Устройство для обработки данных биохимических исследований

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сааайжебю СПУБЛИН% 011 е АВ ски тКИ ДАННИХ к вычислии может делениятивных велогических являетс цг. 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЭО 1(71) Первый Московский медицининститут им. И.М.Сеченова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБ БИОХЖПИЕГКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ (57) Изобретение относитс тельной технике и медицин быть использовано для опр содержания биологически а ществ в плазме крови и би тканях. Пелью изобретения 1) С 06 Р 15/42, С 01 И 33/4 2 повьппение эААективности за счет бескровного и бесконтактного определения концентрации биохимических веществ в биологических тканях. Устройство содержит: узел 1 ввода информации, включающий подложку 2 резонаторов и магниторезистивные резонаторы- преобразователи 3, 4; блок 5 управления, включающий генератор 6 эталонной частоты, узел 7 измерения тока генератора, коммутатор 8, узлы 9, 10 сдвига частоты, узел 11 установки частоты; блок 12 обрабо 1 ки, включающий усилители 13, 14, выпрямители 15, 16, интеграторы 17, 18, сумматор 19, ана.лого-циАровой преобразователь 20 ре- аЭ гистр 21, схему 22 сравнения с уставл кой, узел 23 задания уставки; блок 24 индикации, 1 з.п, А-лы, 3 ил.,табл, 1ЮИзобретение относится к вычислительной технике и медицине и можетбыть использовано для бескровного,бесконтактного определения содержаниябиологически активных веществ в плазме крови и биологических тканях,Пелью изобретения является повыше ние эААективности за счет бескровногои бесконтактного определения концентрации биохимических веществ в биологических тканях.Иа Лиг.1 представлена структурнаясхема предлагаемого устройства; наЛиг,2 - пример реализации узла ввода 15ИНФормации; на Лиг.3 - графическая зависимость изменения концентрации веществ в биологических тканях,Устройство содержит узел 1 вводаИноформации, включающий подложку 2 20резонаторов и магниторезистивные резонаторы-преобразователи 3, 4; блок 5управления, включающий генератор 6эталонной частоты, узел 7 измерениятока генератора, коммутатор 8, узлы 259, 10 сдвига частоты, узел 11 установки частоты; блок 12 обработки,включающий усилители. 13, 14, выпря мители 15, 16, интеграторы 17, 18,сумматор 19, аналого-циЬровой преобразователь 20, регистр 21, схему 22сравнения с уставкой, узел 23 заданияуставки; блок 24 индикации, изоляторы 25.Принцип действия Устройства Основан на определении амплитудной частотно-резонансной зависимости отконцентрации химического веществав биологических тканях, Экспериментально установлено например что40глюкоза изменяет электромагнитнуюпроницаемость биологических тканейв диапазоне резонансных частот 7,5 -10,5 МГц.Измерение концентрации веществ в 45биологических тканях (Фиг.3) осуществляется при изменении эталонной частоты (В) генератора и пропорционально этому частот (А и С) сдвига с помощью узла установки частоты до уров 50ня, при котором частота сдвига в сторону большей частоты (С) будет резонансной по Отношению к исследуемому веществу, При этом аплитуда резонанса сдвига в сторону большейчастоты (С ) возрастает, а в стороф 55ну меньшей частоты (А ) уменьшается.Разность амплитуд (Р) будет пропорциональна концентрации исследуемого вещества в тканях биологического объекта.Электромагнитная проницаемость тканей ло амплитудному уровню на различных частотах зависит от анатомогистологических и Аункциональных особенностей, что Отражается на достоверности результатов биохимических исследований. Для стандартизации исследований концентрацию веществ следует определять только при одинаковой амплитуде поглощения тканями эталонного электромагнитного сигнала или при условии равного этому суммарного поглощения тканями сигналов сдвига эталонного электромагнитного сткала, что задается генератором эталонной частоты и подложкоЙ резойаторов,а контролируется узлом измерения токагенератора.Использование в качестве элементов ввода Иноформации резонаторов-преобразователей, выполненных из эвтектического сплава на основе антимонида индия и антимонида никеля, позволяет благодаря микрокристаллической композиции получить высокую локальную напряженность электромагнитного излучения с исключительно глубокой проницавщей способностью. В результате этого кожные покровы, а также близлежащие подкожные соединительные и жировые ткани не оказывают влияния на точность и достоверность определения биохимических веществ. Кроме того, точность определения не зависитот степени контакта узла ввода инЬормации с поверхностью телУстройство работает следующим образом. Узел 1 ввода ИНФормации подводят к поверхности тела человека, прижимая покрытые изолятором 25 магниторезистивные резонаторы-преобразователи 3, 4 вплотную или устанавливая их на расстоянии 1-5 мм. С помощью узла 11, например, посредством переключения емкостных элементов генератора 6 и узлов 9 и 10 задают генератору 6 эталонную и резонансную с исследуемым веществом часто" ту. При этом узлом 9 задается сдвиг частоты в сторону больших частот в среднем на 5-151, а узлом 10 - на 5-15 в сторону меньшей частоты генератора 6.Сигнал сдвига частот по-;дается соответственно на вход магии" торезистивных резонаторог-преобразователей 3 и 4.30 5 164416Определение концентрации веществ реализуется при условии оптимального поглощения биологическими тканями электромагнитного излучения резонаторов узла 1 ввода информации. При этом ток генератора 6 возрастает до максимального значения, что контролируется узлом 7 измерения тока генератора. Возрастание тока генератора, преобразованное узлом 7 в соответствующее возрастание напряжения, подается на схему 22 сравнения с уставкой. Узлом 23 задают уровень срабатывания схемы 22 с целью обеспечения оптимального и строго определенного взаимодействия узла 1 с тканями тела пациента при повторном измерении и измерении у различных пациентов. 20При измерении концентрации, например, глюкозы смещают узлом 11 частоту генератора 6 и узлов сдвига таким образом, чтобы узел 9 и резонатор-преобразователь 3 были настроены25 на резонансную частоту глюкозы (8,8 - 8,2 МГц), а узел 10 и резонатор-преобразователь 4 - на меньшую частоту. При этом, чем больше содержание глюкозы в плазме крови, что является предопределяющим фактором, тем разница амплитуд сигнала узлов 9 и 10 и резонаторов-преобразователей 3 и 4 соответственно и пропорционально больше (и наоборот35 при обратном состоянии),Частотно-амплитудный сигнал через усилители 13, 14 и выпрямители 15, 16 поступает на интеграторы 17 и 18, которые преобразуют его в ана лого-амплитудный и подают на вход сумматора 19. На выходе сумматора 19 формируется сигнал, равный разности амплитуд сигналов, Формируемых резонаторами-преобразователями 3 и 45 4 и узлами сдвига. Сигнал с выхода сумматора 19 поступает через аналого-цифровой преобразователь 20 на регистр 21, запись на который разрешается только в момент оптимального 50) и калиброванного взаимодействия узла 1 с биологическими тканями, что опре. деляется с обеспечением управления) узлами 7, 23 и схемой 22.Записанное число отображается 55 блоком 24 индикации. Для следующего измерения достаточно приложить узел1 ввода информации к поверхности тела другого пациента, и сигнал оптимального взаимодействия запишет число, соответствующее уровню сахарав крови, в зависимости от резонанснойчастоты,на которую настроены генератор 6 и узлы 9, 10 узлом 11 установки частоты.В процессе экспериментальных исследований установлено, что однозначность и достоверность данных получается при условии равного от измерения к измерению суммарного поглощениятканями электромагнитного сигнала,т.е. обеих амплитуд сигналов резонансного сдвига. Степень поглощенияопределяется величиной тока генератора 6 эталонной частоты. При этомток генератора должен бить равнымпри каждом измерении, что и определяется следующим образом.Измеряют концентрацию глюкозы вкрови, например, экспресс-методом сиспользованием Аотометрической оценки зависимости цвета индикаторов отколичества глюкозы в крови. Одновременно с этим производят измерениепредлагаемым устройством. По результатам исследований устанавливаютуровень срабатывания схемы 22 на значения, оптимально близкие к данным,полученным известным методом,С цельв определения корреляционной зависимости изменений амплитудно-частотной характеристики тканейпри изменении концентрации глюкозыпроведены исследования на животных(белых крисах) следующим образом.Дляэтого выбирают участок поверхности кожи и прикладывают датчик, закрепляяего пружинящим устройством. Измеряют содержание глвкозы в крови известным кровавым методом и отстраивают,как описано выше, Внутривенно животному вводят глюкозу и определяют еесодержание в крови кровавым методоми в тканях животного предлагаемымустройством. Сопоставляют результаты исследований;Аналогично проведены исследованияс введением животному инсулина внутривенно и сопоставлены результаты,полученные кровавым способом даннымустройством. Различия данных не превышают 10-15 Х, что вполне достаточнодля применения в целях предварительной экспресс-диагностики,Устройство может быть использовано для бескровной и бесконтактнойоценки концентрации сахара в крови всистеме массового обследования на-, селения для выявления явного или скрытого диабета, а также выявления контингента больных, которым необходимо проведение более детального обследования, Кроме того, устройство может быть использонано в качестве индивидуального прибора для ношения больными сахарным диабетом с целью определения необходимого для введения количества инсулина, а также в системе искусственной поджелудочной железы в качестве устройства управления.15Высокая эКектинность устройства и достоверность определения сахара в крови подтверждена 30 сравнительными исследованиями, которые показали, что данное устройство позволяет бескровно определять концентрацию сахара н крови с ошибкой, не преньппающей 8-14% при Р = 0,05, что вполне допустимо для широкого клинического использования. В таблице 25 приведены некоторые сравнительные данные определения концентрации сахара в крови с помощью данного устройстна и известного кровавого метода.30 Определение сахара в крови, мг.Х кровавым методом предлагаемымустройством.35 130 70 105 145 70 120 75 85 150 60 40 Формула изобретения1. Устройство для обработки данных биохимических исследований, содержащее блок обработки, включающий аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с информацион О ным входом регистра, выход которого является выходом устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности за счет . бескровного и бесконтактного определения концентрации биохимических веществ н биологических тканях, н него введены узел ввода информации, блок управления, включающий генератор эталонной частоты, коммутатор, узелизмерения тока генератора, дна узласдвига частоты и узел установки частоты, а н блок обработки введеныдва усилителя, дна выпрямителя, дваинтегратора, сумматор, схема сравнения с устанкой и узел задания уставки, причем выходы узла установкичастоты блока управления соединены сустановочными входами первого и второго узлов сдвига частоты и генератора эталонной частоты соответственно,контрольный вход генератора эталонной частоты соединен с первым выходомузла измерения тока, генератора, второй выход которого соединен с первымвходом схемы сравнения с уставкойблока обработки, второй вход которойсоединен с выходом узла задания устанки, выходы генератора эталоннойчастоты соединены с входами узла измерения тока генератора и коммутатора соответственно, выходы коммутатора подключены к информационным входам первого и второго узлов сдвигачастоты соответственно, первые выходы первого и второго узлов сдвигачастоты соединены. с входами первогои второго усилителей блока обработкии с первым и вторым входами узлаввода информации, вторые выходы первого и второго узлов сдвига частотысоединены с третьим входом узла ввода.информации, выход схемы сравнения суставкой блока обработки соединен свходом записи регистра, выход первого усилителя через последовательносоединенные первый выпрямитель и первый интегратор соединен с входом первого слагаемого сумматора, выход второго усилителя через последовательно соединенные второй выпрямитель ивторой интегратор подключен к входувторого слагаемого сумматора, выходкоторого подключен к входу аналогоцифрового преобразователя,12. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что узел ввода информации содержит подложку резонаторов и два магниторезистивных резонатора-преобразователя, которые выполнены из эвтектнческого магниторезистивного сплава и в виде резонаторных пластин наклеены, например, на покрытую изолятором подложку из пермаллоя, залиты слоем лака и покрыты защитным пластиком.одписное тент Ужгор ул, Гагарина, 101 Заказ 1462 Тираж 431ВНИИПИ Государственного комитета113035, Москва, Ж оизводственно-издательский комбин изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС Раушская наб., д. 4/5