устройство для неинвазивной экспресс-диагностики

Формула изобретения

1. Устройство для неинвазивной экспресс-диагностики, включающее базу данных из ячеек с возможностью подключения каждой ячейки через коммутатор к контуру, содержащему последовательно соединенные первый электрод, блок анализа измеряемого тока, источник питания и второй электрод, а также блок управления, отличающееся тем, что каждая ячейка выполнена с поляритонной структурой, соответствующей спектральной характеристике электромагнитного излучения определенного химического вещества или биологического агента, при этом блок анализа измеряемого тока выполнен с возможностью временного хранения информации, а блок управления - с возможностью индикации и обработки информации, причем он соединен с блоком анализа измеряемого тока с коммутатором базы данных.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в него дополнительно введен компьютер с программным обеспечением, соединенный с блоком управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской и ветеринарной технике и может быть использовано в устройствах для неинвазивной экспресс-диагностики, применяемых при определении наличия в исследуемом объекте, преимущественно в организме человека или животного, какого-либо биологического агента, например вируса или бактерии, или химического вещества, например наркотика или алкоголя.

Известно устройство для неинвазивной экспресс-диагностики, содержащее источник питания, измерительный блок и электроды с соединителем для подключения тестирующих элементов, выполненных в виде микрорезонансных контуров (см. авт. св. СССР 1600696, кл. А 61 В 5/05, 1990). В известном устройстве источник питания выполнен со стабилизатором тока, а измерительный блок - в виде измерителя электропроводности, подключенного к сигнальным выходам стабилизатора.

Недостатком известного устройства является значительная продолжительность во времени процесса диагностики, что сопряжено с необходимостью определения оптимальных точек акупунктуры на исследуемом объекте, и низкая точность диагностики вследствие воздействия внешних полей на точки акупунктуры.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство для неинвазивной экспресс-диагностики, содержащее электроды, источник, измеритель и блок управления, подключенный к входу блока электронного коммутатора, соединенного с базой данных (см. патент СССР 1787016, кл. А 61 В 5/05, 1993). В известном устройстве база данных исполнена в виде набора микрорезонансных контуров, каждый из которых выполнен в виде легкоплавкого вещества, соответствующего определенному медикаментозному препарату. При эксплуатации устройства происходит подключение различных микрорезонансных контуров к точкам акупунктуры пациента.

Недостатком известного устройства является низкая скорость процесса проведения неинвазивной диагностики, поскольку перед началом измерений приходится определять месторасположение точек акупунктуры на исследуемом объекте, и при этом используются вспомогательные блоки. Кроме того, известное устройство имеет низкую точность диагностики, обусловленную использованием микрорезонансного контура. Поэтому значительный круг различных вирусов, бактерий и других биологических агентов не может быть диагностирован при использовании известного устройства.

Задачей изобретения является повышение точности диагностики, быстродействия устройства при одновременном расширении его функциональных возможностей.

Решение указанной задачи обеспечивается устройством неинвазивной экспресс-диагностики, содержащим базу данных с коммутатором, состоящую из ячеек, каждая из которых выполнена с поляритонной структурой, соответствующей спектральной характеристике электромагнитного излучения определенного химического вещества и(или) биологического агента и с возможностью подключения к контуру, содержащему последовательно соединенные первый электрод, блок анализа измеряемого тока, выполненный с возможностью временного хранения информации, источник питания и второй электрод, а также блок управления, который выполнен с возможностью индикации и обработки информации и соединен с блоком анализа измеряемого тока и с коммутатором базы данных.

Кроме того, в устройство дополнительно введен компьютер с программным обеспечением, соединенный с блоком управления.

На чертеже приведена блок-схема заявленного устройства, которое содержит электроды 1, 2, блок 3 анализа измеряемого параметра тока, базу данных 4, состоящую из ячеек с поляритонными структурами, каждая из которых соответствует спектральной характеристике электромагнитного излучения определенного вида биологического агента или химического вещества, снабженную коммутатором (не указан), блок 5 обработки управления, и источник 6 питания, персональный компьютер 7, исследуемый объект 8. В устройстве последовательно соединены первый электрод 1, блок 3 анализа измеряемого параметра, источник 6 питания и второй электрод 2, образующие контур тока. База данных 4 через коммутатор соединена с контуром тока. Блок 5 управления соединен базой данных 4 и с персональным компьютером 7.

В заявленном устройстве источник 6 питания предпочтительно выполнять в виде источника опорного напряжения, снабженного регулятором выходного напряжения (не указан), что позволяет устанавливать величину постоянного или переменного тока, пропускаемого через исследуемый объект, из условия обеспечения наилучшего информационного отклика. Блок 3 анализа измеряемого параметра, выполненный с возможностью временного хранения информации предпочтительно выполнять на микропроцессорах, входы и выходы которых соединены в том числе с блоком управления 5. Для подключения определенной ячейки из базы данных 4 в контур тока используется коммутатор, который предпочтительно выполнять электронным, что способствует повышению быстродействия устройства. Блок 5 управления выполнен с возможностью обработки информации и индикации и содержит микропроцессоры с программным управлением, монитор и пульт управления с клавиатурой. Персональный компьютер 7, соединенный с блоком 5, снабжен соответствующим программным обеспечением.

В заявленном устройстве база данных 4 выполнена в виде ячеек с поляритонными структурами. Как известно поляритоны представляют собой смешанные состояния, образованные возбуждением твердого вещества и электромагнитным полем (см. Р. Нокс, "Теория экситонов", М., из-во "Мир", 1966, с. 9-115, 202). Различают экситонные, фононные, плазмонные и другие поляритоны малого среднего и большого радиусов, при этом они имеют поверхностные аналоги. В состав поверхностного поляритона входит поперечное магнитное поле с электрическим полем периодическим вдоль поверхности возбужденного твердого вещества. Каждая ячейка с поляритонной структурой формируется путем предварительной регистрации соответствующей спектральной характеристики электромагнитного излучения определенного вида химического вещества или биологического агента и последующей определенной технологической обработки составляющих ячейку элементов. Ячейка с поляритонной структурой содержит по крайней мере два элемента, один из которых является изолятором, а другой - проводником. Ячейка может быть выполнена многослойной. В качестве проводника в ячейке может использоваться, например, серебро или алюминий. Ячейка с поляритонной структурой может быть выполнена, например, в виде алюминия зафиксированного на основе из монооксида кремния.

Ячейки с поляритонной структурой могут быть изготовлены различными способами, например, путем записи электрически скомпенсированных образований. С этой целью через ячейку перпендикулярно чередующимся слоям полупроводник-диэлектрик или металл-диэлектрик направляется электрический импульс с крутизной фронта, обеспечивающей преимущественное тунелирование носителей, квантованных (модулированных) за счет взаимодействия со специально подготовленной средой, располагаемой на расстоянии не более 50 мм от проводника электрической цепи.

Режим тунелирования подбирается таким образом, чтобы в структуре полупроводника или диэлектрика происходили структурные изменения, отражающие характер квантования носителей.

Информационная (поляритонная) структура ячейки по имеющимся данным сохраняется в течение более чем 3-5 лет при условии хранения и использования при комнатной температуре (не выше 150^oС) и без внешнего энергетического воздействия, например, энергией, соответствующей ультрафиолетовому спектру (В. П. Иванов, В.П. Шелохвостов, С.А. Луканцов, "Применение метода электронно-оптического муара для визуализации и анализа полей различной физической природы"// журнал Вестник ТГТУ, 2000, т.5, вып. 2-3, стр. 342-344), В.П. Иванов и др. "Измерение втационарного электрического поля методом электронно-оптического муара"// Вестник ТГТУ, 1999, т.5, 2).

Ячейки с различными поляритонными структурами служат в устройстве своеобразными зондами, при помощи которых в исследуемом объекте, например в организме человека или животного, выявляется наличие определенного химического вещества или биологического агента. Ячейки с поляритонными структурами обладают малой инерционностью, что способствует повышению быстродействия устройства.

Устройство работает следующим образом. Электроды 1 и 2 размещают на исследуемом объекте 8 в произвольных зонах. Поскольку не требуется предварительно определять месторасположение акупунктурных точек, процесс экспресс-диагностики существенно сокращается и соответственно повышается быстродействие устройства. От источника 6 опорного напряжения на электроды 1 и 2 подается стабильное напряжение и через исследуемый объект пропускают постоянный ток, величина которого обычно составляет 2-15 мкА и выбирается из условия обеспечения наилучшего информационного отклика. Компьютер 7 формирует команду управления и после обработки входного сигнала с блока 5 управления поступает команда на электронный коммутатор базы данных 4, который подключает к контуру тока ячейку с поляритонной структурой, соответствующую определенному виду биологического агента или химического вещества, наличие которого требуется определить в исследуемом объекте. Из ячейки базы данных в контур тока поступает динамическая характеристика возбужденного состояния поляритонной структуры подключенной ячейки. При наличии в исследуемом объекте биологического агента или химического вещества, соответствующего подключенной ячейке, динамическая характеристика вызовет увеличение тока, величина которого оцифровывается и проходит предварительную обработку в блоке 3. После прохождения через блок 5, где осуществляется первичная обработка информации, сигнал поступает в персональный компьютер 7, где проводится окончательная его обработка программным обеспечением компьютера. Разработан алгоритм работы указанных блоков. На основании соответствия между параметрами динамической характеристики поляритонной структуры подключенной ячейки и изменением величины измеряемого тока диагностируют наличие в исследуемом объекте химического вещества или биологического агента, соответствующего подключенной ячейке. Результат отображается на мониторе блока 5 и может быть занесен в базу данных компьютера 7.

Опытные образцы заявленного устройства успешно прошли испытания на базе Гематологического Научного Центра РАМН с проведением контрольных исследований в Институте микробиологии им. Гамалеи.

В сравнении с известным заявленное устройство обладает более высокой скоростью проведения неинвазивной экспресс-диагностики, так как при его эксплуатации не требуется проведения операций по определению месторасположения акупунктурных точек на исследуемом объекте и общая продолжительность процесса диагностики сокращается. Заявленное устройство в сравнении с известным обладает расширенными функциональными возможностями. Возможность размещения электродов устройства в произвольных зонах исследуемого объекта позволило существенно расширить круг биологических агентов и химических веществ, наличие которых с помощью заявленного устройства может диагностироваться в составе исследуемого объекта, например в организме животного. В сравнении с известными методами существенно повысилась точность диагностики при использовании заявленного устройства, которая составляет не менее 97%. Особенно эффективно применение заявленного устройства при детектировании заболеваний в экстренной хирургии и интенсивной терапии, а также при проведении оперативного обследования больших контингентов людей или животных при минимальных затратах средств и времени.