Устройство для электрофизиологических исследований

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s А 61 В 5/05, А 61 Н 39/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4370945/28-14 (22) 26,11,87 (46) 30.12.90. Бюл. ¹ 48 (71) Киевский научно-исследовательский институт общей и коммунальной гигиены им.

А,Н. Марзеева (72) Ю,Ф. Бабич (53) 615.475 (088.8) (56) Котенко Г.И. Магниторезисторы. Л.;

Энергия, 1972, с. 6-8.

Котенко Г.И. Гальваномагнитные преобразователи, Л,: Энергия, 1982, с, 46, Авторское свидетельство СССР

N 1543592, кл. А 61 Н 39/02,. l987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Ы2, 1616602 А1 (57) Устройс-.во 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 являегся гальваномагнитным преобразователем злектропроводимость — 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 мо1616602

40 ченном пунктиром (для случая биообъекта предпочтительнее может оказаться режим генератора тока с непосредственным измежет размещаться на той же платформе 4.

Сканирование обьекта 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 опреде,ляется междурядным расстоянием магнит,ных элементов 14. Контактная пластина 1 и ,.рдртформа 4 могут быть выполнены из плаИзобретение 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 раз- ° вертки 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 12 с 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, 10

35 стичного 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 на-. магничивания и источника 10 тестирующего тока, которые могут быть выполнены управляемыми как по напряжению, так и по частоте. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

На поверхность обьекта 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 Н=0 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 токовая линия а при

Н=О и искаженная циклоида в виде отдельных петелек, "нанизанных" на токовую линию б при Н О. Угол Холла Π— 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, обозна161б602

20

40

55 рением 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. и,), В большинстве случаев (особенно для биообъекта) зада «э не поддается аналитическому расчету и приходится ограничиваться качественными (относительными) измерениями, когда полученные значения сравниваются с аналогичными данными (полученными, например, на симметричном участке биообьекта или на модели технического обьекта). 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 б развертки, который обеспечивает строчное и кадровое (прогрессивное) перемещение платформы 4 относительно пластины

1. Блок 7 синхронизации, представля«ощий 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 ггроникновения магнитного поля и начинают проявляться различные эФфекты (нап ример, токи Фуко), вл ия ющие на априорное состояние обьекта. Поэтому достаточно ограничиться +«изкочастотным 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 об отдельных слоях можно производить по значениям, например, тока намагничивания и/или тестирующего тока.

Пример. Платформа 4 должна быть изготовлена из немагнитного изолирующего материала, например, фторопласта.

Электроды 5 — из проводящего, желательно 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 сложный случай) размер А (фиг, 2) может составлять 1 — 10 (и более) мм — в зависимости от глубины тестирования (средню«о глубину тестирования можно грубо оценить, исходя из вышеупомянутого закона распределения 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 разрешающей способности по глубине из-за уменьшения О). Площадь токовых электродов желательно выбирать минимальной, так как при этом уменьшается перераспределение токовых линий под электродами. Этот размер может определяться допустимой плотностью тока тестирования и составлять для биообъекта около 0,1 мм . Конструкция

2 головки принципиального значения не имее;, однако для повышения чувствительности и разрешающей способности предпочтительно использовать специальные профильные наконечники (концентраторы поля) для получения высокоградиенiíoãо магнитного поля в направлении Z. С этой целью длина магнитного элемента 14 — в«(фиг. 3) может выбираться порядка А(В) или более. Размер

А«(и В«) мо>кет быть выбран равным А, либо в десятки-сотни раз меньше, а при высокой плотности проводящих элементов 3; когда электрический контакт с объектом обеспе.чивается при любом положении платформы на строке (т.е. а» А1). Магнитные элементы

14 могут иметь длину порядка А1 (в случае, когда объект "чувствителен" к магнитному полю 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 мажет быть вынесена на границу пластины 1.

Конструктивно это может быть выполнено следующим образом.

Блок 6 развертки, изготовленный, наи ример, «10 типу из вестн ых механических развертывающих систем (двухкоординат1616602

>5

50 ный графопостроитель Н-306 и др.), перемецает 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 У, Сама развертка может быть как непрерывной, так и шаговой (известность выполнения блоков 6, 7 подтверждается различными примерами: координатные столики в электронно-лучевой технологии, станки с программным управлением и др.). .:Пластина 1 с элементами 3, 14 может быть ,выполнена как жесткой (например, по стеклометалловолоконной технологии), так и гибкой, например, из фторопласта, полисти,рола (с использованием магнктомягких материалов в качестве элементов 14) или полимерного композита (с металлическими, :углеродными или синтетическ ми волокна,ми), Выполнение пластины из i ибкого мате риала позволяет реализовать вариант, изображенный на фиг. 4. При этом перемещение промежугочного элемента 1 (" свернутая" пластина) может осуществляться с помощью известных кинематических мехапизIMoB, например гусеничных, Горизонтальная (по оси Х, фиг. 4) развертка производится аналогично вышеуг омянутой. Датчиками переМещения в обоих случаях могут быть многоходовые потенциометры (как в Н-306}, подви>кные элементь когорых кинематически связаны с платформой. Отображение информации возможно как аналоговым пугем, так и с использованием 3ВМ с соответ-„твующей периферией, В первом случае необходимо синхронизировать развертку двухкоординатного графопостроителя (например, Н-306) с развеоткой платформы 4, а на вход вертикального отклонения дополнигельно подать информационный сигнал от блока 9. Во втором случае (фиг. 4) напря>кение с датчиков перемещения 15, 16 через аналого-цифровые преобразователи 8,3, 8,4 поступают в микроЭВМ (аналогично через АЦП 8.4, 8.5 заносятся текущие

Значения тока намагничиванля, или тока тестирования, и информационный сигнал}.

Через ЦАП 8,1 осуществляется синхросвязь (построчно и покадрово) между ЭВМ 8 и б>локом 6 развертки. Информация отобра>кается на графическом дисплее 17, В случае выполнения источников намагничивания и тестирующего гока управляемыми HG только по напря>кению, но и flo.5 частоте, воэмо>кно выя вл ение ком плексн ь х параметров сопротивления объекта (например, методом вольтметра-амперметра}.

Пластина 1 — если говоригь о самом способе измерения — не является принципиально обязательным элементом. Для исследования обьектов с достаточно плоскими и гладкими поверхностями можно обойтись без пластины 1, сканируя поверхность непосредственно платформой 4. Г1латформа

4 и блоки 6-7 предполагаются выполненными в одном корпусе, который устанавливается на объекте. Однако во многих случаях, когда объект вообще не является твердым телом или когда необходимо обеспечить сохранность его поверхности, которая может быть повреждена таким скользящим электромеханическим контактом, пластина

1 является практически необходимой, т. е. при этом исключается механическое повреждение поверхности и обеспечивается возможность адаптации прибора к объекту со сложной конфигурацией поверхности. В связи с этими обстоятельствами толщина плаcTYiHbI 1 определяется конкретными обстоятельствамл. При необходимости "выбрать" неровности поверхности обьекта пластина 1 должна быть выполнена из достаточно толстого (несколько миллиметров или даже сантиметров) и пластичHого материала. В случаях, когда необходимо сохранить максимально неповрежденным поверхностный слой (биообьект) — пластина может быть выбрана дос; аточно тонкой (доли миллиметров) и при этом даже можно обойтись без магнитных элементов 14, так как роль последних состоит только в передаче магнитного поля от головки к поверхности обьекта, Выходы устройства можно рассматривать не только как входы блока 8 регистрации, позволяющего в данном случае отображать скорее качественную информацию, но и как входы в специализированную микроЭВМ, позволяющую реализовать алгоритмы количественных оценок (вычисление разности между теоретическим и измеренным значением сопротивления при заданных величинах магнитного поля и тока тестирования, построение трехмерных изображений на основе данных послойных измерений и пр.), Таким образом, использование предложенного устройства может позволить повысить эффективность импедансных методов неразрушающего контроля и медицинской диагностики.

Формула изобретения

1, Устройство для электрофизиологических исследований, содержащее мозаичнопрсводящую пластину, контактный элемент, связанный с системой сканирования, пассивный электрод, подключенный вместе с контактным электродом к усилите1616602

10 лю считывания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью регулирования глубины тестирования. контактный элемент выполнен в виде площадки из диэлектрического и немагнитного материала, на которой распо- 5 ложены активный и пассивный электроды, а также закрепленный на ней полюсами магнитопровод с обмоткой подмагничивания, подключенной к управляемому как по амплитуде, так и по частоте источнику напряже- 10 ния, причем электроды и полюса расположены по взаимно перпендикулярным осям площадки, параллельным осям сканирования, а мозаично-проводящая пластина снабжена магнитными вставками.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что магнитные вставки расположены рядами в направлении осей сканирования, при этом проводящие элементы размещены между рядами магнитных вставок.