительный электрод, у которого рабочая часть, контактирующая с кожей, составляет десятки мм². При малой площади измерительного электрода и значительном изменении силы его прижатия к коже происходит изменение параметров двойного электрического слоя на границе металл-электролит, а в измерительной цепи возникают помехи, обусловленные изменением тока. Еще одним из факторов нестабильности является зависимость ЭДС электрода от концентрации электролита, с которым контактирует электрод, так как поддержать постоянной концентрацию электролита в процессе измерения сопротивления кожи чрезвычайно сложно из-за небольшого его количества между электродом и кожей и способностью последней пропитываться данным электролитом.

Наиболее близким техническим решением является устройство для проведения медикаментозного тестирования, содержащее измерительный электрод со скругленной рабочей частью, предназначенной для плотного прижатия к роговому слою кожи и его деформации, пассивный электрод, которые соединены с блоком задания и измерения тока, и медикаментозный модулятор, соединенный с пассивным электродом. Данное устройство позволяет измерять электрокожное сопротивление и по его величине проводить тестирование на вещества, взаимодействующие с организмом. Однако величина измеряемого сопротивления значительно зависит от силы давления измерительного электрода и даже скругленная рабочая часть и дополнительные средства, стабилизирующие давление электрода, не позволяют устранить данных погрешностей измерения, так как у разных пациентов различные физические свойства кожи (тургор, влажность, толщина) и при одном давлении электрода величины сопротивлений, характеризующих норму, сильно отличаются у разных пациентов.

Цель изобретения повышение точности измерения сопротивления кожи при тестировании путем уменьшения влияния силы давления измерительного электрода на величину измеряемого сопротивления, а также обеспечение возможности проведения измерений без использования источника электропитания, а также повышение стабильности измеряемого параметра в течение времени измерения, а также обеспечение возможности проведения самоконтроля и уменьшения размеров электродов, а также сокращение времени измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в биоэлектрическом медикаментозном тестере, содержащим измерительный электрод со скругленной рабочей частью, предназначенной для плотного прижатия к роговому слою кожи и его деформации, пассивный электрод, которые соединены с блоком задания и измерения тока, и медикаментозный модулятор, соединенный с пассивным электродом, как минимум, рабочая часть измерительного электрода выполнена из материала с сообщающимися порами, которые заполнены несохнущим электролитом.

Также контактные элементы электродов могут быть выполнены из материалов с различной электрохимической активностью, причем потенциал контактного элемента измерительного электрода более положительный.

Также измерительный электрод может быть выполнен полым, причем его контактный элемент выполнен в виде металлизации поверхности пор со стороны полости.

Также пассивный электрод может быть выполнен полым и в его полости с зазором установлен измерительный электрод.

Также пассивный электрод может быть выполнен из материала с сообщающимися порами, заполненными несохнущим электролитом, причем его контактный элемент выполнен в виде металлизации поверхности пор со стороны полости.

Также пассивный электрод может быть соединен с блоком задания и измерения тока со стороны, противоположной отверстию полости.

Существенным отличием устройства является выполнение рабочей части измерительного электрода из пористого материала, заполненного несохнущим электролитом. Из уровня техники известно использование пористого материала с электролитом, однако в данном устройстве сочетание материала и формы измерительного электрода позволяют предать устройству ранее не известные свойства уменьшение влияния силы давления измерительного электрода на кожу на величину измеряемого электрокожного сопротивления.

На фиг.1 изображено схематичное взаимодействие измерительного электрода с кожей; на фиг.2 зависимости электрокожной проводимости от силы давления измерительного электрода; на фиг.3 принципиальная схема тестера с источником питания; на фиг. 4 принципиальная схема тестера без источника питания; на фиг.5 миниатюрная конструкция тестера.

Тестер содержит измерительный электрод 1 со скругленной рабочей частью 2, составляющей часть электрода 1 от плоскости 3, проходящей перпендикулярно оси 4 электрода и предназначенной для контакта с кожей. Для ограничения площади контакта электрода 1 с кожей на нем выполняют резкий переход 5 в кривизне поверхности, к оси электрода 1. Пассивный электрод 6 и медикаментозный модулятор 7 соединен с блоком 8 задания и измерения тока, который может содержать резистор 9, источник 10 питания и микроамперметр 11. При миниатюрной конструкции (фиг. 5) электрод 1 установлен в полости электрода 6 с зазором, который заполнен диэлектриком 12, а в электроде 1 рабочая часть, например, может быть соединена с токозадающей частью 13. При таком выполнении часть 13 выполняет функции резистора 9.

Для понимания работы устройства рассмотрим процессы, возникающие при осуществлении плотного прижатия электрода 1 к роговому слою 14 кожи и его деформации. Известно, что роговой слой 14 кожи обладает наибольшим электросопротивлением по сравнению с другими слоями кожи и тканями организма. Пассивный электрод 6, как правило (при монополярном измерении), используют значительно большей площади, чем площадь рабочей части 2. Данные условия приводят к тому, что при использовании в качестве источника 10 напряжения или при использовании электродов 1, 6 из материалов с различной электрохимической активностью, изменения тока в цепи между электродами 1, 6 определяются в основном сопротивлением рогового слоя 14 кожи. На первом этапе прижатия электрода 1 к коже (фиг.1а) происходит уменьшение переходного сопротивления электрод-кожа за счет того, что увеличивается площадь контакта. Ток в цепи между электродами 1, 6, который обратно пропорционален сопротивлению перехода, резко увеличивается.

На фиг. 2 данному режиму соответствуют части кривых а. При достижении края перехода 5 (фиг.1б) кожи увеличение сопротивления за счет площади рабочей части 2 прекращается, а дальнейшее прижатие электрода 1 уплотняет неровности рогового слоя 14 этот режим отражается участком б на фиг.2, который характеризуется незначительным увеличением тока. Участок б принято считать информационным, т. е. значение тока или сопротивления принимают за показатель, используемый для диагностики. Дальнейшее прижатие электрода 1 (фиг.1в) вызывает неравномерную деформацию рогового слоя 14 по толщине, так как роговой слой 14 обладает эластичными свойствами, то наибольшая его деформация будет в области оси скругленной рабочей части, а наименьшая около перехода 5. Ввиду того, что сопротивление перехода электрод-кожа прямо пропорционально толщине рогового слоя, а толщина рогового слоя составляет от десятков до сотен мкм, то даже незначительное уменьшение этой величины вызывает значительное увеличение тока в цепи, так как он обратно пропорционален сопротивлению перехода, и увеличение тока происходит на участке характеристики (ток-сопротивление) с наибольшей крутизной. На фиг.2 данному режиму соответствует части в кривых.

Чем более продолжительно "плато" б, тем легче произвести измерение информационного параметра. Величина "плато" б зависит от конструкции измерительного электрода 1 и от типа и состояния кожи пациента.

Зависимость сопротивления перехода от силы прижатия при использовании электрода 1 из металла на участке б и в фиг.2 наиболее нестабильна, так как основной вклад в сопротивление перехода электрод-кожа вносит центральный (около оси) участок рогового слоя 24, испытывающий наибольшую деформацию. Наличие участков повышенной проводимости в роговом слое, например, активно функционирующих потовых протоков, еще больше искажают результаты измерений, так как в случае использования металлического электрода 1 измеряется не сопротивление рогового слоя кожи, а сопротивление артефакта.

Устройство работает следующим образом.

В простейшем случае рабочая часть 2 электрода 1 выполняется из пористого материала, например, керамики, поры которой заполняются несохнущим электролитом. По электропроводности данная рабочая часть 2 значительно ниже, чем металлическая и в зависимости от концентрации соли в электролите ее величина может составлять величину соизмеримую с проводимостью кожи. Используя известный электролит (4) и соответствующую пористость керамики, можно получить единицы и десятки кОм на мм длины части. На диаграммах в 1-3 (фиг.1) изображены зависимости величин сопротивлений от расстояния от оси электрода 1. На диаграмме в-1 изображена зависимость сопротивления слоя 14. Около оси электрода 1 сопротивление имеет наименьшую величину, что вызвано его наибольшей деформацией в этой области. На диаграмме в-2 изображена зависимость сопротивления рабочей части 2. Около оси электрода 1 сопротивление данной части 2 имеет наибольшее значение, так как оно пропорционально длине части 2. Суммарное сопротивление перехода электрод-кожа, измеренное от уровня плоскости 3, приведено на диаграмме в-3, где продемонстрирована полная компенсация изменения сопротивления рогового слоя 14, вызванного его деформацией. Режим полной компенсации достигается только при одном заданном давлении электрода 1. До данного давления происходит перекомпенсация, а после недокомпенсация. Перекомпенсация выражается в некотором уменьшении тока в цепи между электродами 1, 6 и не влияет на результаты измерения, так как на участке б сопротивление рогового слоя 14 уменьшается по мере возрастания силы давления. Недокомпенсация возникает на нерабочем участке характеристик (фиг.2), когда давление электрода 1 вызывает болевые ощущения.

В простейшем случае рабочая часть выполняется в виде полусферы диаметром 3-4 мм, но лучшие результаты получены при форме в сечении соответствующем циклоиде, так как данная форма имеет более плоскую часть около оси электрода 1.

При наличии точечного артефакта в роговом слое 14 не происходит значительного изменения тока в цепи, так как данный артефакт контактирует с точечным каналом пористой части 2, сопротивление которого значительно, и таким образом не происходит короткого замыкания между артефактом и контактным элементом электрода, который может располагаться, например, по плоскости 3.

Блок 8 в простейшем исполнении содержит резистор 9, ограничивающий ток в цепи, источник 10, например, гальванический элемент и микроамперметр. Модулятор 7, например, может быть выполнен в виде алюминиевого диска с углублением для лекарства.

Пассивный электрод 6 приводится в контакт с ладонями или стопами пациента. Электродом 1 производят плавное нажатие на поверхность кожи до первого момента стабилизации величины тока в цепи.

Использование в качестве контактных элементов электродов 1, 6 из материалов с различной электрохимической активностью позволяет использовать устройство без источника 10, например, контактные элементы электродов 1, 6, выполненные из серебра и магний-алюминиевого сплава создают разность потенциалов 2 В, который достаточно для создания в цепи тока, при коротком замыкании, в 20 мкА. Выполнение электрода 1 более положительным позволяет дополнительно к электрохимической разности потенциалов прибавить постоянный потенциал кожной поверхности, что несколько увеличивает ток в цепи и достоверность измерений, так как кожный потенциал изменяется синхронно с сопротивлением кожи.

Конструкция, представленная на фиг.5, позволяет производить измерения пациентом самостоятельно. Электрод 6 берется пациентом как ручка для письма, а электродом 1 осуществляется давление на кожу. Блок 8, например, микроамперметр 11 (при выполнении устройства без источника электропитания) расположен сразу за электродом 6, что позволяет пациенту синхронно наблюдать за положением электрода 1 и показанием микроамперметра 8, а при использовании дополнительного электрода 6 и врач может проводить измерения, сосредоточив внимание только на измеряемой области, что сокращает время измерения.

Выполнение электродов 1, 6 полыми с металлизацией внутренней поверхности пор позволяет значительно увеличить площади контактных элементов, что резко снижает удельную плотность тока на них, уменьшает поляризационные эффекты, делает стабильными электрохимические потенциалы электродов 1, 6. При различных металлах электродов 1, 6 они становятся сравнимы со стабильными гальваническими элементами и точность измерений значительно повышается.

Размещение электрода 1 в полости электрода 6 (фиг.5) позволяет выполнять устройство в миниатюрном исполнении, а соединение части 2 с электродом 1 через токозадающую часть 13, выполняющую функции резистора 10, еще больше упрощает устройство. Размеры части 13 выбирают таким образом, чтобы ее сопротивление было равно расчетной величине, необходимой для ограничения тока.

Таким образом, устройство позволяет проводить измерения сопротивления кожи с более высокой точностью и достоверностью, на результаты измерения артефакты рогового слоя 14 кожи оказывают меньшее влияние и устройство может работать без использования источников электропитания в миниатюрном исполнении.

Использование: в медицинской технике для измерения электрокожного сопротивления и его изменения от взаимодействия организма с веществами, в частности, с медикаментами при тестировании. Сущность изобретения: биоэлектрический медикаментозный тестер содержит измерительный электрод со скругленной рабочей частью, которые соединены с пассивным электродом, причем как минимум рабочая часть измерительного электрода выполнена из материала с сообщающимися порами, которые заполнены несохнущим электролитом. Такая конструкция тестера обеспечивает повышение точности измерения сопротивления кожи при тестировании путем уменьшения влияния силы давления измерительного электрода на величину измеряемого сопротивления. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕДИКАМЕНТОЗНЫЙ ТЕСТЕР, содержащий измерительный электрод со скругленной рабочей частью и пассивный электрод, которые соединены с блоком задания и измерения тока, и медикаментозный модулятор, соединенный с пассивным электродом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения сопротивления кожи при тестировании путем уменьшения влияния силы давления измерительного электрода на величину измеряемого сопротивления, как минимум скругленная рабочая часть измерительного электрода выполнена из пористого материала, заполненного несохнущим электролитом. 2. Тестер по п.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности проведения измерений без источника электропитания, контактные элементы электродов выполнены из металломатериалов с различной электрохимической активностью, причем потенциал контактного элемента измерительного электрода более положительный. 3. Тестер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности измеряемого параметра в течение времени измерения, измерительный электрод выполнен в виде металлизации поверхности пор со стороны полости. 4. Тестер по п.3, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности проведения самоконтроля и уменьшения размеров электродов, пассивный электрод выполнен полым и в его полости с зазором установлен измерительный электрод. 5. Тестер по п.4, отличающийся тем, что пассивный электрод выполнен из пористого материала, заполненного несохнущим электролитом, причем его контактный элемент выполнен в виде металлизации поверхности пор со стороны полости. 6. Тестер по пп.4 и 5, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, пассивный электрод соединен с блоком задания и измерения тока со стороны, противоположной отверстию полости.