ПОЛЮСОИСКАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК A61B17/50 A61B5/06 G01V3/10 

Изобретение относится к поисковой технике, к медицине, в частности к малоинвазивным, лапароскопическим операциям и предназначено для локализации ферромагнитных инородных предметов в тканях и органах человека, а также может быть использовано для неразрушающего контроля качества материалов и в других областях.

Проникающие ранения, связанные с внедрением ферромагнитных инородных предметов (тел) глубоко в ткани и органы человека, требуют оперативного хирургического вмешательства. В связи с этим основное значение приобретает точность определения местоположения инородного предмета, а известные технические средства уточняющей диагностики (рентгеновский, ультразвуковой и др.) малоэффективны и приводят к излишне необоснованной операционной травматичности.

Одним из перспективных технических средств, применяемых в этих целях в медицине, являются феррозондовые полюсоискатели, которые предназначены для отыскания магнитных полюсов по неоднородности магнитного поля, максимальная величина которой сконцентрирована вблизи магнитного полюса ферромагнитного предмета.

Однако использование применяемых в медицинской практике феррозондовых полюсоискателей для ряда хирургических операций проблематично.

Предлагаемый в заявляемом изобретении феррозондовый полюсоискатель расширяет функциональные и технические возможности полюсоискателей и частично устраняет возникшие проблемы, позволяя осуществлять локализацию ферромагнитных инородных предметов при малоинвазивных, лапароскопических и других малотравматичных операциях.

Известно техническое применение феррозондового полюсоискателя для неразрушающего контроля качества материалов [1].

Устройство содержит генератор возбуждения переменного напряжения, феррозондовый датчик с сердечником, обмоткой возбуждения и измерительными обмотками, соединенными последовательно-встречно, полосовой фильтр, переключатель пределов, усилитель напряжения, трансформатор, синхронный фазовый детектор, стрелочный индикатор.

Известное устройство работает следующим образом.

Генератор возбуждения формирует переменное напряжение, которое поступает на обмотку возбуждения феррозондового датчика. Создается переменное магнитное поле, которое периодически доводит сердечник датчика до насыщения. В отсутствие вблизи датчика внешнего магнитного поля ЭДС, наводимые в измерительных обмотках датчика, взаимно скомпенсированы. По этой причине напряжение сигнала на выходе измерительных обмоток близко к нулю. При появлении вблизи феррозондового датчика неоднородного постоянного магнитного поля на один из сердечников будет действовать большее поле, чем на другой. В результате этого ЭДС, наводимые в измерительных обмотках, уже не будут равны друг другу, и на выходе обмоток появится напряжение сигнала, отличающееся от нуля. Это напряжение поступает на вход полосового фильтра, где выделяется полезный сигнал (вторая гармоника), который затем поступает на делитель переключателя пределов, а с его выхода на вход усилителя напряжения полезного сигнала с трансформаторным входом. Усиленное напряжение сигнала детектируется синхронным фазовым детектором второй гармоники и поступает на стрелочный индикатор, показания которого пропорциональны градиенту напряженности постоянного магнитного поля, действующего на феррозондовый датчик вдоль его продольной оси.

Однако устройство обладает недостатками, снижающими эффективность его применения, а именно:
1. Устройство обладает недостаточной чувствительностью к мелким и слабоферромагнитным предметам.

2. Феррозондовый датчик устройства имеет отдельную обмотку возбуждения, увеличивающую диаметр (11 мм) рабочего конца датчика, что затрудняет его использование в малотравматичных операциях или когда операционное поле ограничено, например в глазной хирургии.

Наиболее близким по функциональным и техническим возможностях к заявляемому устройству является известное устройство - феррозондовый полюсоискатель ПФ-01 [2].

Устройство содержит генератор возбуждения, феррозондовый датчик с чувствительными полуэлементами, полосовой фильтр, усилитель напряжения, фазовращатель, синхронный детектор, стрелочный индикатор.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Генератор возбуждения вырабатывает переменный ток, поступающий в обмотки датчика. Создается переменное магнитное поле, периодически доводящее сердечники датчика до насыщения. В отсутствие вблизи рабочего конца датчика неоднородного магнитного поля (ферромагнитного предмета) ЭДС, наводимые в измерительных обмотках датчика взаимно скомпенсированы. Поэтому напряжение сигнала на выходе измерительных обмоток близко к нулю. При поднесении рабочего конца датчика к ферромагнитному предмету на один из чувствительных полуэлементов (сердечников) будет действовать большее поле, чем на другой. В результате этого ЭДС, наводимые в измерительных обмотках, уже не равны друг другу и на выходе обмоток появится напряжение сигнала, отличающееся от нуля. Это напряжение сигнала поступает на вход полосового фильтра, где выделяется полезный сигнал (вторая гармоника), этот сигнал поступает на вход усилителя напряжения полезного сигнала, усиленный сигнал с выхода усилителя поступает через фазовращатель на вход двухполупериодного синхронного детектора, а с его выхода, напряжение полезного сигнала подается на стрелочный индикатор, показания которого являются мерой продольного градиента продольной компоненты магнитного поля (поля рассеяния ферромагнитного инородного предмета) относительно продольной оси датчика.

Однако это известное устройство-прототип обладает недостатками, снижающими эффективность его применения, а именно:
1. Для ряда хирургических операций по локализации ферромагнитного инородного предмета применение устройства проблематично, т.е. устройство недостаточно универсально.

2. Отсутствие дополнительных удобных средств контроля за достоверностью локализации ферромагнитного предмета, позволяющих не отвлекая хирурга, проводить эффективное сканирование тканей и органов человека.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства для локализации ферромагнитных инородных предметов при малоинвазивных, лапароскопических операциях, в тканях и органах человека, при одновременном повышении точности и достоверности локализации ферромагнитных предметов и эффективности применения феррозондовых полюсоискателей, снижении операционной травматичности.

Поставленная задача достигается за счет технического результата, который может быть получен при осуществлении изобретения, а именно - расширении функциональных и технических возможностей полюсоискателей за счет создания дополнительного электронного канала с феррозондовыми датчиками, повышении точности и достоверности локализации ферромагнитных предметов, за счет конструкций датчиков и дополнительного контроля с помощью световой и звуковой индикации.

Технический результат достигается за счет того, что известный полюсоискатель, содержащий генератор возбуждения, феррозондовый датчик с чувствительными полуэлементами, первый полосовой фильтр, первый усилитель напряжения, первый фазовращатель, первый синхронный детектор, стрелочный индикатор, дополнительно содержит феррозондовый датчик с чувствительными полуэлементами, второй полосовой фильтр, второй усилитель напряжения, второй фазовращатель, второй синхронный детектор, первый и второй усилители напряжений световых индикаторов, первый и второй световые индикаторы, переключатель, двухполупериодный выпрямитель, генератор частоты, управляемый напряжением, звуковой индикатор, причем: первый феррозондовый датчик и дополнительный датчик выполнены воспринимающими в разных плоскостях поперечный градиент продольной компоненты магнитного поля относительно продольной оси датчика; возбуждающие обмотки чувствительных полуэлементов дополнительного датчика подключены к выходу генератора тока возбуждения, а измерительные обмотки к входу второго полосового фильтра, а его выход к входу второго усилителя напряжения полезного сигнала, выход которого присоединен к входу второго фазовращателя, а его выход к сигнальному входу второго синхронного детектора, его управляемый выход к одному из выходов генератора тока возбуждения, выход второго синхронного детектора присоединен к одному из входов переключателя и к входу второго усилителя напряжения световой индикации, а выход усилителя к второму световому индикатору, другой вход переключателя присоединен к выходу первого синхронного детектора и к входу первого усилителя напряжения световой индикации, а выход усилителя к первому светового индикатору, выход переключателя присоединен к стрелочному индикатору и к входу двухполупериодного выпрямителя, а его выход к входу генератора частоты - управляемого напряжением, выход которого присоединен к звуковому индикатору.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена блок-схема предлагаемого устройства-полюсоискателя (фиг. 1).

Полюсоискатель содержит генератор возбуждения 1, феррозондовые датчики 2, 14 с чувствительными полуэлементами, размещенными в одном корпусе, полосовые фильтры 3, 15, усилители напряжений 4, 16, фазовращатели 5, 17, синхронные детекторы 6, 18, усилители напряжений световых индикаторов 7, 19, световые индикаторы 8, 20, переключатель 9, стрелочный индикатор 10, двухполупериодный выпрямитель 11, генератор частоты 12 - управляемый напряжением, звуковой индикатор 13.

Генератор тока возбуждения 1 подключен выходами к первому 2 и второму 14 феррозондовым датчикам и к управляемым входам первого 6 и второго 18 синхронных детекторов, измерительные обмотки чувствительных полуэлементов первого 2 и второго 14 датчиков присоединены соответственно к входам первого 3 и второго 15 полосовых фильтров, а выходы этих фильтров к входам первого 4 и второго 16 усилителей напряжений полезных сигналов, выходы которых присоединены к входам первого 5 и второго 17 фазовращателей, а их выходы к сигнальным входам первого 6 и второго 18 синхронных детекторов, выходы которых присоединены к входам переключателя 9 и к входам первого 7 и второго 19 усилителей напряжений световых индикаторов, выходы усилителей присоединены к входам первого 8 и второго 20 световых индикаторов, выход переключателя 9 присоединен к стрелочному индикатору 10 и к входу двухполупериодного выпрямителя 11, а его выход к входу генератора частоты 12 - управляемого напряжением, а выход генератора к звуковому индикатору 13.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства-полюсоискателя с прототипом показывает, что заявляемый полюсоискатель отличается наличием нового электронного канала, новых конструкций феррозондовых датчиков (воспринимающих поперечной градиент продольной компоненты магнитного поля относительно продольной оси датчика), новыми связями и элементами, а именно тем, что дополнительно содержит феррозондовый датчик с чувствительными полуэлементами, второй полосовой фильтр, второй усилитель напряжения, второй фазовращатель, второй синхронный детектор, первый и второй усилители напряжений световых индикаторов, первый и второй световые индикаторы, переключатель, двухполупериодный выпрямитель, генератор частоты - управляемый напряжением, звуковой индикатор.

Таким образом, заявляемый полюсоискатель соответствует критерию изобретения "новизна".

Для определения соответствия заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень" рассмотрим известность его отличительных, являющихся функционально самостоятельными признаков.

При анализе патентной и научно-технической литературы с целью исследования уровня техники в данной области было установлено, что дополнительное снабжение полюсоискателя электронным каналом с датчиком для малоинвазивных, лапароскопических и других малотравматических хирургических операций в подобных полюсоискателях неизвестно.

Известно применение в технике трехкомпонентных феррозондовых магнитометров и градиентометров (Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. - Л.: 1986, с. 136).

Однако сравнительный анализ этих приборов показывает, что специфические назначения, функциональные особенности электронных блоков, каналов, элементов, их связи и конструкции феррозондовых датчиков не позволяет их применять, даже при их существенной переделке, для решения проблем локализации ферромагнитных инородных предметов в тканях и органах человека.

Таким образом, известные технические решения не дают полного решения проблем, связанных с расширением функциональных и технических возможностей полюсоискателей при локализации ферромагнитных предметов в теле человека.

Предлагаемое техническое решение (отличающееся дополнительным снабжением полюсоискателя, электронным каналом с датчиком, для малотравматичных операций при локализации ферромагнитных предметов, с отличительными рабочими связями, характеристиками и выходными параметрами сигнала), реализованное в заявляемом полюсоискателе, в настоящий момент в научно-технической литературе неизвестно и не следует явным образом из уровня техники. Эти новые отличительные признаки сообщают объекту новые, неочевидные свойства, а именно, создание устройства-полюсоискателя для локализации ферромагнитных инородных предметов при малоинвазивных, лапароскопических операциях, в тканях и органах человека, при одновременном повышении точности и достоверности локализации ферромагнитных предметов, и эффективности применения феррозондовых полюсоискателей, снижении операционной травматичности. Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "изобретательский уровень".

Полюсоискатель работает следующим образом.

Генератор возбуждения 1 вырабатывает переменный ток, поступающий в обмотки первого 2 и второго 14 феррозондовых датчиков. Создаются переменные магнитные поля, периодически доводящие чувствительные полуэлементы (сердечники) первого 2 и второго 14 датчиков до насыщения. В отсутствие вблизи первого 2 и второго 14 датчиков ферромагнитных предметов ЭДС, наводимые в измерительных обмотках первого 2 и второго 14 датчиков, взаимно скомпенсированы. Поэтому напряжения сигналов на выходах измерительных обмоток датчиков 2 и 14 близки к нулю.

При приближении корпуса феррозондовых датчиков 2 и 14 к ферромагнитному предмету на один из чувствительных полуэлементов (сердечников) одного из датчиков (например, первого 2) будет действовать большее поле, чем на другой. В результате этого ЭДС, наводимые в измерительных обмотках первого датчика 2, уже не равны друг другу и на выходе обмоток появится напряжение сигнала, отличающееся от нуля. Это напряжение сигнала поступает на вход первого полосового фильтра 3, где выделяется полезный сигнал (вторая гармоника). Этот сигнал поступает на вод первого усилителя 4 напряжения полезного сигнала, усиленный сигнал с выхода усилителя 4 поступает на вход первого фазовращателя 5, а с его выхода на сигнальный вход первого двухполупериодного синхронного детектора 6, после детектирования напряжение сигнал с выхода детектора 6 поступает на вход первого усилителя напряжения 7 световой индикации, а с выхода усилителя 7 на первый световой индикатор 8, - информируя в какой плоскости локализуется ферромагнитный предмет, и на один из входов переключателя 9, если переключатель 9 установлен в первое положение (первый канал), с выхода переключателя 9, напряжение полезного сигнала поступает на стрелочный индикатор 10 - информируя о полярности и расстоянии (условно) до локализуемого ферромагнитного предмета, и на вход двухполупериодного выпрямителя 11, а с выхода выпрямителя 11 на вход генератора частоты 12, управляемого напряжением, с его выхода на звуковой индикатор 13, дополнительно информируя о локализации инородного предмета.

При воздействии неоднородного магнитного поля (ферромагнитного предмета) на второй феррозондовый датчик 14 на измерительных обмотках датчика 14 также появится напряжение сигнала, отличающееся от нуля. Это напряжение сигнала поступает на вход второго полосового фильтра 15, где выделяется полезный сигнал (вторая гармоника), а с выхода фильтра 15 на вход второго усилителя 16 напряжения полезного сигнала, с выхода усилителя 16, усиленный сигнал поступает на вход второго фазовращателя 17, а с его выхода на сигнальный вход второго двуполупериодного синхронного детектора 18, с выхода детектора 18, напряжение сигнала поступает на вход второго усилителя 19 напряжения световой индикации и на световой индикатор 20, а также на один из входов переключателя 9, при установлении переключателя 9 во второе положение (второй канал), с выхода переключателя 9, напряжение полезного сигнала поступает на вход стрелочного индикатора 10 и на вход двухполупериодного выпрямителя 11, а с его выхода на вход генератора частоты 12, управляемого напряжением, а с выхода генератора на звуковой индикатор 13. В обоих случаях работы полюсоискателя величина сигнала, поступающего на индикаторы прибора, является мерой поперечного градиента продольной компоненты магнитного поля относительно продольной оси датчиков.

Таким образом, при работе полюсоискателя на любом канале сигнал, поступающий на световой индикатор, информирует, в какой плоскости локализуется ферромагнитный предмет, на стрелочный индикатор - о полярности и расстоянии (условно) до локализуемого предмета, на звуковой индикатор - о дополнительной достоверности локализации ферромагнитного предмета и расстоянии (условно) до этого предмета (по тональности звука).

Предлагаемый в заявляемом изобретении феррозондовый полюсоискатель позволяет локализовать ферромагнитные инородные предметы при малоинвазивных, лапароскопических операциях в тканях и органах человека за счет расширения функциональных и технических возможностей, при одновременном повышении точности и достоверности локализации ферромагнитных предметов, за счет конструкции феррозондовых датчиков и дополнительного контроля с помощью световой и звуковой индикации, все это ведет к снижению операционной травматичности и повышению эффективности применения полюсоискателей.

Устройство предназначено для локализации ферромагнитных инородных предметов в тканях и органах человека и может быть использовано в медицине, в частности в малоинвазивных, лапароскопических операциях, а также может быть использовано для неразрушающего контроля качества материалов и в других областях. Полюсоискатель содержит генератор возбуждения, феррозондовые датчики с чувствительными полуэлементами, размещенными в одном корпусе, полосовые фильтры, усилители напряжений, фазовращатели, синхронные детекторы, усилители напряжений световых индикаторов, световые индикаторы, переключатель, стрелочный индикатор, двухполупериодный выпрямитель, генератор частоты, управляемый напряжением, звуковой индикатор. Феррозондовый полюсоискатель в таком исполнении обеспечивает локализацию ферромагнитных инородных предметов при малоинвазивных, лапароскопических операциях в тканях и органах человека при повышенной точности и достоверности локализации, следствием чего является повышение эффективности применения феррозондовых полюсоискателей, снижение операционной травматичности. 1 ил.

Полюсоискатель, содержащий генератор тока возбуждения, феррозондовый датчик с чувствительными полуэлементами, первый полосовой фильтр, первый усилитель напряжения, первый фазовращатель, первый синхронный детектор, стрелочный индикатор, причем один из выходов генератора тока возбуждения подключен к обмоткам возбуждения полуэлементов, другой к управляющему входу первого синхронного детектора, вход первого полосового фильтра присоединен к измерительным обмоткам полуэлементов, а его выход к входу первого усилителя напряжения полезного сигнала, выход которого присоединен к входу первого фазовращателя, а его выход к сигнальному входу первого синхронного детектора, отличающийся тем, что дополнительно содержит феррозондовый датчик с чувствительными полуэлементами, второй полосовой фильтр, второй усилитель напряжения, второй фазовращатель, второй синхронный детектор, первый и второй усилители напряжения световых индикаторов, первый и второй световые индикаторы, переключатель, двухполупериодный выпрямитель, генератор частоты, управляемый напряжением, звуковой индикатор, причем первый феррозондовый датчик и дополнительный датчик выполнены воспринимающими в разных плоскостях поперечный градиент продольной компоненты магнитного поля относительно продольной оси датчика, возбуждающие обмотки чувствительных полуэлементов дополнительного датчика подключены к выходу генератора тока возбуждения, а измерительные обмотки к входу второго полосового фильтра, а его выход к входу второго усилителя напряжения полезного сигнала, выход которого присоединен к входу второго фазовращателя, а его выход к сигнальному входу второго синхронного детектора, его управляемый вход к тому же выходу генератора тока возбуждения что и управляемый вход первого синхронного детектора, выход второго синхронного детектора присоединен к одному из входов переключателя и к входу второго усилителя напряжения световой индикации, а выход этого усилителя - к второму световому индикатору, другой вход переключателя присоединен к выходу первого синхронного детектора и к входу первого усилителя напряжения световой индикации, а выход этого усилителя - к первому световому индикатору, выход переключателя присоединен к стрелочному индикатору и к входу двухполупериодного выпрямителя, а его выход - к входу генератора частоты, управляемого напряжением, выход которого присоединен к звуковому индикатору.