Устройство для электрофизиологических исследований Советский патент 1990 года по МПК A61B5/05 A61B5/53 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля материалов, а также к области электрофизиологических ис- . следований, в частности к устройствам для визуализации импедансного рельефа поверхности биообъекта.

Цель изобретения - регулирование глубины тестирования.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг, 2 - пример выполнения платформы; на фиг, 3 -- пример выполнения контактной пластины; на фиг. 4 - пример выполнения устройства в виде катка; на фиг. 5 - фрагмент линий тестирующего тока.

Устройство содержит контактную пластину 1, которая примыкает к объекту 2, В пластину вмонтированы проводящие элементы 3, изолированные друг от друга. К наружной поверхности пластины 1 примыкает подвижная платформа 4 с двумя электродами 5, Платформа 4 кинематически связана с блоком 6 развертки. Блок 6 развертки посредством блока 7 синхронизации подключен к блоку 8 регистрации (8,1, 8,2, .., - согласующие элементы). Блок 9 измерения своим входом подсоединен к электродам 5, а выходом - к блоку 8 регистрации. К электродам 5 также подсоединен источник 10 тестирующего тока. Источник 11 намагничивания подсоединен к магнитной головке 12с обмоткой 13, Магнитная головка 12 - в данном случае - размещена на платформе 4. Источники 10, 11 соединены пунктирной линией, означающей возможность синхронизации. Магнитные элементы 14 вмонтированы в пластину 1.

Устройство работает следующим образом.

На поверхность o6beKta 2 накладывают

пластину 1, выполненную в одном корпусе с

другими элементами (4, 12, 6, 7, возможно

и 9, 10, 11), Под действием ЭДС источника

10 в объекте протекает ток (в случае однородного полупространства конфигурация токовых линий будет совпадать - в отсутствие магнитного поля - с силовыми линиями электрического поля диполя, при этом

удельные токи будут уменьшаться в любом направлении полупространства обратно пропорционально кубу расстояния). Вклад приповерхностных токовых линий при напряженности магнитного поля наибольший. Траектории движения свободных носителей заряда (электронов, протонов, ионов) в скрещенных электрическом и магнитном полях в твердом теле отличается от циклоиды (в вакууме) вследствие взаимодействия носителей с атомной решеткой. На фиг. 5 изображена линия а при и искаженная циклоида в виде отдельных петелек, нанизанных на токовую линию б при . Угол Холла в - между

вектором направления движения электронов и вектором электрического поля - пропорционален индукции магнитного поля и скорости носителей заряда (т, е, приложенной ЭДС). Ток через объект протекает по

цепи: источник тока 10 - электроды 5 - проводящие элементы 3. Магнитное поле формируется в объекте головкой 12. полюсные наконечники которой примыкают к соответственно расположенным магнитным элементам 14 (фиг. 2, 3). Сопротивление межэлектродного участка объекта измеряется обычным образом - либо по падению напряжения непосредственно на участке, либо на добавочном резисторе R, обозначенном пунктиром (для случая биообъекта предпочтительнее может оказаться режим г енератора тока с непосредственным измерением падения напряжения на электродах 5). В общем случае объект 2 является неоднородным, а целью диагностики является выявление аномалий электропроводимости. Абсолютные измерения возможны в случае, например, слоистых сред (покрытие - подложка изделий целлюлозно-бумажной промышленности и т. п,), В большинстве случаев (особенно для биообъекта) задача не поддается аналитическому расчету и приходится ограничиваться качественными (относительными) измерениями, когда полученные значения сравниваются с аналогичными данными (полученными, например, на симметричном участке биообъекта или на модели тех- нического объекта). Использование сканирования заданного участка объекта позволяет - при данном значении магнитного поля, умноженном на силу тока. - выявить относительные характеристики электропроводимости того или иного слоя. Сканирование производится с помощью блока 6 развертки, который обеспечивает строчное и кадровое(прогрессивное) перемещение платформы 4 относительно пластины 1. Блок 7 синхронизации, представляющий собой двухкоординатный датчик перемещения, выдает блоку 8 регистрации текущие координаты, соответствующие измеряемому параметру, поступающему из блока 9. Измерения можно проводить как на постоянном, так и на переменном токе. В последнем случае необходима синхронизация блоков 10 и 11. которая может быть обеспечена использованием единого генератора тока вместо обозначенных на фиг. 1 порознь блоков 10, 11. Измерения на переменном токе предпочтительнее из-за устранения, поляризационных эффектов под электродами. Однако с повышением частоты уменьшается глубина п роникновения магнитного поля и начинают проявляться различные эффекты (например, токи Фуко), влияющие на априорное состояние объекта. Поэтому достаточно ограничиться-низкочастотным диапазоном (например 50 Гц). При этом в случае биообъекта напряженности магнитного поля могут составлять десятки мТл (и более, так как магнитные воздействия обладают значительной инерционностью - десятки минут), а тестирующие токи - порядка единиц - десятков мкА) и менее, так как при этом уменьшается нежелательное воздействие, а минимальное значение тестирующего тока практически полностью определяется чувствительностью блока 9 измерения). С изменением магнитного поля изменяется рельеф электропроводимости биоткани, поэтому при отсутствии данных о

модельных или сравнительных испытаниях регистрацию покадровой информации о.б отдельных слоях можно производить по значениям,например, тока намагничивания 5 и/или тестирующего тока.

Пример. Платформа 4 должна быть изготовлена из немагнитного изолирующего материала, например, фторопласта. Электроды 5 - из проводящего, желательно 10 немагнитного материала (графит, ртуть и т. д.). Расстояние между электродами 5 во многом определяет пространственное разрешение и выбирается из конкретных условий. Для биообъекта (а это наиболее 15 сложный случай) размер А (фиг. 2) может составлять 1-10 (и более) мм - в зависимости от глубины тестирования (среднюю глубину тестирования можно грубо оценить, исходя из вышеупомянутого закона распре- 0 деления токовых линий в однородном полупространстве - кубическая зависимость; относительное увеличение глубины тестирования Z (фиг. 5) по сравнению с размером а в 1,5 раза начинает сказываться на разре- 5 шающей способности по глубине из-за уменьшения в). Площадь токовых электро- дов желательно выбирать минимальной, так как при этом уменьшается перераспределение токовых линий под электродами. Этот 0 размер может определяться допустимой плотностью тока тестирования и составлять для биообъекта около 0,1 мм . Конструкция головки принципиального значения не имеет, однако для повышения чувствительности 5 и разрешающей способности предпочтительно использовать специальные профильные наконечники (концентраторы поля) для получения высокоградиентного магнитного поля в направлении Z. С этой целью длина 0 магнитного элемента 14 - BI (фиг. 3) может выбираться порядка А (В) или более. Размер А (и BI) может быть выбран равным А, либо в десятки-сотни раз меньше, а при высокой плотности проводящих элементов 3; когда 5 электрический контакт с объектом обеспе- .чивается при любом положении платформы на строке (т.е. а AI), Магнитные элементы 14 могут иметь длину порядка AI (в случае, когда объект чувствителен к магнитному по- 0 лю и целесообразно уменьшить область тестирования) или выполняться сплошной полосой вдоль всей строки. В последнем случае отпадает необходимость в размещении головки 12 на платформе 4 и она может 5 быть вынесена на границу пластины 1.

Конструктивно это может быть выполнено следующим образом.

Блок 6 развертки, изготовленный, например, по типу известных механических .развертывающих систем (двухкоординатный графопостроитель Н-ЗОб и др.), перемещает платформу 4 по направляющим (на чертеже опущено как второстепенное) - построчно и покадрово. Головка 12 может быть закреплена на строчных направляющих, при этом она будет перемещаться только вдоль оси Y, Сама развертка может быть как непрерывной, так и шаговой (известность выполнения блоков 6, 7 подтверждается :различными примерами: координатные сто- :лики в электронно-лучевой технологии, станки с программным управлением и др.), |Пластина 1 с элементами 3, 14 может быть ;выполнена как жесткой (например, по стек- :лометалловолоконной технологии), так и |гибкой, например, из фторопласта, полисти- |рола (с использованием магнитомягких ма- |териалов в качестве элемен то1з 14) или |полимермого композита (с металлическими, углеродными или синтетмческ 1ми волокна- |ми). Выполнение пластины из гибкого мате- |риала позволяет реализовать вариант, .Изображенный на фиг. 4. При этом переме- ;щение промежуточного элемента 1 (свернутая пластина) может осуи1ест зляться с омощью известных кинематических механизмов, например гусеничных. Горизонтальная (по оси X, фиг. А развертка производится аналогично вышеугюмян ггой. Датчиками перемещения в обоих случаях могут быть Многоходовые потенциометры (как в Н-306), подвижные элементы которых кинематиче - |:ки связаны с платформой. Отображение Информации.возможно как аналоговым путем, так и с использованием ЭВМ с соответствующей периферией. В первом случае необходимо синхронизировать развертку вухкоординатного графопостроителя (на- |рример, Н-306) с разверткой платформы 4. а на вход вертикального отклонения дополнительно подать информационный сигнал от блока 9. Во втором случае (фиг, 4) напряжение с датчиков перемещения 15, 16 через аналого-цифровые преобразователи 8,3, $.4 поступают в микроЭВМ (аналогично через АЦП 8.4, 8.5 заносятся текущие аначения тока намагничивания, или тока тестирования, и информационный сигнал). Через ЦАП 8.1 осуществляется синхросвязь (построчно и покадрово) между ЭВМ 8 и блоком 6 развертки. Информация отображается на графическом дисплее 17,

В случае выполнения источников намагничивания и тестирующего тока управляемыми не только по напряжению, но и по частоте, возможно выявление комплексных параметров сопротивления объекта (например, методом вольтметра-амперметра).

Пластина 1 - если говорить о самом способе измерения - не являбл ся принципи

ально обязательным элементом. Для исследования объектов с достаточно плоскими и гладкими поверхностями можно обойтись без пластины 1, сканируя поверхность не- 5 посредственно платформой 4. Платформа 4 и блоки 6-7 предполагаются выполненными в одном корпусе, который устанавливается на объекте. Однако во многих случаях, когда объект вообще не является 10 твердым телом или когда необходимо обеспечить сохранность его поверхности, которая может быть повреждена таким скользящим электромеханическим контактом, пластина 1 является практически необходимой, т. е. 15 при этом исключается механическое повреждение поверхности и обеспечивается возможность адаптации прибора к объекту с о сложной конфигурацией поверхности. В связи с этими обстоятельствами толщина пла- 20 стины 1 определяется конкретными обстоятельствами. При необходимости выбрать неровности поверхности объекта пластина 1 должна быть выполнена из достаточно толстого (несколько миллиметров 25 или даже сантиметров) и пластичного материала. В случаях, когда необходимо сохранить максимально неповрежденным поверхностный слой (биообъект)- пластина может быть выбрана достаточно тонкой (до- 30 ли миллиметров) -и при этом даже можно оЬойтись без магнитных элементов 14, так как роль последних состоит только в передаче магнитного поля от головки к поверхности объекта.

5Выходы устройства можно рассматривать не только как входы блока 8 регистрации, позволяющего е данном случае отображать скорее качественную информа- цию,но и как входы в специализированную 0 микроэвм, позволяющую реализовать алгоритмы количественных оценок (вычисление разности между теоретическим и измеренным значением сопротивления при заданных величинах магнитного поля и то- 5 ка тестирования, построение трехмерных изображений на основе данных послойных измерений и пр.).

Таким образом, использование предложенного устройства может позволить повы- 0 сить эффективность импедансных методов неразрушающего контроля и медицинской диагностики.

Формула изобретения 551, Устройство для электрофизиологических исследований, содержащее мозаично- проводящую пластину, контактный элемент, связанный с системой сканирования, пассивный электрод, подключенный вместе с контактным электродом к усилителю считывания, отличающееся тем, что, с целью регулирования глубины тестирования контактный элемент выполнен в виде площадки из диэлектрического и немагнитного материала, на которой расположены активный и пассивный электроды, а также закрепленный на ней полюсами маг- нитопровод с обмоткой подмагничивания, подключенной к управляемому как по амплитуде, так и по частоте источнику напряжения, причем электроды и полюса расположены по взаимно перпендикулярным осям площадки, параллельным осям сканирования, а мозаично-проводящая пластина снабжена магнитными вставками.

2. Устройство по п. 1, отличающее- с я тем, что магнитные вставки расположены рядами в направлении осей сканирования, при этом проводящие элементы размещены

между рядами магнитных вставок.

Устройство для электрофизиологических исследований относится к области измерительной техники и может быть использовано для неразрушающего контроля материалов и биологических объектов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем регулирования глубины тестирования. Устройство является гальваномагнитным преобразователем электропроводимость-сигнал, в котором тестирующий ток пропускается через объект с помощью пары поверхностных электродов 5, размещенных на подвижной платформе 4. Поперечное магнитное поле в тестируемом участке возбуждается с помощью магнитной головки 12, которая может размещаться на той же платформе 4. Сканирование объекта производится посредством контактной пластины 1, в которую вмонтированы электропроводящие 3 и магнитопроводящие 14 элементы, при этом первые расположены между рядами вторых. Строчная развертка в зависимости от плотности размещения вмонтированных элементов 3 может быть непрерывной или шаговой, а шаг кадровой развертки определяется междурядным расстоянием магнитных элементов 14. Контактная пластина 1 и платформа 4 могут быть выполнены из пластичного материала. Контактная пластина 1 может быть свернута в замкнутое кольцо (или ленту), перемещаемое по объекту с помощью привода вертикальной развертки, в то время как строчная развертка осуществляется перемещением платформы 4 в поперечном направлении вдоль линии контакта с объектом. Глубина тестирования задается с помощью источников 11 намагничивания и источника 10 тестирующего тока, которые могут быть выполнены управляемыми как по напряжению, так и по частоте. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.