устройство для ph-измерений в полых органах

Формула изобретения

Устройство для рН-измерений в полых органах, содержащее рН-зонд с измерительным и стандартным электродами в концевой части его трубчатого корпуса и датчиком положения, выполненным в виде электромагнитной катушки, установленной неподвижно в трубчатом корпусе, в непосредственной близости от измерительного электрода, включенной в контур внешнего подмагничивания, и внешнего взаимодействующего узла, установленного с возможностью перемещения и фиксации на теле человека, отличающееся тем, что в датчик положения дополнительно введен геркон в защитном кожухе из немагнитного материала, установленный в полости электромагнитной катушки, а в качестве внешнего взаимодействующего узла использован постоянный магнит, при этом контакты геркона соединены соответственно с измерительным и стандартным электродами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для рН-измерений в полых органах, например на различных уровнях (при выполнении "поэтажной" рН-метрии) пищеварительного канала, трахеи и бронхов, матки и др. с индикацией положения измерительных электродов рН-зонда относительно кожи.

Известны устройства для рН-измерений в полых органах по величине электродвижущей силы, возникающей между электродами рН-зонда, вмонтированными в трубчатый корпус и подключенными к измерительному прибору (М.Кл. А 61 В 5/00, а. с. СССР N 178028, бюл. N2, 1966).

Обнаружение и проверку положения рН-зонда в теле обследуемого контролируют рентгенологически и при помощи специальных индикаторов, являющихся дорогостоящими, технически сложными приборами (МКИ А 61 В 5/06, М 16/04, G 01 D 5/12, заявка Франции N 2617395, 1989).

Наиболее близким к заявляемому из известных конструкций является зонд по а. с. СССР N 824981 (М.Кл. А 61 В 5/00, М 25/00, бюл. N 16, 1981), снабженный устройством индикации его положения в виде датчика положения, состоящего из двух частей: неподвижно закрепленной в концевом отделе трубчатого корпуса зонда электромагнитной катушки, включенной в контур внешнего низкочастотного генератора для выполнения функции излучателя электромагнитного поля и подвижной взаимодействующей части в виде электронного детектора уровня, установленного на поверхности тела обследуемого с возможностью перемещения относительно излучателя и совмещенного с регистрирующим прибором в виде стрелочного индикатора.

Индикация положения зонда прототипом осуществляется в несколько этапов: сначала путем перемещения детектора уровня на поверхности тела обследуемого находят область, в которой принимаемый сигнал максимальной величины, и вращают детектор вокруг своей оси, определяя при этом положение с минимальным уровнем сигнала. Затем, частично вытянув зонд, повторяют измерения и, соединив два отмеченных на поверхности тела места, оценивают положение зонда.

За счет многоэтапности методики проведения поиска длительность обследования значительно увеличивается. Необходимость в частичном извлечении зонда в момент индикации не позволяет фиксировать направление оси зонда при динамическом наблюдении (в случае проведения поэтажной рН-метрии). При этом изменяется первоначальное положение концевого отдела зонда и дополнительно травмируется слизистая исследуемого органа. Кроме этого, прототип не позволяет при индикации положения зонда решить вопрос о положении датчиков относительно кожи, то есть глубине их расположения.

Задача изобретения обеспечение быстрого определения положения измерительного (измерительных, если их несколько) электрода рН-зонда в полом органе одновременно в трех плоскостях.

Поставленная задача достигается тем, что заявляемое устройство для рН-измерений в полых органах выполнено в виде рН-зонда с измерительным ( или измерительными если их несколько) и стандартным электродами в концевой части его трубчатого корпуса и содержит датчик положения, изготовленный из двух частей: собственно датчика в виде электромагнитной катушки (катушки подмагничивания), неподвижно закрепленной в трубчатом корпусе в непосредственной близости от измерительного электрода, включенной в контур внешнего подмагничивания и содержащей геркон (контакт магнитоуправляемый герметизированный), установленный в полости электромагнитной катушки в защитном кожухе из немагнитного материала, а также внешнего взаимодействующего узла в виде постоянного магнита, установленного с возможностью перемещения и фиксации на поверхности тела.

Катушка подмагничивания включена в цепь стабилизированного источника постоянного тока с регулируемыми параметрами (блок подмагничивания). Контакты геркона подключены ко входу анализатора положения контактов (замкнуто-разомкнуто), например ко входу используемого измерительного рН-метра, и для упрощения конструкции соединены с измерительным и вспомогательным рН-электродами зонда.

С целью облегчения получения информации о положении и глубине залегания измерительного рН-электрода, постоянный магнит использован с обозначенным на его корпусе направлением силовых линий, а блок подмагничивания снабжен индикатором выходного тока и регулятором тока (грубо, точно).

Если рН зонд заявляемого устройства для рН-измерений в полых органах имеет несколько измерительных рН-электродов, каждый из них снабжен герконом с собственной катушкой подмагничивания и защитным кожухом из немагнитного материала, каждая из которых подключена к индивидуальному источнику стабилизированного постоянного тока с регулируемыми параметрами, а контакты герконов соединены с многоканальным анализатором их положения.

В качестве анализатора положения контактов геркона в простом техническом варианте использован стрелочный прибор измерительного рН-метра типа ЭВ-74, рН-121 и др. находящегося в режиме милливольтметра. Различные конструкции существующих рН-метров подробно описаны в руководстве Ю.Я.Лея //рН-метрия желудка. Л. "Мед.", 1987, 126 с. При замыкании контактов геркона показания стрелочного прибора отсутствуют в результате короткого замыкания входа.

Для упрощения индикации момента изменения положения контактов геркона к выходу рН-метра подключен пишущий узел, звуковой или другой сигнализатор стандартной конструкции. Подобные устройства описаны в руководстве М.Г.Шувалова //Основы пожарного дела, М."Стройиздат", 1979, 249 с.

Источник стабилизированного постоянного тока использован известной конструкции (Г. П. Вересов, Ю.Л.Смуряков //Стабилизированные источники питания радиоаппаратуры. М. "Энергия", 1978, 192 c.). Можно применить, например, блок питания с регулируемым выходным напряжением, описанный в 84 выпуске "В помощь радиолюбителю", изд-во ДОСААФ СССР, 1983, стр. 70-72 или стр.74-78 (двухканальный).

Конструктивные особенности используемых герконов подробно описаны в БСЭ, изд. 3, изд-во "Советская энциклопедия", 1971 т.6, стр.357, статья "Геркон". Причем методика применения заявляемого рН-зонда будет зависеть от типа использованного геркона: нормально-замкнутого, нормально-разомкнутого или переключающегося.

Так при использовании нормальноразомкнутого геркона перед исследованием плавно увеличивают подаваемое на электромагнитную катушку постоянное напряжение (напряжение подмагничивания) до момента, когда дальнейшее повышение приводит к срабатыванию контактов геркона при отсутствии магнита. В таком состоянии геркон датчика положения рН-зонда, введенного в полые органы (пищевод, желудок и др.) тела человека или животного (в эксперименте) является чувствительным элементом для взаимодействия с силовыми линиями магнитного поля магнита, установленного на поверхности тела обследуемого в непосредственной близости от датчика положения.

Срабатывание контактов геркона при минимальном токе подмагничивания происходит лишь в том случае, если установленный магнит находится непосредственно над катушкой подмагничивания и силовые линии взаимодействующих полей (магнита и катушки) совпадают по направлению.

Данное свойство разработанного датчика использовано авторами в заявляемом устройстве для индикации положения измерительных электродов рН-зонда одновременно в трех плоскостях при выполнении поэтажной рН-метрии.

В этом случае расположенный на поверхности тела магнит вызывает срабатывание контактов геркона и является одновременно маркером проекции на кожу датчика положения: места его нахождения, расположения продольной оси датчика на поверхности тела и направления введения зонда. При этом появляется возможность по величине минимального тока в катушке подмагничивания, способного вызывать срабатывание контактов геркона, при расположении магнита непосредственно на коже в момент индикации определять глубину нахождения исследуемого датчика положения.

Если использован нормально-разомкнутый геркон, то в момент индикации измерения рН не происходит, так как рН-электроды зонда оказываются замкнуты между собой, а измерительный рН-метр включен в режим милливольтметра и выполняет роль анализатора положения контактов геркона. Звуковой индикатор, который выдает звуковой сигнал при замыкании контактов геркона, подключают для удобства в работе.

В качестве подвижного магнита авторами апробированы два варианта: постоянный подковообразный магнит с силовыми линиями, вытянутыми в сторону датчика положения, и электромагнит.

Авторами апробированы три способа фиксации геркона с катушкой подмагничивания в трубчатом корпусе за счет быстротвердеющих медицинских пластмасс типа "Протакрил-М" в полости измерительного электрода, позади измерительного электрода и между вспомогательным и измерительным электродами.

Установлено, что фиксация датчика положения ближе 10 мм от измерительного электрода уменьшает гибкость зонда и затрудняет его введение. Фиксация датчика положения в полости измерительного зонда в случае его кольцевой конструкции дополнительно защищает стеклянный корпус геркона от возможных повреждений и является предпочтительнее.

Введение разработанного рН-зонда заявляемого устройства для рН-измерений в полых органах с датчиком положения в любой медицинский зонд подходящего диаметра (интубационная трубка, ректальный зонд и др.) в качестве мандрена позволяет применить его как универсальный индикатор положения.

Оснащение рН-зонда заявляемого устройства для рН-измерений в полых органах дополнительными датчиками положения позволяет по величине расстояния от кожи до датчиков и промежутку между ними на проекционной линии судить о расположении продольной оси трубчатого корпуса зонда на протяжении относительно передней стенки и таким образом быстро получать координаты пространственного положения датчиков при проведении методики "поэтажной рН-метрии" одновременно в трех плоскостях.

Все это и определяет существенность отличий заявляемого устройства от существующих.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами: фиг. 1, где изображена схема применения заявляемого устройства для рН-измерений в полых органах при выполнении "поэтажной" рН-метрии; фиг. 2, где показано строение концевого отдела разработанного рН-зонда с фиксированным позади измерительного рН-электрода датчиком положения в случае применения геркона с нормально-разомкнутыми контактами.

Заявляемое устройство для рН-измерений в полых органах содержит рН-зонд 1 (фиг. 1), который в концевом отделе 2 трубчатого корпуса 3 содержит катушку подмагничивания 11 с установленным в ее полости малогабаритным герконом 4, фиксированным герметиком 5 в защитном кожухе 6, выполненном из немагнитного материала. Герметик ( на схеме не показан) фиксирует защитный кожух 6 датчика положения в полости трубчатого корпуса 3 в непосредственной близости от измерительного рН-электрода (или как вариант в полости измерительного электрода в случае его кольцевидной конструкции или между измерительным и вспомогательным рН-электродами на схеме не показаны). Нормально-разомкнутые контакты 7 геркона 4 соединены с измерительным 8 и вспомогательным 9 электродами рН датчиков гибкими проводами (А и Б соответственно) и со входом используемого в качестве анализатора положения контактов геркона измерительного рН-метра 12. При этом стрелочный прибор 15 рН-метра 12 в режиме измерения рН используется для фиксации значений рН исследуемого отдела полых органов, а в режиме милливольтметра (измерения напряжения) как анализатор положения контактов геркона для индикации положения зонда. Для упрощения конструкции зонда соединение контактов геркона с рН-электродами можно выполнить в непосредственной их близости (этот вариант на схеме не показан).

Проводники С от катушки подмагничивания 11 подключены к блоку подмагничивания 10, изготовленному как источник стабилизированного постоянного тока с регулируемыми (грубо и точно) параметрами. Блок подмагничивания 10 имеет шкалу для регулятора тока или индикатор выходного тока (на схеме не показаны) для быстрой расшифровки параметров глубины расположения датчика положения в полом органе относительно поверхности кожи обследуемого. Для удобства в работе рН-метр 12 снабжен звуковым индикатором 13, выдающим сигнал при отсутствии показаний на шкале измерительного прибора 15. При необходимости в графической регистрации показателей рН и "этажей" их измерения выход рН-метра 12 соединен с пишущим устройством 14 (напрямую или с помощью дистанционного управления 16).

При работе с заявляемым устройством для рН-измерений в полых органах в режиме индикации положения измерительных электродов или концевого отдела разработанного рН-зонда на коже обследуемого 17 (фиг. 2), в области над предполагаемым местом проекции датчика положения. установлен двухполюсной магнит 18 таким образом, чтобы силовые линии 19 магнита 18, проникая через мягкие ткани 20, взаимодействовали с магниточувствительными контактами геркона 4, предварительно намагниченными за счет электромагнитного поля катушки подмагничивания 11.

При отсутствии магнита на коже пациента используемый зонд заявляемого устройстваа для рН-измерений в полых органах работает как обычный рН-зонд.

Заявляемое устройство для рН-измерений в полых органах работает следующим образом: перед подготовкой к введению и калибровкой в буферных растворах по общепринятым методикам датчик положения рН-зонда калибруют по магнитной чувствительности. Для этого ручкой управления блока подмагничивания 10 постепенно iв режиме грубо и точно) повышают ток в катушке подмагничивания (1 до момента срабатывания контактов геркона. Момент срабатывания контактов геркона фиксируют по шкале измерительного рН-метра в режиме милливольтметра ( показания отсутствуют, так как вход прибора в этот момент оказывается замкнут накоротко) или по появлению звуковой индикации.

При появлении индикации ток подмагничивания плавно уменьшают до отсутствия срабатывания контактов геркона. Значение установленного тока подмагничивания в этот момент и положение ручки управления фиксируют.

Вводят измерительный и вспомогательный электроды калибруемого рН-зонда в пробирку с буферным раствором известного рН, например 1,69 при 37 град С (в водяной бане), располагая продольную ось зонда строго вертикально. Прогревают датчик до термостабильного состояния и окончательно регулируют рабочий ток подмагничивания. После этого проводят калибровку pH электродов, используя стандартные наборы буферных растворов, предварительно подключив пишущее устройство для графической регистрации pH-граммы и переключив pH-метр в режим измерения.

Калибровку магниточувствительного датчика (геркона с электромагнитной катушкой) для определения глубины его расположения проводят, определяя расстояние от магнита до датчика в момент появления индикации для различных значений тока подмагничивания, при условии, что стрелка, указывающая направление силовых линий используемого магнита, совпадает с продольной осью pH-зонда и направлена в сторону его концевого отдела.

Подготовленный зонд дают проглотить пациенту. В этих условиях датчик положения имеет максимальную магнитную чувствительность.

Авторами разработаны следующие методики работы с заявляемым устройством для pH-измерений в полых органах.

Режим индикации предполагает введение в исследуемые полые органы pH-зонда при фиксации магнита в заведомо известных точках на поверхности тела с учетом топографо-анатомических схем (фиг. 3) расположения органов, их проекции на скелет (скелетотопия) и кожу (голотопия). При этом продольная ось магнита ориентируется заведомо на предполагаемое расположение продольной оси исследуемого органа. Так при индикации момента прохождения pH-датчиком нижней трети пищевода ось магнита располагают вертикально с направлением вниз, в промежутке между X и XII грудными позвонками при расположении магнита сзади, или в месте прикрепления VI-VII реберного хряща слева при расположении магнита спереди или на уровне VII-VIII ребра по подмышечной линии при расположении магнита по боковой поверхности грудной клетки.

При введении зонда по линейным меткам на трубчатом корпусе врач ориентируется в поступательном перемещении концевого отдела по ходу желудочно-кишечного тракта. Так по протяжению зонда нижняя треть пищевода находится в интервале 35-45 см в зависимости от возраста пациента, его телосложения и топографо-анатомических особенностей исследуемых органов.

В режиме индикации звуковой сигнал появляется при приближении датчика положения зонда к зоне проникновения с мягкие ткани силовых линий магнита, установленного на коже.

При работе в этом режиме можно произвести измерение pH в данном отделе ж.к.т. а в момент срабатывания контактов геркона при минимальном токе подмагничивания записать на ленте самописца или в памяти компьютера маркировку (кодирование) исследуемого в данный момент "этажа".

При использовании данной методики в ряде случаев необходимо применять при введении зонда специальные приемы, позволяющие концевому отделу под действием силы тяжести и направленной перистальтики стенки органа достигнуть запланированного отдела пищеварительного канала в первую очередь. Перемещение рН-зонда в следующую точку индикации производят после устойчивой индикации момента прохождения концевым отделом зонда предыдущей проекционной зоны и получения стабильных показателей pH.

Глубину расположения зонда рассчитывают с учетом данных калибровки на магнитную чувствительность: по величине тока подмагничивания, вызывающего срабатывание контактов геркона, при условии расположения магнита на коже, непосредственно над измерительным электродом, вдоль его продольной оси, в направлении введения.

Клиническая апробация данной методики показала возможность получать у пациентов значения рН с одних и тех же отделов органов в динамике проводимого обследования и лечения. Проведение зондирования при этом ускоряется, особенно при исследовании отделов 12-п кишки, растет достоверность и воспроизводимость получаемых данных, экономится бумага при записи рН-грамм, облегчается их расшифровка.

В режиме индикации магнит является маркером положения, так как остается фиксированным на коже до момента срабатывания контактов геркона. Концевой отдел зонда при этом является подвижным элементом, так как стремится к сближению и заданной ориентации относительно магнита.

Другой рекомендуемый режим для работы режим поиска В этом случае пациент проглатывает подготовленный зонд до индивидуальной метки на трубчатом корпусе (например при исследовании желудка рост пациента в см минус 100 см), а с помощью магнита, перемещая его вдоль позвоночника и вокруг своей оси, ориентируясь на звуковую индикацию или показания шкалы рН-метра, находят на поверхности тела проекцию магниточувствительного датчика, оценивают расположение и направление его оси и измеряют глубину залегания.

Данная методика дает возможность уточнить и исправить положение зонда, осуществить маркировку изучаемого отдела органа у конкретного пациента.

При введении зонда, настроенного на максимальную магнитную чувствительность, авторами обнаружен эффект появления индикации в момент отклонения продольной оси датчика в сторону от вертикальной плоскости на угол 5-10 градусов при отсутствии магнита-маркера за счет взаимодействия с силовыми линиями магнитного поля Земли. Данное свойство было использовано для динамического наблюдения за продвижением датчика по изгибам пищевода, дыхательным перемещениям стенки желудка за счет движений диафрагмы. При введении тяжело больному желудочного зонда с целью дренирования с датчиком положения устройство индикации позволило осуществлять мониторинг функции внешнего дыхания.

Разработаны методические приемы использования заявляемого устройства для рН-измерений в полых органах, которые позволяют врачу-исследователю оценить топографо-анатомические особенности полых органов у обследуемого пациента в зависимости от конституции, положения тела в момент обследования, фазы акта дыхания, характера выявленной патологии; оценить степень развития передней стенки, трудности при хирургическом доступе во время операции, изучить магнитную проницаемость различных тканей в норме и при появлении патологических образований (опухоли, кисты и др.).

В ходе стендовых испытаний опытных образцов заявляемого устройства для рН-измерений в полых органах была подтверждена необходимость использования малогабаритных герконов типа МКА 10103 с нормально-разомкнутыми контактами и защиты стеклянного корпуса геркона кожухом из немагнитного материала с дополнительным выводом гибких соединительных проводников.

Рекомендовано в качестве опорного напряжения для источника стабилизированного постоянного тока катушки подмагничивания применять изолированный от бытовой сети аккумулятор для исключения поражения электротоком при работе с прибором. Выявлена необходимость в грубой и точной установке тока подмагничивания в электромагнитной катушке датчика положения.

Установлено, что при применении герконов с нормально-замкнутыми контактами разработанный зонд-рН заявляемого устройства для рН-измерений в полых органах не удается использовать в качестве обычного рН-зонда в случае отсутствия необходимости в индикации его расположения, так как без магнита или дополнительных электронных переходных устройств электроды рН постоянно находятся в замкнутом состоянии и измерение рН становится технически невозможно.

Авторами апробирована методика индикации расположения концевого отдела зонда, когда ток подмагничивания плавно увеличивали до замыкания контактов геркона, а затем, изменяя положение магнита, пытались найти его место и такую ориентацию на поверхности тела, чтобы вызвать размыкание контактов, ориентируя силовые линии магнита против силовых линий катушки подмагничивания. Данный способ не прошел испытаний, так как моделировал использование геркона с нормально-замкнутыми контактами.

Сделано заключение, что использование заливки герметиком промежутка между корпусом геркона с катушкой подмагничивания, защитным кожухом и выводами контактов, а также фиксация быстротвердеющей пластмассой типа "Протакрил-М" датчика положения в непосредственной близости, но не ближе 10 мм от измерительных рН-электродов или в их полости (при кольцевидной конструкции) обеспечивает необходимую гибкость и механическую прочность конструкции при введении разработанного рН-зонда в полые органы.

Сущность изобретения подтверждена при клинической апробации заявляемого устройства для рН-измерений в полых органах в лаборатории пищеварения МСЧ N 10 (846 пациентов) и детской поликлиники N2 (248 детей) г. Омска.

Установлено ускорение проведения методики обследования, увеличение объективности и достоверности получаемой информации, ее воспроизводимости (при поэтажной рН-метрии). Выявлены новые положительные свойства заявляемого устройства: возможность определения глубины залегания датчика положения относительно кожи; маркер положения (двухполюсной магнит), кроме проекции датчика положения на кожу, позволяет оценить расположение и направление оси вводимого зонда; появляется возможность телеметрического управления пишущим устройством и формирование легко подвергаемой расшифровке рН-граммы в режиме "поэтажного" исследования.

Изучение динамики перемещения концевого отдела зонда и взаимодействия его со стенкой полых органов позволяет проводить прижизненное изучение топографии этажей ж. к.т. архитектоники бронхиального дерева и т.п. выявлять функциональные нарушения и начальные стадии органических заболеваний (гастроптоз, стенозирование выхода из желудка и др.), для диагностики которых обычно приходится применять специальные методы исследования.

Определена сфера применения разработанного устройства: гастроэнтерологические лечебно-диагностические отделения, экспериментальные лаборатории (у животных) и кафедры медицинских вузов топографической анатомии (на биоманекенах). Заявляемое устройство может быть универсальным индикатором положения, если рН-зонд перед исследованием (дренированием) полых органов (трахея, мочевой пузырь, матка, прямая кишка и др.) вводить в медицинский зонд соответствующего диаметра в качестве мандрена.