СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК A61B5/05 G01N33/497 

Изобретение относится к области сравнительного исследования биологических объектов и может быть использовано в биологии и медицине.

В настоящее время предлагаются различные варианты физических носителей информации за пределами тела живого организма - от ауры до электромагнитного излучения различных диапазонов. Однако более интересным является исследование (журнал Science News, 17, 2000г., с. 268), согласно которому организм, как и всякое физическое тело, создает концентрацию из газа или раствора в пограничном слое у поверхности раздела, т.е. кожного покрова, за счет адсорбции. Поэтому предлагается способ исследования проб газовой компоненты биологического объекта как реального продукта жизнедеятельности живой материи.

Известен способ и устройство исследования биологических объектов (см. патент РФ 2121669, опубл. 1998г.), в котором сжигают биологические пробы исследуемого и контрольного биологических объектов, формируют соответствующие параметры измерения, сравнивают их и определяют состояние исследуемого биологического объекта относительно контрольного.

Известный способ не определяет состояние биологического объекта по органической газовой составляющей, выделяемой кожным покровом исследуемого объекта, и сложен в реализации.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке простых средств определения состояния биологического объекта на основе анализа проб органической составляющей выделяемой им газовой компоненты.

Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей за счет исследования параметров горения газовой компоненты биологического объекта, упрощении способа и устройства определения состояния биообъекта для проведения измерений в реальном масштабе времени.

Результат достигается тем, что в способе определения состояния биологического объекта, в котором сжигают биологические пробы исследуемого и контрольного биологических объектов, формируют соответствующие параметры измерения, сравнивают их и определяют состояние исследуемого биологического объекта, биологическая проба исследуемого и контрольного биологических объектов представляет собой выделяемую газовую компоненту соответственного исследуемого и контрольного биологических объектов, а отбор газовой компоненты исследуемого биологического объекта проводят в прямом контакте с кожным покровом исследуемого биологического объекта, и тем, что отбор газовой компоненты исследуемого биологического объекта проводят в измерительную камеру, и тем, что контрольным биологическим объектом служит окружающая среда (атмосфера), и тем, что исследуемым биологическим объектом служит человек, и тем, что проводят последовательное исследование всего кожного покрова человека и составляют карту зонального распределения параметров измерения, и тем, что в устройстве для определения состояния биологического объекта, содержащем измерительную камеру, электроды которой соединены с источником питания, измерительная камера выполнена в виде стакана с вентиляционными отверстиями в днище, накрытого тепловым экраном, окруженного тепловым шунтом и установленного на теплоизолирующих опорах, электроды выполнены в виде основного и компенсирующего термокаталитических датчиков, установленных в стакане и разделенных тепловым экраном, на стенке стакана установлен тактильный датчик, соединенный с таймером, соединенным с регистратором уровня, одни выводы компенсирующего и основного термокаталитических датчиков соединены непосредственно и через резисторный делитель с источником питания, другие их выводы и средняя точка резисторного делителя соединены через формирователь сигнала с блоком регистрации.

Способ реализуется с помощью соответствующего устройства, конкретный, но не ограничивающий настоящее изобретение пример реализации приведен на фиг.1, 2.

Устройство содержит измерительную камеру 1, соединенную с источником питания 2, резисторным делителем 3 с резисторами 4, формирователем 5 сигнала и таймером 6, соединенных с блоком 7 регистрации, измерительная камера выполнена в виде стакана 8 из гидрофобного материала с вентиляционными отверстиями 9, 10, окруженного тепловым шунтом 11 и установленного на теплоизолирующих опорах 12, стакан накрыт тепловым экраном 13, на краю стакана установлен тактильный датчик 14, соединенный с таймером 6, в стакане установлены основной и компенсирующий термокаталитические датчики 15, 16, соединенные с резисторным делителем 3, источником 2 питания и формирователем 5 и разделенные тепловым зеркалом 17, затвор 18.

Сущность изобретения состоит в регистрации параметров горения, газовой компоненты контрольного и исследуемого биологических объектов атмосферы и человека, формировании параметров измерения - U_датч и по разности параметров определяют активность зоны, с поверхности которой снимали газовую компоненту биообъекта (ГКБ). При этом учитывают, что сигнал при сжигании ГКБ человека всегда выше, чем сигнал при сжигании ГКБ атмосферы, т.к. в ГКБ человека содержатся органические составляющие.

В начальный момент подают питание от источника 2 на датчики 15, 16 и их платиновые нити разогреваются до температуры горения газовой смеси. Производится выдержка времени, достаточная для наступления терморавновесного состояния с окружающим воздухом, фиксируемое как установившееся значение сигнала U_датч. Это значение формируется в формирователе 5 и регистрируется в блоке 7.

Исследуемый биообъект (участок поверхности тела, как правило ладонь руки) помещают на тепловой экран 13, который выполнен из металлической сетки и служит для защиты от теплового фона поверхности тела (37^oС). Срабатывает датчик 14 и таймер 6 выдает в блок 7 сигнал, соответствующий моменту начала исследования.

ГКБ, адсорбированная на поверхности, поступает через экран 13 в стакан 8 измерительной камеры 1 на датчик 15 за счет конвекции и большего молекулярного веса его органических составляющих. При поступлении газов на разогретую платиновую нить датчика 15 она разогревается за счет их горения до большей температуры, возрастает значение ее сопротивления, увеличивается разбаланс делителя 3 и уровень сигнала U_датч возрастает. По мере горения органических составляющих ГКБ растет количество продуктов горения, имеющих более низкие значения молекулярного веса и более высокую теплопроводность, благодаря чему наступает новый уровень терморавновесия, т.е. значение U_датч стабилизируется и даже начинает падать. Это значение сигнала формируется в формирователе 5 и регистрируется в блоке 7. В этот момент убирается с экрана 13 исследуемая поверхность тела.

За счет конвекции и вентиляционных отверстий 9, 10 стакан 8 освобождается как от горючих составляющих, так и от продуктов горения, возвращаясь к исходному значению сигнала U_датч.

Разность значений сигналов датчика 15 определяется переменной составляющей процесса, т.е. уровнем ГКБ, а ее удельное значение - площадью входного отверстия камеры 1, т.е. площадью стакана 8.

Уровень сигнала ГКБ в условных единицах определяется как разность зафиксированных сигналов человека и атмосферы в блоке 7.

Шунт 11 выполнен из металла с высокой теплоемкостью и служит для задержки прохождения теплового потока исследуемого тела (37^oС).

Тепловое зеркало выполнено из металлизированной пластмассы для устранения теплообмена между датчиками 15, 16 в инфракрасном диапазоне. Датчик 16 служит для исключения влияния градиента температур тела и компенсирует температурные уходы в среде измерительной камеры 1, не связанные с поступлением ГКБ.

Таким образом, изобретение позволяет расширить функциональные возможности за счет исследования параметров газовой компоненты биологического объекта, упростить методику и средства определения состояния биообъекта и проводить измерения в реальном масштабе времени.

Для анализа распределения ГКБ на поверхности тела измерительная камера 1 накладывается на различные участки поверхности исследуемого тела и измеряется уровень ГКБ. Полученные результаты сравнивают с результатами других обследуемых и при совпадении координат зон они фиксируются.

Экспериментальные статистические исследования предлагаемого способа проводились на 4 испытуемых в течение одного месяца.

Испытуемый 1 - возраст 69 лет, пол мужской.

Испытуемый 2 - возраст 74 года, пол мужской.

Испытуемый 3 - возраст 59 лет, пол женский.

Испытуемый 4 - возраст 45 лет, пол мужской.

Измерения проводились не менее 6 раз в сутки в 8 часов, 10 часов, 13 часов, 15 часов, 19 часов, 20 часов, до приема и после приема пищи. Значение сигнала при измерении округлялось как среднее арифметическое значение не менее 4-х измерений.

Для измерений использовался участок кожи ладони пациента, входное отверстие датчика площадью 3,44 см², объем измерительной камеры 6,22 см³, калибровочный уровень сигнала 200 мВ, постоянная времени измерения в пределах 1-2 минут.

Данные эксперимента на 15 октября 2000 года представлены в таблице 1.

Уровень сигнала ГКБ достоверно при равных условиях падает в зависимости от возраста пациента.

Уровень ГКБ достоверно возрастает во всех возрастных группах после приема пищи, снижаясь в промежутках между едой.

Экспериментальные данные по распределению ГКБ на поверхности тела получены на трех пациентах:
пациент 1 - пол женский, возраст 59 лет,
пациент 2 - пол мужской, возраст 69 лет,
пациент 3 - пол мужской, возраст 74 года.

Результаты приведены в таблице 2.

Выявлены активные зоны ладоней рук и подошв ног.

Сохранение и устойчивое поддержание уровня газовой компоненты в активных зонах подтверждает наличие регуляторных воздействий на них организма.

Уровень газовой компоненты вне активных зон носит характер физической адсорбции газов на границе раздела фаз.

Изобретение относится к биологии и медицине и может быть использовано для определения состояния биологических объектов. Способ состоит в том, что сжигают биологические пробы исследуемого и контрольного объектов, формируют соответствующие параметры измерения. Биологические пробы исследуемого и контрольного объектов представляют собой выделяемые газовые компоненты соответственно исследуемого биообъекта и окружающей среды. Отбор газовой компоненты исследуемого биологического объекта проводят в прямом контакте с его кожным покровом. По разности уровней газовых компонент биообъекта и окружающей среды определяют активные зоны, а сохранение и поддержание в них уровней газовых компонент оценивают как наличие в них регуляторных воздействий организма. Устройство содержит измерительную камеру, источник питания, резисторный делитель, формирователь сигнала, таймер и блок регистрации. Измерительная камера выполнена в виде стакана из гидрофобного материала с вентиляционными отверстиями, окруженного тепловым шунтом и установленного на теплоизолирующих опорах, стакан накрыт тепловым экраном, на краю стакана установлен тактильный датчик, соединенный с таймером, в стакане установлены основной и компенсирующий датчики, соединенные с резисторным делителем, источником питания и формирователем и разделенные тепловым зеркалом. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности исследований состояния биообъектов, упростить их и проводить измерения в реальном масштабе времени. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Способ определения состояния биологического объекта, в котором сжигают биологические пробы исследуемого и контрольного объектов и формируют соответствующие параметры измерения, отличающийся тем, что биологическая проба исследуемого объекта представляет собой выделяемую биообъектом газовую компоненту, снимаемую с его кожного покрова, а в качестве пробы контрольного объекта используют газовую компоненту окружающей среды, отбор газовой компоненты исследуемого биологического объекта проводят в измерительную камеру при наступлении терморавновесного состояния с воздухом окружающей среды, по разности уровней выделенной газовой компоненты биообъекта в определенной зоне и газовой компоненты окружающей среды определяют активность данной зоны, проводят последовательное исследование всего кожного покрова биообъекта и составляют карту зонального распределения характеристических параметров, при этом сохранение и поддержание уровней газовых компонент в активных зонах определяют как наличие в них регуляторных воздействий организма. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исследуемым биологическим объектом является человек. 3. Устройство для определения состояния биологического объекта, содержащее измерительную камеру, электроды и источник питания, отличающееся тем, что измерительная камера выполнена в виде стакана из гидрофобного материала с вентиляционными отверстиями в днище, накрытого тепловым экраном, окруженного тепловым шунтом и установленного на теплоизолирующих опорах, электроды выполнены в виде основного и компенсирующего датчиков, установленных в стакане и разделенных тепловым экраном-зеркалом, на стенке стакана установлен тактильный датчик, соединенный с таймером, который подключен к блоку регистрации, одни выводы компенсирующего и основного датчиков соединены непосредственно и через резисторный делитель с источником питания, а другие их выводы и средняя точка резисторного делителя соединены через формирователь сигнала с блоком регистрации. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в качестве основного и компенсирующего датчиков используются термокаталитические датчики. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что тепловой экран-зеркало выполнено из металлизированной пластмассы.