Устройство для измерения степени гидратации биотканей Советский патент 1993 года по МПК A61B5/00 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для измерения степени гидратации тканей человека.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения степени гидратации биотканей; на фиг. 2 - структурная схема блока управления; на фиг. 3 - временная диаграмма напряжений на выходе блока управления.

В состав устройства (фиг. 1) входят СВЧ генератор 1, аттенюатор 2, циркулятор 3 с согласующим элементом 4, измерительный термистор первой мостовой схемы 5, первый дифференциальный усилитель 6, первый и второй блоки 7, 8 выборки и хранения (БВХ), второй и третий дифференциальные усилители 9 и 10, блок 11 управления, источник 12 питания, соединенный с питающей сетью через замыкающий контакт реле включения (на фиг. 1 не показаны), блок 13 индикации, источник 14 опорного напряжения и компенсационный термистор второй мостовой схемы 15.

Блок 11 управления (фиг. 2) содержит генератор 16 тактовых импульсов, делитель 17 частоты, первый и второй RS триггеры 18 и 19, элемент И-НЕ 20, ИЛИ-НЕ 21 и индикатор 22 режима работы.

Принцип рабооты устройства для измерения степени гидратации тканей человека (фиг. 1) основан на измерении уровня отраженного сигнала при облучении участка кожной поверхности человека колебаниями СВЧ в зависимости от степени ее гидратации.

.В сантиметровом диапазоне для волн отражающие свойства каждой поверхности

00 CJ

о ю

СП

определяются величиной ее диэлектрической проницаемости, которая в свою очередь существенно зависит от количества содержащейся в биотканях воды.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 на диоде Ганна генерирует СВЧ колебания, шторые через аттенюатор 2 и элемент развязки - циркулятор 3 поступают на согласующий элемент 4, направленный на кожу человека. Отраженная от кожи волна, несущая информацию о степени гидратации тканей через согласующий элемент 4, циркулятор 3 попадает на вход термистора первой мостовой схемы 5. Для компенсации температурного ухода в устройстве имеется термистор, включенный во вторую мостовую схему 15.

Сигналы с выходов термисторов, включенных в цепь мостовых схем 5 и 15, поступает через первый дифференциальный усилитель б на вход цифрового блока 13 индикации.

Управление устройством в режимах калибровки и измерения осуществляется блоком 11, имеющим три выхода (фиг. 2):

выход 1 управляет включением источника питания 12;

выход 2 - системой устранения дрейфа нуля усилителя 6;

выход 3 - системой управления нормирования мощности СВЧ генератора 1.

При включении устройства и блока 11 начинает работать генератор 16 тактовых импульсов и в мом.ент времени А (см. фиг. 3) при переполнении делителя 17 частоты триггер 18 переводится в нулевое состояние, на выходе 1 устанавливается уровень логического 0, т.е. выключается источник 12 питания и индикатор 22, а на выходе 2 - уровень логической 1, чем обеспечивается включение первой следящей системы, состоящей из последовательно соединенных второго дифференциального усилителя 29 и БВХ 7. На выходе 3 сохраняется исходный уровень логического 0, т.е. система нормирования мощности генератора, состоящая из последовательно включенных источника 14 опорного напряжения, третьего дифференциального усилителя 10, второго БВХ 8 и аттенюатора 2, находится в режиме хранения.

В момент времени В при появлении сигнала на первом выходе делителя 17 частоты триггеры 18, 19 переводятся в единичное состояние. На выходах 1 и 3 устанавливается уровень логической 1, что соответствует включению источника 12 питания и второй системы - нормирования мощности. Одновременно на выходе 2 устанавливается урр0

5

вень логического 0, т.е. система устранения дрейфа нуля переводится в режим хранения. Уровень логического 0 на инверсном выходе первого триггера 18 предотвращает

дальнейшее прохождение сигналов с первого выхода делителя 17 частоты через элемент И-НЕ 20 на S вход второго триггера 19. В момент времени С сигнал со второго выхода делителя 17 частоты переводит второй триггер 19 в нулевое состояние. На выходе 4 устанавливается уровень логической 1 - включен блок 13 индикации. На выходах 1 и 2 сохраняется прежнее состояние.

При переполнении двигателя 17 частоты в момент времени AI начинается новый цикл работы блока управления.

Режим устранения дрейфа нуля. В этом режиме, как отмечалось выше, сигнал на первом выходе 2 блока 11 равен нулю, реле включения источника 12 питания обесточено, СВЧ генератор 1 не работает; В это же время (интервал АВ на временной диаграмме фиг.З) сигнал на выходе 2 блока 11

соответствует уровню логической единицы, при котором БВХ 7 находится в режиме выборка, при этом на сигнальный вход БВХ 7 поступает потенциал корпуса со входа второго дифференциального усилителя 9, и далее на его выход. Этот попенциал в момент времени В фиксируется БВХ 7 и далее хранится в нем до момента времени AI (временная диаграмма фиг. 3), полностью устраняя дрейф нуля усилителя 6.

Режим нормирования мощности генератора СВЧ колебаний.

В этом режиме (интервал ВС на временной диаграмме фиг. 3) сигналы на выходах 1 и 3 блока управления 11 соответствуют уровням логической 1, при которых включа- 0 ется источник 12 питания и СВЧ генератор 1 и включается система нормирования мощности. На выходе 2 блока 11 устанавливается уровень логического 0, при котором система устранения дрейфа нуля перево- дится в режим хранения, а индикатор 22 сохраняет свое прежнее состояние. .

При включении системы нормирования мощно9ти оператор направляет элемент 4 в воздух, что соответствует случаю полного сопряжения СВЧ колебаний (100% по шкале цифрового блока 13 индикации), при котором сигнал с выхода дифференциального усилителя бис источника 14 опорного напряжения поступает на входы третьего дифференциального усилителя 10 и разностный сигнал с его выхода - на вход второго БВХ 8 и далее на управляющий вход аттенюатора 2, изменяя его затухание так, что сигнал на выходе усилителя 6 устанавливается рав5

ным опорному, которое таже поступает на вход цифрового блока 13 индикации.

Режим измерения.

В этом режиме (интервал CAi на временной диаграмме фиг. 3) на третьем выходе блока управления 11 устанавливается уровень логического 0 - система нормирования мощности генератора СВЧ коле баний переводится в режим хранения, включается индикатор 22 режима работы, информируя оператора об окончании режимов калибровка, на выходах 1 и 2 сохраняется прежнее состояние уровней напряжения.

В этом режиме оператор направляет согласующий элемент 4 в сторону объекта, степень гидратации тканей которого необходимо измерить, и по блоку 13 индикации производят ее непосредственный отсчет в течение 120 с, при этом устройство работает так, как это было описано ранее.

Примерение двух следящих систем, работающих в импульсном режиме, и исполь- зование одного источника опорного напряжения для цифрового блока индикации и системы нормирования мощности СВЧ генератора, позволило уменьшить среднее значение ошибки с 15% до 2%, что повысило точность измерения степени гидратации тканей и значительно улучшило технические характеристики прибора.

Использование устройства в медицинской практике позволяет оперативно определить состояниеУидробаланса организма, оценить ход заживления послеоперационных ран, эффективность терапевтического воздействия.

Формула изобретен и я 1. Устройство для измерения степени гидратации биотканей, содержащее источник питания и СВЧ-1 енератор, циркуляторс согласующим элементом, при этом второй выход циркулятора соединен с входом измерительного термистора первой мостовой схемы, компенсационный термистор второй мостовой схемы, выходы обеих мостовых схем соединены с входами первого дифференциального усилителя, выход которого подключен к блоку индикации, отличающееся тем. что, с целью повышения точности измерения, в него введены первый и второй блоки выборки и хранения, аттенюатор, второй и третий дифференциальные 5 усилители, источник опорного напряжения и блок управления,- при этом аттенюатор включен между выходом СВЧ-генератора и входом циркулятора, первые входы триггера и третьего дифференциальных усилите0 лей соединены с выходом первого дифференциального усилителя, их вторые входы соответственно сообщены с общей шиной и выходом источника опорного напряжения, который также подключен к вто5 рому входу блока индикации, выход второго дифференциального усилителя через первый блок выборки и хранения соединен с вторым входом первого дифференциального усилителя, выход третьего дифференци0 ального усилителя через второй блок выборки и хранения соединен с управляющим входом аттенюатора, первый выход блока управления соединен с входом управления источника питания, второй и третий

5 выходы блока управления соединены с входами управления соответственно первого и второго блоков выборки и хранения.

2. Устройство по п. 1,о-тл и ч а ю щее- с я тем, что в нем блок управления содержит

0 генератор-тактовых импульсов, соединенный с входом делителя частоты, два RS-триг- гера, элементы И-НЕ, и индикатор режима работы, причем первый выход делителя частоты соединен с S-входом первого

5 триггера и через элемент И-НЕ с S-входом второго триггера, второй выход - с R- входом второго триггера, третий выход - с входом R первого триггера, инверсный и прямой выходы соответственно первого и

0 второго триггеров подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом индикатора режима, а инверсный выход первого триггера также соединен с вторым входом элемента И-НЕ, при этом

5 прямой выход первого триггера является первым выходом блока управления, его инверсный выход - вторым выходом блока управления, а прямой выход второго триггера - третьим выходом блока управления.

,.$/г.2..

4«J

Изобретение содержит СВЧ-генератор, аттенюатор, циркулятор с согласующим элементом, измерительный термистор первой мостовой схемы, первый дифференциальный усилитель, первый и второй блоки выборки и хранения (БВХ), второй и третий дифференциальные усилители управления, источник питания СВЧ-генератора, блок ин1 дикации, источник опорного напряжения и компенсационный термистор второй мостовой схемы. Цель изобретения - повышение точности измерения обеспечивается введением двух следящих систем, работающих в импульсном режиме, первая из которых, обеспечивает устранение дрейфа нуля первого дифференцирующего усилителя и состоит из последовательно включенных второго дифференциального усилителя и первого БВХ, а вторая обеспечивает нормирование мощности СВЧ-генератора 1 и состоит из последовательно включенных источника опорного напряжения, третьего дифференциального усилителя, второго БВХ и аттенюатора, а также за счет использования общего источника 14 опорного напряжения для цифрового блока индикации и системы нормирования мощности СВЧ-генератора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.