RU2201132C2

RU2201132C2 - Устройство для автоматизированного съема и обработки информации о электромагнитном поле биообъекта

Info

Publication number: RU2201132C2
Application number: RU2001111379/14A
Authority: RU
Inventors: И.А. Царегородцев; Т.И. Субботина; С.А. Яшин; А.А. Яшин
Original assignee: Тульский государственный университет
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2003-03-27

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике и технике медико-биологического эксперимента и может быть использовано для изучения воздействия крайневысокочастотных низкоинтенсивных электромагнитных полей на биообъекты в экспериментальной биологии и биофизике, а также для использования в медицинской высокочастотной диагностике. Техническим результатом является обеспечение автоматизированного съема информации о электромагнитном поле биообъекта с последующей обработкой информации. Устройство содержит источник электромагнитного излучения для облучения биообъекта, датчик регистрации отраженных от биообъекта электромагнитных волн, детектор, усилитель постоянного тока, дополнительный источник электромагнитного излучения для облучения датчика, характеристики которого идентичны характеристикам источника электромагнитного излучения для облучения биообъекта, высокочастотный коммутатор, последовательно соединенные АЦП и ПВЭМ для формирования изображения, характеризующего распределение амплитуды обрабатываемого сигнала в зависимости от изменения времени и частоты, при этом вход АЦП подключен к выходу усилителя, вход которого соединен с выходом детектора, а датчик включает, по крайней мере, две диэлектрически пластины, на одной поверхности каждой из которых размещен электропроводящий элемент из нелинейного материала в форме правосторонней или левосторонней спирали, пластины объединены в пакет, причем пластины с левосторонними спиралями чередуются с пластинами с правосторонними спиралями, перпендикулярно пластинам датчика установлена коммутационная плата в виде диэлектрической пластины с проводниками, посредством которых соответствующие выводы спиралей связаны с соответствующими входами коммутатора. Токопроводящие элементы могут быть выполнены в виде пленочных проводников. 1 з.п.ф-лы., 3 ил.

Description

Изобретение относится к медицинской технике и технике медико-биологического эксперимента и может быть использовано для изучения воздействия крайневысокочастотных (КВЧ) низкоинтенсивных электромагнитных полей (ЭМП) на биообъекты в экспериментальной биологии и биофизике, а также для использования в медицинской высокочастотной диагностике.

Известно устройство для КВЧ-облучения биообъекта с регистрацией отклика организма биообъекта (авт. свид. 1489545, Н 03 В 7/14 с приоритетом от 1988 г. ), содержащее источник КВЧ-излучения, облучающий биообъект, и систему регистрации отклика организма на КВЧ-облучение в виде электроэнцефалографа, подключенного к биообъекту (пациенту).

Известное устройство не дает информации о интегративном ЭМП биообъекта, а лишь опосредованно, через d, β- и Λ-ритмы электроэнцефалографа регистрирует изменение физиологических показаний организма под воздействием КВЧ-облучения.

Известно также устройство (прототип) для диагностики физиологического состояния биообъекта (Дубовская Н. Г. , Житник Н.Е., Миронов А.В. и др. Принципы моделирования и схемотехнической реализации низкоинтенсивной КВЧ-диагностической и терапевтической аппаратуры // Вестник новых медицинских технологий. - 1996. Т. III, 2. - С. 88, рис. 1), содержащее источник КВЧ-излучения, облучающий биообъект, и систему регистрации отраженного от поверхности (кожи) биообъекта в виде приемника КВЧ-сигналов. Устройство обеспечивает достоверность и повторяемость результатов при исследовании воздействия КВЧ ЭМП на биообъект, однако оно не позволяет регистрировать медленно меняющееся интегративное собственное ЭМП биообъекта и тем более анализировать его пространственно-временные и частотно-временные характеристики.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства автоматизированного съема и обработки информации интегративного электромагнитного поля биообъекта, позволяющее анализировать его пространственно-временные характеристики.

Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи, является обеспечение автоматизированного съема и обработки информации интегративного электромагнитного поля биообъекта, позволяющее анализировать его пространственно-временные характеристики.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для автоматизированного съема и обработки информации о электромагнитном поле биообъекта, содержащее источник электромагнитного излучения для облучения биообъекта, датчик регистрации отраженных от биообъекта электромагнитных волн, детектор, усилитель постоянного тока, дополнительный источник электромагнитного излучения для облучения датчика, характеристики которого идентичны характеристикам источника электромагнитного излучения для облучения биообъекта, высокочастотный коммутатор, последовательно соединенные АЦП и ПЭВМ для формирования изображения, характеризующего распределение амплитуды обрабатываемого сигнала в зависимости от изменения времени и частоты, при этом вход АЦП подключен к выходу усилителя, вход которого соединен с выходом детектора, а датчик включает по крайней мере две диэлектрические пластины, на одной поверхности каждой из которых размещен электропроводящий элемент из нелинейного материала в форме правосторонней или левосторонней спирали, пластины объединены в пакет, причем пластины с левосторонними спиралями чередуются с пластинами с правосторонними спиралями, перпендикулярно пластинам датчика установлена коммутационная плата в виде диэлектрической пластины с проводниками, посредством которых соответствующие выводы спиралей связаны с соответствующими входами коммутатора.

Кроме того, токопроводящие элементы выполнены в виде пленочных проводников.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое устройство для автоматизированного съема и обработки информации о интегративном ЭМП биообъекта отличается от прототипа тем, что в нем использован датчик принципиально новой конструкции, использован второй источник КВЧ-излучения, а также использована специальная линия автоматизированной обработки сигнала, несущего максимально полную информацию о собственном интегративном ЭМП биообъекта. Поэтому данное техническое решение отвечает критерию "новизна".

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства. Первый источник КВЧ-излучения 1 облучает биообъект 2 с расположенными на его поверхности (коже) БАТ и РГЗ 3. ЭМП

при отражении от поверхности биообъекта 2 содержит информацию о медленно меняющемся интегративном ЭМП биообъекта 2; последнее накладывается на поле

по принципу модуляции на нелинейностях поверхности биообъекта 2, которыми являются БАТ и РГЗ.

Поле

содержит в себе пространственно-временные и частотно-временные характеристики интегративного ЭМП биообъекта, поэтому предложена конструкция датчика, позволяющая сократить всю информацию об этих характеристиках. Датчик выполнен в виде пакета тонких диэлектрических пластин, например ситалловых, и имеет следующую конструкцию (фиг.2). На лицевые поверхности каждой пластины нанесены, например с использованием технологии тонкопленочного напыления, пленочные спирали 5 из нелинейного материала (нелинейные пленки). Внутренний конец 6 спирали 5 заканчивается участком пленки, выполненным из диссипативной (поглощающей) пленки и являющимся согласующим элементом спиральной пленочной антенны. На пластинах с нечетными номерами (первая сверху пакета имеет первый номер) спирали выполнены правовинтовыми, а на пластинах с четными номерами - левовинтовыми.

Таким образом, объемная конструкция датчика позволяет адекватно акцентировать объемное поле

с учетом всех его пространственно-временных, частотно-временных и поляризационных характеристик. Для акцепции последних антенны-спирали 5 выполнены право- и левовинтовыми, что соответствует право- и левосторонней поляризации ЭМП (эллиптической, обобщенной круговой и пр.).

Внешние концы 7 спиралей 7 гальванически контактируют с металлизированными площадками 8 и 9 торцов пластин 4 с право- и левосторонними спиралями соответственно. Это площадки также гальванически контактируют с пленочными проводящими проводниками 10, нанесенными на внутреннюю поверхность коммутационной диэлектрической платы 11. Эти проводники продолжены через торцы 12 пластины 11 и выведены на внешнюю поверхность платы 11. К этим проводникам подсоединена n-разрядная высокочастотная коммутационная шина 13, где n - число пластин 4 в датчике. Контактирование (внутренняя пайка) проводников 10 с площадками 8, 9 в сборе датчика выполняется одним из известных методов, например рассмотренным в книге: Яшин А.А., Касулин В.В., Плотникова Л.Н. Проектирование многофункциональных объемных интегральных модулей СВЧ и КВЧ-диапазонов/Под ред. Е.И. Нефедова. - М.: НТЦ "Информтехника", 1992. - С. 197, рис. 6.2.

Датчик также облучается из второго источника КВЧ-излучения 14 полем

; таким образом, с датчика снимается высокочастотный сигнал, образованный суперпозицией полей

причем характеристики излучаемых сигналов из источников КВЧ-излучения 1 и 14 являются идентичными и равноуправляемыми 15.

Сигнал, снятый с датчика, по шине 13 подается на высокочастотный коммутатор 16, например выполненный на p-i-n-диодах, затем в режиме разделения времени подается на детектор 17, с него подается на усилитель постоянного тока 18 и далее на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 19. Цифровой сигнал с АЦП 19 подается на ПЭВМ 20. Оператор 21 работает с ПЭВМ 20 в интерактивном режиме, используя программы 22 вейвлет-анализа (стандартный метод: трехмерная обработка сигнала, результатом которой является построение картины распределения амплитуд сигнала в зависимости от изменения двух параметров: времени и частоты).

Устройство работает следующим образом (фиг.3). Сигнал

с источника КВЧ-излучения 1 с монохроматическим спектром S(w) 23 облучает биообъект 2 с БАТ и РГЗ 3, в окрестности которых он модулируется медленно меняющимся сигналом интерактивного ЭМП биообъекта со спектром S(Ω) 24. Отраженный от поверхности биообъекта 2 сигнал

облучает датчик, возбуждая в антеннах-спиралях 5 сигналы со спектрами S_i(w), где i=1, 2..., n. Второй источник КВЧ-излучения 14 излучает сигнал

со спектром S(w) 25, который облучает датчик.

Воздействие на датчик двух КВЧ-сигналов

с одинаковыми характеристиками несущей частоты приводит к резонансу в антеннах-спиралях 5; при этом, учитывая, что спирали 5 выполнены из нелинейного материала (материал, в котором параметры проходящего электрического сигнала непропорционально линейно зависят от частоты и других характеристик сигнала), в датчике формулируются пространственно распределенные по его слоям сигналы S_i (Ω) 26, где i=1, 2,..., n, которые затем подаются на детектор 17 (стандартный пространственно-временной метод детектирования, где одна секунда делится на 10 частей, ось времени делится на дискреты и идет поочередная передача сигнала), далее подаются на усилитель постоянного тока 18 и затем подаются на АЦП 19. Цифровой сигнал с АЦП подается на ПЭВМ и по программам вейвлет-анализа строится его вейвлет-изображение W (а, в) 29, которое дает частотно-временную пространственную характеристику интегративного ЭМП биообъекта, то есть графическое распределение амилитур по координатам а и в (частоты и времени).

Выбор в качестве несущего сигнала КВЧ-излучения обусловлен тем, что именно КВЧ ЭМП, причем в определенном диапазоне (40÷60 ГГц), является имманентным живому веществу, то есть обеспечивает наиболее полный объем характеристик собственного интегративного ЭМП биообъекта.

Устройство в техническом плане не требует специальной квалификации работающих с ним исследователей. Изготовление устройства возможно на предприятиях, занимающихся высокочастотным медико-биологическим приборостроением.

Установка может использоваться в научно-исследовательских учреждениях, занимающихся исследованиями в области биофизики, а также является основой для разработки многофункциональной высокочастотной диагностической аппаратуры.

Claims

1. Устройство для автоматизированного съема и обработки информации о электромагнитном поле биообъекта, содержащее источник электромагнитного излучения для облучения биообъекта, датчик регистрации отраженных от биообъекта электромагнитных волн, детектор, усилитель постоянного тока, дополнительный источник электромагнитного излучения для облучения датчика, характеристики которого идентичны характеристикам источника электромагнитного излучения для облучения биообъекта, высокочастотный коммутатор, последовательно соединенные АЦП и ПВЭМ для формирования изображения, характеризующего распределение амплитуды обрабатываемого сигнала в зависимости от изменения времени и частоты, при этом вход АЦП подключен к выходу усилителя, вход которого соединен с выходом детектора, а датчик включает, по крайней мере, две диэлектрические пластины, на одной поверхности каждой из которых размещен электропроводящий элемент из нелинейного материала в форме правосторонней или левосторонней спирали, пластины объединены в пакет, причем пластины с левосторонними спиралями чередуются с пластинами с правосторонними спиралями, перпендикулярно пластинам датчика установлена коммутационная плата в виде диэлектрической пластины с проводниками, посредством которых соответствующие выводы спиралей связаны с соответствующими входами коммутатора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что токопроводящие элементы выполнены в виде пленочных проводников.