Ручное устройство для исследований структуры биологических тканей Российский патент 2024 года по МПК A61B5/05 

Настоящее изобретение относится к области неразрушающего контроля структуры биологических материалов и касается конструктивного исполнения ручного (портативного) устройства для исследования биологических тканей для выявления дефектных локаций поверхностного (скрытого) и подповерхностного расположения.

В частности, это может найти применение при выполнении неинвазивных исследований людей и животных, которые можно использовать в диагностических целях например, для выявления онкологических заболеваний и/или воспалительных и/или дегенеративных состояний.

Известен бесконтактный, неразрушающий способ неразрушающего контроля структуры материала (US 4493039, G01N 27/72, G01N 27/82. G01R 27/26, G01R 33/00, G01V 3/08, опубл. 08.01.1985), заключающийся в том, что исследуемый материал подвергается воздействию электромагнитного поля относительно низкой напряженности, создаваемого, например, разнесенными емкостными пластинами или электрически стабильной системой катушек, и, сохраняя материал вне физического контакта с пластинами или системой катушек, измеряют значения магнитной и/или электрической проницаемости и/или проводимости материала в диапазоне предварительно выбранных частот для конкретного материала. Эти магнитные, электрические значения и значения проводимости получаются путем измерения выходного сигнала, полученного для каждой приложенной частоты, и преобразования этих сигналов в соответствующие разрешенные значения реактивной и нереактивной составляющих, каждая из которых отражает соответствующие значения магнитной, электрической и проводимости конкретного объемного элемента материала в поле на соответствующей приложенной частоте. Значения магнитной и/или электрической проницаемости и/или проводимости получают из соответствующих разрешенных значений реактивной и нереактивной составляющих для различных объемных элементов материала. На основе этих значений создается графическое изображение соответствующих объемных элементов материала, отражающее магнитные и/или электрические свойства и/или проводимость объемного элемента. В данном способе используются электромагнитные поля низкой силы, которые не представляют опасности для здоровья, но и не разрушают исследуемый образец или материал.

Для известного способа используется строгий интеративный вычислительный процесс оценки неоднородностей в форме силовых линий, проходящих через материал под действием поля. По сути, этот итерационный процесс требует, чтобы форма силовых линий в материале математически соответствовала уникальной форме силовой линии, вычисленной для этого материала путем решения соответствующих уравнений Максвелла. Данные, полученные по каждому объемному элементу материала, имеют высокую информативность относительно параметров материала. Таким образом, полученные данные содержат полезную информацию, измеренную на множественных частотах по многочисленным параметрам, которые независимо значимы с точки зрения идентификации материала и формирования изображения.

Аппаратно данный способ реализуется двумя расположенными на расстоянии друг от друга емкостными пластинами. Исследуемый объект и емкостные пластины перемещаются относительно друг друга вне физического контакта друг с другом таким образом, что различные объемные элементы объекта, обычно примыкающие друг к другу и определяемые пересекающимися силовыми линиями и/или плоскостями объекта, подвергаются воздействию электрического поля в диапазоне приложенных заранее выбранных частот. Данные выходного сигнала, отражающие свойства диэлектрической проницаемости и проводимости этих участков, собираются и в дальнейшем используются для формирования графических изображений полей, отражающих свойства диэлектрической проницаемости и проводимости соответствующих объемных элементов. Для перемещения образца относительно неподвижных пластин может быть использован движитель.

Данный способ неудобен в реализации за счет необходимости точного позиционирования исследуемого образца относительно емкостных пластин, необходимостью его перемещения на уровне его закрепления и точного считывания координат положения образца в начале исследований и в процессе исследований с тем, чтобы потом на графическом изображении можно было определить с заданной точностью место/зону/точку дефекта в структуре материала. Изображения сканирования получаются в форме полей в оттенках серого или в цвете. При допущенной изначально неточности в позиционировании исследуемого образца или при ошибке в съеме координат этого образца становится проблематичным соотношение выявленной точки дефекта на поле месту его реального расположения на поверхности образца или в его структуре.

Из WO 9930608, А61Б 5/00, опубл. 24.06.1999, известны способ и устройство, предназначенное для введения в тело пациента для определения характеристики ткани-мишени. Устройство освещает целевую ткань амплитудно-модулированным возбуждением электромагнитным излучением, и приемник воспринимает отраженное электромагнитное излучение. Определяется фазовый сдвиг между возбуждением и отраженным электромагнитным излучением, и фазовый сдвиг используется для определения характеристик ткани-мишени. Также может быть рассчитан коэффициент демодуляции, представляющий собой соотношение переменной и постоянной составляющих возбуждения, отраженного электромагнитного излучения, и использован для определения характеристик ткани-мишени. В другом варианте устройство освещает ткань-мишень поляризованным электромагнитным излучением, и ощущается обратное электромагнитное излучение.

В этом патенте устройство сканирования тканей-мишеней в теле пациента основано на возбуждении электромагнитного излучения, используемого для освещения ткани-мишени, а электромагнитное излучение, возвращаемое тканью-мишенью, анализируется для определения характеристик ткани-мишени. Возвращаемое электромагнитное излучение может состоять только из флуоресцентных излучений ткани-мишени, вызванных возбуждающим электромагнитным излучением. В связи с чем устройство должно измерять время жизни или время распада флуоресцентных излучений и использовать эту информацию для определения характеристик целевой ткани. Флуоресцентные излучения могут генерироваться эндогенными или экзогенными флуоресцентными материалами в ткани-мишени. Возвращаемое электромагнитное излучение может также составлять часть возбуждающего электромагнитного излучения, которое рассеивается, отражается или передается через ткань-мишень. Анализ рассеянного, отраженного или прошедшего возбуждающего излучения дает меру характеристик поглощения и рассеяния ткани-мишени. Эта информация используется для постановки диагноза или для калибровки результатов измерений флуоресцентного излучения для получения более точных измерений.

В методах фазового сдвига для измерения отраженного или рассеянного возбуждающего излучения или флуоресцентных излучений, вызванных возбуждающим излучением, электромагнитное излучение возбуждения модулируется по амплитуде на заданной частоте. Детектор, который обнаруживает отраженное излучение (отраженное/рассеянное возбуждающее излучение или флуоресцентное излучение), используется для обнаружения амплитудных и временных характеристик возвращенного электромагнитного излучения. Возбуждение и отраженное излучение будут иметь одинаковую частоту, но амплитуда возвращенного излучения должна быть меньше амплитуды возбуждающего излучения, и возвращенное излучение будет не совпадать по фазе с возбуждающим излучением. Демодуляция и фазовый сдвиг между возбуждением и возвращенным электромагнитным излучением дают меру характеристик ткани-мишени. Метод полярной анизотропии также может быть использован для обнаружения флуоресцентных излучений, чтобы получить измерение времени распада или времени жизни флуоресцентных излучений. В методах полярной анизотропии ткань-мишень освещается электромагнитным излучением поляризованного возбуждения. Возвращенные флуоресцентные излучения передаются на поляризационный светоделитель, который разделяет возвращенное электромагнитное излучение на два световых луча, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Детекторы регистрируют амплитуды двух перпендикулярно поляризованных пучков света. Обнаруженные амплитуды используются для расчета коэффициента анизотропии, который отражает время жизни или время затухания флуоресцентного излучения.

Устройство для определения характеристик ткани-мишени с использованием метода фазового сдвига содержит источник электромагнитного излучения, который подключен к синтезатору частоты. Источник излучения генерирует электромагнитное излучение, которое проводится через одно или несколько эмиссионных оптических волокон к ткани-мишени. В состав устройства входит также фильтр для контроля электромагнитного излучения, испускаемого источником излучения. Источником излучения может быть лазер, светодиод, люминесцентная лампа, лампа накаливания или любой другой тип устройства, способного излучать электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение, возвращаемое из ткани-мишени, регистрируется детектором. Возвращенное электромагнитное излучение может состоять либо из части возбуждающего электромагнитного излучения, которое рассеивается или отражается от ткани-мишени, либо из флуоресцентных излучений флуорофоров в ткани-мишени, которые были возбуждены возбуждающим излучением. Детектор может состоять из фотоумножителя, фоточувствительного диода, устройства с зарядовой связью или любого другого типа датчика электромагнитного излучения.

Недостаток данного решения заключается в необходимости точного контроля времени свечения флуорофоров, то есть точность измерения прямо связана с интенсивностью свечения и с временным моментом, в котором это свечение в режиме затухания светимости измерено. Недостатком также является то, что само устройство приходится вводить в тело/структуру исследуемого материала.

Из US 2014275944, А61В 5/0265; А61В 5/352, опубл. 18.09.2014, известно устройство сканирования структур биологических материалов природного происхождения на основе электромагнитного поля, представляющий собой выполненный трубчатой формы портативный перемещаемый по поверхности исследуемого объекта зонд, подключенный к блоку управления, которым можно манипулировать вокруг биологического объекта, в то время как зонд излучает электромагнитное поле, генерируемое блоком управления, в исследуемую ткань и получает электромагнитное поле, отраженное биологическим объектом; и устройство слежения, которое отслеживает положение датчика этого зонда.

Это решение принято в качестве прототипа.

Особенностью известного решения является то, что портативный зонд является первым зондом, и работает в паре с дополнительным излучающим электромагнитное поле зондом, подключенным также к блоку управления, к которому подключен основной зонд. Второй зонд используется для манипулирования вокруг исследуемого объекта и излучает электромагнитное поле; а полученное электромагнитное поле анализируется в совокупности с другими данными для создания изображения в двух измерениях.

Портативный зонд включает в себя множество датчиков, положение которых отслеживается блоком слежения. А электромагнитный сигнал генерируется векторным анализатором цепей и проходит по кабелю к зонду, в момент его размещения на исследуемом объекте, где электромагнитный сигнал используется для генерации электромагнитного поля, которое облучается в этот объект.

Рассеянное и/или отраженное электромагнитное поле улавливается антенным устройством, размещенным внутри второго зонда, и анализируется блоком управления для определения состояния структуры объекта. А полученное электромагнитное поле анализируется в сочетании с другими данными для создания изображения, по крайней мере, в двух измерениях.

Недостаток этого устройства заключается в необходимости одновременного применения двух портативных зондов, каждый из которых излучает в сторону исследуемой поверхности электромагнитное излучение. Процесс сложения отраженных сигналов для получения двухмерной картинки относится к сложным процессам обработки сигналов. Но такое складывание дает точную картинку лишь в том случае, если при проведении облучения по каждому зонду имеется таблица его точных положений относительно исследуемого объекта и точных положений зондов по отношению друг к другу. В патенте не оговаривается эта часть получения той картинки, которая реально повторяет структуру исследуемой поверхности и дает точные координаты точек расположения дефектов, привязанных к исследуемому объекту.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции устройства исследования для излучения электромагнитных волн и регистрации их отраженных/возвращаемых сигналов одним устройством.

Указанный технический результат достигается тем, что ручное устройство для исследования структуры биологических тканей содержит корпус трубчатой формы, на внешней поверхности которого со стороны одного конца организована зона обхвата корпуса рукой, а торцевая стенка на другом конце выполнена из материала, прозрачного для используемых радиочастот при электромагнитном излучении, компоненты для генерации электромагнитного излучения, размещенные в корпусе на стороне другого конца корпуса, источник питания в виде аккумуляторной батареи, связанной с клеммой подключения зарядного устройства и через переключатель включения/выключения с блоком управления и регулирования, выходы которого подключены к двум входам нелинейного генератора колебаний, параллельно к которому электрически подключены элемент защиты от перенапряжения и делитель напряжения на двух последовательно установленных резисторах, с точкой соединения которых между собой связан третий вход этого генератора и связана протянутая вдоль корпуса несимметричная вибраторная антенна для передачи сигналов в сторону устройства графического построения спектрограмм выполнена с длиной, которая соответствует доле, заключенной между 1/2 и 1/8 длины волны самой низкой частоты излучаемых электромагнитных волн, при этом в линиях электрического соединения блока управления и регулирования с нелинейный генератором колебаний установлены помехоподавляющие резисторы, а в одной из этих линий установлен элемент защиты нелинейного генератора колебаний от тока перегрузки.

Кроме того, внутри корпуса в зоне размещения аккумуляторно батареи размещен спектроанализатор, подключенный к аккумуляторной батарее для регистрации передаваемых антенной сигналов и преобразования их в форму спектрограмм и передачи файлов полученных спектрограмм компьютеризированному средству через USB порт.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг. 1 - принципиальная схема примера осуществления ручного устройства для исследования биологических матриксов и тканей;

фиг. 2 - принципиальная схема другого примера исполнения ручного устройства для исследования биологических матриксов и тканей.

Согласно настоящему изобретению, рассматривается конструкция ручного устройства для исследования поверхностной и подповерхностной структур исследуемого материала биологического происхождения, состоящее из одного прибора, реализующего функции излучения электромагнитных волн и одновременно приема сигналов отраженных волн.

Биологические ткани присутствуют только в животных, растениях и, хотя и в очень упрощенной форме, в паразоях, пластинчатых, мезозоях и в бриофитах. У высокоорганизованных животных, часто, несколько разных тканей связываются друг с другом с формированием более организованных структур, органов; ткань может быть плотной, но и, в равной степени, жидкой: кровь и лимфа, циркулирующая в лимфатической системе животных, также являются тканями, хотя и суспендированными в биологическом матриксе (интерстициальной жидкости и плазме). Каждая ткань обладает предварительно заданным порядком клеток, которые составляют ее. Данный порядок обнаруживается также по типу реакции на электромагнитный раздражитель: фактически, регулярная структура ткани определяет постоянный и непрерывный отклик на конкретнее электромагнитные раздражители.

Если возникает аномалия, такая как повреждение, патологическое изменение и др., которые не соответствуют стандартной ткани, воспаление, то это вызывает локализацию (в данной аномалии) разных биофизических параметров ткани/матрикса, которые локально изменяют картину падающей электромагнитной волны. Данное изменение может быть обнаружено приемной антенной в качестве характерного электромагнитного признака аномалии таким способом, который подобен способу для идентификации цели с помощью бистатических радаров. На практике, когда ткань приходит в состояние перестройки в одной из своих частей, организм, чтобы компенсировать данную перестройку, вмешивается путем подачи дополнительных энергоресурсов (например, увеличения кровотока или другим способом), что обуславливает изменение биофизических параметров биологической ткани в части ткани, подвергшейся перестройке.

Под понятием «биологическая ткань» понимается непосредственно наружный слой и расположенный под ним внутренний слой, исследуемый на глубину проникновения электромагнитного излучения. Вопрос глубины проникновения излучения в рамках заявки не рассматривается. Но надо понимать, что глубина проникновения - это мера того, насколько глубоко электромагнитное излучение может проникать в материал. Определяется как глубина, на которой интенсивность излучения внутри материала падает до 1/е (около 37%) от его первоначального значения на поверхности (или, точнее, чуть ниже). Когда электромагнитное излучение падает на поверхность материала, оно может (частично) отражаться от этой поверхности, и в материал будет передаваться поле, содержащее энергию. В зависимости от природы материала электромагнитное поле может проникать очень далеко в материал или может очень быстро угасать. Для данного материала глубина проникновения зависит от длины волны.

При излучении структуру биологического материала с не дефектной однородной структурой возвращаемые сигналы можно представить в виде спектрограммы с определенной амплитудой, то есть каждый сигнал имеет амплитуду, не выходящую за нижнюю и верхнюю границы. Такая спектрограмма называется фоновой. Если в структуре материала имеется дефект/искажение, то возвращенный сигнал будет иметь амплитуду существенно больше по размаху, чем усредненная амплитуда фоновой картины. При этом этот сигнал может не быть синусоидальной формы, это может быть представлено в виде всплеска сигнала. Этот принцип используется в заявленном устройстве сканирования поверхностных и подповерхностных структур материалов природного происхождения.

Ручное устройство для исследования структуры биологических тканей входит составной частью в систему электромагнитного анализатора и используется для генерации электромагнитных волн в исследуемой структуре ткани и передачи ответных электромагнитных сигналов приемнику, снабженному средством для отображения спектрограмм, выбранным по типу, предпочтительно, из спектроанализатора, программно-определяемой радиосистемы (SDR) и т.д. Приемник (спектроанализатор, программно-определяемая радиосистема (SDR) или другое эквивалентное устройство) интерпретирует выходной сигнал от ручного устрйоства и делает его пригодным для представления конкретным средством отображения (ПК, планшет, телефон или собственный экран).

В общем случае конструктивный алгоритм построения ручного устройства содержит:

- корпус трубчатой формы, на внешней поверхности которого со стороны одного конца организована зона обхвата корпуса рукой, а торцевая стенка на другом конце выполнена из материала, прозрачного для используемых радиочастот при электромагнитном излучении;

- компоненты для генерации электромагнитного излучения, размещенные в корпусе на стороне конца корпуса, выполненного прозрачной для излучения;

- источник питания в виде аккумуляторной батареи, связанной с клеммой подключения зарядного устройства и через переключатель включения/выключения с блоком управления и регулирования;

- выходы блока управления и регулирования подключены к двум входам нелинейного генератора колебаний, параллельно к которому электрически подключены элемент защиты от перенапряжения и делитель напряжения на двух последовательно установленных резисторах;

- с точкой соединения между собой двух резисторов связан третий вход нелинейного генератора колебаний и с этой же точкой связана протянутая вдоль корпуса несимметричная вибраторная антенна для передачи сигналов в сторону устройства графического построения спектрограмм выполнена с длиной, которая соответствует доле, заключенной между 1/2 и 1/8 длины волны самой низкой частоты излучаемых электромагнитных волн;

- в линиях электрического соединения блока управления и регулирования с нелинейный генератором колебаний установлены помехоподавляющие резисторы, а в одной из этих линий установлен элемент защиты нелинейного генератора колебаний от тока перегрузки.

Кроме того, в одном из вариантов исполнения внутри корпуса в зоне размещения аккумуляторно батареи может быть размещен спектроанализатор, подключенный к аккумуляторной батарее для регистрации передаваемых антенной сигналов и преобразования их в форму спектрограмм и передачи файлов полученных спектрограмм компьютеризированному средству через USB порт (встроенный спектроанализатор электромагнитных сигналов содержащий интерфейс, и модуль передачи информации на дисплей переносного устройства, дисплея планшета, телефона, VR очков, и т.п.).

Ниже приводится пример конкретного исполнения заявленного изобретения (фиг. 1 и 2).

Базовым элементом устройства является корпус 1 трубчатой формы, форм-фактор которой наиболее удобен для удержания рукой. Для этого на одном конце этой трубы на ее внешней поверхности организована зона обхвата корпуса рукой. Полость корпуса используется для размещения источника питания 2 в виде аккумуляторной батареи (перезаряжаемого типа) или группы батарей (на стороне зоны обхвата) и компонентов для генерации электромагнитного излучения, которые размещаются в корпусе на другой стороне. С торцов корпус закрывается крышками, при этом крышка на стороне излучения выполнена из материала, прозрачного для электромагнитного излучения.

Источник питания 2 связан с клеммой 3 подключения зарядного устройства и через кнопку переключателя 4 включения/выключения с блоком 5 управления и регулирования.

Как вариант исполнения, кроме применения батарей или взамен применения батарей, источник питания может быть связанным с электрической сетью, но в этом случае необходим преобразователь, который может преобразовывать напряжение сети (обычно, переменного тока с предварительно установленной частотой) в постоянное напряжение с подходящим значением. Такой преобразователь должен содержать каскад преобразования, который действует в частотной области для подавления (или, по меньшей мере, ослабления, насколько возможно) колебательных эффектов сигнала на выходе из блока питания, создаваемых гармонических волн сетевой частоты. Как вариант исполнения, подключение источника питания к электрической сети может обеспечиваться кабелем (который должен подключаться к ручному устройству через соответствующий специальный электрический разъем (miniUSB, USB_С) или с использованием индуктивной связи (беспроводная, быстрая зарядка).

На фиг. 1 и 2 показаны примеры исполнения ручного устройства с применением аккумуляторной батареи перезаряжаемого типа. Клемма 3 и кнопка переключателя 4 включения/выключения могут быть выведены на торцевую крышку корпуса на стороне зоны охвата. После снижения остаточного заряда аккумуляторной батареи до уровня ниже предварительно заданного предельного значения, индикатор (не показан) сигнализирует о необходимости зарядки. При соединении блока питания с электрической сетью будет заряжаться батарея. Не обязательно снимать аккумуляторную батарею, чтобы заряжать ее с использованием кабеля.

Внутри корпуса 1 размещен блок 5 управления и регулирования, соединенный с встроенным источником питания. Включение/выключение этого блока производится кнопкой переключателя 4. Устройство готово к работе, сразу после включения. Для включения устройства не требуется генерировать электрические импульсы очень короткой длительности, посредством которых включаются колебания в цепи. Переходная генерация происходит в импульсном режиме при включении устройства. Блок 5 управления и регулирования может содержит элемент для настройки частот для подстройки значения рабочей (основной) частоты генератора колебаний в пределах диапазона от 400 МГц до 600 МГц. На практике, подстройка частот позволяет подобрать значение рабочей частоты (вариант, если взаимодействие с биологическими матриксами и тканями, подлежащими обследованию, особенно заметно на промежуточной частоте, и упомянутую частоту должна быть найдена оператором, чтобы получить более подробное исследование).

Ручное устройство содержит, на стороне транспарантной для электромагнитного излучения крышки нелинейный генератор 6 колебаний, одним выходом соединенный с несимметричной вибраторной антенной 7, имеющей длину, которая соответствует от 1/2 до 1/8 доле длины волны при самой низкой частоте излучаемых электромагнитных волн.

Нелинейный генератор 6 выполнен на СВЧ-транзисторе. В устройстве могут использоваться разные модификации СВЧ-транзисторов. Нелинейный генератор включен в схему через типовой делитель напряжения, собранный на двух сопротивлениях 7 и 8, к точке соединения которых между собой подключен третий вход генератора 6 и антенна 7.

Излучаемые электромагнитные волны имеют основную частоту и частоты, соответствующие второй и третьей гармоникам (т.е., удвоенной и утроенной частотам). Например, частота основной гармоники равна 460 МГц, частота второй гармоники равна 920 МГц, и частота третьей гармоники равна 1380 МГц. Поэтому, посредством настройки/выбора частоты основной гармоники можно изменять (в намеченном диапазоне) частоту основной гармоники и, следовательно, также частоты соответствующих второй и третьей гармоник. Это происходит потому, что генератор 6, колебаний работает подобно генератору, управляемому напряжением (VCO), который генерирует колебания в нелинейном режиме и потому создает искажения, которые содержат четные и нечетные гармоники. Такая специфическая характеристика излучаемого сигнала представляет особый интерес, поскольку более плотные биологические ткани (например, кости или кальцификации, или активной растущие онкологические образования) будут исследоваться с использованием самой низкой частоты, на которой, при перестройке, упомянутые ткани создают высокое поглощение электромагнитных волн и, следовательно, заметный спектральный отклик.

Биологические ткани промежуточной плотности (такие как мягкие ткани) исследуются с использованием частоты второй гармоники, на которой, при перестройке, упомянутые ткани создают высокое поглощение электромагнитных волн и, следовательно, заметный спектральный отклик.

Жидкие ткани (эритроциты и лейкоциты) и матриксы (плазма или лимфа) исследуются с использованием частоты третьей гармоники, на которой, при перестройке, упомянутые ткани создают высокое поглощение электромагнитных волн и, следовательно, заметный спектральный отклик (например, в случае воспаления или гиперплазии).

Генератор 6 колебаний содержит элемент 9 защиты от перенапряжения (для защиты генератора 6 колебаний от переходного перенапряжения и/или переходных напряжений), расположенный электрически параллельно генератору 6 колебаний, и элемент 10 защиты от тока перегрузки (для защиты генератора колебаний от переходного тока перегрузки или от переходных токов), расположенный последовательно от генератора 6 колебаний.

Элемент 9 защиты от перенапряжения может быть выполнен электронным типа диода с пороговым напряжением, которое имеет значение не ниже, чем максимальное напряжение, допустимое для нелинейного генератора 6 колебаний. А элемент 10 защиты от тока перегрузки, расположенный последовательно с генератором 6 колебаний желательно выбирать по типу из балластного резистора или компонента, известного как стабилитрон тлеющего разряда, и тому подобного, чтобы в динамическом режиме выдерживать протекающий ток ниже предварительно заданного порогового тока для нелинейного генератора 6 колебаний.

В обоих примерах исполнения между нелинейным генератором 6 колебаний излучающего участка корпуса зоной обхвата размещена коаксиальная линия 11 с тефлоновой опорой. Эта линия 11 содержит первый проводник 12, для соединения выхода блока 5 управления и регулирования с одной входной клеммой нелинейного генератора 6 колебаний и второй проводник 13, для соединения другой выходной клеммы нелинейного генератора 6, колебаний с блоком 5 управления и регулирования. Эти проводники 12 и 13 жестко размещены вблизи боковой поверхности коаксиальной линии 11.

Последовательно с нелинейным генератором 6 колебаний в проводники 12 и 13 могут быть включены резистор (выполняющий функцию фильтра) 14 и 15 для подавления радиочастотных помех. Для этих помехоподавляющих резисторов 14 и 15 можно выбрать схему расположения относительно генератора 6 колебаний, как выше по потоку, так и ниже по потоку.

В устройстве может присутствовать проводник 16 с емкостно-индуктивной связью (покрытый специальным слоем электрической изоляции), подсоединенный к входной клемме генератора 6 колебаний и намотанный в несколько витков и расположенный на расстоянии у конца антенны 7. Данная связь обеспечивает обратную связь для поддержки надлежащей генерации (излучаемых упомянутой антенной 7 электромагнитных волн, которые соответствуют представляющим интерес частотам), а также надлежащего взаимодействия с исследуемыми тканями/матриксами.

Кроме того, в варианте на фиг. 2 внутри корпуса в зоне размещения источника питанеия может быть размещен спектроанализатор 17 или его приемная часть, подключенный к аккумуляторной батарее для регистрации передаваемых антенной сигналов и преобразования их в форму спектрограмм и передачи файлов полученных спектрограмм компьютеризированному средству через USB порт 18 (встроенный спектроанализатор электромагнитных сигналов, содержащий интерфейс, и модуль передачи информации на дисплей переносного устройства, дисплея планшета, телефона, VR очков (18), и т.п).

Электрические и электронные компоненты ручного устройства всегда опираются на специальные элементы, изготовленные из материала типа политетрафторэтилена, полиамида, фторопласта и др. материалы имеющие оптимальную проницаемость для электромагнитных волн.

Заявленное устройство входит в состав системы мониторинга структурных состояний тканей биологического происхождения. Например, внешний приемник ответных электромагнитных сигналов может содержать приемную антенну, представляющую собой несимметричную вибраторную антенну с длиной, которая соответствует доле, заключенной между 1/2 и 1/8 длины волны самой низкой частоты излучаемых электромагнитных волн, или симметричную вибраторную антенну с длиной, которая соответствует доле, заключенной между 1/4 и 1/16 длины волны самой низкой частоты излучаемых электромагнитных волн. Такая приемная антенна, в свою очередь, может содержать соответствующую опорную рамку, которая крепится на подставке на горизонтальной поверхности. Подставка (кронштейн) позволяет регулировать наклон/ориентацию этой антенны, что обеспечивает возможность регулировки поляризации упомянутой антенны. Регулировка поляризации антенны позволяет выполнять более точные измерения, с учетом также переменных, связанных с возможными пространственными расположениями анализатора.

При использовании данного устройства можно определять изменения электропоглощения, которые происходят во время исследования биологических матриксов и тканей: упомянутые изменения электропоглощения соответствуют изменениям электромагнитных характеристик области исследуемого пациента. Поэтому упомянутые изменения электропоглощения можно использовать для контроля и регулировки положения ручного устройства в соответствии с принципом обратной связи, при этом максимальное поглощение соответствует тканям и матриксам с измененными характеристиками.

Внешний приемник электромагнитных сигналов содержит средства отображения (спектроанализатора, программно-определяемой радиосистемы и тому подобного) для всех частот при исследованиях.

Анализатор в соответствии с изобретением является электромагнитным устройством, пригодным для проведения неинвазивной диагностики организма человека или животного.

Ручное устройство посредством излучения электромагнитного поля низкой мощности, выполняет неинвазивное исследование биологических матриксов и тканей, которые находятся напротив него, что позволяет обнаруживать раннюю стадию наличия патологических состояний (из которых особенно важны опухолевые образования). Упомянутые изменения поглощения электромагнитных волн, излучаемых ручным устройством, обнаруживаются приемником электромагнитных сигналов, снабженным средством для отображения спектрограмм.

Для регистрации выполняемых тестов можно обеспечивать непрерывную запись (посредством компонентов памяти, связанных с компьютером 46 приемника 4) или только конкретные выборки, выполняемые оператором.

Генератор 6 колебаний излучает три частоты в ультравысокочастотном (УВЧ) диапазоне (например, около 460, 920 и 1380 МГц), каждая из которых селективно взаимодействует с биологическими матриксами и тканями в перестроенных состояниях. Поглощение выделяется на средстве отображения (спектроанализатор, телефон, планшет, ПК. VR очки) приемника путем снижения соответствующей спектральной линии.

Поверхность тела (тела исследуемого человека или животного) облучается слабым электромагнитным полем, излучаемым ручным устройством вблизи органа или анатомической зоны, подлежащей обследованию. Данное электромагнитное поле возбуждает небольшие электрические колебания в биологических матриксах и тканях посредством физического механизма передачи энергии.

Данное взаимодействие организует процесс «нелинейного резонансного взаимодействия» (NLRI), который приводит к получению физических изменений некоторых электромагнитных характеристик отдельных клеток (диэлектрической постоянной и проводимости), электромагнитных характеристик, которые заметно изменяются в биологических матриксах и тканях с такими первоначальными расстройствами, как воспалительные состояния и новообразования.

Использование: для исследования структуры биологических тканей. Сущность изобретения заключается в том, что ручное устройство для исследования структуры биологических тканей содержит корпус трубчатой формы, на внешней поверхности которого со стороны одного конца организована зона обхвата корпуса рукой, а торцевая стенка на другом конце выполнена из материала, прозрачного для используемых радиочастот при электромагнитном излучении. Компоненты для генерации электромагнитного излучения размещены в корпусе на стороне другого конца корпуса. Источник питания в виде аккумуляторной батареи связан с клеммой подключения зарядного устройства и через переключатель включения/выключения с блоком управления и регулирования, выходы которого подключены к двум входам нелинейного генератора колебаний. Параллельно к генератору электрически подключены элемент защиты от перенапряжения и делитель напряжения на двух последовательно установленных резисторах, с точкой соединения которых между собой связан третий вход этого генератора и связана протянутая вдоль корпуса несимметричная вибраторная антенна для передачи сигналов в сторону устройства графического построения спектрограмм, выполненная с длиной, которая соответствует доле, заключенной между 1/2 и 1/8 длины волны самой низкой частоты излучаемых электромагнитных волн. В линиях электрического соединения блока управления и регулирования с нелинейным генератором колебаний установлены помехоподавляющие резисторы, а в одной из этих линий установлен элемент защиты нелинейного генератора колебаний от тока перегрузки. Технический результат: обеспечение возможности упрощения обработки сигналов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ручное устройство для исследования структуры биологических тканей, характеризующееся тем, что содержит корпус трубчатой формы, на внешней поверхности которого со стороны одного конца организована зона обхвата корпуса рукой, а торцевая стенка на другом конце выполнена из материала, прозрачного для используемых радиочастот при электромагнитном излучении, компоненты для генерации электромагнитного излучения, размещенные в корпусе на стороне другого конца корпуса, источник питания в виде аккумуляторной батареи, связанной с клеммой подключения зарядного устройства и через переключатель включения/выключения с блоком управления и регулирования, выходы которого подключены к двум входам нелинейного генератора колебаний, параллельно к которому электрически подключены элемент защиты от перенапряжения и делитель напряжения на двух последовательно установленных резисторах, с точкой соединения которых между собой связан третий вход этого генератора и связана протянутая вдоль корпуса несимметричная вибраторная антенна для передачи сигналов в сторону устройства графического построения спектрограмм, выполненная с длиной, которая соответствует доле, заключенной между 1/2 и 1/8 длины волны самой низкой частоты излучаемых электромагнитных волн, при этом в линиях электрического соединения блока управления и регулирования с нелинейным генератором колебаний установлены помехоподавляющие резисторы, а в одной из этих линий установлен элемент защиты нелинейного генератора колебаний от тока перегрузки.

2. Ручное устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутри корпуса 9 зоне размещения аккумуляторной батареи размещен спектроанализатор, подключенный к аккумуляторной батарее для регистрации передаваемых антенной сигналов, и преобразования их в форму спектрограмм, и передачи файлов полученных спектрограмм компьютеризированному средству через USB порт.