УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РОГОВОГО СЛОЯ ЭПИДЕРМИСА Российский патент 1997 года по МПК A61B5/05 

Настоящее изобретение относится к устройствам для измерения электрических свойств эпидермиса, используемым в медицинской и лабораторной практике.

Известно устройство для измерения электрических свойств эпидермиса, состоящее из двух соосно расположенных плоских металлических электродов, между которыми помещают специально подготовленный образец кожного покрова, а также источника напряжения и измерительного блока, соединенных с электродами в последовательную электрическую цепь.

Основным недостатком данного устройства является невозможность проведения измерений in vivo
Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения электрических свойств рогового слоя эпидермиса, состоящее из базового электрода, накладываемого на поверхность кожи непосредственно и соединенного через источник напряжения с общей шиной, плоского поверхностного измерительного электрода, накладываемого на кожу непосредственно и соединенного с общей шиной через измерительный блок.

Основными недостатками данного устройства являются невозможность измерения электрических свойств конкретного участка кожной поверхности отдельно и, в следствие этого, невозможность измерения электрических свойств нескольких участков кожной поверхности одновременно.

Целью настоящего изобретения является измерение электрических свойств рогового слоя эпидермиса любого конкретного участка кожной поверхности отдельно, а также одновременное измерение названных свойств кожи на нескольких участках, в частности, в динамике, при проведении всевозможных воздействий на организм.

Постановленная цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения электрических свойств эпидермиса, между базовым электродом и кожей расположен электропроводящий материал улучшающий электрический контакт базового электрода с кожей.

Поставленная цель достигается также тем, что предложенное устройство для измерения электрических свойств эпидермиса имеет дополнительные плоские поверхностные измерительные электроды, соединенные с общей шиной каждый через свой измерительный блок и накладываемые на кожу непосредственно.

Поставленная цель достигается также тем, что в предложенном устройстве для измерения электрических свойств эпидермиса площадь контактирующей с кожей поверхности измерительного электрода превышает произведение периметра контактирующей с кожей поверхности измерительного электрода на 0,4 мм более чем в два раза.

Поставленная цель достигается также тем, что в предложенном устройстве для измерения электрических свойств эпидермиса контактирующая с кожей поверхность измерительного электрода имеет форму круга с площадью большей 8 квадратных миллиметров.

Авторам предполагаемого изобретения не известны устройства для измерения электрических свойств эпидермиса с аналогичной совокупностью существенных признаков. Поэтому, по мнению авторов, предлагаемое устройство обладает новизной.

Предложенное устройство изображено на фиг. 1. Оно состоит из базового электрода 1, накладываемого на поверхность кожи 2 через слой электропроводящего материала 3, позволяющего обеспечить с кожей электрический контакт (фактически применяют жидкости, эмульсии и пасты, обладающие высокой электропроводностью), а также одного или нескольких измерительных электродов 4, накладываемых на поверхность кожи 2 непосредственно. Базовый электрод 1 соединен с общей шиной через источник напряжения 5. Измерительные электроды соединены с общей шиной каждый через свой измерительный блок 6.

Устройство работает следующим образом. После приложения напряжения в цепи базовый электрод кожа измерительный электрод измерительный блок - источник напряжения в ней протекает ток, зависящий от электрических характеристик кожной поверхности, на которую наложен измерительный электрод 4. Определяя измерительным блоком 6 величину тока и ее поведение во времени судят об электрических свойствах рогового слоя эпидермиса.

Преимущества предлагаемого устройства состоят в следующем. Рассмотрим упрощенную эквивалентную схему предлагаемого устройства и устройства-прототипа (фиг.2). Она состоит из источника напряжения 1, сопротивления базовый электрод-кожный покров-внутреннее пространство организма (R1), сопротивления измерительный электрод-кожный покров-внутреннее пространство организма (R2) и измерителя тока 2, играющего роль измерительного блока. В случае устройства прототипа названные сопротивления определяются сопротивлением рогового слоя кожи (сопротивление внутренних тканей организма порядка 10 Ком) и, потому, близки по величине:
R1=R2=10 Мом/см² (1)
Для тока в цепи при этом имеем:
I=U/(R1+R2)=U/2R1, (2)
где U напряжения на источнике напряжения, I ток в цепи.

Т.е. в случае прототипа измеряемый ток примерно одинаково зависит как от участка кожи под измерительным электродом, так и от участка кожи под базовым электродом.

В предложенном устройстве (когда между базовым электродом и кожей расположена, например, электропроводящая паста) сопротивление R1 снижается до 100 Ком/см² и ниже, и им, по сравнению с R2, можно пренебречь:
I=U/(R1+R2)=U/R2 (3)
Т. е. в случае предложенного устройства измеряемый ток практически определяется участком кожи под измерительным электродом. А это означает возможность измерения электрических свойств непосредственно рогового слоя эпидермиса любого конкретного участка кожной поверхности отдельно.

Отметим, что в устройствах для исследования ЭКГ, ЭЭГ и т.п. применяют электроды с электропроводящей пастой (один из возможных электропроводящих материалов). Электродов накладываемых на кожу непосредственно, без электропроводящей пасты не применяют. Использование электропроводящей пасты в названных приборах обусловлено необходимостью получения максимального сигнала, что обеспечивается минимизацией общего сопротивления цепи электрод-кожа-внутренняя среда организма-кожа-электрод. Применение всех электродов с дополнительным электропроводящим материалом между ним и кожей снижает общее сопротивление цепи в сотни или тысячи раз (соответственно возрастает и чувствительность). Использование же хотя бы одного электрода, накладываемого на кожу непосредственно, в этом случае просто бессмысленно - ведь вообще сопротивление цепи снижается только в два раза, потому тонкие измерения ЭКГ, ЭЭГ и т.п. становится просто нереальным (чувствительность слишком низка).

В предложенном нами устройстве сочетание электрод с дополнительным электропроводящим материалом электрод, накладываемый непосредственно на кожу, приводит к качественно новому результату. Удается "отделить" участок рогового слоя эпидермиса, находящийся под электродом, наложенным на него непосредственно, не удаляя его и, затем, проводить исследования электрических свойств именно этого участка при различных внешних воздействиях на организм в динамике. Такого результата, по сведению авторов, не добивался до них никто.

На фиг. 3 изображена эквивалентная схема устройства для измерения электрических свойств рогового слоя эпидермиса одновременно в нескольких местах кожной поверхности. Сопротивления R2-RN отвечают сопротивлениям соответствующий измерительный электрод-кожный покров-внутреннее пространство организма. В случае применения базового электрода из устройства прототипа, токи, измеряемые любым из измерительных блоков 2-N, определяются формулами аналогичными формуле (1), т.е. влияние кожи под базовым электродом велико. Для предлагаемого устройства в каждой замкнутой цепи (фиг. 3) токи будут зависеть только от соответствующего участка роговой поверхности эпидермиса под измерительным электродом (см. формулу (3)). А это означает возможность одновременного измерения названных свойств кожи на нескольких участках отдельно, в частности при проведении всевозможных воздействий на организм в динамике.

Авторами также предложено ограничить снизу размеры измерительных электродов. Это обусловлено тем, что динамика электрического сопротивления R2 определяется, в первую очередь, потоком воды из организма к коже. При отсутствии электрода на поверхности кожи эта вода постепенно испаряется. Под электродом же она накапливается. Авторами определено, что с кожной поверхности, находящейся ближе 0,4 мм к краю измерительного электрода процесс испарения идет достаточно интенсивно (краевой эффект). На фиг. 4 изображен участок кожи 1, на поверхности которого непосредственно располагается электрод 2. Краевые области значительного испарения 3 лежат в непосредственной близости к краям электрода. Стрелками показано испарение жидкости из-под кожи. В области 4 под электродом вода скапливается и практически не испаряется.

Измерения электрических параметров эпидермиса с применением измерительных электродов различной формы и площади позволили определить критерий минимального размера электрода для получения надежных, повторяющихся результатов. Оказалось, что для этого в предложенном устройстве для измерения электрических свойств эпидермиса площадь контактирующей с кожей поверхности измерительного электрода должна превышать произведение периметра контактирующей с кожей поверхности измерительного электрода на 0,4 мм более, чем в два раза.

Последнее требование для круглых электродов, наиболее широко применяемых в медицине имеет вид:
2πr•0,7 мм²<πr² (4)
т.е. для минимального радиуса электрода rm, при котором выполняется неравенство (4) имеем:
rm=1,6 мм (5)
для минимальной площади, соответственно:
S_m=πrm²=8 мм² (5)
В соответствии с заявляемым нами изготовлено и испытано устройство для определения динамики кожного сопротивления одновременно на 16 участках кожной поверхности. Обработка полученной информации с помощью ЭВМ позволила получить уникальные научные результаты, значительно расширяющие круг применений устройств для исследования электрических свойств рогового слоя эпидермиса.

Участки наложения измерительных электродов показаны на фиг. 5.

В настоящее время начат выпуск предложенного устройства малыми партиями.

Таким образом, предлагаемое устройство для измерения электрических свойств рогового слоя эпидермиса является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.

Использование: изобретение относится к медицине и может быть использовано для измерения электрических свойств рогового слоя эпидермиса, в частности в динамике, при проведении всевозможных воздействий на организм. Сущность изобретения: устройство для измерения электрических свойств рогового слоя эпидермиса, состоит из базового электрода, накладываемого на поверхность кожи и соединенного через источник напряжения с общей шиной, и плоского поверхностного измерительного электорода, накладываемого на кожу непосредственно и соединенного с общей шиной через измерительный блок. Между базовым электродом и кожей расположен электропроводящий материал, улучшающий электрический контакт базового электрода с кожей. Применены дополнительные плоские поверхностные измерительные электроды, соединенные с общей шиной каждый через свой измерительный блок и накладываемые на кожу непосредственно. 5 ил.

1. Устройство для измерения электрических свойств рогового слоя эпидермиса, содержащее электроды с рабочими поверхностями, накладываемыми на кожу, один из которых базовый и соединен через источник тока с общей шиной и по крайней мере один измерительный, соединенный с общей шиной через измерительный блок, отличающееся тем, что рабочая поверхность базового электрода снабжена средством для увеличения проводимости кожи в месте контакта, при этом площадь S контактирующей с кожей поверхности измерительного электрода удовлетворяет условию
S (мм²) > 2Р (мм) • 0,4 (мм),
где Р периметр поверхности измерительного электрода. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве средства для увеличения проводимости кожи использована электропроводящая паста, нанесенная на рабочую поверхность электрода.