RU2091055C1 - Способ определения жизнеспособности тканей биологических объектов и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ определения жизнеспособности тканей биологических объектов и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2091055C1 RU2091055C1 RU94041184A RU94041184A RU2091055C1 RU 2091055 C1 RU2091055 C1 RU 2091055C1 RU 94041184 A RU94041184 A RU 94041184A RU 94041184 A RU94041184 A RU 94041184A RU 2091055 C1 RU2091055 C1 RU 2091055C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- viability
- tissue
- output
- input
- signal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
Abstract
Использование: в области экспериментальной биологии и физиологии. Сущность изобретения: на исследуемую ткань подают сигнал СВЧ и регистрируют отраженный сигнал. Сравнивая поданный и отраженный сигналы регистрируют коэффициент отражения и разность фаз указанных сигналов. По разности фаз определяют жизнеспособность ткани, а по коэффициенту отражения - динамику изменения показателя жизнеспособности. Устройство содержит СВЧ генератор, разделитель мощности, два модулятора, рупорный облучатель и блоки обработки отраженного сигнала и отображения получаемых параметров. По уменьшению разности фаз отраженного и поданного на участок ткани СВЧ сигнала судят о повышении жизнеспособности ткани, а увеличение коэффициента отражения достоверно подтверждает этот вывод. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области экспериментальной биологии и физиологии и позволяет определить экспериментально жизнеспособность ткани путем измерения комплексного коэффициента отражения сигнала СВЧ диапазона низкой интенсивности.
Определение жизнеспособности биологических тканей чрезвычайно актуально в тех случаях, когда успех воздействия существенно зависит от состояния пересаживаемого участка. При запоздалом решении вопроса о критическом уровне жизнеспособности ткани, затянутые во времени, некробиотические процессы пересаженной ткани переходят на подстилающую ткань и нередко исключают возможность повторного воздействия.
Физикальные методы определения жизнеспособности тканей весьма ненадежны. Существующие приборные методы улучшают диагностику, однако широкого распространения не получили в силу относительно невысокой эффективности при ощутимом неудобстве в их применении.
Известны приборные методы определения жизнеспособности тканей, основанные на импедансометрии, термографии и полярографии. Из них термография и полярография нацелены на выделение температурных градиентов на поверхности кожи, что позволяет обнаружить и диагностировать очаги явного отторжения. О жизнеспособности тканей в этих случаях судят по косвенному показателю - динамике общего состояния ткани.
Ошибки в диагностике при использовании этих методов обусловлены отсутствием однозначной связи между развитием воспалительного процесса в первые дни после воздействия и утратой жизнеспособности в пределах операционного поля [1]
Известен способ, основанный на измерении полного сопротивления тканей переменному электрическому току [2] но ощутимым недостатком этого метода является неинвазивность, так как для измерения импеданса используются игольчатые электроды, заметная продолжительность процедуры измерения 10 и более минут, необходимость использования тока значительной мощности, что небезразлично для исследуемой ткани, особенно вблизи электродов, относительно узкий диапазон измерений импеданса при клинически значимых изменениях жизнеспособности тканей, невозможность динамических наблюдений в силу травматичности исследования и потому нежелательности повторности измерения, особенно на тканях малого размера, трудности интерпретации результатов в плане прогноза жизнеспособности исследуемых тканей и другое.
Известен способ, основанный на измерении полного сопротивления тканей переменному электрическому току [2] но ощутимым недостатком этого метода является неинвазивность, так как для измерения импеданса используются игольчатые электроды, заметная продолжительность процедуры измерения 10 и более минут, необходимость использования тока значительной мощности, что небезразлично для исследуемой ткани, особенно вблизи электродов, относительно узкий диапазон измерений импеданса при клинически значимых изменениях жизнеспособности тканей, невозможность динамических наблюдений в силу травматичности исследования и потому нежелательности повторности измерения, особенно на тканях малого размера, трудности интерпретации результатов в плане прогноза жизнеспособности исследуемых тканей и другое.
Наиболее близким к заявленному является способ определения жизнеспособности тканей биологических объектов, включающий подачу на участок данной ткани СВЧ-сигнала, регистрацию отраженного сигнала и сравнение параметров исходного и отраженного сигналов [3]
Однако в данном случае недостатком указанного способа является его низкая эффективность и информативность.
Однако в данном случае недостатком указанного способа является его низкая эффективность и информативность.
Так же известно устройство для реализации указанного способа [3] содержащее генератор СВЧ, связанный с аттенюатором, циркулятор с рупорным облучателем, усилитель и блок отображения информации.
В данном случае определение жизнеспособности осуществляется по величине коэффициента отражения сигнала СВЧ от ткани, что не является достаточно информативным показателем.
Целью изобретения является повышение эффективности определения жизнеспособности исследуемых биотканей и увеличение информативности такого определения.
Указанная цель в части способа достигается тем, что регистрируются фазы исходного и отраженного сигнала, по разности которых судят о жизнеспособности ткани, причем величину падающего СВЧ-сигнала выбирают не более 0,3 Р, где Р минимальный уровень интенсивности СВЧ-сигнала, при котором не происходит необратимых или тепловых процессов в клетках ткани объекта в течение времени воздействия.
А так же тем, что регистрируют величину коэффициента отражения СВЧ-сигнала от исследуемого участка ткани и определяют величину диэлектрической проницаемости ткани.
Относительно устройства, цель достигается тем, что оно снабжено разделителем мощности, двумя модуляторами и последовательно включенными сумматором, квадратичным детектором, усилителем частоты модуляции и синхронным детектором, выход которого связан со входом усилителя, выход аттенюатора посредством разделителя мощности связан со входом каждого из модуляторов, первый выход первого из которых связан с циркулятором, а первый выход второго модулятора с первым входом сумматора, со вторым входом которого связан выход циркулятора, при этом выход опорного сигнала каждого модулятора связан с соответствующим входом синхронного детектора.
Кроме того, устройство снабжено компьютером, связанным с выходом усилителя через интерфейс.
Следует отметить, что измерение комплексного коэффициента отражения осуществляется в диапазоне 50 МГц 100 ГГц при крайне низком уровне сигнала (в большинстве случаев не более 10 мкВт/см2), при этом частотный диапазон выбирается в зависимости от расположения исследуемой ткани от поверхности тела.
Заявляемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет обеспечить полную неинвазивность исследования, обеспечить полное отсутствие побочного влияния на состояние исследуемых тканей, простоту и быстроту получения результата, время измерения несколько секунд, надежность и достоверность получаемой информации от интересующей ткани при нестрогих требованиях к датчику, возможность простой интерпретации результатов за счет довольно однозначных связей между состоянием исследуемых тканей и измеряемыми физическими величинами.
Анализ патентной и научной литературы показал, что заявленное как совокупность признаков в части способа и устройства неизвестно, т.е. оно соответствует критерию "новизна".
Поскольку имеется потребность в такого рода методах и устройствах, и устройство реализуется на основе известных средств, то заявленное соответствует критерию "промышленная применимость".
Так как в результате реализации заявленного способа за счет работы устройства получается новый эффект, позволяющий резко увеличить надежность и достоверность прогноза жизнеспособности, причем данные результаты получены исключительно в результате экспериментальных исследований и не очевидно из уровня развития науки и техники.
На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации способа определения жизнеспособности тканей биологического объекта, содержащего генератор СВЧ 1, аттенюатор 2, разделитель 3 мощности первый 4 и второй 5 модуляторы, циркулятор 6, репорный облучатель 7, сумматор 8, квадратичный детектор 9, усилитель частоты модуляции 10, синхронный детектор 11, усилитель (постоянного тока) 12, блок отображения информации 13, например, цифровой вольтметр, компьютер 14,связанный с усилителем 12 через плату интерфейса 15, при этом на синхродетектор 11 поступают сигналы с модуляторов 4 и 5 и с усилителя 10.
Способ при работе устройства реализуется следующим образом. Сигнал СВЧ-генератора 1 через аттенюатор 2 поступает на разделитель 3. Зондирующий сигнал через модулятор 4 и циркулятор 6 поступает на вход рупорного облучателя 7, выполненного либо в виде коаксиала в корпусе из нержавеющей стали с фторопластовым заполнителем (в диапазоне менее 10 ГГц), либо представляющего собой открытый участок волновода, который заполнен диэлектриком, обеспечивающим достаточный коэффициент отражения от биологической ткани (в диапазоне > 10 ГГц). В КВЧ диапазоне таким требованиям отвечает лейкосапфир с диэлектрической проницаемостью порядка 10 и малым тангенсом диэлектрических потерь.
Отраженный сигнал через рупорный облучатель, циркулятор и сумматор поступает на синхронный детекторный приемник. Опорный сигнал через модулятор 2, идентичный модулятору 1, поступает в сумматор и далее на синхронный детектор, где происходит выделение сигналов, пропорциональных мощности отраженного, опорного и суммарного сигналов. С выхода синхронного детектора после усилителя постоянного тока на плату интерфейса поступает три сигнала:
где P10 мощность зондирующего сигнала,
Г коэффициент отражения,
Р1 мощность отраженного сигнала,
Р20 мощность опорного сигнала,
φ фаза отраженного сигнала;
причем
U2 и φо определяются конструкцией прибора и являются постоянными величинами.
где P10 мощность зондирующего сигнала,
Г коэффициент отражения,
Р1 мощность отраженного сигнала,
Р20 мощность опорного сигнала,
φ фаза отраженного сигнала;
причем
U2 и φо определяются конструкцией прибора и являются постоянными величинами.
После обработки в персональном компьютере на экран монитора выводятся гистограммы двух сигналов:
где Гэт характеристика выбранного калибровочного раствора (например, воды).
где Гэт характеристика выбранного калибровочного раствора (например, воды).
Относительная точность определения амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения не ниже 1%
Независимо от наличия компьютера на цифровом вольтметре возможна последовательная индикация сигналов U1; U2; U3.
Независимо от наличия компьютера на цифровом вольтметре возможна последовательная индикация сигналов U1; U2; U3.
В приборе используется модуляционный метод измерения, позволяющий получить высокую точность при малой мощности зондирующего сигнала. Метод состоит в том, что период измерения разделен на 4 равных временных интервала: Т1 Т4, заполненных различной по содержанию информацией.
В Т1 на вход квадратичного детектора поступает отраженный сигнал мощности
P1= P10|Г|2
В Т2 на вход поступает опорный сигнал мощности Р20.
P1= P10|Г|2
В Т2 на вход поступает опорный сигнал мощности Р20.
В T3 на вход поступает сумма опорного и отраженного сигналов. Мощность принимаемого сигнала
В Т4 сигнала на детектор не поступает.
В Т4 сигнала на детектор не поступает.
Максимальная частота модуляции определяется через, потребное время однократного измерения, которое в свою очередь ограничивается, исходя из трех факторов:
1) число измерений в усредняемом массиве;
2) ограничения мощности зондирующего излучения;
3) чувствительность детектора.
1) число измерений в усредняемом массиве;
2) ограничения мощности зондирующего излучения;
3) чувствительность детектора.
Например, при необходимости получить массив > 10 3 измерений сигнала, мощностью < 1 мкВт, и при наличии детектора, позволяющего получить измерение за время > 0,8 мс, частота модуляции должна быть порядка 1 кГц.
Эффективность применения заявляемого способа определения жизнеспособности проверялась в экспериментах на растениях, животных и так далее, т.е. тех объектах, которые имеют биологическое происхождение. Эксперимент на животных ставился при формировании у них осевых плоских кожных лоскутов с заданным процентом некроза. Преобладание дегенеративно-дистрофических и некробиотических процессов при использовании данного способа проявляется уменьшением фазы и увеличением амплитуды комплексного коэффициента отражения по сравнению с интактной тканью. Метод позволяет установить неблагоприятный прогноз в первые сутки после операции, в то время как в применяемых методах, т. е. клинически и морфологически, некроз диагностируется не ранее четырех суток с момента операции.
Литература.
1. Белановский А.С. Основы биофизики в ветеринарии, М. Агромпромиздат, 1989 г.
2. Авторское свидетельство СССР N 1412740, 1989.
3. Авторское свидетельство СССР N 1836915, 1983.
Claims (5)
1. Способ определения жизнеспособности тканей биологических объектов, включающий подачу на участок данной ткани потока энергии СВЧ диапазона, регистрацию отраженного сигнала и сравнение исходного и отраженного сигналов, отличающийся тем, что регистрируют фазы исходного и отраженного сигналов, по разности которых судят о жизнеспособности ткани, причем величину исходного СВЧ сигнала выбирают не более 0,3 Р, где Р максимальный уровень интенсивности СВЧ сигнала, при котором еще не происходит необратимых или тепловых процессов в клетках ткани объекта в течение времени воздействия.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрируют величину коэффициента отражения СВЧ сигнала от участка ткани, в зависимости от которой корректируют динамику изменения жизнеспособности.
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что по величине фазы и амплитуды отраженного сигнала определяют величину диэлектрической проницаемости участка ткани.
4. Устройство для определения жизнеспособности тканей биологических объектов, содержащее генератор СВЧ, связанный с аттенюатором, циркулятор с рупорным облучателем, усилитель и блок отображения информации, отличающееся тем, что оно снабжено разделителем мощности, двумя модуляторами и последовательно включенными сумматором, квадратичным детектором, усилителем частоты модуляции и синхронным детектором, выход которого связан с входом усилителя, выход аттенюатора посредством разделителя мощности связан с входом каждого из модуляторов, первый выход первого из которых связан с циркулятором, а первый выход второго модулятора связан с первым входом сумматора, с вторым входом которого сообщен выход циркулятора, при этом выход опорного сигнала каждого модулятора связан с соответствующим входом синхронного детектора.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено компьютером, связанным с выходом усилителя через интерфейс.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94041184A RU2091055C1 (ru) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | Способ определения жизнеспособности тканей биологических объектов и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94041184A RU2091055C1 (ru) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | Способ определения жизнеспособности тканей биологических объектов и устройство для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2091055C1 true RU2091055C1 (ru) | 1997-09-27 |
RU94041184A RU94041184A (ru) | 1998-04-20 |
Family
ID=20162372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94041184A RU2091055C1 (ru) | 1994-11-25 | 1994-11-25 | Способ определения жизнеспособности тканей биологических объектов и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2091055C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA030390B1 (ru) * | 2016-03-25 | 2018-07-31 | Учреждение Образования "Белорусский Государственный Университет Информатики И Радиоэлектроники" | Способ и устройство определения индивидуальной характеристической частоты биологического объекта |
-
1994
- 1994-11-25 RU RU94041184A patent/RU2091055C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1836915, кл. A 61 B 5/00, 1993. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA030390B1 (ru) * | 2016-03-25 | 2018-07-31 | Учреждение Образования "Белорусский Государственный Университет Информатики И Радиоэлектроники" | Способ и устройство определения индивидуальной характеристической частоты биологического объекта |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2234244C2 (ru) | Электромагнитные отображающие и лечебные (эмол) системы | |
US5190039A (en) | Apparatus and method for monitoring body organs | |
US3735247A (en) | Method and apparatus for measuring fat content in animal tissue either in vivo or in slaughtered and prepared form | |
US5200345A (en) | Methods and apparatus for quantifying tissue damage, determining tissue type, monitoring neural activity, and determining hematocrit | |
RU2331894C1 (ru) | Способ измерения диэлектрических характеристик материальных тел и устройство для его реализации | |
JPS587290B2 (ja) | 組織体内の液体潅流能力判定装置 | |
KR20180104858A (ko) | 전자기파 및 멀티 캐비티 공진을 이용한 글루코스 농도 측정 장치 및 방법 | |
Ji et al. | Investigation of keratinizing squamous cell carcinoma of the tongue using terahertz reflection imaging | |
Rahiman et al. | Microwave tomography sensing for potential agarwood trees imaging | |
KR101282767B1 (ko) | 전자기파를 이용한 혈당 측정 장치 및 방법 | |
RU2381008C1 (ru) | Способ измерения электродинамических параметров биологических тканей и устройство для его осуществления | |
RU2727551C2 (ru) | Система и способ определения количества магнитных частиц | |
RU2091055C1 (ru) | Способ определения жизнеспособности тканей биологических объектов и устройство для его осуществления | |
Kim et al. | In vitro monitoring of goat-blood glycemia with a microwave biosensor | |
EP3651641B1 (en) | System for measuring the electrical impedance in human tissues | |
Koelink et al. | Signal processing for a laser-Doppler blood perfusion meter | |
US4546772A (en) | Method and means for determining ultrasonic wave attenuation in tissue using phase locked loop | |
KR100821656B1 (ko) | 수조를 구비한 어레이 열전대를 사용한 온도감지 방식의초음파 빔 특성분석장치 및 이용방법 | |
EP2214004A1 (en) | Method for localization of cancerous and atheromatous lesions by EPRI and a system for applying the method | |
CN113660898B (zh) | 微带波导结构、介电光谱系统和介电光谱传感器 | |
RU2519943C1 (ru) | Способ контроля жизнеспособности паренхиматозного органа, подлежащего трансплантации | |
Insull Jr | Universal Reference Standards for Measuring Atherosclerotic Lesions: The Quest for the “Gold Standard” | |
RU2095812C1 (ru) | Способ диагностики стадий желчно-каменной болезни | |
WO1998034099A1 (en) | A diagnostic method and a device for its implementation | |
Bouazizi et al. | Cross‐relaxation parameters in cortical bone assessed with different MR sequences |