Устройство для оценки состояния желудочно-кишечного тракта

Устройство для оценки состояния желудочно-кишечного тракта относится к медицинской технике, к диагностирущей аппаратуре, предназначенной для оценки структурно-функциональных изменений органов и тканей. Устройство состоит из источника питания, исполнительного механизма в виде многоэлектродного зонда и элемента идентификации, связанного через разъем с блоком обработки и отображения информации. Блок обработки и отображения информации устройства включает в себя: NAND запоминающее устройство, микроконвертор, формирователь тока, измерительный усилитель, интерфейс с ЭВМ, дисплей и клавиатуру. Причем формирователь тока выполнен в виде аналогового коммутатора, соединенного с источником тока, микроконвертор - в виде микроконтроллера, соединенного с АЦП и ЦАП, а измерительный усилитель выполнен в виде последовательно соединенных аналогового коммутатора, регулируемого усилителя и детектора, а элемент идентификации выполнен в виде микрочипа. Устройство имеет широкие диагностические возможности, простую конструкцию и безопасно в применении. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике, к диагностирущей аппаратуре, предназначенной для оценки структурно-функциональных изменений органов и тканей.

Известны устройства для оценки состояния органов человека [SU 1811379, RU 2103913, 2196505, 2252692].

Известно устройство для исследования гемодинамики - авт. свид. SU 959751, относящееся также к данной группе. Оно содержит ряд каналов и генератор переменного тока, элемент сравнения, выполненный в виде дифференцированного усилителя.

Однако оно достаточно громоздко за счет дублирования измерительных средств в каждом из каналов. Из-за наличия нелинейных элементов устройство не может быть прецизионным. Кроме того, требуемая поднастройка каналов не может быть приемлемой для современной медицинской аппаратуры.

Известно также устройство для исследования гемодинамики [RU 2019128], содержащее датчики реограммы, соединенные с реографом, датчики кардиограммы, соединенные с кардиографом, последовательно соединенные блок обработки, вычислитель и регистратор, аналого-цифровой преобразователь и блок памяти постоянных параметров, соединенный с вычислителем. Причем первый вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу реографа, второй вход - к выходу кардиографа, первый выход - к первому входу вычислителя, а второй выход - к входу блока обработки. Блок обработки включает в себя последовательно соединенные первую схему сравнения, первый вход которой является входом блока обработки, а второй вход соединен с первым выходом источника порогового напряжения, первый счетчик, блок параметров кардиограммы, второй вход которого соединен с вторым выходом первой схемы сравнения, а первый выход - с вторым входом вычислителя, делитель, первый вход которого соединен с вторым выходом блока параметров кардиограммы, а второй вход - с первым входом блока параметров кардиограммы и выходом первого счетчика, вторую схему сравнения, первый вход которой подключен к выходу делителя, второй вход соединен с вторым выходом источника порогового напряжения, а выход - с третьим входом вычислителя и входом второго счетчика, выходом подключенного к четвертому входу вычислителя.

Данное устройство не может осуществлять многоканальную импедансометрию, кроме того, не предусматривает мониторинг в течение продолжительного времени. Ни в одном из описанных устройств не предусмотрена возможность выполнения реографии.

Известно также «Мостовое устройство для многоточечного определения импедансных характеристик биообъектов» - патент RU 2104668, которое содержит генератор переменного напряжения, четырехплечую мостовую измерительную цепь, образованную первым, вторым и третьим элементами, первый и второй операционные усилители, два мультиплексора, масштабный усилитель, амплитудный выпрямитель, АЦП, вычислительное устройство, n-е число измерительных электродов для подключения объекта исследования в четвертое плечо.

Однако данное техническое решение достаточно громоздко и не соответствует современному уровню медицинской техники ни по возможностям объема памяти, ни по точности получаемой информации.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство, обеспечивающее осуществление оценки состояния желудочно-кишечного тракта (патент WO 2005/089648 А1, кл. А61D 5/11, 29.09.2005). Оно содержит источник питания, исполнительный механизм на многоэлектродном зонде, связанном с блоком обработки и отображения информации через разъем. В состав последнего входят процессор, запоминающее устройство, интерфейс с ЭВМ, дисплей и клавиатура, а также формирователь тока и измерительный блок.

Задачей заявляемого изобретения является возможность осуществления диагностики и оценки эффективности стимуляции после процесса лечения, а также сохранения результатов диагностики в памяти заявляемого устройства при осуществлении мониторинга.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в устройстве для оценки состояния желудочно-кишечного тракта, содержащем источник питания, исполнительный механизм в виде многоэлектродного зонда, связанный через разъем с блоком обработки и отображения информации, включающим запоминающее устройство, микроконтроллер, соединенный с АЦП и ЦАП, формирователь тока, измерительный блок, интерфейс с ЭВМ, дисплей и клавиатуру, формирователь тока выполнен в виде аналогового коммутатора, соединенного с источником тока, измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных аналогового коммутатора, регулируемого усилителя и детектора, а исполнительный механизм дополнен элементом контроля зонда на микрочипе, при этом аналоговые коммутаторы связаны с электродами многоэлектродного зонда.

Заявляется также устройство с вышеназванными признаками, в котором блок обработки и отображения информации имеет дополнительно элемент масштабирования, соединенный с источником питания, микроконтроллером и измерительным блоком.

Кроме того, заявляется устройство с вышеназванными признаками, в котором запоминающее устройство выполнено на базе микросхем NAND памяти.

Технический результат заявляемого устройства. Заявляемое устройство компактно, при необходимости - миниатюрно при простоте технического осуществления, технологично. Возможность анализировать состояние пациента может быть полностью детально и достоверно реализована. Технический результат изобретения заключается в возможности получения информации от одного заявляемого комплекса о величине импеданса и о микроциркуляции крови по результатам реографии. Наличие в заявляемом устройстве многоэлектродного зонда позволяет расширить технические возможности диагностики за счет одновременного снятия характеристик с нескольких точек исследуемой области. Введение микроконвертора в заявляемой схеме устройства позволяет отказаться от отдельных АЦП и ЦАП, увеличить скорость и объем обрабатываемой медицинской информации. Введение NAND запоминающего устройства, которое обеспечивает длительный мониторинг медицинских процессов за счет электронной памяти до 1 Гбайт, позволяет отнести заявляемое решение к классу устройств современного уровня. Введение элемента контроля зонда на микрочипе в исполнительный механизм позволяет осуществить автоматический контроль за выбором режимов. Оригинальная схема и связи ее составляющих блоков обеспечивают новый технический результат заявляемому медицинскому устройству.

NAND запоминающее устройство - NAND память - современный термин, раскрывающий класс устройств с энергонезависимой флеш-памятью. Потребность в энергонезависимой флеш-памяти растет пропорционально степени продвижения компьютерных систем в сферу мобильных приложений. Надежность, малое энергопотребление, небольшие размеры и незначительный вес являются очевидными преимуществами носителей на основе флеш-памяти в сравнении с дисковыми накопителями. С учетом постоянного снижения стоимости хранения единицы информации в флеш-памяти, носители на ее основе предоставляют все больше преимуществ и функциональных возможностей мобильным платформам и портативному оборудованию, использующему такую память. Среди многообразия типов памяти флеш-память на основе ячеек NAND является наиболее подходящей основой для построения энергонезависимых устройств хранения больших объемов информации [http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/publ/memory/index.htm].

Заявляемое устройство для оценки состояния желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) поясняется с помощью чертежа, на котором позициями 1-22 обозначены его блоки и элементы:

1 - исполнительный механизм;

2 - многоэлектродный зонд;

3 - элемент контроля зонда на микрочипе;

4 - разъем;

5 - блок обработки и отображения информации;

6 - формирователь тока;

7 - аналоговый коммутатор;

8 - источник зондирующего тока;

9 - измерительный блок;

10 - аналоговый коммутатор;

11 - регулируемый усилитель;

12 - детектор;

13 - микроконвертор;

14 - микроконтроллер;

15 - АЦП;

16 - ЦАП;

17 - источник питания;

18 - интерфейс с ЭВМ;

19 - дисплей;

20 - клавиатура;

21 - NAND запоминающее устройство;

22 - элемент масштабирования.

Устройство для оценки состояния ЖКТ состоит из исполнительного механизма 1, выполненного в виде многоэлектродного зонда 2 и элемента контроля зонда на микрочипе 3, соединенного через разъем 4 с блоком обработки и отображения информации 5, который содержит формирователь тока 6, аналоговый коммутатор 7, источник зондирующего тока 8, измерительный блок 9, включающий в себя аналоговый коммутатор 10, регулируемый усилитель 11, детектор 12, соединенные последовательно, микроконвертор 13, включающий в себя микроконтроллер 14, АЦП 15 и ЦАП 16, а также источник питания 17. Последний создает необходимое напряжение для питания перечисленных выше элементов и блоков: микроконвертора 13, формирователя тока 6, измерительного блока 9, интерфейса с ЭВМ 18, дисплея 19, NAND запоминающего устройства 21, элемента масштабирования 22. Соединение последних элементов и блоков осуществлено следующим образом: первый вход элемента масштабирования 22 соединен с выходом схемы измерительного блока 9, детектора 12 и первым каналом АЦП 15 микроконвертора 13, второй вход соединен с выходом ЦАП 16 микроконвертора 13, а выход - со вторым каналом АЦП 15 микроконвертора 13. Элемент контроля зонда на микрочипе 3 соединен через разъем 4 шиной с микроконвертором 13.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При включении источника питания 17, микроконвертор 13 устанавливает все блоки и элементы в исходное состояние, опрашивает элемент контроля зонда на микрочипе 3 исполнительного механизма 1, тестирует напряжения источника питания 17 и формирователь тока 6. При выявлении неисправности на дисплей 19 выводится соответствующее диагностическое сообщение, в противном случае выводится меню, предлагающее выбрать один из режимов работы, например диагностику или реографию, который выбирается нажатием соответствующих клавиш клавиатуры 20.

При работе в режиме диагностики многоэлектродный зонд 2 устанавливается в желудок, после чего происходит последовательное измерение импеданса зон, образованных парами электродов зонда 2. На выбранные электроды с помощью аналогового коммутатора 7 от источника зондирующего тока 8 формирователя тока 6 подается измерительный стабильный по амплитуде переменный ток в виде меандра, например, частотой 10 кГц и амплитудой до 0,6 мА или частотой 200 кГц и амплитудой до 1 мА. Измеряемое напряжение, снимаемое с этих же электродов многоэлектродного зонда 2, пропорциональное импедансу зоны, поступает на измерительный блок 9 и обрабатывается следующим образом. Через аналоговый коммутатор 10 измеряемое напряжение поступает на вход регулируемого усилителя 11, где оно усиливается до необходимого значения, преобразуется в постоянное напряжение детектором 12 и подается на первый вход АЦП 15 микроконвертора 13. АЦП 15 под управлением микроконтроллера 14 преобразует данное напряжение в цифровые данные, которые необходимы для расчета значения импеданса.

Расчет импеданса производится в каждой зоне для двух значений частот тока. В стандартном положении многоэлектродного зонда 2 девять его электродов располагаются вдоль всей малой кривизны желудка, а два электрода остаются в дистальной части пищевода. Низкочастотный импеданс позволяет судить об электропроводности внутрижелудочной среды, зависящей от секреторной активности и желудочной перистальтики. В этом режиме можно регистрировать гастроэзофагиальный рефлюкс.

При работе в режиме реографии происходит наблюдение за процессом изменения импеданса в выбранной зоне многоэлектродного зонда 2. В выбранную зону через аналоговый коммутатор 7 подается измерительный стабильный по амплитуде переменный ток в виде меандра частотой 200 кГц и амплитудой до 1 мА. Измеряемое напряжение, обработанное в измерительном блоке 9, как описано выше, поступает на первый вход элемента масштабирования 22, а на второй вход поступает напряжение смещения от ЦАП 16 микроконвертора 13. На вход управления элемента масштабирования 22 подаются данные для установки необходимого масштабного коэффициента от микроконвертора 13. Выделенное таким образом напряжение изменения импеданса с выхода элемента масштабирования 22 поступает на второй вход АЦП 15 микроконвертора 13. Преобразованное в цифровые данные напряжение изменения импеданса используется для визуального представления на дисплее 19 в виде реограммы.

В обоих режимах полученные данные сохраняются в NAND запоминающем устройстве 21, имеющем объем памяти, достаточный для записи получаемых таким образом значений в течение продолжительного периода времени - до суток и более. Такая возможность позволяет использовать устройство в автономном режиме без использования ЭВМ. В качестве NAND запоминающего устройства 21 могут быть использованы такие носители данных, как SD, ММС карты памяти и другие на базе микросхем NAND памяти.

Например, применяемый микроконвертор серии ADuC7020 фирмы Analog Device позволяет с успехом выполнять аппаратные и расчетные задачи.

Предложенное техническое решение реализуется в апробируемом образце устройства, в котором для получения диагностической информации использован многоэлектродный зонд, представляющий собой резиновую трубку с одиннадцатью электродами цилиндрической формы, соединенными с разъемом для подключения к блоку обработки и отображения информации. Устройство проходит клиническую апробацию в медицинском учреждении и предназначено для мониторинга внутрижелудочной среды посредством измерения высоко- и низкочастотного импеданса, а также внутрижелудочной реографии. По материалам предварительных экспериментальных и клинических наблюдений заявляемое устройство, укомплектованное аналогичными зондами, можно рекомендовать для обследования органов, имеющих сходное анатомическое строение, такие как мочеточники, маточные трубы, влагалище, кишечник. Изменение конструкции электродов значительно расширяет возможности устройства. Важными достоинствами заявляемого устройства являются широкие диагностические возможности, простота конструкции и управления, безопасность применения.

1. Устройство для оценки состояния желудочно-кишечного тракта, содержащее источник питания, исполнительный механизм в виде многоэлектродного зонда, связанный через разъем с блоком обработки и отображения информации, включающим запоминающее устройство, микроконтроллер, соединенный с АЦП и ЦАП, формирователь тока, измерительный блок, интерфейс с ЭВМ, дисплей и клавиатуру, отличающееся тем, что формирователь тока выполнен в виде аналогового коммутатора, соединенного с источником тока, измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных аналогового коммутатора, регулируемого усилителя и детектора, а исполнительный механизм дополнен элементом контроля зонда на микрочипе, при этом аналоговые коммутаторы связаны с электродами многоэлектродного зонда.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок обработки и отображения информации имеет дополнительно элемент масштабирования, соединенный с источником питания, микроконтроллером и измерительным блоком.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что запоминающее устройство выполнено на базе микросхем NAND памяти.