Устройство для обработки данных биохимических исследований Советский патент 1991 года по МПК G06F15/42 G01N33/48 

1

(21) 4699574/24 (22) 16.06.89 (46) 23.04.91. Бкш. Р 15

(71)Первый Московский медицинский институт им. И.М.Сеченова

(72)Н.Н.Новиков

(53)681.321(088.8)

(56)Патент СЫА Р 4202033,

кл. G 06 F 15/42, оцублик. 1980.

Патент СИА Р 4242730, кл. G 06 F 15/42, опублик. 1980.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ БИОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

(57)Изобретение относится к вычислительной технике и медицине и может быть использовано для определения содержания биологически активных веществ в плазме крови и биологических тканях. Целью изобретения является

повышение эффективности за счет бескровного и бесконтактного определения концентрации биохимических веществ в биологических тканях. Устройство содержит: узел 1 ввода информации, включающий подложку 2 резонаторов и магниторезистивные резонаторы- преобразователи 3, 4; блок 5 управления, включающий генератор 6 эталонной частоты, узел 7 измерения тока генератора, коммутатор 8, узлы 9, 10 сдвига частоты, узел 11 установки частоты; блок 12 обработки, включающий усилители 13, 14, выпрямители 15, 16, интеграторы 17, 18, сумматор 19, ана- .лого-цифровой преобразователь 20, регистр 21, схему 22 сравнения с уставкой, узел 23 задания уставки; блок 24 индикации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

§

(Л

с&

4ь О

sj

Изобретение относится к вычислительной технике и медицине и может быть использовано для бескровного, бесконтактного определения содержания биологически активных веществ в плазме крови и биологических тканях.

Целью изобретения является повышение эффективности за счет бескровного и бесконтактного определения кониен- трации биохимических веществ в биологических тканях.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - пример реализации узла ввода информации; на фиг.З - графическая зависимость изменения концентрации веществ в биологических тканях.

Устройство содержит узел 1 ввода информации, включающий подложку 2 резонаторов и магниторезистивные резонаторы-преобразователи 3, 4; блок 5 управления, включающий генератор 6 эталонной частоты, узел 7 измерения тока генератора, коммутатор 8, узлы 9, 10 сдвига частоты, узел 11 установки частоты; блок 12 обработки, включающий усилители 13, 14, выпрямители 15, 16, интеграторы 17, 18, сумматор 19, аналого-цифровой преоб- разователь 20, регистр 21, схему 22 сравнения с уставкой, узел 23 задания уставки; блок 24 индикации, изоляторы 25.

Принцип действия устройства осно- ван на определении амплитудной частотно-резонансной зависимости от концентрации химического вещества в биологических тканях. Экспериментально установлено, например, что глюкоза изменяет электромагнитную проницаемость биологических тканей в диапазоне резонансных частот 7,5 - 10,5 МГц.

Измерение концентрации веществ в биологических тканях (фиг.З) осуществляется при изменении эталонной частоты (В) генератора и пропорционально этому частот (А и С) сдвига с помощью узла установки частоты до уров- ня, при котором частота сдвига в сторону большей частоты (С) будет резонансной по отношению к исследуемому веществу. При этом аплитуда резонанса сдвига в сторону большей частоты (С4) возрастает, а в сторону меньшей частоты (А1) уменьшается. Разность амплитуд (D) будет пропорциональна концентрации исследуемого

вещества в тканях биологического объекта.

Электромагнитная проницаемость тканей по амплитудному уровню на различ- ных частотах зависит от анатомогисто- логиче ских и функциональных особенностей, что отражается на достоверности результатов биохимических исследований. Для стандартизации исследований концентрацию веществ следует определять только при одинаковой амплитуде поглощения тканями эталонного электромагнитного сигнала или при условии равного этому суммарного поглощения тканями сигналов сдвига эталонного электромагнитного сигнала, что задается генератором эталонной частоты и подложкой резойаторов, а контролируется узлом измерения тока генератора.

Использование в качестве элементов ввода информации резонаторов-преобразователей, выполненных из эвтектического сплава на основе антимонида индия и антимонида никеля, позволяет благодаря микрокристаллической композиции получить высокую локальную напряженность электромагнитного излучения с исключительно глубокой проницающей способностью. В результате этого кожные покровы, а также близлежащие подкожные соединительные и жировые ткани не оказывают влияния на точность и достоверность определения биохимических веществ. Кроме того,точность определения не зависит- от степени контакта узла ввода информации с поверхностью тел...

Устройство работает следующим образом. Узел 1 ввода информации подводят к поверхности тела человека, прижимая покрытые изолятором 25 магниторезистивные резонаторы-преобразователи 3, 4 вплотную или устанавливая их на расстоянии 1-5 мм. С помощью узла 11, например, посредством переключения емкостных элементов генератора 6 и узлов 9 и 10 задают генератору 6 эталонную и резонансную с исследуемым веществом часто- ту. При этом узлом 9 задается сдвиг частоты в сторону больших частот в среднем на 5-15%, а узлом 10 - на 5-15% в сторону меньшей частоты генератора 6.Сигнал сдвига частот по-, дается соответственно на вход магни- торезистивных резонатороп-преобразо-- вателей 3 и 4.

Определение концентрации веществ реализуется при условии оптимально- го поглощения биологическими тканями электромагнитного излучения резонаторов узла 1 ввода информации. При этом ток генератора 6 возрастает до максимального значения, что контролируется узлом 7 измерения тока генератора. Возрастание тока генератора, преобразованное узлом 7 в соответствующее возрастание напряжения, подается на схему 22 сравнения с уставкой. Узлом 23 задают уровень срабатывания схемы 22 с целью обеспечения оптимального и строго определенного вэ аимодействия узла 1 с тканями тела пациента при повторном измерении и измерении у различных пациентов.

При измерении концентрации, например , глюкозы смещают узлом 11 частоту генератора 6 и узлов сдвига таким образом, чтобы узел 9 и резона- тор-преобразователь 3 были настроены на резонансную частоту глюкозы (8,8 8,2 МГц), а узел 10 и резонатор-преобразователь 4 - на меньшую частоту. При этом, чем больше содержание глюкозы в плазме крови, что является предопределяющим фактором, тем разница амплитуд сигнала узлов 9 и 10 и резонаторов-преобразователей 3 и 4 соответственно и пропорционально больше (и наоборот при обратном состоянии) ,

Частотно-амплитудный сигнал через усилители 13, 14 и выпрямители 15, 16 поступает на интеграторы 17 и 18, которые преобразуют его в аналог о- амплитудный и подают на вход сумматора 19. На выходе сумматора 19 формируется сигнал, равный разности амплитуд сигналов, формируемых резонаторами-преобразователями 3 и 4 и узлами сдвига. Сигнал с выхода сумматора 19 поступает через аналого-цифровой преобразователь 20 на регистр 21, запись на который разрешается только в момент оптимального и калиброванного взаимодействия узла 1 с биологическими тканями, что определяется (с обеспечением управления) узлами 7, 23 и схемой 22.

Записанное число отображается блоком 24 индикации. Для следующего измерения достаточно приложить узел 1 ввода информации к поверхности тела другого пациента, и сигнал оптимального взаимодействия запишет число, соответствующее уровню сахара в крови, в зависимости от резонансной частоты,на которую настроены генератор 6 и узлы 9, 10 узлом 11 устаног- ки частоты.

R процессе экспериментальных исследований установлено, что однозначность и достоверность данных получается при условии равного от измерения к измерению суммарного поглощения тканями электромагнитного сигнала, т.е. обеих амплитуд сигналов резонан5 снрго сдвига. Степень поглощения

определяется величиной тока генератора 6 эталонной частоты. При этом ток генератора должен быть равным при каждом измерении, что и опреде0 ляется следующим образом.

Измеряют концентрацию глюкозы в крови, например, экспресс-методом с использованием фотометрической оценки зависимости цвета индикаторов от

5 количества глюкозы в крови. Одновременно с этим производят измерение предлагаемым устройством. По результатам исследований устанавливают уровень срабатывания схемы 22 на зна0 чения, оптимально близкие к данным, полученным известным методом.

С целью определения корреляционной зависимости изменений амплитудно-частотной характеристики тканей

при изменении концентрации глюкозы проведены исследования на животных (белых крысах) следующим образом.Для этого выбирают участок поверхности кожи и прикладывают датчик, закрепляя

0 его пружинящим устройством. Измеряют содержание глюкозы в крови известным кровавым методом и отстраивают, как описано выше. Внутривенно животному вводят глюкозу и определяют ее

5 содержание в крови кровавым методом и в тканях животного предлагаемым устройством. Сопоставляют результаты исследований.

Аналогично проведены исследования

0 с введением животному инсулина внут- ривенно и сопоставлены результаты, полученные кровавым способом данным устройством. Различия данных не превышают 10-15%, что вполне достаточно

5 для применения в целях предварительной экспресс-диагностики.

Устройство может быть использовано для(бескровной и бесконтактной оценки концентрации сахара в крови в

системе массового обследования на-, селения для выявления явного или скрытого диабета, а также выявления контингента больных, которым необходимо проведение более детального обследования. Кроме того, устройство может быть использовано в качестве индивидуального прибора для ношения больными сахарным диабетом с целью определения необходимого для введения количества инсулина, а также в системе искусственной поджелудочной железы в качестве устройства управления.

Высокая эффективность устройства и достоверность определения сахара в крови подтверждена 30 сравнительными исследованиями, которые показали, что данное устройство позволяет бескровно определять концентрацию сахара в крови с ошибкой, не превышающей 8-14% при Р 0,05, что вполне допустимо для широкого клинического использования. В таблице приведены некоторые сравнительные данные определения концентрации са- хара в крови с помощью данного устройства и известного кровавого метода .

Формула изобретения

0

5

эталонной частоты, коммутатор, узел измерения тока генератора, два узла сдвига частоты и узел установки частоты, а в блок обработки введены два усилителя, два выпрямителя, два интегратора, сумматор, схема сравнения с уставкой и узел задания уставки, причем выходы узла установки частоты блока управления соединены с установочными входами первого и второго узлов сдвига частоты и генератора эталонной частоты соответственно, контрольный вход генератора эталонной частоты соединен с первым выходом узла измерения тока .генератора, второй выход которого соединен с первым входом схемы сравнения с уставкой блока обработки, второй вход которой соединен с выходом узла задания уставки, выходы генератора эталонной частоты соединены с входами узла измерения тока генератора и коммутатора соответственно, выходы коммутатора подключены к информационным входам первого и второго узлов сдвига частоты соответственно, первые выходы первого и второго узлов сдвига частоты соединены с входами первого и второго усилителей блока обработки и с первым и вторым входами узла ввода информации, вторые выходы первого и второго узлов сдвига частоты соединены с третьим входом узла ввода .информации, выход схемы сравнения с уставкой блока обработки соединен с входом записи регистра, выход первого усилителя через последовательно соединенные первый выпрямитель и первый интегратор соединен с входом первого слагаемого сумматора, выход второго усилителя через последовательно соединенные второй выпрямитель и второй интегратор подключен к входу второго слагаемого сумматора, выход которого подключен к входу аналого- цифрового преобразователя.

0

5

0

0

5

а

,з Л

25

If II ||

&/г.2

Фиг.З