измеритель изменения температуры ткани при физиотерапии

Формула изобретения

Измеритель изменения температуры ткани при физиотерапии, отличающийся тем, что в него введены антенна, радиотермометр, индикатор, определитель скорости изменения температуры и датчик параметра, последовательно соединенные через адаптер параметрический, причём в качестве индикатора использован самописец двухкоординатный, а датчик параметра, накладываемый на подвергаемый воздействию участок, соединен с адаптером, в котором осуществлена привязка диапазона изменения параметра к динамическому диапазону соответствующей развёртки самописца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиотерапии, где в результате воздействия, связанного с изменением температуры тканей тела, необходим температурный контроль органов и тканей организма человека.

Известно устройство для дистанционного наблюдения за состоянием больных [Патент RU 2048790, МПК А 61 В 5/05], содержащее центральный пульт управления, состоящий из ЭВМ с устройствами ввода и отображения информации соответственно, приемник электромагнитного сигнала, передатчик электромагнитного сигнала и регистраторов биологических параметров (например, биопотенциалов, температуры, давления и т.д.), располагаемых на пациентах.

Недостатком устройства является невозможность осуществления контроля биологических параметров внутренних тканей и органов тела пациента.

Известен аппарат для охлаждения и согревания головного мозга [Авторское свидетельство 904695, МПК A 61 F 7/12], содержащий шлем для охлаждения головного мозга, программное устройство, блок автоматического регулирования, датчик обратной связи для регулирования угла открытия исполнительного механизма, исполнительный механизм, устройство подачи хладагента, блок для регулирования нагрева хладагента и обеспечения сигнализации уровня хладагента, блок сравнения, измерительный блок, систему записи процесса согревания, цифровой индикатор, ЭВМ, датчики температуры, один из которых вмонтирован в шлем, электронный термометр на шесть ответвлений, электрический нагреватель, предназначенный для нагревания головного мозга. Отличительной особенностью устройства является поддержание с высокой точностью заданной скорости охлаждения или нагревания головного мозга при терапевтическом или оперативном вмешательстве.

Описанный аппарат дает возможность вести контроль только за температурой головного мозга и не позволяет проводить динамический контроль других физических параметров.

Известен бесконтактный медицинский термометр ТБМ-1 [Коврикова Л.Я., Тарутин И.Г., Жаврид Э.А., Мартинков Е.Г., Ковриков А.Д. Бесконтактные медицинские радиационные ИК-термометры // Сборник трудов всесоюзной конференции "Методические вопросы определения температуры биологических объектов радиофизическими методами. АН СССР, М., 1985, с.76], предназначенный для диагностических целей, который конструктивно выполнен в корпусе "пистолетной формы" и размещается в руке оператора. Основные технические характеристики устройства таковы:

- диапазон измеряемых температур 28-45^oС при чувствительности 0,1^oС;

- поле зрения 0,7х0,7 см при расстоянии входного объектива отверстия термометра до объекта 30 см;

- защищен от влияния внешних электромагнитных (ЭМ) полей в диапазоне от 1до 3000 МГц с напряженностью до 1500 В/м.

Недостатком является большая инструментальная погрешность, достигающая 0,2^oС, отсутствие регистрации результатов измерения.

Известна модификация радиотермометра для определения температурной реакции тканей тела человека на облучение ультразвуком [Троицкий B.C., Зубов М. М. , Рахлин В.Л., Коваленко Т.А., Кочетова Н.В., Развозова Е.П. Исследование с помощью радиотермометра температурной реакции тканей человека на облучение ультразвуком // Сборник трудов всесоюзной конференции "Методические вопросы определения температуры биологических объектов радиофизическими методами. АН СССР, М., 1985, с.142]. Основные параметры радиотермометра следующие:

- рабочая частота приема 500 мГц, при полосе пропускания 50 мГц;

- флуктуационный порог чувствительности по температуре не хуже 0,025^oС, при постоянной времени интегрирования 4 с;

- аппликаторная антенна-датчик имеет размеры 4х4 см;

- точность измерения глубинных температур 0,1^oС.

Измерение температуры тканей, подвергнутых ультразвуковому воздействию серийным аппаратом УТП-1 на частоте 880 кГц с плотностью излучения около 0,5 Вт/см², показало заметную реакцию как в сторону понижения, так и в сторону повышения. Воздействие ультразвука на живую ткань человека значительно чаще вызывает понижение ее температуры, что связано с ослаблением метаболизма. Наблюдаемое понижение температуры (гипотермия) объясняется снижением теплопродукции клетками тканей. Живая ткань под воздействием ультразвуковой лечебной процедуры (плотность УЗ излучения не более 0,5 Вт/см²) охлаждается на 0-0,6^oС, и это состояние гипотермии сохраняется до 20 мин после завершения процедуры. При некоторых патологиях регистрируются соответствующие особенности протекания температурной реакции.

Недостатком устройства является отсутствие возможности получения данных о температуре малых участков тканей человека внутренней локализации.

Известен измеритель, применяемый в системе контроля и стабилизации температуры образцов (АСУТ) при изучении зависимости свойств вещества от температуры, для широкого применения, включая медицину и биологию. Точность измерения температуры измерителем не хуже 0,1 К.

В состав прибора входят индивидуально откалиброванные диодные датчики, коммутатор, источник измерительных токов, регистр ввода-вывода, цифровой вольтметр, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), ЭВМ класса IBМ PC, широтно-импульсный модулятор, импульсный генератор, стрелочный индикатор, проградуированный в градусах Кельвина, схема дифференциатора, служащая для измерения скорости изменения температуры, т. е. выходное напряжение этой схемы пропорционально dT/dt. Скорость изменения температуры показывается другим стрелочным прибором в диапазоне от -5 до +5 К/мин.

Недостаток измерителя в том, что он ограничен измерениями температуры поверхности тела и только в местах контакта датчиков.

Известен также трехканальный помехозащищенный измеритель температур, входящий в состав установки "Яхта-3" для локальной ЭМ-гипертермии злокачественных новообразований [Электронная промышленность, 6, 1989, с.58 и 59]. Измеритель температуры предназначен для комплексного лечения злокачественных новообразований кожи, мягких тканей шеи и полостных органов, гортани, пищевода, прямой кишки, шейки матки и др. Измеритель температуры характеризуется простотой в управлении и обслуживании, наличием промежуточных ячеек памяти и схемы синхронной обработки сигналов с датчика температуры. В измеритель температуры входят следующие узлы и блоки:

- СВЧ генератор с рабочей частотой 915 мГц и выходной мощностью от 5 до 180 Вт;

- блок автоматического управления для поддержания требуемой температуры в облучаемых тканях человека;

- помехозащищенный трехканальный измеритель температуры с игольчатыми и катетерными датчиками;

- контактные облучатели со встроенным водяным охлаждением, что позволяет избежать перегрева поверхностных слоев ткани при облучении.

Недостатками этого устройства являются:

- возможность измерения только контактных температур;

- необходимость использования игольчатых и виде катетера датчиков, установка которых приносит больному дополнительные неприятные и болезненные ощущения.

Известно устройство [Авторское свидетельство SU 1388026, МПК А 61 F 7/00], содержащее модуль измерения скорости изменения температуры, состоящий из источника питания, блока управления, блока регулировки интенсивности, блока установки времени и блока контроля воздействия, термоэлектрических модулей. Термоэлектрические модули закрепляют эластичной основой на теле пациента.

Термоэлектрические модули содержат датчики температуры, представляющие собой цепочку последовательно соединенных дифференциальных термопар. Применение модуля обеспечило повышение эффективности контрастного температурного воздействия путем контроля скорости изменения температуры при увеличении скорости охлаждения или разогрева.

Недостатком устройства является его инерционность, обусловленная большими размерами и массивностью термоэлектрических модулей. Кроме того, измеряется только температура в области контакта с телом пациента.

Известен двухканальный портативный цифровой термометр АТТ-2000 с возможностью передачи данных в персональный компьютер. Прибор работает с любыми стандартными термопарами и имеет хорошую точность измерений. Прибор снабжен рядом дополнительных функций, среди которых отображение максимальных и минимальных значений в ходе измерения, определение разности температур, скорости измерения температуры во времени (градусов Цельсия в минуту). Техническая характеристика прибора:

- диапазон измерения -50...1230^oС, погрешность (без учета погрешности термопары) (0,75%+1^oС), двойной высококонтрастный ЖК-дисплей с высотой цифр 13 мм, измерение разности температур и скорости измерения температуры (^oС/мин), время одного измерения 0,4 с, питание 9 В от батареи, потребляемый ток 4,8 мА, масса 240 г, габариты 180х72х32 мм.

Недостатком термометра является низкая точность измерений в диапазоне температур, характерных для медицины и биологии, ограничение по скорости величиной одного измерения в 0,4 с, что означает доступность контролю только медленно протекающих процессов.

Во всех перечисленных случаях измеряется или значение самой температуры или ее изменение. Однако температура тканей облучаемого участка тела не является характеристикой исчерпывающей и полностью объективной для медицинского заключения в выборе режима физиотерапии.

Наиболее близким к заявляемому устройству является модуль для измерения температуры в виде радиометрического приемника, описанное в изобретении SU 1678390 A1, МПК А 61 N 1/40 от 23.09.91 г. который относится к медицинской технике и может быть использован в онкологии при лечении злокачественных образований внутренних органов человека. Модуль содержит две кольцевые антенные решетки, установленные одна на пациенте, а другая на фантоме облучаемого органа человека, по диэлектрическим параметрам идентичного тканям больного органа, соединенные со входами двух радиометрических приемников, подключенных ко входам схемы сравнения, соединенной с индикатором температуры.

Недостатками этого устройства являются:

- отсутствие возможности повышения степени локализации измерения температур;

- отсутствии регистрации изменений температуры.

Задача изобретения - в повышении точности контроля за тепловым режимом в зоне физиотерапевтического воздействия.

Сущность изобретения заключается в том, что в измеритель изменения температуры ткани при физиотерапии введены: антенна, радиотермометр, индикатор, определитель скорости изменения температуры и датчик параметра, последовательно соединенные через адаптер параметрический, причем в качестве индикатора использован самописец двухкоординатный, датчик параметра, накладываемый на подвергаемый воздействию участок, соединен адаптером, в котором осуществлена привязка диапазона изменения параметра динамическому диапазону соответствующей развертки самописца.

Кроме того, заявляется измеритель с вышеуказанными признаками, у которого в качестве датчика параметра использован частотомер, или измеритель мощности ультразвуковых колебаний, или измеритель мощности лазерного излучения в зависимости от вида воздействия.

Изобретение поясняется с помощью блок-схемы, где: 1 - антенна; 2 - радиометр; 3 - определитель скорости изменения температуры; 4 - самописец двухкоординатный; 5 - адаптер параметрический; 6 - датчик параметра.

Соединение элементов в блок-схему осуществляется следующим образом.

Аппликаторная антенна 1 рабочей поверхностью накладывается на подвергаемый воздействию участок тела пациента, выход антенны 1 присоединен через волноведущий соединитель ко входу радиометра 2, выход радиометра 2 соединен с входом определителя скорости изменения температуры 3, который последовательно подключен ко входу одной из координат самописца 4, второй вход самописца 4, соответствующий другой координате, подключен к выходу адаптера параметрического 5, вход которого подключен последовательно к выходу датчика параметра 6.

Работа измерителя осуществляется следующим образом.

Устройство подключается к вторичному источнику питания или автономному гальваническому источнику, что приводит в рабочее состояние все блоки и узлы. На контролируемую область тела пациента накладывается аппликаторная антенна 1, радиосигнал с выхода антенны поступает на радиометр 2, в котором собственное излучение тканей, расположенных в области ближней зоны антенны, преобразуется в уровни сигналов, пропорциональных мощности собственного излучения. С выхода радиометра 2 сигналы поступают на определитель скорости изменения температуры 3, где выделяется составляющая скорости изменения температуры. Сигнал с выхода определителя скорости изменения температуры 3 поступает на один из входов двухкоординатного самописца 4, на другой вход самописца поступает сигнал развертки от параметрического адаптера 5. Адаптер осуществляет привязку параметра используемого физиотерапевтического воздействия к диапазону развертки самописца 4. Датчик параметра 6 также накладывается на подвергаемый воздействию участок тела пациента и в зависимости от воздействующего фактора (УВЧ, СВЧ, КВЧ, индуктотермия, лазерное и лучевое излучение и т.д.) вырабатывает сигнал, отражающий или частоту излучения, или мощность, или напряженность магнитного поля, или мощность ультразвуковых колебаний и т.д. Сигнал с датчика параметра 6 поступает на адаптер 5, в котором осуществляется привязка диапазона изменения параметра к динамическому диапазону соответствующей развертки самописца 4.

В это время осуществляется визуализация диаграммы зависимости скорости изменения температуры от величины воздействующего физиотерапевтического фактора. Скорость изменения температуры несет на себе информацию, полезную для диагностики состояния тканей тела человека и подбора величины параметров физиотерапевтического воздействия. Экстремальные точки на диаграмме отражают, как правило, оптимальные значения воздействующих факторов, например максимумы для СВЧ-и КВЧ-терапии и минимумы для ультразвуковой терапии.

Медико-социальный и технико-экономический эффект заключается в том, что контроль за скоростью изменения температуры в области физиотерапевтического воздействия на ткани позволяет врачу не пропустить момент угрозы возникновения чрезмерного патологического воздействия на ткани и органы человека и своевременно скорректировать режим работы и параметры этого воздействия.