Повышение эффективности анализа состояния биологических объектов

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Пензенский государственный университет

Медицинский институт

Лечебный факультет

Специальность «Медицинская кибернетика»

Повышение эффективности анализа состояния биологических объектов

Баланюк К.В., студентка

Горохова И.Ю., студентка

Карнаухов В.В., студент

г. Пенза, Российская Федерация

Аннотация

В статье представлена разработка, которая может использоваться в медицинской практике, и предназначена для диагностики состояний биологических объектов (тканей, органов, биологических жидкостей и др.).

Ключевые слова: контактный кондуктометрический преобразователь, электрохимический датчик.

Существующий контактный кондуктометрический преобразователь для регистрации процессов, которые протекают на границе электрод-жидкость [1], не обладает достаточной точностью, необходимой для диагностики состояний биологического объекта.

Существует устройство, которое используется для прогнозирования динамики воспалительного процесса [2]. Оно наиболее схоже с данной разработкой.

Разработка содержит электрохимический датчик с двумя плоскопараллельными электродами, источник стабилизированного тока, соединенный первым выходом с общей шиной, вторым выходом - с первым входом ключа, выход которого подключен к входу первого порогового элемента и через первый участок цепи - к первому электроду датчика, второй электрод датчика через второй участок цепи подключен к общей шине, схему управления, подключенную первым входом к кнопке "Пуск", первым выходом ко второму входу ключа, вторым выходом ко второму входу измерителя временных интервалов, причем выход первого порогового элемента подключен к первому входу измерителя временных интервалов, второй пороговый элемент, вход которого через первый участок цепи подключен к первому электроду зонда, а выход к третьему входу измерителя временных интервалов[3].

Но прибор имеет низкую эффективность, так как для того, чтобы оценить состояние биологического объекта на разных энергетических уровнях, нужно подстроить прибор для каждого уровня, это способствует увеличению погрешности и увеличивает длительностьпроцесса.

Данная разработка направлена на решение проблемы, связанной с повышением достоверности и эффективности оценки состояния биологического объекта, а так же для получения информации за короткий срок, что является следствием увеличения числа измерений в единицу времени.

Это становится возможным, так как в устройство для диагностики состояния биологических объектов, содержащее зонд с двумя электродами, источник стабилизированного тока, соединенный первым выходом с общей шиной, вторым выходом с первым входом ключа, выход которого подключен к первому входу первого порогового элемента и через первый участок цепи к первому электроду зонда, второй электрод зонда через второй участок цепи подключен к общей шине, схему управления, подключенную первым входом к кнопке "Пуск", первым выходом ко второму входу ключа, вторым выходом ко второму входу измерителя временных интервалов, причем выход первого порогового элемента подключен к первому входу измерителя временных интервалов, первый вход второго порогового элемента через первый участок цепи к первому электроду зонда, а выход - к третьему входу измерителя временных интервалов, согласно предлагаемому изобретению дополнительно введены: устройство записи и считывания информации, подключенное первым входом к кнопке "Опрос", вторым входом к третьему выходу схемы управления, блок памяти, один вход которого соединен с выходом устройства записи и считывания информации, а информационные шины с информационными выходами-входами измерителя временных интервалов, второй вход схемы управления подключен к третьему входу измерителя временных интервалов, формирователь энергетических уровней, первый выход которого соединен со входом источника стабилизированного тока и со вторыми входами первого и второго пороговых элементов, а второй вход с четвертым выходом схемы управления, токовый корректор, выход которого соединен с первым входом формирователя энергетических уровней [8].

Внедрение новых составляющих и элементов дает возможность уменьшить продолжительность оценивания состояния биологического объекта.

Устройство (рисунок 1) содержит кнопки "Пуск" и "Опрос", 1 - схему управления, 2 - источник стабилизированного тока, 3 - ключ, 4 - измеритель временных интервалов, 5 - первый пороговый элемент, 6 - второй пороговый элемент, 7 - устройство записи и считывания информации, 8 - блок памяти, 9 - формирователь энергетических уровней, 10 - зонд, содержащий первый и второй электроды, 11 - I-й участок цепи, 12 - II-й участок цепи, 13 - токовый корректор [4].

Рисунок 1 - Структурная схема предлагаемого устройства

медицинский экспресс диагностика биологический объект

При этом источник стабилизированного тока 1 соединен первым выходом с общей шиной, вторым выходом с первым входом ключа 3, выход которого подключен к первому входу первого порогового элемента 5 и через первый участок цепи 11 - к первому электроду зонда 10, второй электрод зонда 10 через второй участок цепи 12 подключен к общей шине, схема управления 1 подключена первым входом к кнопке "Пуск", первым выходом ко второму входу ключа 3, вторым выходом ко второму входу измерителя временных интервалов 4, причем выход первого порогового элемента 5 подключен к первому входу измерителя временных интервалов 4, первый вход второго порогового элемента 6 через первый участок цепи 11 к первому электроду зонда 10, а выход к третьему входу измерителя временных интервалов 4, устройство записи и считывания информации 7 подключено первым входом к кнопке "Опрос", вторым входом к третьему выходу схемы управления 1, блок памяти 8, один вход которого соединен с выходом устройства записи и считывания информации 7, информационные шины блока памяти 8 соединены с информационными выходами-входами измерителя временных интервалов 4, второй вход схемы управления 1 подключен к третьему входу измерителя временных интервалов 4, первый выход формирователя энергетических уровней 9 соединен с входом источника стабилизированного тока 2 и со вторыми входами первого 5 и второго 6 пороговых элементов, а второй вход формирователя энергетических уровней 9 с четвертым выходом схемы управления 1, выход токового корректора 13 соединен с первыми входом формирователя энергетических уровней 9 [5].

Работа осуществляется в следующем порядке. Токовый корректор 13 переключателем устанавливается в режим соответствующего биологического объекта (ткань, органы, биологические жидкости и др.). При этом токовый корректор 13 выдает сигнал в виде опорного напряжения на вход формирователя энергетических уровней 9. Зонд 10 вводят в исследуемый биологический объект. При нажатии кнопки "Пуск" схема управления 1 обнуляет показания измерителя временных интервалов 4 и вырабатывает команду для формирователя энергетических уровней 9, который в свою очередь формирует на выходе 1, с учетом установки токового корректора 13, напряжение, соответствующее первому энергетическому уровню. Это напряжение подается на регулирующий вход управляемого напряжением источника стабилизированного тока 2 и на входы, формирующие нижний и верхний уровни срабатывания в пороговых элементах 5 и 6. Со схемы управления 1 включается ключ 3, ток с источника стабилизированного тока 2 поступает через ключ 3 на первый участок цепи 11, зонд 10, второй участок цепи 12 и общую шину. При подаче тока на электроды начинается процесс заряда двойного электрического слоя до уровня напряжения, определяемого межэлектродным сопротивлением зонда 10, после чего начинается фарадеевский процесс и скорость изменения напряжения резко снижается. При достижении на зонде 10 напряжения нижнего уровня срабатывает первый пороговый элемент 5, который запускает измеритель временных интервалов 4. При достижении значения напряжения на зонде 10, равного верхнему уровню, срабатывает второй пороговый элемент 6, прекращается отсчет времени измерителем временных интервалов 4. Информация о времени остается на табло измерителя временных интервалов. Выходной сигнал со второго порогового элемента 6 поступает на схему управления 1.

В схеме управления 1 формируется импульс, поступающий на устройство записи и считывания информации 7, в котором формируется адресная команда в блок памяти 8, после чего информация, соответствующая времени изменения напряжения от нижнего до верхнего уровня на первом энергетическом уровне, с измерителя временных интервалов 4 переписывается в блок памяти 8. Далее схема управления 1 подает сигнал на обнуление измерителя временных интервалов 4 и на формирователь энергетических уровней 9, который формирует на выходе 1, с учетом установки токового корректора 13, напряжение, соответствующее следующему энергетическому уровню. Это напряжение подается на регулирующий вход управляемого по напряжению источника стабилизированного тока 2 и на входы, формирующие нижний и верхний уровни срабатывания в пороговых элементах 5 и 6. Далее работа аналогична описанной выше.

В конце проведения измерений в блоке памяти 8 остается информация о времени измерения на каждом из энергетических уровней. Опрос информации с блока памяти 8 осуществляет устройство записи и считывания информации 7. После нажатия кнопки "Опрос" на табло измерителя временных интервалов 4 высвечивается значение времени изменения напряжения от нижнего до верхнего уровня на первом энергетическом уровне. При n-ом нажатии кнопки "Опрос" высвечивается показание для n-го энергетического уровня.

Рисунок 2 - График изменения межэлектродного потенциала на зонде, помещенного в биологический объект

На фиг. 2 представлена характеристика изменения напряжения, снимаемого с зонда на разных энергетических уровнях.

С помощью токового корректора 13 для исследуемого объекта устанавливается ток I¹_const первого энергетического уровня, при котором наблюдается близкий к линейному участок A₁-B₁ характеристики для U¹_н и U¹_в. При подаче на зонд стабилизированного тока Iⁿ_const, на других энергетических уровнях близкие к линейным участки A₂-B₂, ..., A_n-B_nформируются автоматически при изменениях амплитуд тока, I²_const,...Iⁿ_const[6].

Предлагаемая разработка дает возможность наглядно рассмотреть состояния биологического объекта за небольшой промежуток времени и позволяет оценить спектральную характеристику концентрации ионообменных молекул с разными уровнями диссоциации.

Список литературы

1. Геращенко С.И., Никольский В.И., Волчихин В.И., Деревянкин С.С. Устройство для диагностики состояния биологических объектов. - Пенза: патент на изобретение RUS 2123184.

2. Геращенко С.И., Никольский В.И. Способ прогнозирования динамики воспалительного процесса и устройство для его осуществления. - Пенза: патент на изобретение RUS 2033606.

3. Геращенко С.И., Геращенко С.М., Кучумов Е.В. Вопросы моделирования электрохимических методов и средств контроля динамики воспалительных процессов. - Пенза: Изд-во Пенз. Гос. Ун-та. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2010. №3. С. 165-172.

4. Волчихин В.И., Геращенко С.И., Геращенко С.М., Енгалычев Ф.Ш., Киреев А.В., Голотенков Н.О. Способ прогнозирования динамики воспалительного процесса и устройство для его осуществления. - Пенза: патент на изобретение RUS 2224458 01.04.2002.

5. Геращенко С.И., Мозеров С.А., Никольский В.И., Геращенко С.М., Юткина Е.Г. Исследование джоульметрических параметров и их взаимосвязи с морфологией воспалительного процесса при панкреонекрозе в эксперименте. - Пенза: Изд-во Пенз. Гос. Ун-та. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. 2009. №3. С. 3-11.

6. Елистратов В.Т., Волчихин В.И., Геращенко С.И., Комарова Л.Г. Разработка новых медицинских приборов и систем для экспресс-диагностики состояния биологических объектов и реализации тканесохраняющих методик поведения операции. - Пенза: Изд-во Пенз. Гос. Ун-та. Новые промышленные технологии. 2008. №5. С.15.

Размещено на allbest.ru