УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПЕДАНСОМЕТРИИ Российский патент 2003 года по МПК A61B5/53 

Изобретение относится к медицинской технике.

Известно устройство для импедансометрии живых тканей биологического объекта (1), содержащее генератор, трансформатор, датчиковое устройство, включающее измерительную катушку индуктивности и первый конденсатор, один вывод которого соединен с первым выводом измерительной катушки и потенциальным входным выводом регистратора, а другой - с низкопотенциальным входным выводом регистратора, генератор выполнен импульсным и к его выходу подключены соединенные последовательно дополнительные формирователь импульсов и усилитель мощности, выход которого соединен с первым выводом входной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен к шине нулевого потенциала, между потенциальным выводом выходной обмотки трансформатора и потенциальным входным выводом регистратора включен второй конденсатор, второй вывод измерительной катушки соединен с низкопотенциальным выводом выходной обмотки трансформатора и с низкопотенциальным входным выводом регистратора, регистратор выполнен на буферном усилителе, входы которого являются соответствующими входами регистратора, а выход подключен к входам двух параллельных каналов, первый из которых содержит соединенные последовательно широкополосный усилитель с коэффициентом усиления e^π и первый компаратор, выход которого соединен с первым входом коммутатора, а второй канал содержит второй компаратор, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, управляющий вход которого подключен к выходу импульсного генератора, а выход - к управляющему входу счетчика, счетный вход которого соединен с выходом импульсного генератора, а выход - через дешифратор с входом индикатора.

Схема этого устройства приведена на фиг.1. Она является наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству и выбрана в качестве прототипа.

Недостатком известного устройства является излишняя сложность схемы управления счетчиком импульсов, а именно необходимость организации двух циклов (сложения и вычитания) для получения одного результата измерения. Для этого запускающий генератор включен в автоколебательном режиме, что обеспечивает цикличность производимых измерений. Это приводит к постоянной смене показаний индикатора в процессе диагностики различных зон биологического объекта и исключает возможность запоминания результатов между измерениями. Постоянно возбуждаемый измерительный контур требует повышенной мощности источника питания, в данном случае комплект батарей, что снижает продолжительность времени работы.

Задача изобретения - упрощение устройства и повышение экономичности работы.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для импедансометрии живых тканей биологического объекта, содержащее трансформатор, датчиковое устройство, включающее измерительную катушку индуктивности и первый конденсатор, первый вывод которого соединен с первым выводом измерительной катушки и потенциальным входным выводом регистратора, второй вывод конденсатора соединен со вторым выводом измерительной катушки и низкопотенциальным входным выводом регистратора, соединенные последовательно формирователь импульсов и усилитель мощности, выход которого соединен с первым выводом входной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен к шине нулевого потенциала, между потенциальным выводом выходной обмотки трансформатора и потенциальным входным выводом регистратора включен второй конденсатор, второй вывод измерительной катушки соединен с низкопотенциальным выводом выходной обмотки трансформатора, регистратор выполнен на буферном усилителе, входы которого являются соответствующими входами регистратора, а выход подключен к входам двух параллельных каналов, первый из которых содержит соединенные последовательно широкополосный усилитель с коэффициентом усиления e^π и первый компаратор, а второй канал содержит только второй компаратор, последовательно соединенные суммирующий счетчик, дешифратор и индикатор, вводится дополнительно цепь, содержащая триггер и управляемый ключ, причем вход сброса (R) триггера соединен с выходом второго компаратора, вход счета (С) триггера соединен с выходом первого компаратора и входом ключа, прямой выход триггера соединен со входом управления ключа, инверсный выход триггера соединен со входом сброса суммирующего счетчика, выход ключа соединен со счетным входом счетчика и для проведения измерений между входом формирователя и общей шиной включена кнопка запуска.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в устройство дополнительно вводится цепь, содержащая триггер и управляемый ключ, причем вход сброса (R) триггера соединен с выходом второго компаратора, вход счета (С) триггера соединен с выходом первого компаратора и входом ключа, прямой выход триггера соединен со входом управления ключа, инверсный выход триггера соединен со входом сброса суммирующего счетчика, выход ключа соединен со счетным входом счетчика и для проведения измерений между входом формирователя и общей шиной включена кнопка запуска.

При сравнении заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в науке и технике не обнаружены решения, в совокупности обладающие сходными признаками.

На фиг.2 приведена функциональная схема предложенного устройства. Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные формирователь импульсов 1, усилитель мощности 2, трансформатор 3, датчиковое устройство 4, включающее измерительную катушку индуктивности 5 и конденсатор 6, первый вывод конденсатора 6 соединен с первым выводом измерительной катушки 5 и потенциальным входным выводом регистратора 7, второй вывод конденсатора 6 соединен со вторым выводом измерительной катушки 5 и низкопотенциальным входным выводом регистратора 7, между потенциальным выводом выходной обмотки трансформатора и потенциальным входным выводом регистратора включен конденсатор 8, низкопотенциальный вывод выходной обмотки трансформатора 3 соединен с низкопотенциальным входным выводом регистратора 7, выход усилителя мощности 2 соединен со вторым выводом входной обмотки трансформатора 3, первый вывод входной обмотки трансформатора 3 соединен с общей шиной, вход усилителя мощности 2 соединен с выходом формирователя импульсов 1, регистратор 7 содержит буферный усилитель 9, входы которого являются соответствующими входами регистратора 7, а выход усилителя 9 подключен к входам двух параллельных каналов 10 и 11, канал 10 состоит из соединенных последовательно широкополосного усилителя 12 с коэффициентом усиления e^π и компаратора 13, а канал 11 содержит только компаратор 14, первые выводы компараторов 13 и 14 подключены соответственно к выходу усилителя 12 и буферному усилителю 9, вторые выводы компараторов объединены и на них подано напряжение U_пор, последовательно соединены суммирующий счетчик 15, дешифратор 16 и индикатор 17, при этом вход сброса триггера 18 соединен с выходом компаратора 14, вход счета триггера 18 соединен с выходом компаратора 13 и входом ключа 19, прямой выход триггера 18 соединен со входом управления ключа 19, инверсный выход триггера 18 соединен со входом сброса суммирующего счетчика 15, выход ключа 19 соединен со счетным входом счетчика 15, для запуска устройства между входом формирователя 1 и общей шиной включена кнопка 20.

Устройство работает следующим образом. Измерительная схема устройства построена по принципу измерителя диэлектрических потерь (добротности), вносимых в измерительный резонансный контур. Измерение величины диэлектрических потерь контура производится методом ударного возбуждения резонансной системы с последующим анализом декремента затухания свободных колебаний.

Запуск устройства осуществляется однократным нажатием кнопки 20, при этом на входе формирователя импульсов 1 появляется запускающий перепад напряжения. В результате на выходе формирователя 1 появляется прямоугольный импульс длительностью 0,5.... 1 мкс. В усилителе 2 осуществляется усиление импульса по мощности. Мощные короткие импульсы из усилителя 2 поступают на обмотку трансформатора 3. С выходной обмотки трансформатора 3 через разделительный конденсатор 8 импульс возбуждения попадает в измерительный контур 4, где возбуждает затухающее гармоническое колебание с частотой, равной резонансной частоте контура, образованного элементами 5 и 6 (см. фиг.3а).

Измерительная катушка 5 вместе с конденсатором 6 выполняют роль датчика и являются сменными элементами. Возбужденные в колебательном контуре 4 электрические колебания усиливаются в буферном усилителе 9 и поступают одновременно в каналы 10 и 11. В канале 10 колебания усиливаются масштабным усилителем 12 с коэффициентом усиления К= e^π=23,17 и затем поступают на первый вход компаратора 13. В канале 11 колебания сразу поступают на первый вход компаратора 14. Вторые выводы компараторов 13 и 14 объединены и на них подано напряжение U_пop, которому соответствует некоторое пороговое напряжение 0,5...1 В, которое позволяет исключить из дальнейшей обработки случайную шумовую составляющую входного сигнала. Элементы 13 и 14 являются компараторами по напряжению, т.е. так называемыми амплитудными селекторами. После обработки затухающего колебания компараторами 13 и 14 на их выходах появляются последовательности прямоугольных импульсов (см. фиг.3 в, с). Последовательность импульсов на выходе компаратора 13 будет всегда длинней (по времени) последовательности импульсов на выходе компаратора 14 вследствие наличия в канале 10 масштабного усилителя 12.

Импульсная последовательность с выхода компаратора 14, воздействуя на приоритетный вход сброса R триггера 18, будет удерживать последний в состоянии логического "0" на прямом выходе. Воздействие сигнала "0" на управляющий вход ключа 19 удерживает его в закрытом, т.е. непроводящем состоянии. Таким образом, поступающая с выхода компаратора импульсная последовательность не проходит на вход счетчика 15. Кроме того, сигнал логической "1" с инверсного выхода триггера 18 воздействует на вход установки в ноль счетчика 15 и устанавливает исходное, т.е. нулевое состояние. Когда импульсная последовательность на выходе компаратора 14 закончится, по первому же импульсу с выхода компаратора 13 триггер 18 переключится в новое логическое состояние и на его прямом выходе появится сигнал логической "1" (см. фиг.3 д). При этом ключ 19 перейдет в проводящее состояние и оставшаяся часть последовательности с выхода компаратора 13 поступит на счетный вход суммирующего счетчика 15 (см. фиг.3 е). Таким образом, из импульсной последовательности с выхода компаратора 13 была вычтена алгебраически последовательность импульсов с выхода компаратора 14. Результат подсчета счетчика 15 через дешифратор преобразуется в удобную форму и отображается на цифровом дисплее. По окончании измерения результат вычислений сохраняется на индикаторе до тех пор, пока не будет вновь нажата кнопка 20 или снято напряжение питания.

Положительный эффект от предлагаемого технического решения заключается в следующем:
1. Упрощение устройства в целом достигнуто за счет исключения коммутатора, который содержал 5 микросхем, требовал подачи двух импульсов возбуждения на измерительный контур для организации подсчета последовательностей с компараторов 13 и 14 по отдельности, и, кроме того, для его работы был необходим реверсивный счетчик 15, который мог считать не только приращение, но и вычитать результат. Настоящее техническое решение содержит всего две микросхемы: триггер и ключ, измерение осуществляется за один цикл, и результат подсчитывается простым суммирующим счетчиком.

2. Повышена экономичность работы устройства вследствие отказа и полного исключения запускающего генератора, работающего в автоколебательном режиме. Теперь основное потребление энергии от элементов питания осуществляется только во время цикла измерения, а его продолжительность не более 500 мс, все остальное время устройство находиться в статическом режиме. Выполненное на современной элементной базе устройство по характеристике энергопотребления характеризуется следующими параметрами: потребляемый ток в режиме измерения 250 мА, потребляемый ток в статическом режиме 22 мА.

3. Упрощение устройства достигнуто исключением запускающего генератора, работающего в автоколебательном режиме, исключением коммутатора и заменой его простым узлом, выполненным всего на двух микросхемах, применением вместо реверсивного счетчика простого суммирующего счетчика.

В настоящее время по предложенному техническому решению проведены экспериментальные исследования, имеется полный комплект конструкторской документации, изготовлены промышленные образцы.

Источник информации
1. Патент РФ 2103913, кл. А 61 В 5/05, 1995г.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для импедансометрии. Устройство содержит формирователь импульсов, усилитель мощности, трансформатор, датчиковое устройство, включающее измерительную катушку индуктивности и первый конденсатор, второй конденсатор включен между потенциальным выводом выходной обмотки трансформатора и потенциальным входом регистратора, который выполнен на буферном усилителе, подключенном к входам двух параллельных каналов, в одном из которых содержится широкополосный усилитель с коэффициентом усиления e^π и первый компаратор, а во втором канале - второй компаратор, а также управляемый ключ, триггер, суммирующий счетчик, дешифратор и индикатор. 3 ил.

Устройство для импедансометрии живых тканей биологического объекта, содержащее последовательно соединенные формирователь импульсов, усилитель мощности, трансформатор, датчиковое устройство, включающее измерительную катушку индуктивности и первый конденсатор, первый вывод конденсатора соединен с первым выводом измерительной катушки и потенциальным входным выводом регистратора, второй вывод конденсатора соединен со вторым выводом измерительной катушки и низкопотенциальным входным выводом регистратора, между потенциальным выводом выходной обмотки трансформатора и потенциальным входным выводом регистратора включен второй конденсатор, низкопотенциальный вывод выходной обмотки трансформатора соединен с низкопотенциальным входом регистратора, выход усилителя мощности соединен с первым выводом входной обмотки трансформатора, второй вывод входной обмотки трансформатора соединен с общей шиной, вход усилителя мощности - с выходом формирователя импульсов, регистратор выполнен на буферном усилителе, входы которого являются соответствующими входами регистратора, а выход подключен к входам двух параллельных каналов, первый из которых содержит соединенные последовательно широкополосный усилитель с коэффициентом усиления e^π и первый компаратор, а второй канал содержит второй компаратор, а также последовательно соединенные суммирующий счетчик, дешифратор и индикатор, отличающееся тем, что введена дополнительно цепь, содержащая триггер и управляемый ключ, причем вход сброса триггера соединен с выходом второго компаратора, вход счета триггера - с выходом первого компаратора и входом ключа, прямой выход триггера соединен со входом управления ключа, инверсный выход триггера - со входом сброса счетчика, выход ключа - со счетным входом счетчика, для запуска устройства между входом формирователя и общей шиной включена кнопка.