ЭЛЕКТРОМАММОГРАФ Российский патент 2002 года по МПК A61B5/04 A61B5/05 

Область использования
Изобретение относится к области медицины, более конкретно к устройствам для обследования населения с целью выявления патологических состояний органов и тканей, а более конкретно к средствам для обследования молочных желез на ранних стадиях заболевания. Электромаммограф предназначен для проведения оперативного обследования (скрининга) по методу электромаммографии с целью выявления патологии молочной железы на ранних стадиях заболевания. Он рассчитан на проведение обследования в стационарных и амбулаторных условиях, а также на дому.

Уровень техники, к которому относится заявленное изобретение
До сих пор задача выявления патологических состояний органов и тканей и особенно молочных желез решалась с помощью сложного стационарного оборудования, требующего присутствия обученного квалифицированного персонала, и исследования могли проводиться только в условиях диагностических центров, часто недоступных тем, кто живет и работает в отдаленных районах.

К таким устройствам, в частности, относится устройство для выявления патологических состояний молочных желез по патентному документу Германии 3017168, которое включает электроды, связанные с соответствующими входами дифференциального усилителя, выход которого связан с фильтром, аналого-цифровой преобразователь, блок сопряжения и компьютер.

Недостаток этого устройства состоит в громоздкости и сложности как самого оборудования, так и его обслуживания, кроме того, невозможны его настройка и проведение демонстрационных и обучающих режимов.

Ближайшим российским аналогом к заявленному изобретению является устройство по патенту России 2116748. Это устройство также предназначено для выявления патологических состояний молочных желез и направлено на упрощение процедуры диагностики и повышение достоверности и надежности результатов. Это устройство содержит электроды, дифференциальный усилитель, фильтр, аналого-цифровой преобразователь, блок оптронной развязки и персональный компьютер для сбора и хранения информации по каждому измерению, вычисления математических ожиданий и сравнения абсолютных значений с пороговыми значениями, характеризующими состояние молочных желез. Однако и это устройство громоздко, сложно, требует присутствия обученного квалифицированного персонала, его невозможно использовать в домашних условиях самостоятельно самими пациентками. Невозможно на нем организовать обучение медперсонала и пациентов, отсутствуют средства настройки, питание производится от сети либо от батарей, которые требуют постоянной замены.

Таким образом, встала потребность в создании устройства без указанных недостатков, обеспечивающего достоверную раннюю диагностику, предпочтительно для использования в домашних условиях, позволяющего одновременно проводить обучение персонала или пользователя, недорогого, компактного, малогабаритного.

Сущность изобретения
Изобретение направлено на решение задач, устраняющих указанные выше недостатки известных устройств для ранней диагностики патологии молочных желез.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении достоверности ранней диагностики, обеспечении обучения пользователей с использованием самого диагностического средства и упрощении диагностической процедуры.

Дополнительный технический результат состоит в обеспечении удобства пользования за счет универсальности блока питания, в котором использовано автоматизированное средство подзарядки аккумуляторных батарей.

Дополнительный технический результат состоит в обеспечении наглядности отображения результатов исследований.

Технический результат достигается за счет того, что в электромаммографе, содержащем систему электродов, соединенную с входом схемы обработки, и блок питания, схема обработки включает последовательно соединенные подключенный к выходу системы электродов первый переключатель, фильтр, буферный каскад, аналого-цифровой преобразователь, группой входов-выходов связанный с микроконтроллером, который другой своей группой входов-выходов подключен к узлу оптоэлектронной развязки, при этом источник опорного напряжения подключен к другому входу аналого-цифрового преобразователя, а входом связан с другим входом буферного каскада, выходом второго переключателя и третьим входом аналого-цифрового преобразователя, первый выход микроконтроллера соединен со вторым и третьим переключателями, второй его выход - с первым переключателем, а входы - с блоком питания, четвертый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с аккумуляторной батареей, при этом выход третьего переключателя подключен к индикатору, связанному группой входов-выходов с микроконтроллером, и к узлу оптоэлектронной развязки.

Дополнительный технический результат достигается за счет того, что блок питания включает последовательно соединенные зарядное устройство и повышающий импульсный преобразователь, подключенные к входам микроконтроллера, а аккумуляторная батарея связана с аналого-цифровым преобразователем.

Еще один дополнительный технический результат достигается за счет того, что в качестве индикатора использован двухстрочный знакосинтезирующий жидкокристаллический индикатор со светодиодной подсветкой.

Кроме того, электромаммограф имеет возможность осуществления демонстрационного режима.

Кроме того, микроконтроллер связан группой входов-выходов с собственной клавиатурой для задания режимов работы и управления устройства в целом.

Сущность изобретения будет более понятна из дальнейшего описания и чертежей.

На фиг. 1 приведена блок-схема электронного блока обработки с подключениями; на фиг. 2 - схема соединения составных частей электромаммографа с внешними приборами; на фиг. 3 - расположение органов управления и индикации.

Пример конкретного выполнения изобретения
Электромаммограф 1 рассчитан на работу совместно с персональным компьютером 2 (ПК), который обеспечивает обработку и отображение получаемой информации, а также ее запись для длительного хранения с целью формирования банка данных, и без компьютера.

Работа электромаммографа 1 основана на измерении в определенной последовательности разности биопотенциалов в биологически активных точках (БАТ) пациента.

Съем биопотенциалов в БАТ осуществляется с помощью системы электродной 3, состоящей из электродов 4, 5 сравнения типа ЭВЛ-1М3.1 или аналогичных. Полученная разность биопотенциалов (сигнал) подается на вход блока 6 обработки.

Блок 6 обработки фильтрует сигнал, согласовывает собственное входное сопротивление с внутренним сопротивлением источника сигнала, преобразовывает аналоговый сигнал в цифровой вид, отображает результаты измерений на встроенном индикаторе и передает их на персональный компьютер 2 для дальнейшей обработки.

Персональный компьютер 2 обрабатывает полученные данные, выводит их в наглядной форме на монитор 7 и формирует банк данных для длительного хранения накопленной информации. Питание блока 6 обработки осуществляется от блока 8 питания стабилизированного или (и) аккумуляторной батареи 9.

Режимы работы электромаммографа 1 определяются и устанавливаются органами управления, расположенными на клавиатуре 10. К режимам работы относятся следующие режимы.

Рабочий режим, в котором измеряется разность потенциалов, подаваемая на вход блока 6 обработки. Результаты измерений отображаются на индикаторе 11 блока 6 обработки и передаются по последовательному интерфейсу на персональный компьютер 2. Рабочий режим отображается на индикаторе блока 6 в виде надписи "Работа".

Режим контроля, в котором вход блока 6 обработки автоматически закорачивается и измеряется входное напряжение смещения прибора, то есть его начальный разбаланс. Режим контроля предназначен для проведения начальной балансировки БЭ и отображается на индикаторе в виде надписи "Контроль".

Режим демонстрации включается кнопками "←" или "→", при этом входная измерительная часть блока 6 обработки в работе не участвует. После повторного нажатия или нажатия и удержания одной из этих кнопок блок 6 обработки генерирует псевдопотенциалы в диапазоне ±100 мВ, дискретностью 1 мВ, которые отображаются на индикаторе 11 блока обработки и одновременно передаются по последовательному интерфейсу на персональный компьютер 2.

Режим демонстрации отображается на индикаторе 11 блока 6 обработки в виде надписи "Демонстрация". Выключение режима демонстрации осуществляется многофункциональной кнопкой "Баланс", при этом блок 6 обработки переходит в рабочий режим.

Режим демонстрации предназначен для обучения медицинского персонала, а также для приобретения практических навыков работы самостоятельным пользователем.

Балансировка в общем случае заключается в автоматической установке "нуля" шкалы диапазона измерений блока 6 обработки, то есть напряжение, присутствующее на ходе, принимается за ноль шкалы.

Балансировка блока 6 обработки подразделяется на начальную и системную.

Начальная балансировка включается кнопкой "Баланс" в режиме контроля, то есть при закороченном входе блока обработки и предназначена для компенсации его внутреннего напряжения смещения. Начальная балансировка производится автоматически при включении питания, а также при необходимости в процессе работы кнопкой "Баланс".

Системная балансировка включатся кнопкой "Баланс" в рабочем режиме с подключенными электродами, погруженными в рабочий раствор. Предназначена для компенсации разбаланса системы, то есть неравенства потенциалов используемой пары электродов.

Системная балансировка производится перед измерениями, при замене электродов 4, 5 (электрода), изменении ("сбое") потенциала электродов 4,5 и в других случаях, требующих компенсации разбаланса системы электродной 3.

Питание блока 6 обработки может осуществляться в трех вариантах.

1. К блоку 6 с установленной аккумуляторной батареей 9 подключен блок 8 питания стабилизированный.

При включении блока 8 стабилизированного в сеть обеспечивается питание блока 6 обработки и быстрый заряд батареи 9. Время быстрого заряда разряженной и исправной батареи 9 не превышает 5 ч. После окончания быстрого заряда автоматически включается импульсный подзаряд, который продолжается до момента отключения блока 8 от сети или блока 6 обработки. Быстрый заряд отображается на индикаторе мигающим знаком.

2. К блоку 6 обработки без батареи 9 подключен блок 8 питания стабилизированный.

При включении блока 8 в сеть обеспечивается питание блока 6 обработки.

3. К блоку 6 обработки с установленной батареей 9 не подключен блок 8 питания стабилизированный. Блок 6 обработки питается от батареи.

Блок 8 питания стабилизированный выполнен в виде отдельного устройства или встроен в блок 6 обработки. Корпус его изготовлен из ударопрочной пластмассы и состоит из двух частей, соединенных между собой винтами. Сетевой и выходной провода неразъемные. Имеется светодиодный индикатор, сигнализирующий о подключении блока 8 к сети переменного тока. Внутри корпуса расположена плата, на которой установлены сетевой трансформатор, электронные компоненты, сетевой и выходной предохранители.

Конструктивно блок 6 обработки выполнен в виде компактного устройства настольного типа. Корпус блока 6 изготовлен из ударопрочной пластмассы и состоит из двух частей, соединенных между собой винтами. Винтовые отверстия в нижней части корпуса закрыты резиновыми ножками на клеевой основе. Блок имеет собственную клавиатуру 10 с тактильным эффектом. Внутри корпуса расположена плата с электронными компонентами.

Расположение органов управления и индикации блока 6 обработки приведены на фиг. 3. Для индикации в блоке обработки использован двухстрочный знакосинтезирующий жидкокристаллический индикатор со светодиодной подсветкой, предназначенный для отображения знаковой информации.

Клавиатура 10 блока 6 обработки содержит следующие кнопки.

Кнопка "1" включает компьютерную программу обработки данных при измерении потенциалов в биологически активных точках (БАТ) первой комбинации.

Кнопка "2" включает компьютерную программу обработки данных при измерении потенциалов в биологически активных точках (БАТ) второй комбинации.

Кнопка "3 включает компьютерную программу обработки данных при измерении потенциалов в биологически активных точках (БАТ) третьей комбинации.

Кнопка "4" включает компьютерную программу обработки данных при измерении потенциалов в биологически активных точках (БАТ) четвертой комбинации.

Кнопка "←" включения режима демонстрации и генерации псевдопотенциалов в диапазоне (0 ч -100) мВ, дискретностью 1 мВ.

При первом нажатии включает режим демонстрации, при повторном нажатии (или нажатии и удержании) генерируется необходимая величина псевдопотенциала. Кнопка "→" включения режима демонстрации и генерации псевдопотенциалов в диапазоне (0 ч +100) мВ, дискретностью 1 мВ.

При первом нажатии включает режим демонстрации, при повторном нажатии (или нажатии и удержании) генерируется необходимая величина псевдопотенциала.

Кнопка "Баланс" - многофункциональная. Существуют также кнопки "Вкл", "Режим" и Сброс".

Блок 6, функциональная схема которого изображена на фиг. 1, содержит следующие устройства: первый переключатель 12, фильтр 13, буферный каскад 14, аналого-цифровой преобразователь 15 с источником опорного напряжения 16, микроконтроллер 17, индикатор 11, узел оптоэлектронной развязки 18, блок 19 питания, включающий зарядное устройство 20, повышающий импульсный преобразователь 21, аккумуляторную батарею 9, второй и третий переключатели 22, 23, а также входные разъемы - "Вход" для подключения электродов 4, 5, разъем "БПС" - для подключения блока питания 8 стабилизированного, разъем "ПК"- для подключения компьютера 2, крышка отсека "АБ"- аккумуляторной батареи 9.

Биполярное напряжение, получаемое с помощью системы электродной 3, подается на вход блока 6 обработки. Первый переключатель 12 (например, герконовое реле) закорачивает вход в режиме контроля и управляется командой управления непосредственно от микроконтроллера 17. Третий переключатель 22 управляется другой командой блока 17. Фильтр 13 низкой частоты подавляет дифференциальную и синфазную помехи. С выхода фильтра 13 сигнал поступает на вход буферного каскада 14, собранного на микромощном, прецизионном операционном усилителе, включенном по схеме повторителя напряжения. Буферный каскад 14 предназначен для согласования входного сопротивления блока 6 обработки с внутренним сопротивлением источника сигнала, обеспечивая требуемую чувствительность и точность измерений. С выхода буферного каскада 14 сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь 15, который осуществляет функцию преобразования аналогового сигнала в цифровой код.

Первый (основной) канал аналого-цифрового преобразователя сконфигурирован для работы в биполярном режиме. На его первый аналоговый вход (ВХ.1) подается сигнал с выхода буферного каскада 14. Второй (вспомогательный) канал аналого-цифрового преобразователя 15 сконфигурирован для работы в униполярном режиме. На его четвертый аналоговый вход (ВХ.2) подается напряжение аккумуляторной батареи 9. Источник опорного напряжения 16 обеспечивает аналого-цифровой преобразователь 15 стабильным опорным напряжением, необходимым для его работы. Таким образом, первый канал аналого-цифрового преобразователя используется для преобразования входного сигнала, а второй для контроля состояния батареи 9.

С выхода АЦП 15 цифровой код по последовательному интерфейсу поступает на микроконтроллер 17, который обеспечивает очередность работы каналов АЦП 15;
считывание по готовности результатов преобразований АЦП 15 в виде цифрового кода;
преобразование принятого цифрового кода АЦП 15 в соответствующие значения напряжения; управление работой индикатора 11;
передачу по последовательному интерфейсу результатов измерений для их дальнейшей обработки на персональный компьютер 2;
передачу по последовательному интерфейсу команд управления "1" и "4" для включения соответствующих программ обработки данных компьютера 2;
прием по последовательному интерфейсу от компьютера 2 команды управления для включения системной балансировки в рабочем режиме или начальной балансировки в режиме контроля; управление блоком обработки 6 с помощью клавиатуры;
генерацию в демонстрационном режиме псевдопотенциалов в диапазоне ±100 мВ, дискретностью 1 мВ;
контроль минимального напряжения аккумуляторной батареи 9, контроль быстрого заряда аккумуляторной батареи 9 по сигналу "Быстрый заряд" (БР) зарядного устройства 20;
энергосбережение аккумуляторной батареи 9 при времени паузы обращения (клавиатурно или командой управления от ПК 2) более 25 мин, инициируя выключение питания блока 6 обработки (при этом микроконтроллер 17 переходит в режим малого энергопотребления - "спящий" режим").

Индикатор 11 представляет двухстрочный знакосинтезирующий жидкокристаллический индикатор со светодиодной подсветкой. В качестве системного интерфейса используется 8-разрядная шина данных.

Узел оптоэлектронной развязки 18 обеспечивает развязку электрических цепей блока 6 и персонального компьютера 2.

Блок питания 19 состоит из зарядного устройства 20 и повышающего импульсного преобразователя 21.

Зарядное устройство 20 предназначено для заряда батареи 9 и питания в буферном режиме повышающего импульсного преобразователя 21.

Повышающий импульсный преобразователь 21 предназначен для преобразования входного нестабилизированного напряжения в выходное стабилизированное напряжение, необходимое для питания блока 6 обработки. Сигнал "Батарея разряжена" с блока 21 подается на микроконтроллер 17, по которому блок 6 переводится в выключенное состояние.

Электромаммограф работает следующим образом.

На экране монитора компьютера 2 (после включения прибора и его работы в составе компьютерного комплекса) в нижнем правом окне должна появиться мигающая строка "Прибор подключен" с зеленой сигнальной точкой, а в среднем нижнем окне должны появиться цифры, соответствующие показаниям жидкокристаллического индикатора 11 блока 6 обработки. Если после включения блока 6 эти символы отсутствуют, то необходимо проверить правильность подключения блока 6 к компьютеру 2. Далее устанавливаются параметры измерений. Для этого входят в раздел основного меню "Установки", затем в подраздел "Конфигурация". В появившемся диалоговом окне "Конфигурация" на основном поле "Измерение" предусмотрены установки параметров измерения. Например, устанавливают следующие значения параметров измерения:
- начальная задержка 2 с;
- интервал между измерениями 500 мс;
- допустимые границы измерения 90 мВ;
- количество точек 30.

Фиксация установленных параметров измерения осуществляется командой "OK". На втором поле диалогового окна "Конфигурация", обозначенном "Печать", осуществляется выбор формата "Карты обследования" в двух вариантах: полном и сокращенном. Далее входят в меню "Пациент" и выбирают строку "Новый пациент". При этом на экране появится диалоговое окно "Сведения о пациенте". Вносят сведения о пациенте, номер текущего файла обследования. После этого подключают систему электродную 3 к входным разъемам блока 6 обработки. Электроды 4, 5 при этом помещены в рабочий раствор. Далее проводят системную балансировку. После проведения балансировки переходят к непосредственным измерениям. Для этого необходимо установить электроды в БАТ пациента согласно 1-й комбинации.

После окончания переходного процесса наблюдают за показаниями прибора по индикаторному окну, и затем нажимают с помощью мыши клавишу "7" в верхней строке меню или кнопку "1" на блоке 6 обработки. При этом на рабочем поле окна "Diagnostica" должны появиться координатная сетка и текущая реализация измеряемого процесса (с начальной задержкой согласно). По горизонтальной оси координатной сетки указывается номинал измеряемой величины в милливольтах (мВ), а вертикальная ось является шкалой времени.

При установленных значениях параметров измерения длительность реализации составляет примерно 15 с (30 точек измерения с интервалом в 0,5 с).

По окончании 1-й реализации измеряемого процесса в дополнительном окне "Статистика обследования" отображаются ее статистические данные: среднее значение, максимальная амплитуда отклонения от среднего значения и среднеквадратическое значение (дисперсия). Установленная начальная задержка определяет временной сдвиг между моментом нажатия клавиши (кнопки) "7" и моментом начала съема данных с блока обработки 6. В зависимости от условий проведения обследования величина этой задержки может варьироваться.

Далее устанавливают электроды в БАТ пациента согласно 2-й комбинации, дожидаются завершения переходного процесса и затем нажимают с помощью мыши клавишу "2" в верхней строке меню или кнопку "2" на блоке 6 обработки. По окончании второй реализации измеряемого процесса автоматически осуществляется ее статистическая обработка, результаты которой отображаются в окне "Статистика обследования". При необходимости изъятия из полученной реализации нехарактерных точек проводят коррекцию выборки. Повторяют аналогичные измерения для комбинаций 3 и 4. По окончании всех четырех измерений (при этом все столбцы в окне "Статистика обследования" должны быть заполнены результатами измерений) автоматически формируется диалоговое окно "Результаты обследования", в котором графически отображаются результаты обследования и признаки отнесения пациента к "группе риска", а под графическим изображением указывается результат компьютерного обследования (резюме), который может выражаться в виде следующих заключений: "Норма"; "Группа риска", при этом в скобках указываются признаки отнесения пациента к группе риска и величина превышения порогового значения по каждому признаку.

В рабочем режиме измеряется разность потенциалов, подаваемая на вход блока 6. Результаты измерений отображаются на дисплее блока 6 и передаются по последовательному интерфейсу на компьютер 2.

В режиме контроля вход блока 6 обработки автоматически закорачивается и измеряется входное напряжение смещения прибора, то есть его начальный разбаланс. Режим контроля предназначен для проведения начальной балансировки блока 6 обработки, а также самоконтроля.

Режим демонстрации включается кнопками "←" или "→", при этом входная измерительная часть блока обработки 6 в работе не участвует. После повторного нажатия или нажатия и удержания одной из этих кнопок блок 6 генерирует псевдопотенциалы в диапазоне ±100 мВ, дискретностью 1 мВ, которые отображаются на индикаторе блока 6 и одновременно передаются по последовательному интерфейсу на компьютер 2.

Таким образом, заявленное устройство позволяет получить в домашних условиях с высокой степенью точности достоверные результаты обследования состояния молочных желез и судить о наличии или отсутствии патологии. Подключенный к персональному компьютеру заявленный электромаммограф позволяет проследить динамику развития патологического процесса и его излечения и дает возможность врачу оперативно корректировать алгоритм лечения применительно к конкретному пациенту.

Электромаммограф портативен, сравнительно дешев, прост в использовании и позволяет выявить неблагополучия в состоянии молочных желез на ранних стадиях заболевания.

Изобретение относится к области медицины, в частности к устройствам для обследования молочных желез на ранних стадиях заболевания, и предназначено для проведения оперативного обследования (скрининга) пациентов по методу электромаммографии. Электромаммограф содержит систему электродов, соединенную с входом блока обработки, и блок питания. Блок обработки содержит фильтр, источник опорного напряжения, буферный каскад, аналого-цифровой преобразователь, группой входов-выходов подключенный к микроконтроллеру, связанному с индикатором и клавиатурой, узел оптоэлектронной развязки и три переключателя. Источник питания выполнен на зарядном устройстве, повышающем импульсном преобразователе и/или аккумуляторной батарее с возможностью ее установки в разъемы источника питания. Это позволяет повысить достоверность диагностики и упростить проведение ее процедур. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электромаммограф, содержащий систему электродов, соединенную с входом блока обработки, включающего фильтр, источник опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, узел оптоэлектронной развязки и микроконтроллер, связанный группой входов-выходов с индикатором и группой входов с клавиатурой, а также блок питания, подключенный к блоку обработки, отличающийся тем, что в блок обработки введены три переключателя и буферный каскад, а источник питания выполнен на зарядном устройстве, повышающем импульсном преобразователе и/или аккумуляторной батарее с возможностью ее установки в разъемы источника питания, при этом первый переключатель подключен к входу блока обработки и связан последовательно через фильтр и буферный каскад со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, который группой входов-выходов связан с микроконтроллером, группа входов-выходов которого подключена к узлу оптоэлектронной развязки, выходы зарядного устройства и повышающего импульсного преобразователя подключены к соответствующим входам группы входов питания микроконтроллера, управляющие выходы которого подключены к соответствующим переключателям, выход второго из которых связан с соответствующими входами буферного каскада и источника опорного напряжения и с третьим входом аналого-цифрового преобразователя, четвертый вход которого связан с аккумуляторной батареей, а выход третьего переключателя подключен к индикатору и узлу оптоэлектронной развязки, имеющему разъем для подключения компьютера. 2. Электромаммограф по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве индикатора использован двухстрочный знакосинтезирующий жидкокристаллический индикатор со светодиодной подсветкой.