ДАТЧИК МОНИТОРНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 1996 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к информационно-измерительной медицинской технике и может быть использовано в медицине для оперативного контроля физиологических параметров пациентов, а также для дистанционного контроля за состоянием человека-оператора в условиях максимальной свободы его перемещений или в тренерской практике непосредственно во время произвольных движений спортсмена.

Известно устройство для исследования функционального состояния биоткани, содержащее управляемый генератор, выход которого соединен с токовым электродом, индифферентный электрод, последовательно соединенные потенциалометрический электрод, усилитель и блок фазовых детекторов, генератор развертки, соединенный с входом управляемого генератора, амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом усилителя, блок деления, входы которого соединены с выходами блока фазовых детекторов, и двухканальный индикатор, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами блока деления и амплитудного детектора, а вход развертки соединен с выходом генератора развертки, при этом выход управляемого генератора соединен с вторым входом блока фазовых детекторов [1]
Недостатком известного устройства являются низкие функциональные возможности по причине малого числа регистрируемых параметров биоткани, низкий уровень дистанционности ввиду того, что электроды, наложенные на биоткань, соединены с измерительной аппаратурой проводами, а также высокая степень влияния на биообъект и низкая его электробезопасность в результате соединения его проводами с измерителями и наличием в нем внешнего источника электропитания.

Известен датчик мониторной системы, выполненный в виде радиокапсулы, содержащей биогальванический элемент, состоящий из положительного и отрицательного электродов, выполненных из электропроводных материалов с различными электрохимическими потенциалами, катушку индуктивности, первый вывод которой соединен с одним из электродов биогальванического элемента, например отрицательным. Кроме того, устройство содержит диод, анод которого соединен с положительным электродом биогальванического элемента, а катод с его отрицательным электродом, и туннельный диод, анод которого соединен с положительным электродом биогальванического элемента, а катод с вторым выводом катушки индуктивности [2]
Недостатками известного устройства являются низкие функциональные возможности по причине невозможности регистрации ритмических процессов организма, таких, например, как ЭКГ, ЭМГ, спирограмма, реограмма, кожно-гальванические рефлексы и т.д. а также по причине невозможности генерации при сухих электродах биогальванического элемента.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет дополнительной регистрации ритмических процессов организма, а также за счет возможности его работы при сухих электродах биогальванического элемента.

Данный технический результат достигается тем, что в датчик, содержащий биогальванический элемент, состоящий из двух электродов противоположной полярности, выполненных из электропроводных материалов с различными электрохимическими потенциалами, катушку индуктивности, первый вывод обмотки которой соединен с одним из электродов биогальванического элемента, дополнительно введен транзистор, эмиттер которого соединен с другим электродом биогальванического элемента, база транзистора соединена с вторым выводом обмотки катушки индуктивности, коллектор с третьим ее выводом, при этом первый вывод обмотки катушки индуктивности является ее средним выводом.

На чертеже изображена принципиальная схема датчика мониторной системы.

Датчик (фиг.1) мониторной системы содержит положительный 1 и отрицательный 2 электроды биогальванического элемента и генератор 3 электромагнитных колебаний, состоящий из транзистора 4 и катушки индуктивности 5, причем база транзистора 4 соединена с вторым выводом катушки 5, например началом, коллектор транзистора 4 соединен с третьим выводом катушки 5, например концом, а первый вывод катушки 5 является средним, является одной из шин питания генератора 3 и соединен с одним из электродов биогальванического элемента, например отрицательным 2, эмиттер транзистора 4 является другой шиной питания генератора 3 и соединен с другим электродом биогальванического элемента, например положительным 1.

Датчика мониторной системы (фиг.1) работает следующим образом. Электроды 1 и 2 биогальванического элемента накладывают непосредственно на кожу в любом удобном месте либо в месте необходимого отведения ЭКГ и закрепляют, например лейкопластырем. При этом биогальванический элемент, образованный электродами 1 и 2 и телом испытуемого (кожными покровами между электродами и глубинными структурами биотканей) начинает генерировать потенциал порядка 0,1 1,1 В в зависимости от места наложения, состояния испытуемого и материала электродов. Этот потенциал является питанием генератора 3 высокочастотных электромагнитных колебаний, собранном на транзисторе 4 и катушке индуктивности 5, являющейся одновременно магнитной антенной. При этом в генераторе 3 возникают электромагнитные колебания, излучаемые в пространство катушкой-антенной 5. Генерация в контуре 5 при низковольтном питании возможна благодаря предложенной схеме включения транзистора 4 (супербета-транзистор) с самоустанавливающейся рабочей точкой, позволяющей ему работать в микротоковом режиме. Отсутствие активных сопротивлений в схеме при использовании в качестве них сопротивления база-эмиттер и дифференциального сопротивления эмиттер-коллектор транзистора 4 позволяет свести к минимуму потери и добиться генерации при сухих электродах 1 и 2. Параметры индуктивности катушки 5, а следовательно частота генерации выбираются так, чтобы величина реактивного сопротивления по цепям питания генератора 3 (со стороны электродов) была сравнима с величиной внутреннего реактивного сопротивления биоткани, являющейся внутренним сопротивлением источника питания для генератора 3. В этом случае изменения внутреннего реактивного сопротивления биотканей, связанные с ритмическими и другими процессами организма, будут являться значимыми по сравнению с собственными колебаниями генератора 3, вследствие чего они осуществляют модуляцию последних по частоте. Таким образом, излученный катушкой-антенной 5 сигнал является частотно-модулированным комплексным физиологическим сигналом, представляющим собой суперпозицию ритмических и других процессов организма (например ЭКГ, ЭМГ, спирограмма, реограмма, КРГ и др.). Это биорадиоизлучение может быть принято радиоприемным устройством, настроенным на несущую частоту собственных колебаний генератора 3, определяемую в основном параметрами катушки индуктивности 5, и разделено, например при помощи узкополосных фильтров на составляющие, т.е. сигналы ЭКГ, ЭМГ, спирограммы и т.д.

При реализации устройства в качестве транзистора 4 может быть применен любой ВЧ супербета-транзистор, например КТ 3107К с соответствующей структуре транзистора полярностью включения электродов (как на фиг.1) или КТ 3102Г,Е с полярностью электродов, обратной фиг. 1. Катушка индуктивности может быть намотана, например на цилиндрическом или плоском ферритовом сердечнике с параметрами, аналогичными приемной магнитной антенне радиоприемника для диапазона ДВ, СВ или длинноволновой части КВ (в этих диапазонах внутреннее реактивное сопротивление биоткани сравнимо с параметрами реактивности контура генератора 3, в результате чего модуляция излучения биосигналами достаточно эффективная для уверенного приема). Радиоприемное устройство располагается на расстоянии до 5 м.

Кроме того, датчик мониторной системы может быть выполнен по гибридной интегральной технологии в виде тонкой пленки, приклеиваемой к коже в нужном месте наподобие лейкопластыря.

Данный датчик мониторной системы по сравнению с известными аналогами обладает следующими преимуществами:
значительно более широкими функциональными возможностями, поскольку благодаря дополнительно введенным элементам, соединенным предложенным образом, позволяет регистрировать большое число биологических параметров организма исключительно простым способом с помощью одного датчика по одному радиоканалу без каких-либо специальных устройств разделения времени, опрашивающих коммутаторов и модуляторов;
высокой степенью дистанционности, поскольку между датчиком и измерительной аппаратурой нет проводов, а связь осуществляется по радиоканалу, что не ограничивает произвольных движений испытуемого;
абсолютной безопасностью, долговечностью и отсутствием необходимости технического обслуживания по причине отсутствия каких-либо источников питания;
в связи с большой простотой устройства оно обладает высокой степенью технологичности и дешевизной, т.к. не требует дорогостоящих материалов, элементов и технологий, а также не нуждается в каких-либо регулировках и настройках;
большим числом вариантов модификаций и высокой степенью универсальности, например тонкопленочный вариант в виде лейкопластыря, герметичный вариант для пловцов, многочастотный вариант для снятия ЭКГ в различных отведениях и т.д.

высокой помехозащищенностью, поскольку производится преобразование сигналов достаточно высокого уровня порядка 1 В, а также биорадиоизлучение получается узкополосно частотно-модулированным в таких радиодиапазонах, где обычно частотная модуляция не используется.

Изобретение относится к информационно-измерительной медицинской технике и может быть использовано в качестве датчика мониторной системы в медицине для оперативного контроля физиологических параметров пациентов, а также для дистанционного контроля за состоянием человека-оператора в условиях максимальной свободы его движений или в тренерской практике непосредственно во время произвольной динамики спортсмена. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности датчика за счет регистрации ритмических процессов организма, а также за счет возможности его работы при сухих электродах. Датчик мониторной системы содержит биогальванический элемент, состоящий из разнополярных электродов, выполненных из материалов с различными электрохимическими потенциалами, катушку индуктивности и транзистор, определенным образом соединенные. Устройство отличается высокой безопасностью, отсутствием влияния на объект измерения и также не содержит каких-либо источников электропитания. 1 ил.

Датчик мониторной системы, содержащий биогальванический элемент, состоящий из двух электродов различной полярности, выполненных из электропроводных материалов с различными электрохимическими потенциалами, катушку индуктивности, первый вывод обмотки которой соединен с одним из электродов биогальванического элемента, отличающийся тем, что в него дополнительно введен транзистор, эмиттер которого соединен с другим электродом биогальванического элемента, база транзистора соединена с вторым выводом обмотки катушки индуктивности, коллектор с третьим ее выводом, при этом первый вывод обмотки катушки индуктивности является ее средним выводом.