устройство для диагностики функционального состояния крови человека

Формула изобретения

Устройство для диагностики функционального состояния крови человека методом термостимулированных токов, включающее два алюминиевых электрода, разделительную изолирующую пленку между ними, нагреватель, усилительную и регистрирующую системы, отличающееся тем, что верхний электрод, служащий одновременно контейнером для диагностируемой жидкости, выполнен в виде полого конуса со срезанной вершиной, отверстие которой заперто винтом, выполняющим роль верхнего контакта, а основание конуса помещено на покрытый изолирующей пленкой нижний электрод, находящийся в контакте с нагревателем.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области медицины, а именно к устройствам для диагностического исследования крови путем регистрации биоэлектрических сигналов, возникающих при термообработке проб крови, в частности к клинической лабораторной диагностике.

Известно устройство для измерения поверхностного заряда электрета (Патент США № 3652932, G01N 27/60; G01R 5/28; H01G 7/02, 1972 г.), включающее два зафиксированных электрода, расположенных на конечном расстоянии от электрета (исследуемого материала). Поверхностный заряд электрета измеряется точно и воспроизводимым способом. Электрет поддерживается между зафиксированными электродами, расположенными на конечном расстоянии от электрета, один - в наземном потенциале и другой играет роль зонда напряжения. Проводящая перегородка вставлена между электретом и зондирующим электродом. Конденсатор, связывающий электроды, разряжается и перегородка открывается, чтобы стимулировать зарядку на зонде. Поскольку пространство между электродами фиксировано, повторное измерение выдает ту же самую величину измерения, и заряды для различных образцов непосредственно сопоставимы.

Известное решение направлено на измерение поверхностного заряда электрета и не позволяет проводить диагностику внутреннего состояния исследуемого вещества.

Известно устройство для диагностики функционального состояния биологической жидкости человека (Патент BY № 9451, А61В 5/05, G01N 33/487, G01N 27/06, 2005 г.), включающее два алюминиевых электрода, разделительную изолирующую пленку между ними и нагреватель. Для диагностики функционального состояния биологического материала проводят электретно-термический анализ пробы, регистрацию спектра термостимулированных токов и сравнение его со спектром термостимулированных токов биологической жидкости здорового человека. Пробу синовиальной жидкости пациента подвергают электретно-термическому анализу, регистрируют спектр термостимулированных токов, сравнивают его со спектром термостимулированных токов синовиальной жидкости здорового человека.

Недостатком известного решения является низкая чувствительность устройства и малый диапазон измеряемых токов. Диагностируемые токи граничат в диапазоне 10^-12 А.

Известно устройство для диагностики крови человека (Патент BY № 5720, G01N 33/49, 2003 г.), включающее два алюминиевых электрода, разделительную изолирующую пленку между ними и нагреватель. Известное устройство предназначено для регистрации термостимулированных токов, которые возникают в процессе нагрева пробы. Пробу крови помещают между парой металлических электродов и регистрируют температурную зависимость термостимулированных токов, которые возникают в процессе нагрева пробы в цепи, замыкающей электроды, а группу крови определяют по положению на зарегистрированной зависимости пика, максимум которого соответствует температуре из диапазона 95-118°С. Устройство позволяет определить группу крови по положению пика на зарегистрированной зависимости величины тока от температуры.

Ближайшим аналогом является устройство для измерения термостимулированных токов (Пинчук Л.С., Кравцов А.Г., Зотов С.В. Термостимулированная деполяризация крови человека, // Ж.технической физики, 2001, том 71, вып.5. С.115-117). Устройство содержит верхний электрод, нижний электрод, тефлоновую прокладку между ними, усилитель-преобразователь, систему регистрации и записи и нагреватель. Пробу крови помещали в промытый этиловым спиртом алюминиевый электрод и накрывали стерильной тефлоновой прокладкой, на которую накладывали второй электрод. Регистрировали ток, который возникает в цепи, замыкающей электроды, при нагревании образца со скоростью 5°C/мин.

Недостатком известного решения является также низкая чувствительность устройства и малый диапазон измеряемых токов. Диагностируемые токи граничат в диапазоне 10^-12 А.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение чувствительности диагностирующей системы и расширение диапазона измеряемых токов при исследовании функционального состояния крови человека методом термостимулированных токов.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, включающем два алюминиевых электрода, разделительную изолирующую пленку между ними, нагреватель, усилительную и регистрирующую системы, верхний электрод, служащий одновременно контейнером для диагностируемой жидкости, выполнен в виде полого конуса со срезанной вершиной, отверстие которой заперто винтом, выполняющим роль верхнего контакта, а основание конуса помещено на плоский, покрытый изолирующей пленкой нижний электрод, находящийся в контакте с нагревателем.

Общий вид устройства для диагностики путем измерения термостимулированных токов показан на Фиг.1.

Устройство содержит измерительную ячейку, включающую верхний электрод 1 в виде полого конуса с усеченной вершиной, служащий контейнером для диагностируемой биологической жидкости, разделительную изолирующую пленку 2, нижний электрод 3, нагреватель 4, находящийся в контакте с нижним электродом, запорный винт 5, установленный в усеченной вершине конического электрода 1 и выполняющий роль верхнего контакта. В контейнер помещена диагностируемая биологическая жидкость, в частности кровь 6. Устройство также содержит усилитель 7 и регистрирующую систему 8.

Устройство работает следующим образом.

Нижний электрод 3 промывается спиртом и накрывается стерильной фторопластовой пленкой 2. Промытый спиртом верхний электрод 1 устанавливается основанием на покрытую пленкой поверхность нижнего электрода 3. Через отверстие в усеченной вершине конуса в объем конуса вводится исследуемая проба крови 6. После наполнения контейнера отверстие запирается винтом 5. Термостимулированные токи регистрируются регистрирующей системой 8 при линейном нагреве образца нагревателем 4 в отсутствие внешнего напряжения на электродах измерительной ячейки.

Регистрации термостимулированных эффектов при исследовании такого объекта, как кровь человека, имеет ряд методических особенностей, которые в большинстве случаев являются решающим фактором для получения достоверных экспериментальных данных и их правильной интерпретации. Сущность метода термостимулированных токов можно охарактеризовать следующим образом. Диагностируемая система, обладающая электретными свойствами, подвергается нагреванию. При линейном увеличении температуры инициируется переход системы из неравновесного состояния в равновесное и регистрируется ток, вызванный релаксационным процессом этого перехода. Зависимость измеренного тока от температуры имеет максимумы, положение и форма которых связаны с определенными параметрами процесса, вызвавшего этот ток. Появление термостимулированного тока может быть связано с различными изменениями проводимости диагностируемой системы в результате освобождения неравновесных носителей заряда, локализованных на центрах захвата.

Измерительная ячейка для исследования крови человека представляет собой конденсатор: два электрода разделены изолирующей тефлоновой прокладкой. Нижняя обкладка конденсатора представляет собой плоскую круглую пластину. Верхняя обкладка имеет форму полого конуса, внутренняя полость которого заполняется пробой крови - диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого близка к диэлектрической проницаемости воды ( =87). При замыкании цепи регистрируется ток, возникающий в результате термической активации диэлектрика, заполняющего полость верхнего электрода. В отсутствие электретного состояния диэлектрика (не было предварительной электризации и не производится термоактивация) ток в цепи равен нулю в диапазоне от 10^-12 до 10^-8 А. При термоактивации (в процессе нагрева контейнера с диэлектриком) появляется ток, который регистрируется в диапазоне от 10^-12 до 10^-8 А.

На величину возникающего в замкнутой цепи тока существенное влияние оказывают следующие факторы: наличие воздуха в контейнере с диэлектриком и форма электрического поля, обусловленного конфигурацией верхней обкладки конденсатора. Величина заряда конденсатора прямо связана с его емкостью. Q=С(U₁-U₂), где Q - заряд, накопленный в конденсаторе, a (U₁-U₂) - разность потенциалов (напряжение) между обкладками конденсатора.

В свою очередь, емкость конденсатора прямо пропорционально зависит от площади обкладок и от диэлектрической проницаемости диэлектрика, заполняющего пространство между обкладками. С= ₀ S/d, где С - электроемкость конденсатора, ₀ - электрическая постоянная, равная 8,85 10 ^-12 Ф/м, - диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей конденсатор, a d - расстояние между обкладками. Поскольку для воздуха диэлектрическая проницаемость равна единице, а для крови человека - 87, то присутствие воздуха существенно снижает электроемкость конденсатора и, соответственно, заряд. Появление воздуха в диагностируемой пробе крови человека обуславливается также значительной величиной ее вязкости. (Если принять вязкость воды за единицу, то средняя относительная вязкость крови у здорового взрослого человека составит ~4,5.)

Коническая форма верхнего электрода позволяет решить две задачи. С одной стороны, при заполнении контейнера имеющиеся в полости пузыри воздуха поднимаются вверх и, выходя через узкую горловину, обеспечивают максимально возможную для данной системы электрическую емкость. С другой стороны, предлагаемая форма верхнего электрода способствует формированию полей конической формы, способствующих более эффективному съему заряда.

На Фиг.2. в качестве примера приведен спектр термостимулированного тока, полученный с использованием предлагаемого решения. Данные приведены для венозной крови человека третьей группы, резус положительный. Полученный спектр регистрируется в интервале токов от 10 ^-12 А до 10^-8 А, что на четыре порядка величины больше, чем описано в прототипе. Такое повышение чувствительности метода и расширение диапазона измерения токов позволяет получить значительно более точную характеристику диагностируемой крови человека и дает возможность зарегистрировать отклонения от нормы в функциональном состоянии крови пациента на более ранних стадиях развития заболевания.

Технический эффект - повышение чувствительности диагностирующей системы и расширение диапазона измеряемых токов при исследовании функционального состояния крови человека методом термостимулированных токов.