Способ исследования состояния мозга и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к медицине, а именно к нефрологии и нейрохирургии, и может найти применение при исследовании структурно-функциональных изменений мозга. Технический результат - расширение возможностей применения за счет проведения исследования неинвазивным методом. Способ исследования состояния мозга путем импедансометрии тканей мозга выполняют электромагниторезонансным способом на трех частотах. На низшей частоте измеряют объемный импеданс головы при помещении головы пациента в поле катушки индуктивности, обмотка которой размещена на цилиндрическом каркасе. На средней частоте измеряют объемный импеданс участков головы при наложении на эти участки катушки индуктивности, обмотка которой размещена на плоском изогнутом каркасе. На высшей частоте измеряют объемный импеданс участков головы при наложении на эти участки катушки индуктивности, обмотка которой размещена на плоском каркасе. В каждом случае измерения определяют активную и реактивную составляющие импеданса, производят сравнение полученных результатов с контрольными, по разности параметров определяют состояние тканей мозга на разных частотах. Устройство для осуществления этого способа содержит генератор синусоидальных колебаний, датчиковое устройство и регистратор. Потенциальный выходной вывод генератора соединен с потенциальным входным выводом датчикового устройства посредством конденсатора. Датчиковое устройство выполнено в виде параллельного колебательного контура и содержит обмотку измерительной катушки индуктивности, конденсатор постоянной емкости и два конденсатора переменной емкости. Все элементы соединены параллельно. Выводы колебательного контура соединены с входом буферного усилителя, выход которого соединен с входом регистратора. Выводы колебательного контура посредством двух конденсаторов соединены с дополнительными клеммами, к которым при помощи проводников подключаются измерительные металлические электроды. Последовательно выводам колебательного контура включена цепь, состоящая из последовательно соединенных переменного резистора и двухпозиционного переключателя. Устройство снабжено тремя катушками индуктивности, из которых первая выполнена в виде цилиндрической катушки, обмотка которой размещена на каркасе из твердого диэлектрика, имеющего в сечении круглую или овальную форму. Вторая катушка содержит обмотку в виде спирали, размещенную на плоском изогнутом каркасе, выполненном из твердого диэлектрика в виде радиально расположенных лепестков с зазором, провод обмотки поочередно огибает соседние лепестки с противоположных сторон, число лепестков нечетное. Третья катушка содержит обмотку в виде спирали, размещенную на плоском каркасе из твердого диэлектрика, выполненном в виде радиально расположенных лепестков с зазором, провод обмотки поочередно огибает соседние лепестки с противоположных сторон, число лепестков нечетное. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии и нейрохирургии, и может найти применение при исследовании структурно-функциональных изменений мозга.

Известен способ исследования состояния мозга, который осуществляется путем установления за больным до, в процессе комплексного лечения и в последующем периоде динамического наблюдения, включающего клиническое, электрофизиологическое, рентгенологическое, в том числе компьютерно-томографическое, исследования [1].

Однако известный способ исследования состояния мозга может быть осуществлен только в крупных медицинских центрах.

Наиболее близким является способ исследования состояния мозга путем раздельной импедансометрии [2,3,4].

Сущность способа заключается в том, что при исследовании состояния мозга измеряют активное и реактивное /емкостное/ сопротивления между электродами, которые имплантированы в мозг в различные зоны.

Измерение импеданса производят на двух частотах: 20 и 200 кГц. Недостатком способа являются ограниченные возможности, которые определяются необходимостью имплантации электродов, а также ограниченным числом измерений.

Задача изобретения - расширение возможностей путем проведения исследования неинвазивным методом.

Это достигается тем, что в способе исследования состояния мозга путем импедансометрии тканей мозга, согласно предмету изобретения исследования выполняют элеткромагниторезонансным способом на трех частотах при помощи трех индуктивных датчиков, при исследовании измеряют объемный импеданс головы на низшей частоте при помещении головы пациента в поле катушки индуктивности, обмотка которой размещена на цилиндрическом каркасе, на средней частоте измеряют объемный импеданс участков головы при наложении на эти участки катушки индуктивности, обмотка которой размещена на плоском изогнутом каркасе, на высшей частоте измеряют объемный импеданс участков головы при наложении на эти участки катушки индуктивности, обмотка которой размещена на плоском каркасе, на трех частотах измеряют приповерхностный импеданс при наложении на поверхность головы внешних металлических электродов, в каждом случае определяют активную и реактивную составляющие импеданса, производят сравнение полученных результатов с контрольными, по разности параметров определяют состояние тканей мозга.

В устройстве для осуществления способа исследования состояния мозга, содержащего генератор синусоидальных колебаний, датчиковое устройство и регистратор, согласно предмету изобретения датчиковое устройство выполнено в виде параллельного колебательного контура, содержащего обмотку катушки индуктивности, конденсатор постоянной емкости и два конденсатора переменной емкости, при этом выводы обмотки и выводы всех конденсаторов соединены параллельно и подключены к входным клеммам дополнительного буферного усилителя, выход которого соединен с входом регистратора, выходная потенциальная клемма генератора посредством конденсатора соединена с потенциальным выводом колебательного контура, выводы которого посредством двух конденсаторов соединены с дополнительными клеммами и с выводами дополнительной цепи, состоящей из соединенных последовательно переменного резистора и двухпозиционного переключателя.

Предлагаемое устройство снабжено тремя катушками индуктивности, из которых первая выполнена в виде цилиндрической катушки, обмотка которой размещена на каркасе из твердого диэлектрика, имеющего в сечении круглую или овальную форму, вторая катушка содержит обмотку в виде спирали, размещенную на плоском изогнутом каркасе, выполненным из твердого диэлектрика в виде радиально расположенных лепестков с зазором, провод обмотки поочередно огибает соседние лепестки с противоположных сторон, число лепестков нечетное, третья катушка содержит обмотку в виде спирали, размещенную на плоском каркасе из твердого диэлектрика, выполненным в виде радиально расположенных лепестков с зазором, провод обмотки поочередно огибает соседние лепестки с противоположных сторон, число лепестков нечетное.

Устройство снабжено металлическими электродами с ограничителями, выполненными из твердого диэлектрика, при этом электроды при помощи гибких проводников имеют возможность соединения с дополнительными клеммами.

Сущность изобретения состоит в том, что исследование ткани мозга осуществляют без гальванического контакта на трех разных частотах электромагниторезонансным способом при помощи трех индуктивных датчиков [5,6]. При исследовании ткань мозга размещается в электромагнитном поле измерительной катушки. На резонансной частоте колебательного контура определяются величины активной и реактивной составляющих методом замещения. Полнота информации обеспечивается измерением импеданса на трех разных частотах и необходимым числом измеряемых участков мозга. Дополнительную информацию о состоянии тканей мозга получают путем измерения приповерхностного импеданса при помощи внешних электродов, которые подключены параллельно выводам колебательного контура. Измерение проводят на резонансной частоте.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для исследования состояния мозга; на фиг. 2 - измерительная катушка с плоским диэлектрическим каркасом.

Предлагаемое устройство содержит генератор синусоидальных сигналов на три фиксированные частот 1, к выходу которого посредством конденсатора 2 подключен потенциальный вывод датчикового устройства 3. Датчиковое устройство 3 содержит измерительную катушку индуктивности 4, конденсатор постоянной емкости 5 и два конденсатора переменной емкости 6 и 7. Выходные выводы датчикового устройства 3 соединены с входом буферного усилителя 8, вывод которого соединен с входом регистратора 9. Параллельно выходным клеммам датчикового устройства 3 включена цепь, содержащая переменный резистор 10 и двухпозиционный переключатель 11. Выходные клеммы датчикового устройства 3 посредством конденсаторов 12 и 13 соединены с дополнительными клеммами 14 и 15, к которым при помощи гибких проводников подключаются металлические электроды 16 и 17.

Устройство снабжено комплектом из трех измерительных катушек индуктивности. Первая катушка выполнена на цилиндрическом каркасе, который имеет круглую или овальную форму в сечении. Катушка содержит однослойную обмотку, выполненную проводом марки ЛЭПКО 20 х 0,07.

Добротность обмотки 200-300 ед. Катушка работает в диапазоне частот 300-350 кГц. Катушка предназначена для измерения объемного импеданса всей головы на низшей частоте.

Вторая катушка содержит плоский каркас, выполненный из высокодобротного твердого диэлектрика 18 /см. фиг. 2/ в виде лепестков, расположенных радиально с зазорами, и обмотку 19. Обмотка 19 выполнена в виде спирали. Провод каждой спирали поочередно огибает все лепестки, при этом от витка к витку провод огибает то одну, то другую сторону каждого лепестка каркаса. Каркас 18 изогнут по одной из осей на угол 40-60^o. Обмотка выполнена проводом марки ЛЭПКО 20 х 0,07. Добротность обмотки 200 - 300 ед.

Общее число лепестков равно М, где М = 5, 7, 9 ... нечетное число. Наружный диаметр каркаса 150 мм, минимальный диаметр первого витка 40 мм.

Третья катушка содержит плоский каркас из высокодобротного твердого диэлектрика в виде лепестков, расположенных радиально с зазорами, и обмотку. Обмотка выполнена в виде спирали и намотана аналогично, как и на второй катушке.

Устройство снабжено металлическими электродами 16 и 17, которые изготовлены из латуни и покрыты серебром или золотом. Диаметр электродов 1,5-2 мм. Электроды запрессованы в круглые стержни из твердого диэлектрика диаметром 10-15 мм. Выступающая часть электрода из диэлектрика равна 1 мм. Стержень одновременно выполняет роль ограничителя. К электроду припаян гибкий проводник, который размещается внутри стержня. Длина стержня 50 - 100 мм.

Устройство работает следующим образом.

Голова пациента размещается внутри первой измерительной катушки. От генератора 1 подается на датчик 3 сигнал низшей частоты постоянного уровня. Изменяя емкость переменного конденсатора 6, настраивают колебательный контур в резонанс с частотой генератора F₁, что фиксируется измерительным прибором регистратора 9 по максимальному отклонению стрелки прибора. Фиксируется величина напряжения. Конденсатор переменной емкости 7 снабжен шкалой и указателем. Перед измерением указатель устанавливается на отметку 0.

Измерительная катушка снимается с головы пациента и устанавливается на неметаллический стол. Изменяя емкость конденсатора 7, настраивают вновь колебательный контур в резонанс с частотой генератора F₁.

Фиксируется резонанс по максимальному отклонению измерительного прибора. По шкале конденсатора 7 фиксируется величина вносимой емкости биологического объекта C_BH. Замкнув контакты переключателя 11, к выводам колебательного контура подключают переменный резистор 10, который снабжен шкалой и указателем. Изменяя величину сопротивления, устанавливают по прибору величину напряжения, равную напряжению на колебательном контуре с головой пациента, размещенной в катушке.

По шкале считывают величину вносимого сопротивления R_BH. Фиксируют величину R_BH. C_BH является величиной вносимой емкости биологической ткани головы /емкостная составляющая объемного импеданса всей головы/. R_BH является величиной вносимого сопротивления биологической ткани головы /активная составляющая объемного импеданса всей головы/.

К устройству подключают вторую катушку. Катушку накладывают на участок головы /лоб, центр головы и т.д./, подстелив при этом под катушку бумажную салфетку. Подают от генератора сигнал средней частоты. Проводят операцию измерения по вышеуказанной методике на каждом из участков головы.

К устройству подключают третью катушку. Катушку накладывают на исследуемый участок головы. Подают от генератора сигнал высшей частоты. Проводят операцию измерения по вышеуказанной методике на каждом из участков головы.

К устройству подключают электроды. Измерение величины импеданса может производится на любой из частот. Электроды накладываются на голову. К устройству подключают соответствующую катушку. В комплект устройства могут входить три катушки, выполненные на броневых сердечниках и имеющие параметры, аналогичные трем основным катушкам.

Изменяя емкость конденсатора 6, настраивают колебательный контур в резонанс с частотой генератора F₁/F₂ или F₃/. Фиксируется величина напряжения. Электроды снимаются с головы пациента.

Изменяя емкость конденсатора 7, настраивают вновь колебательный контур в резонанс с частотой генератора. По шкале конденсатора 7 фиксируется величина вносимой емкости. Замкнув контакты переключателя 11, проводят измерение величины вносимого сопротивления.

Изменяя величину сопротивления резистора 10, устанавливают величину выходного напряжения, равную величине напряжения с электродами, установленными на голове. По шкале считывают величину вносимого сопротивления. Фиксируют величину R_ВН.

В этом случае C_ВН является вносимой емкостью, /реактивная составляющая/, R_BH - вносимым сопротивлением /активная составляющая/ приповерхностного импеданса.

Устройство содержит аккумуляторный блок питания, что позволяет использовать устройство в машинах скорой помощи. В этом случае достаточно иметь в комплекте первую и вторую измерительные катушки.

Для исследования пациентов разных возрастных групп при измерении импеданса всей головы в комплект устройства могут входить измерительные катушки с разными диаметрами каркасов, например 160, 180, 200 и 220 мм. Выбором диаметра провода и соответствующей намоткой можно получить очень близкие параметры у всех катушек.

Процесс измерения импеданса, особенно ее активной составляющей, можно упростить следующим образом.

Установив соответствующую измерительную катушку в устройство регулятором выходного напряжения генератора, устанавливают максимальное напряжение по индикатору регистратора. Предварительно колебательный контур настраивается в резонанс с частотой генератора.

Затем подключают к контуру переменный резистор 10. Изменяя величину сопротивления резистора, фиксируют уровень выходного напряжения по индикатору регистратора и соответствующую этому уровню величину сопротивления Таким образом составляются таблицы уровней напряжения по индикатору и соответствующие этим уровням величины сопротивлений для каждой из катушек.

В дальнейшем при исследовании предварительно без пациента после установки измерительной катушки и настройки контура в резонанс с частотой генератора регулятором выходного уровня генератора устанавливается максимальный уровень по индикатору регистратора, затем катушка устанавливается на голову пациента. Колебательный контур настраивается в резонанс с частотой генератора. Фиксируют уровень выходного напряжения и по таблице для данной катушки определяют величину активного вносимого сопротивления биологического объекта.

Способ исследования состояния мозга осуществляется следующим образом. Первоначально подбирается группа здоровых пациентов разных возрастных групп. Проводится измерение составляющих импеданса мозга у всех пациентов на трех частотах.

Устанавливаются контрольные границы величин активного сопротивления и емкости для разных возрастных групп.

Проводится измерение величин активного сопротивления и емкости у больных. При этом фиксируются величины сопротивлений и емкости как головы, так и отдельных ее участков на разных частотах.

Определяется разность между величинами контрольной и измеряемой.

По величине разности диагностируется состояние тканей мозга.

Предлагаемый способ исследования состояния мозга и устройство для его осуществления прошли экспериментальную проверку в отделениях неврологии и нейрохирургии Омской областной клинической больницы. Испытания подтвердили высокую информативность способа, простоту осуществления. Способ имеет высокие эксплуатационные возможности, позволяет проводить исследования как в дооперационный период, так и после операции при наличии повязок.

Способ безболезненный и безвредный.

Источники информации: 1. Авторское свидетельство СССР N 1820328, кл. G 01 N 33/53, опубликовано 07.06.93. Бюл. N 21. А.Ю.Савченко и Ю.В.Редькин //Способ прогнозирования прогрессии энцефалопатии при церебральных глиомах.

2. Т. М.Сергиенко и О.А.Лапоногов /Импедансометрия в нейрохирургической практике // Вопросы нейрохирургии. М.: 1989, N 4, с. 34-36.

3. Т. М.Сергиенко и др. /Дифференциальная диагностика и лечение отека и набухания головного мозга// Вопросы нейрохирургии, М.: 1990, N 4, с. 6-8.

4. Т.М.Сергиенко и др. /Динамический контроль выраженности отека и набухания мозга методом раздельной импедансометрии у больных с тяжелой черепно-мозговой травмой // Вопросы нейрохирургии. М.: 1990, N 5, с. 10-13.

5. Патент РФ N 1827160, кл. A 61 B 5/00, опубл. 1990. Бюл. N 3. А.В.Лысов, Л.А.Ситко и Д.С.Рябоконь /Способ определения первичного очага в костном мозгу длинных трубчатых костей и устройство для его осуществления.

6. Патент РФ N 2102002, кл. A 61 B 5/0245, опубл. 1998. Бюл. N 2. Д.С. Рябоконь и др. /Реоплетизмограф.

7. Д. С. Рябоконь /Импедансометрия живых тканей биологических объектов //Техника радиосвязи. Выпуск 2, Омск, 1995, с. 176-182.

Формула изобретения

1. Способ исследования состояния мозга путем импедансометрии тканей мозга, отличающийся тем, что исследования выполняют электромагниторезонансным способом на трех частотах, на низшей частоте измеряют объемный импеданс головы при помещении головы пациента в поле катушки индуктивности, обмотка которой размещена на цилиндрическом каркасе, на средней частоте измеряют объемный импеданс участков головы при наложении на эти участки катушки индуктивности, обмотка которой размещена на плоском изогнутом каркасе, на высшей частоте измеряют объемный импеданс участков головы при наложении на эти участки катушки индуктивности, обмотка которой размещена на плоском каркасе, на трех частотах измеряют приповерхностный импеданс при наложении на поверхность головы внешних металлических электродов, в каждом случае определяют активную и реактивную составляющие импеданса, производят сравнение полученных результатов с контрольными, по разности параметров определяют состояние тканей мозга.

2. Устройство для исследования состояния мозга, содержащее генератор синусоидальных колебаний, датчиковое устройство и регистратор, отличающееся тем, что датчиковое устройство выполнено в виде параллельного колебательного контура, содержащего обмотку катушки индуктивности, конденсатор постоянной емкости и два конденсатора переменной емкости, при этом выводы обмотки и выводы всех конденсаторов соединены параллельно и подключены к входным клеммам дополнительного буферного усилителя, выход которого соединен с входом регистратора, выходная потенциальная клемма генератора посредством конденсатора соединена с потенциальным выводом колебательного контура, выводы которого посредством двух конденсаторов соединены с дополнительными клеммами и с выводами дополнительной цепи, состоящей из соединенных последовательно переменного резистора и двухпозиционного переключателя.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что снабжено тремя катушками индуктивности, из которых первая выполнена в виде цилиндрической катушки, обмотка которой размещена на каркасе из твердого диэлектрика, имеющего в сечении круглую или овальную форму, вторая катушка содержит обмотку в виде спирали, размещенную на плоском изогнутом каркасе, выполненном из твердого диэлектрика в виде радиально расположенных лепестков с зазором, провод обмотки поочередно огибает соседние лепестки с противоположных сторон, число лепестков нечетное, третья катушка содержит обмотку в виде спирали, размещенную на плоском каркасе из твердого диэлектрика, выполненном в виде радиально расположенных лепестков с зазором, провод обмотки поочередно огибает соседние лепестки с противоположных сторон, число лепестков - нечетное, устройство снабжено металлическими электродами с ограничителями, выполненными из твердого диэлектрика, при этом электроды при помощи гибких проводников имеют возможность соединения с дополнительными клеммами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2