УСТРОЙСТВО РАННЕЙ ДИАГНОСТИКИ ГИПОГЛИКЕМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ Российский патент 1997 года по МПК A61B5/05 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для ранней диагностики гипогликемических состояний (ГС) у больных сахарным диабетом (СД), инсулимой, гипотиреозом, и другими заболеваниями, протекающих с ГС, в стационарных и в домашних условиях.

Устройство основано на пороговой регистрации электрического сопротивления участка кожи с помощью наложения электродов и во время приступа гипогликемии, приводящего к обильной потливости.

Наиболее близким по технической сущности является измеритель электрокожного сопротивления (авт. свид. СССР N 1512563, А 61 В 5/05, 89); содержащее источник постоянного стабильного напряжения, два электрода, таймер, блок управления, узел блокировки, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), узел индикации, которое по своей технической сущности и ряду сходных конструктивных признаков может быть выбрано в качестве прототипа.

Однако известное устройство обладает рядом недостатков, затрудняющих его применение для ранней диагностики ГС. Известное техническое решение позволяет обеспечить лишь постоянный контроль за физико-химическим состоянием кожи (т. е. регистрируется любое увлажнение участка кожи) и не имеет технических средств для фиксации именно приступа гипогликемии, а следовательно, не позволяет достоверно диагностировать его в ранние сроки, что очень важно для оказания экстренной медицинской помощи. Устройство имеет невысокую эффективность применения и позволяет осуществить лишь разовое исследование при некоторых заболеваниях с одним больным в течение ограниченного времени. Вместе с тем, в медицинской практике возникает необходимость в постоянном одновременном контроле за больными, у которых заболевание протекает с рецидивирующими ГС. В этом случае, каждый больной во время приступа нуждается в срочной медицинской помощи, и чем раньше ее начинают оказывать, тем легче купировать приступ и предотвратить развитие необратимых изменений в клетках центральной нервной системы (ЦНС). Особенно опасно развитие гипогликемической комы во время сна.

Предлагаемое устройство направлено на устранение недостатков, присущих прототипу и позволяет с большей достоверностью в ранней стадии диагностировать ГС у больных.

Кроме того, предлагаемое устройство имеет более высокую эффективность применения по сравнению с известным, более помехоустойчивое (по сравнению с прототипом), что также повышает достоверность ранней диагностики приступа гипогликемии.

Структурная схема устройства приведена на фиг.1 и 2.

Устройство состоит из n измерителей электрокожного сопротивления 1 (фиг. 1), каждый из которых содержит последовательно соединенные делитель 2, узел 3 сравнения, генератор 4, звуковой излучатель 5, а также регулируемый источник 6, тока, источник 7 постоянного стабильного напряжения, узел 8 эквивалента пота, ключ 9, световой индикатор 10, датчик 11 проводимости с двумя электродами, один из которых соединен с первым входом делителя 2, а второй с корпусом, выход источника 7 постоянного стабильного напряжения соединен с вторым входом делителя 2 и входом узла 8 эквивалента пота, выход которого соединен с вторым входом узла 3 сравнения, выход регулируемого источника 6 тока соединен с вторым входом генератора 4, а его вход подключен к клемме источника питания, вход ключа 9 соединен с выходом генератора 4, причем выходом измерителя является сигнал звукового излучения и анализатора 12 аварийного сигнала тревоги (фиг.2), состоящего из последовательно подключенных чувствительного элемента 13, активного фильтра 14, усилителя 15, пикового детектора 16, первого делителя 17, интегратора 18, триггера 19, второй вход которого соединен с узлом 20 сброса, первого ключа 21, узла 22 коммутации, а также светового индикатора 23, последовательно соединенных интегрирующей цепи 24, узла 25 вычитания, второго ключа 26, выход которого соединен с корпусом, а второй его выход соединен с входом интегратора 18, при этом выход первого делителя 17 соединен с вторым входом узла 25 вычитания и входом интегрирующей цепи 24, причем вход чувствительного элемента является входом звукового излучения анализатора.

Введение регулируемого источника 6 тока обусловлено необходимостью стабилизации частоты генератора 4 при разряде элементов питания чем также обеспечивается повышение достоверности ГС. Источник 6 обеспечивает стабилизацию частоты при разряде элементов питания до 50% от номинального значения.

Узел 8 эквивалента пота в простейшем случае представляет собой регулируемый потенциометрический делитель, выходом подключенный к второму входу узла 3 сравнения, а входом соединенный с источником 7 постоянного стабилизированного напряжения. Последний выполнен по схеме параметрического стабилизатора. Датчик 11 содержит два токопроводящих электрода (например, из проводящей пасты ППЗ), размещаемых на изоляционной негигроскопической прокладке (например, фторопласт, ситал). Конструктивно датчик 11 может быть выполнен выносным (в этом случае он соединен с измерителем двумя гибкими проводниками) либо расположенным непосредственно на тыльной стороне корпуса измерителя. При этом электроды должны соприкасаться с определенным участком кожи человека. Учитывая простоту схемы измерителя, он может быть выполнен в небольших габаритах, например, в корпусе наружных часов с браслетом.

Анализатор 12 аварийного сигнала выполнен в отдельном корпусе и располагается в зоне уверенного приема (обычно достаточно расстояние до 15 м) сигнала, излучаемого звуковым излучателем. При этом следует отметить, что чувствительность (а следовательно, дальность) может быть увеличена путем перестройки коэффициента усиления усилителя 15. Назначение анализатора 12 аварийного сигнала (фиг.2) прием звукового сигнала, его обработка с дальнейшим формированием управляющей команды.

Чувствительный элемент 13 может быть реализован в виде малогабаритного чувствительного микрофона (например, электромагнитный микрофон М 1).

Активный фильтр 14 выполнен в виде каскадного соединения фильтров верхних и нижних частот, чем обеспечивается необходимая полоса пропускания в диапазоне разброса частот звукового излучателя 5, усилитель 15 выполнен двухкаскадным для получения требуемого коэффициента усиления. Назначение пикового детектора 16 и интегратора 18 является выделение огибающей сигнала ГС и накопление его во время длительности этого сигнала до уровня срабатывания триггера 19. Второй вход триггера 19 соединен с узлом 20 сброса, который в простейшем случае представляет формирователь "ЛОЛ 1" из напряжения питания + 9 В. С помощью узла 20 сброса триггер перебрасывается в исходное состояние. Первый ключ 21 является нагрузкой триггера 19. В свою очередь нагрузкой ключа служит узел 22 коммутации и световой индикатор 23, выполненный на светодиоде. Узел 22 коммутации может быть реализован на основе силового ключа с нагрузкой и позволяет подключить внешнюю цепь пульта дежурного, достоверно сигнализируя об аварийном сигнале ГС. Возможно подключение других средств сигнализации, в т.ч. телефонной сети.

Второй световой индикатор 23 может располагаться на передней панели узла 12 и предназначен для дублирования наличия сигнала ГС в месте расположения анализатора. В случаях применения устройства на небольших расстояниях (например, в палатах либо в домашних условиях) данный индикатор используется как основной индикатор сигнала ГС.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно на контролируемый участок кожи (например, предплечье) больного (или больных в случае применения нескольких измерителей ГС) тампоном равномерно наносится слой физиологического раствора, который эквивалентен по электропроводности обильному поту, выделяемому при гипогликемии. Состав пота известен (См. БМЭ, т.20, с. 11, 73, М. 1983), поэтому раствор легко приготовить в лабораторных условиях. На исследуемый участок кожи с нанесенным физиологическим раствором накладывают датчик 11 с электродами. В этот момент между электродами датчика 11 возникает электрическая цепь для прохождения тока.

Величина тока зависит от проводимости участка кожи и сопротивления входной цепи (делитель 2 и вход 1 узла 3 сравнения). Проводимость кожи - величина переменная и зависит от индивидуальных особенностей человека (как показали опытные замеры, эта величина лежит в пределах от 10 до 28 ком). Проходящий ток входной цепи создает падение напряжения, которое является входным сигналом узла 3 по входу 1. С помощью регулируемого потенциометрического делителя узла 8 эквивалента пота по входу 2 устанавливается значение напряжение равное напряжению по входу 1 узла 3 сравнения. При выравнивании сигналов по обоим входам (что эквивалентно измерению проводимости кожи на данном участке) на выходе узла сравнения 3 появляется положительный перепад, который дает разрешение на запуск генератора 4. При этом срабатывает звуковой излучатель 5, выдавая прерывистый звуковой сигнал частотой 2,5 кГц.

Одновременно через умощняющий ключ 9 засветится световой индикатор 10. Срабатывание измерителя 1 соответствует прогнозируемому состоянию гипогликемии. При этом в узле 8 (за счет потенциометрического делителя) фиксируется значение сопротивления, пропорциональное проводимости участка кожи, смоченной физиологическим раствором. Затем удаляют слой физиологического раствора. Снова накладывают датчик 11 с электродами на исследуемый участок кожи. При удалении слоя физиологического раствора цепь электродов датчика 2 разрывается и действие сигнала по входу 1 прекращается, что приводит к перебрасыванию узла 3 сравнения в начальное состояние. Измеритель 1 готов к работе. Далее работа всего устройства (измеритель 1 и анализатор аварийного сигнала тревоги 12) происходит как бы в ждущем режиме. По входной цепи (вход 1) узла 3 сравнения происходит текущее слежение за проводимостью участка кожи и сравнению его с фиксированной (запомненной) величиной напряжения, уже по входу 2. В случае обильного потоотделения у больного, находящегося под контролем, резко падает проводимость кожи. При этом наступает момент, когда потенциалы по обоим входам 1 и 2 узла 3 сравнения выравниваются и измеритель 1 выдает звуковой и световой сигналы тревоги. Естественно при слабом нехарактерном для гипогликемии поте потенциалы по обоим входам узла 3 будут различны и измеритель 1 не сработает. При срабатывании измерителя 1 чувствительный элемент 13 анализатора 12 аварийного сигнала улавливает звуковой прерывистый сигнал тревоги, частотой 2-3 кГц. С помощью активного фильтра 14 обеспечивается пропуск основной частоты сигнала тревоги и ослабление побочных частот и помех.

Далее сигнал усиливается до величины, необходимой для дальнейшей оптимальной обработки (≈5 B), и затем пиковым детектором 16 выделяется огибающая сигнала основной частоты. Через делитель 17 выделенный сигнал огибающей поступает одновременно в канал защиты от помех (узлы 24, 25, 26) и интегратор 18, в котором происходит накопление выделенного сигнала. При достижении по входу 1 триггера 19 напряжения срабатывания (уровень >2,5 B) триггер 19 перебрасывается, заставляя сработать ключ 21, (при этом засвечивается индикатор 23) и срабатывает узел 22 коммутации. В этом случае сигнал тревоги ретранслируется через имеющуюся в стационарах сигнальную сеть на пост дежурного. При этом загорается соответствующий индикатор на табло (либо срабатывает другой сигнализатор, достоверно сигнализируя о месте, где находится больной с приступом гипогликемии. В случае пролезания паразитного сигнала меньшей амплитуды основного сигнала через тракт, а также в случае воздействия помехи, длительность которой меньше длительности основного сигнала той же частоты, ложного срабатывания не произойдет.

Это происходит следующим образом.

На оба входа узла 25 вычитания с делителя 17 подаются напряжение на вход 1 через интегрирующую цепь 24, а на второй вход непосредственно. В этом случае на входе 1 узла 25 вычитания потенциал накапливается с задержкой. (Время задержки определяется постоянной времени RC-цепи, которая рассчитывается на меньшую величину, чем время действия сигнала (по отношению к входу 2). На выходе узла 25 появляется разностный сигнал, который является разрешающим для срабатывания ключа 26. При этом выход интегратора 16 оказывается подключенным через ключ 26 на корпус и срабатывание узлов 22 и 23 не происходит, чем также обеспечивается повышение достоверности определения состояния гипогликемии у больных. Как только сигналы на входах 1 и 2 узла 25 выравниваются, на его выходе вырабатывается сигнал запрета, (Ис=0) и ключ 26 закрывается. Анализатор 12 переходит в дежурный режим ожидания. После оказания медицинской помощи больному, нажимается кнопка сброса узла 20. При этом формируется сигнал переброса триггера 19 по входу 2. В этом случае интегратор 23 и интегратор на посту дежурного гаснут. После этого анализатор вновь готов к работе.

Таким образом, данное устройство ранней диагностики ГС позволит с большей достоверностью по отношению к базовому объекту диагностировать это состояние у больных и быстро оказывать медицинскую помощь.

Кроме того, предлагаемое устройство имеет более высокую эффективность, т. к. позволяет осуществлять контроль за группой больных, находящихся под наблюдением.

Устройство ранней диагностики гипогликемического состояния относится к медицине и может быть использовано для ранней диагностики гипогликемических состояний у больных сахарным диабетом, инсулиномой, гипотереозом и др., как в стационарах, так и в домашних условиях. Устройство состоит из измерителей электрокожного сопротивления 1, каждый из которых содержит последовательно соединенные делитель 2, узел 3 сравнения, генератор 4, звуковой излучатель 5, а также регулируемый источник 6 тока, источник 7 постоянного стабильного напряжения, узел 9 эквивалента пота, ключ 9, световой индикатор 10, датчик 11 проводимости с двумя электродами, один из которых соединен с первым входом делителя 3, а второй с корпусом, и анализатора 12 аварийного сигнала тревоги, состоящего из последовательно подключенных чувствительного элемента 13, активного фильтра 14, усилителя 15, пикового детектора 16, первого делителя 17, интегратора 18, триггера 19, второй вход которого соединен с узлом 20 сброса первого ключа 21, узел 22 коммутации, а также светового индикатора 23, последовательно соединенных интегрирующей цепи 24, узла 25 вычитания, второго ключа 26, выход которого соединен с корпусом, а второй его вход соединен со входом интегратора 18. Изобретение позволяет с большей достоверностью в ранние сроки диагностировать гипогликемическое состояние у больных и быстро оказывать медицинскую помощь. 2 ил.

1 Устройство ранней диагностики гипогликемического состояния, содержащее измеритель электрокожного сопротивления, состоящий из датчика проводимости кожи, выполненного из двух электродов, источника постоянного стабильного напряжения и узла индикации, отличающееся тем, что, в него введены (n-1) измерителей электрокожного сопротивления, каждый из которых дополнительно содержит последовательно соединенные делитель, узел сравнения, генератор, звуковой излучатель, а также ключ, регулируемый источник тока, узел эквивалента пота, выход которого соединен с вторым входом узла сравнения, при этом один электрод датчика проводимости кожи соединен с первым входом делителя, а другой электрод с корпусом, выход источника постоянного стабильного напряжения соединен с вторым входом делителя и входом узла эквивалента пота, выход регулируемого источника тока соединен с вторым входом генератора, а его вход подключен к клемме источника питания, вход ключа соединен с выходом генератора, причем выходом измерителя является сигнал звукового излучения, и анализатор аварийного сигнала тревоги, состоящий из последовательно соединенных чувствительного элемента, активного фильтра, усилителя, пикового детектора, первого делителя, интегратора, триггера, второй вход которого соединен с узлом сброса, первого ключа, узла коммутатора, а также светового индикатора, подключенного к входу узла коммутации, последовательно соединенных интегрирующей цепи, узла вычитания, второго ключа, выход которого соединен с корпусом, а второй его вход соединен с выходом интегратора, при этом выход первого делителя соединен с вторым входом узла вычитания и входом интегрирующей цепи, вход чувствительного элемента является входом анализатора.