Диагностирующий и лечебный комплекс с электромагнитным излучением

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам, аппаратам, комплексам для диагностики и физиотерапии, и может быть использовано в амбулаториях, лечебных стационарах, центрах терапии, а также в научно-исследовательских медицинских, биохимических, фармацевтических и фармакопейных производственных подразделениях в качестве диагностирующих устройств, проверяющих по характеристикам радиоотклика, например, наличие активных составляющих во времени в лечебных средствах, в которых необходимо контролировать состав ингредиентов и т.д. Техническим результатом является создание многофункционального комплекса, сочетающего в себе одновременно диагностические и лечебные функции. Комплекс включает КВЧ-генератор с широкополосной антенной, приемник электромагнитного сигнала, блок питания, ЭВМ, пульт управления, содержащий контроллер, соединенный со входом КВЧ-генератора программируемый источник питания, в качестве приемника электромагнитного сигнала используют приемную антенну, соединенную с СВЧ-радиометром, выполненным с дешифратором команд управления коэффициентом усиления на СВЧ, постоянной времени накопления и динамическим диапазоном усиления на СВЧ, а пульт управления дополнительно включает аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) клавиатуры и шину команд для соединения контроллера с дешифратором и программируемым источником питания, при этом аналоговый выход радиометра соединен с входом АЦП, связанного с контроллером, с которым связаны также клавиатура и ЭВМ, последняя соединена коаксиальной линией для передачи данных в последовательном коде и оснащена операционной системой для анализа фрагментов спектра измеряемого сигнала и сравнения его с образцами из библиотеки эталонов, причем все блоки комплекса, за исключением ЭВМ, помещены в экранирующий электромагнитное излучение бокс. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам, аппаратам, комплексам для диагностики и физиотерапии. Может быть использовано в амбулаториях, стационарах, центрах радиоволновой терапии, а также в научно-исследовательских медицинских, биохимических, фармацевтических и фармакопейных подразделениях в качестве анализирующих устройств, проверяющих по спектральным характеристикам радиоотклика, например, наличие активных составляющих во времени в лечебных средствах, контролирующих состав ингредиентов в лечебных препаратах и т.д.

Известны аппараты для магнитолазерной терапии [патенты RU 2072879 и 2143293]. Аппарат по патенту RU 2143293, кроме того, осуществляет и функции диагностики. Названные устройства содержат функционально взаимосвязанные терминал и пульт управления, соединенные между собой электрическим кабелем. Установка в насадке терминала фотоприемника, связанного с индикатором, находящимся на пульте управления, обеспечивает фотоэлектрическую регистрацию светового излучения, отраженного от облучаемого биологического объекта, а установка в той же насадке непрерывно излучающих светодиодов совместно с полупроводниковым лазерным излучателем приводит к смешению их световых излучений в излучающем раскрыве лицевой части терминала и дает возможность равномерно воздействовать как на поверхностные, так и на глубоко лежащие ткани облучаемого биологического объекта. В данный аппарат для магнитолазерной терапии [патент RU 2072879] введен модулятор-формирователь импульсов, подключенный к полупроводниковому лазерному излучателю.

В аппарате для диагностики и магнитолазерной терапии [патент RU 143293] имеется терминал светодиодов, фотодиод, лазерный излучатель, источник постоянного магнитного поля, одна сторона представляет лицевую часть терминала, пульт управления, содержащий блоки цифровой и звуковой индикации, источник питания светодиодов, источник питания лазерного излучателя, синхронизатор, селектор R рубцов, формирователь пачек импульсов, переключатель, дисплей, усилитель сигналов сердечного ритма. Отличием данного аппарата является то, что пульт управления содержит микропроцессор, блок адаптации, блок переключения режимов, соединенный с входом коммутации микропроцессора. Отличием является и то, что терминал дополнительно содержит фотоприемник, второй переключатель, дополнительный фотодиод, камеру, которая размещена между внутренними поверхностями источника постоянного магнитного поля, лазерный излучатель и дополнительный фотодиод установленный в источник постоянного магнитного поля, и через второй переключатель подключен к фотоприемнику, к которому через второй переключатель подключен и фотодиод, установленный в камере, микропроцессор, соединенный с блоком цифровой индикации, источник питания лазерного излучателя, при этом запускающий вход микропроцессора через первый переключатель подключен к запускающему входу аппарата, а информационный вход-выход микропроцессора через блок адаптации подключен к информационному входу аппарата.

Однако у данных устройств ограничено быстродействие и функциональные возможности, а также недостаточно высоки точность и достоверность.

Наиболее близким к заявляемому устройству является аппарат для диагностики и полифакторной физиотерапии [патент RU 2167686 МПК А61 N 5/06]. Он содержит базовый блок, состоящий из основного облучающего терминала ИК-диапазона и пульта управления, связанных между собой, дополнительный терминал ИК-диапазона, несколько дополнительных лазерных терминалов, выполненных с возможностью облучения и приема отраженного излучения для разных частот оптического диапазона, терминал диапазона КВЧ, ультразвуковой терминал, элементы для проведения экспресс-диагностики. Указанные терминалы и элементы экспресс-диагностики связаны с пультом управления через соответствующий разъем и выполнены с возможностью проведения плановой и экспресс-диагностики, воздействия на биологические объекты одновременно или последовательно во времени, получения информации на дисплее персонального компьютера и сравнения информации о состоянии больного до начала и после завершения физиотерапевтического воздействия.

Однако получаемая в ходе экспресс-диагностики информация связана только с поверхностью тела и не имеется возможности принимать электромагнитные сигналы от внутренних органов тела пациента. Такая диагностика основывается на косвенных признаках. Несмотря на присутствие ультразвукового терминала, обладающего способностью принимать отраженные сигналы от внутренних органов, наиболее близкий аналог может обеспечить только структурную визуализацию.

Задачей изобретения является создание многофункционального аналитического комплекса, сочетающего в себе одновременно диагностические и лечебные функции.

Сущность изобретения заключается в том, что в диагностирующий и лечебный комплекс с электромагнитным излучением, содержащий КВЧ-генератор с широкополосной антенной, приемник электромагнитного сигнала, блок питания, ЭВМ, пульт управления, включающий контроллер, введен программируемый источник питания, соединенный со входом КВЧ-генератора, в качестве приемника электромагнитного сигнала используют приемную антенну, соединенную с СВЧ-радиометром, выполненным с дешифратором команд управления коэффициентом усиления на СВЧ, постоянной времени накопления и динамическим диапазоном выходных сигналов, а пульт управления дополнительно включает аналого-цифровой преобразователь, клавиатуру и шину команд для соединения контроллера с дешифратором и программируемым источником питания, при этом аналоговый выход радиометра соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, связанного с контроллером, с которым связана также клавиатура и ЭВМ, последняя соединена коаксиальной линией для передачи данных в последовательном коде и оснащена операционной системой для анализа фрагментов спектра измеряемого сигнала и сравнения его с образцами из библиотеки эталонов, причем все блоки комплекса, за исключением ЭВМ, помещены в экранирующий электромагнитное излучение бокс.

Заявляется также выполнение АЦП в диагностическом и лечебном комплексе со всеми вышеперечисленными признаками в виде АЦП контроллера.

Кроме того, заявляется выполнение приемной антенны в диагностическом и лечебном комплексе с вышеперечисленными признаками в виде антенны планарной конструкции аппликаторного типа.

Заявляется, кроме того, анализирующий и лечебный комплекс со всеми вышеназванными признаками, у которого шина команд, введенная в пульт управления, выполнена с возможностью переключения управляемых блоков.

Диагностирующий и лечебный комплекс иллюстрируется с помощью фиг.1 и 2, на которых представлена блок-схема комплекса в целом (фиг.1) и его пульта управления (фиг.2), где позициями 1-16 обозначены детали и блоки заявляемого комплекса.

Заявляемый комплекс состоит из СВЧ-радиометра 1 с дешифратором команд 2, вход которого соединен с аппликаторной антенной 3, а аналоговый выход радиометра подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5 контроллера 4, клавиатуры 6, и пульта управления 7. Управляющие выходы контроллера 4 соединены с шиной команд 8. Она введена в комплекс для передачи команд управления соответствующим блокам. Клавиатура 6 соединена с контроллером 4. Шина команд 8 подключена к управляющим входам программируемого источника питания 9, соединенного с КВЧ-генератором 10, к выходу которого присоединена широкополосная антенна 11. Персональная ЭВМ 12 соединена с контроллером 4 коаксиальной линией для передачи данных в последовательном коде. Пациент и все блоки комплекса, за исключением персональной ЭВМ 12, размещаются в экранированном боксе 13. Экранировка необходима для защиты от электромагнитных помех, поскольку СВЧ-радиоотклики сравнимы по величине с уровнем радиотеплового фона. В заявляемом комплексе управляемыми блоками являются: СВЧ-радиометр 1, контроллер 4, программируемый источник питания 9, КВЧ-генератор 10. Для надежного приема радиооткликов требуется применение высокочувствительных приемников (10^-15Вт), способных работать при условии высокой экранировки от радиопомех. По той же причине вынесена за пределы экранированного бокса персональная ЭВМ, излучающая радиочастотные помехи в широкой полосе. Блоки комплекса, размещенные внутри экранированного бокса, имеют надежную экранировку, фильтры в цепях питания и помех не излучают. В состав СВЧ-радиометра 1 входит дешифратор команд 2 управления рабочими параметрами, такими как коэффициент усиления на СВЧ, постоянная времени накопления, динамический диапазон выходных сигналов. Это - отличительная особенность СВЧ-радиометра. К его входу подключена приемная аппликаторная антенна 3. СВЧ-радиометр 1 выполнен в дециметровом диапазоне радиоволн по традиционной, например, модуляционной схеме. Основные рабочие параметры конкретного СВЧ-радиометра, вошедшего в схему заявляемого и экспериментально апробированного комплекса, следующие: флуктуационная чувствительность - 0,1 К, полоса принимаемых частот - от 985 до 1015 МГц, постоянная времени накопления - от 0,1 до 10 с. Принципы построения СВЧ-радиометров 1, описанные в литературе, распространяются на данный радиометр.

Контроллер 4 может быть выполнен на базе серийных микропроцессоров с модулями памяти, регистрами обмена, блоком питания 15, портами для подключения информационных и командных шин.

Аналого-цифровой преобразователь 5 дополняет блок-схему, являясь необходимым элементом преобразования сигнала радиоотклика в цифровую форму. Он может быть выполнен в виде самостоятельного блока-схемы, в экспериментальном образце помещен в схему контроллера.

Для ручного управления использована стандартная клавиатура 6.

Программируемый источник питания 9 имеет линейный стабилизатор напряжения и модуль цифрового управления выходным напряжением, особенностью которого является минимизация по шумам и пульсациям. Наличие программируемого источника питания 9 - одна из важнейших особенностей заявляемого устройства, позволяющая перевести устройство по уровню выполняемых задач в вышестоящий класс приборов для радиоспектроскопии.

КВЧ-генератор 10 выполнен, например, на диоде Ганна, размещенном в отрезке желобкового волновода и подключенном к питанию через микрополосковый фильтр низких частот. Широкополосная антенна 11 представляет собой многослойную диэлектрическую линзу, согласованную с выходом желобкового волновода.

Приемная аппликаторная антенна 3 имеет планарную конструкцию и выполнена в экспериментальном образце заявителя из фольгированного диэлектрика - ФЛАН-30 с диэлектрической проницаемостью (ДП), близкой по величине к ДП тканей организма человека, и на частотах приема имеет значение около 30. Топология антенны, относящейся к антеннам магнитного типа, состоит из 2 или 3 петель, закороченных на экран. Антенна хорошо согласована с телом человека в широкой полосе частот, перекрывающей полосу приема СВЧ-радиометра 1 и обладает круговой поляризацией.

К персональной ЭВМ 12 не предъявляется особых требований. В экспериментальном образце ее функцию, например, обеспечивает ЭВМ класса Pentium III. Емкость жесткого диска должна обеспечивать хранение необходимого объема информации, зависящего от количества обследуемых пациентов и срока хранения полученной информации. В примере заявителя емкость жесткого диска 40 Гб. Пульт управления 7 (фиг.2) состоит из контроллера 4 на базе микропроцессора с панорамным жидкокристаллическим дисплеем, стандартной клавиатуры 6, с помощью которой осуществляется выбор режимов работы, аналого-цифрового преобразователя 5, блока звуковой сигнализации 14 и блока световой сигнализации, срабатывающих по командам контроллера, блока питания 15. Все блоки пульта управления могут быть размещены, например, в одном металлическом корпусе, а входы и выходы снабжены проходными фильтрами нижних частот.

Работает заявляемое устройство следующим образом. После подключения комплекса к сети переменного тока все его блоки и функциональные элементы автоматически устанавливаются в исходное состояние за 20 мин. Работа начинается с выбора одного из основных режимов - анализа или терапии. Если с клавиатуры 6 включен режим анализа, контроллер 4 начинает выдавать команды на программируемый источник питания 9. С выхода программируемого источника питания 9 стабилизированное напряжение поступает на КВЧ-генератор 10. С выхода КВЧ-генератора излучение поступает на широкополосную антенну 11 и направляется на выбранную область тела пациента. СВЧ-сигнал радиоотклика из облучаемой области тела падает на приемную аппликаторную антенну 3. С выхода антенны сигнал поступает на вход СВЧ-радиометра 1, где преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное величине радиоотклика, и поступает на аналоговый вход АЦП 5 контроллера 4. Там сигнал преобразуется в цифровую форму и запоминается. После этого контроллер 4 дает команду на выполнение очередного измерения и формирует следующий код, поступающий через шину команд 8 на вход программируемого источника питания 9. Так, шаг за шагом, снимается спектр радиоотклика с тела пациента. В процессе снятия спектров по командам контроллера 4, поступающим по шине команд 8 на вход дешифратора СВЧ-радиометра 1, выполняется коррекция рабочих параметров радиометра - постоянной времени накопления сигналов и интервала измеряемых мощностей. Это позволяет получить максимальную детальность спектров в широком динамическом диапазоне изменений мощности радиоотклика. Контроллер 4 выполняет первичную обработку снятого спектра и выводит в виде диаграммы на свой экран вместе с соответствующим эталонным спектром. Далее оператор может повторить снятие спектра или же отправить полученный результат на анализ в персональную ЭВМ 12. Она оснащена операционной системой, позволяющей анализировать фрагменты полученного спектра и сравнивать их с образцами из библиотеки эталонов. Имеется возможность дополнять операционную систему новыми алгоритмами химического анализа или медицинской диагностики в процессе ведения научных исследований.

Если с клавиатуры 6 включить режим терапии, то на экране контроллера 4 появится рабочее меню с перечнем органов и распространенных заболеваний. После выбора курсором нужного пункта запускается сеанс терапии. Контроллер 4 задает длительность сеанса и в течение этого времени подает соответствующие алгоритму команды на вход программируемого источника питания 9, стабилизированное напряжение которого питает КВЧ-генератор 10. С генератора 10 через широкополосную антенну электромагнитные волны направляются на тело пациента. Завершение процедуры терапии сопровождается звуковыми и световыми сигналами от блоков 14 и 16.

Медико-социальный эффект заявляемого изобретения в том, что данное устройство расширяет ассортимент современной наукоемкой медицинской техники, относящейся к классу компьютерной медико-биологической электроники.

Многофункциональность изобретения, широкий диапазон возможностей - от диагностики до лечения, а также функции анализирующего медицинские препараты средства, делают его незаменимым в наборе аппаратурных средств и медицинского оснащения больниц, специализированных центров и других подразделений. Данное устройство позволяет повысить качество обслуживания пациентов и качество работы медицинского персонала.

Формула изобретения

1. Диагностирующий и лечебный комплекс с электромагнитным излучением, содержащий КВЧ-генератор с широкополосной антенной, приемник электромагнитного сигнала, блок питания, ЭВМ, пульт управления, включающий контроллер, отличающийся тем, что в него введен программируемый источник питания, соединенный со входом КВЧ-генератора, в качестве приемника электромагнитного сигнала используют приемную антенну, соединенную с СВЧ-радиометром, выполненным с дешифратором команд управления коэффициентом усиления на СВЧ, постоянной времени накопления и динамическим диапазоном выходных сигналов, а пульт управления дополнительно включает аналого-цифровой преобразователь, клавиатуру и шину команд для соединения контроллера с дешифратором и программируемым источником питания, при этом аналоговый выход радиометра соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, связанного с контроллером, с которым связаны также клавиатура и ЭВМ, последняя соединена коаксиальной линией для передачи данных в последовательном коде и оснащена операционной системой для анализа фрагментов спектра измеряемого сигнала и сравнения его с образцами из библиотеки эталонов, причем все блоки комплекса, за исключением ЭВМ, помещены в экранирующий электромагнитное излучение бокс.

2. Диагностический и лечебный комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве АЦП используют АЦП контроллера.

3. Диагностический и лечебный комплекс по пп.1 и 2, отличающийся тем, что приемная антенна выполнена в виде антенны планарной конструкции аппликаторного типа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2