способ определения ph-активности биологически активной среды

Классы МПК:A61B5/04 измерение биоэлектрических сигналов организма или его частей
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО ТГТУ (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-04-14
публикация патента:

Изобретение относится к области медицины. Для определения pH-активности биологической среды проводят измерения электродами с высоким внутренним сопротивлением электрических параметров исследуемой среды по установившемуся потенциалу измеряемого сигнала, соответствующему физико-химическому составу среды. Сигналы формируют из динамической разности потенциалов между измерительным и сравнительным электродами измерительной ячейки за счет накопления ионов на измерительном электроде. Нормируют информативные параметры: постоянную времени и установившийся потенциал по линеаризующему алгоритму их расчета за счет введения образцовой среды с известными информативными параметрами, которые регистрируют по интервалам времени от начала измерения нижнего порога до достижения верхнего порогового значения в каждом цикле измерения. Исследуемую величину установившегося значения pH определяют по интервалам времени в коде и известных информативных параметров образцовой среды. Способ повышает точность определения pH-активности биологической среды за счет введения образцовой среды с нормированными параметрами и двух порогов. 4 фиг., 1 табл.

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Формула изобретения

Способ определения pH-активности биологической среды за счет измерения электродами с высоким внутренним сопротивлением электрических параметров исследуемой среды по установившемуся потенциалу измеряемого сигнала, соответствующему физико-химическому составу среды, который формируют из динамической разности потенциалов между измерительным и сравнительным электродами измерительной ячейки за счет накопления ионов на измерительном электроде и регистрируют по интервалам времени от начала измерения до достижения верхнего порогового значения в каждом цикле измерения, начало цикла измерения организуют за счет достижения амплитуды измеряемого сигнала уровня нижнего порогового значения после принудительного разряда в момент достижения его амплитуды верхнего порогового значения в конце предыдущего цикла измерения, отличающийся тем, что нормируют информативные параметры: постоянную времени и установившийся потенциал по линеаризующему алгоритму их расчета за счет введения образцовой среды с известными информативными параметрами, которые регистрируют по интервалам времени от начала измерения нижнего порога до достижения верхнего порогового значения в каждом цикле измерения, исследуемую величину установившегося значения pH определяют по интервалам времени в коде относительно интервала времени в коде и известных информативных параметров образцовой среды.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к медицинской технике, в частности к измерению концентрации ионов водорода pH.

Известен способ [см. патент № 2110207, кл. А61В 5/00 от 10.05.1998], заключающийся в определении кислотности желудочного содержимого. Для определения кислотности пациенту перорально вводится тест-драже и по степени увеличения амплитуды реогепатографических комплексов и снижения базового импеданса судят о величине кислотной продукции желудка. Недостатком данного способа является низкая точность за счет инвазивных измерений.

Существует способ [см. патент № 6355158, кл. G01N 27/31 от 12.03.2002], заключающийся в измерении pH в средах, содержащих белок, основанный на применении нестеклянного ионоселективного электрода с полимерной мембраной.

Недостатком способа является низкая точность, обусловленная неопределенностью вычисления эквипотенциальной точки.

За прототип принят зонд для определения pH-активности пищеводно-желудочного тракта [см. патент № 4952282, кл. А61В 5/03 от 1994.01.15], содержащий эластичную трубку, на рабочем конце которой установлены измерительный и сравнительный электроды на постоянном токе, измеряющие pH.

Недостатком прототипа является отсутствие нормированных измерений на образцах при постоянном токе, который требует эквипотенциальной точки как меры отсчета кислотности.

Технической задачей способа является уменьшение метрологической и инструментальной погрешностей.

Поставленная техническая задача достигается следующим образом.

В способе определения pH-активности биологической среды за счет измерения измерительными и сравнительными электродами, изолированными друг от друга с высоким внутренним сопротивлением, электрических параметров среды по установившемуся потенциалу измеряемого сигнала, соответствующему физико-химическому составу среды, в отличии от известных решений вводят образцовую среду, которую с исследуемой средой регистрируют по интервалам времени от начала измерения до достижения порогового значения в каждых циклах измерения, измеряемые сигналы формируют из динамической разности потенциалов между измерительными и сравнительными электродами измерительной ячейки за счет накопления ионов на измерительном электроде, начало циклов измерений организуют за счет достижения амплитуд измеряемых сигналов уровня нижнего порогового значения после принудительного разряда в момент достижения их амплитуд верхнего порогового значения в конце предыдущих циклов измерения, исследуемую величину установившегося значения pH определяют по интервалам времени в коде относительно интервала времени в коде образцовой среды.

Предлагаемый способ поясняют фиг.1-4 на уровне временных диаграмм (Фиг.1), динамических характеристик (Фиг.2) и оценки эффективности (Фиг.3 и 4).

Определяют pH-активность биологической среды за счет измерения измерительными и сравнительными электродами, изолированными друг от друга с высоким внутренним сопротивлением, электрических параметров среды по установившемуся потенциалу измеряемого сигнала, соответствующему физико-химическому составу среды. Вводят образцовую среду, которую с исследуемой средой регистрируют по интервалам времени от начала измерения до достижения порогового значения в каждых циклах измерения (Фиг.1). Измеряемые сигналы формируют из динамической разности потенциалов между измерительными и сравнительными электродами измерительной ячейки за счет накопления ионов на измерительном электроде. Начало циклов измерений организуют за счет достижения амплитуд измеряемых сигналов уровня нижнего порогового значения U01 после принудительного разряда в момент достижения их амплитуд верхнего порогового значения U02 в конце предыдущих циклов измерения. Исследуемую величину EpH установившегося значения pH определяют по интервалам времени способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 12 в коде N, относительно интервала времени способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 0 в коде N0 образцовой среды.

Длительности импульсов способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 1 и способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 2 (см. Фиг.1) равняется:

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

где способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 1 - длительность импульса до нижнего порога, способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 2 - длительность импульса для верхнего порога, U01, U02 - нижний и верхний пороги и напряжения соответственно, Т - постоянная времени, EpH - установившееся значение напряжения, соответствующее определяемому значению pH.

Широта импульсного сигнала способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 12 находится как разность длительности импульсов верхнего способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 2 и нижнего способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 1 порогов

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Согласно формулам (1) и (2) широта импульсного сигнала для исследуемого материала будет рассчитываться как:

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Для нахождения информативных параметров Т и Е вводят образцовую среду (Фиг.1) с известными информативными параметрами T и Е0. Сопоставим исследуемую способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 12 и эталонную способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 0 широту импульсного сигнала, для этого составим систему, используя формулу (3).

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Известно, что код N=F0способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 , тогда для предложенного способа, умножив правую и левую части уравнений системы (4) на F0 (с учетом, что F 0T=Nmax), получим:

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Из второго уравнения системы (5) выразим Nmax:

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Преобразуя первое уравнение системы (5), получаем:

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 ,

а после экспоненцирования следует

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Опустив несложные преобразования, найдем информативный параметр EpH:

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

По установившемуся потенциалу EрH определяем искомую величину pH:

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

где: pHи и Еи - координаты изопотенциальной точки электродной системы; S0 - чувствительность электродной системы при 0°С; способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 - температурный коэффициент чувствительности; t - температура исследуемого раствора.

Докажем метрологическую эффективность предлагаемого способа по динамической и методической погрешностям.

1. Определим динамическую погрешность предлагаемого способа, которую несложно оценить по широте импульсной динамической характеристики.

По измеряемой широте импульсов предлагаемого способа найдем параметры E* , Т* и построим моделируемую кривую U* (фиг.2), где 1 - исследуемая кривая, 2 - моделируемая кривая.

Сравним исследуемую U кривую (фиг.2, кривая 1) с моделируемой U* кривой (фиг.2, кривая 2):

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Динамическую погрешность определим по относительной величине:

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Результаты оценки погрешности приведены на фиг.3.

Анализ фиг.3 показывает, что погрешность не превышает 1,5%, так как ширина импульса не превышает постоянной времени Т=0,018.

2. Оценим методическую погрешность предлагаемого способа.

Для доказательства эффективности рассчитаем информативный параметр EpH:

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Найдем эффективность, которая рассчитывается через нелинейность:

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Рассчитаем нелинейность способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 преобразования:

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Оценим методическую погрешность способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 :

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Данные, полученные в ходе вычислений выражения (12), оформим в виде таблицы.

N0/N max0,5 0,6 0,70,8 0,91 1,11,2 1,31,4 1,5
способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 0,62 0,75 0,860,92 0,961 0,970,94 0,910,99 0,99
способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 38 2514 84 03 69 11

По данным таблицы построим график (Фиг.4).

Например, для погрешности способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 1 прототипа, равной 10% (Фиг.4), получим диапазон 0.85-1.15. Оценим эффективность предлагаемого способа по диапазону

D1=1,5-0,85=0,3; D2=1,5-0,5=1; где D1 - диапазон прототипа, D - диапазон предлагаемого способа.

способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530

Получаем, что предлагаемый способ по расширению диапазона эффективнее прототипа в 3,33 раза. При этом погрешность способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 1=10, а погрешность способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 2 предлагаемого способа не превышает 1%. способ определения ph-активности биологически активной среды, патент № 2442530 , т.е. эффективность повышается на порядок.

Таким образом, введение образцовой среды с нормированными параметрами и двух порогов в предлагаемом способе позволяют в 10 раз повысить точность предлагаемого решения по отношению к прототипу.

Класс A61B5/04 измерение биоэлектрических сигналов организма или его частей

устройство для измерения электрических параметров участка тела человека -  патент 2522949 (20.07.2014)
способ контроля жизнеспособности паренхиматозного органа, подлежащего трансплантации -  патент 2519943 (20.06.2014)
способ прогнозирования риска развития рассеянного склероза у больных с оптическим невритом -  патент 2517587 (27.05.2014)
способ и устройство для оценки риска сердечно-сосудистых осложнений -  патент 2508904 (10.03.2014)
т-образный монополярный игольчатый электрод для регистрации электрической активности органов желудочно-кишечного тракта животных -  патент 2499549 (27.11.2013)
способ коррекции мелкой моторики с использованием сенсорных перчаток -  патент 2494670 (10.10.2013)
способ проведения анестезии при рентгенэндоваскулярных операциях у детей на сердце и крупных сосудах (варианты) -  патент 2485980 (27.06.2013)
способ диагностики холагенной диареи -  патент 2475182 (20.02.2013)
способ оценки психофизиологического состояния организма человека -  патент 2472429 (20.01.2013)
электродное устройство -  патент 2469642 (20.12.2012)
Наверх