RU2238031C2

RU2238031C2 - Device for diagnosing cerebral edema

Info

Publication number: RU2238031C2
Application number: RU2002102217/14A
Authority: RU
Inventors: А.К. Чернышов (RU); А.К. Чернышов; А.Г. Зенченко (RU); А.Г. Зенченко; Н.Ф. Рожков (RU); Н.Ф. Рожков; А.В. Михайлов (RU); А.В. Михайлов
Original assignee: ФГУ Омская государственная медицинская академия
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2004-10-20

Abstract

FIELD: medical engineering.

SUBSTANCE: device has frequency oscillator, pulse shaper of various patterns, amplifier producing current output and magnetic field structure inductor. Unit for measuring magnetic field intensity, matching unit which input is connected to measuring unit output, personal computer which input is connected to matching unit output and inputs of frequency oscillator, pulse shaper of various patterns and amplifier with current output.

EFFECT: high accuracy of diagnosis.

4 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, в частности к нейрохирургии, и может быть использовано для диагностики отека головного мозга при его очаговых поражениях.The invention relates to medicine, in particular to neurosurgery, and can be used to diagnose cerebral edema with its focal lesions.

Известно устройство для диагностики отека головного мозга путем высокочастотной электромагнитно-резонансной импедансометрии, в котором в качестве чувствительного элемента используют колебательный контур, содержащий конденсатор и катушку индуктивности. При исследовании измеряют импеданс колебательного контура на резонансной частоте (от 100 кГц до 1,1 МГц, патент РФ №2136207 кл. А 61 В 5/00). Устройство содержит также высокочастотный генератор и измерительный блок.A device is known for diagnosing cerebral edema by high-frequency electromagnetic resonance impedancemetry, in which an oscillating circuit containing a capacitor and an inductor is used as a sensitive element. In the study, the impedance of the oscillatory circuit is measured at a resonant frequency (from 100 kHz to 1.1 MHz, RF patent No. 2136207 class A 61 V 5/00). The device also contains a high-frequency generator and a measuring unit.

Катушка индуктивности является составной частью резонансного колебательного контура, содержащего дополнительно конденсатор, включенный параллельно обмотке катушки. С помощью данного устройства измеряют импеданс колебательного контура на резонансной частоте без биологического объекта и с биологическим объектом, размещенным внутри обмотки измерительной катушки индуктивности, рассчитывают отношение полученных значений и при величине 1,4 и более диагностируют отек головного мозга.The inductor is an integral part of the resonant oscillatory circuit, additionally containing a capacitor connected in parallel with the coil winding. Using this device, the impedance of the oscillating circuit is measured at a resonant frequency without a biological object and with a biological object located inside the winding of the measuring inductance coil, the ratio of the obtained values is calculated, and brain edema is diagnosed with a value of 1.4 or more.

Недостатком данного устройства является:The disadvantage of this device is:

Во-первых, при использовании рабочих частот от 100 кГц до 1,1 МГц и выше становится значительной проводимость клеточных мембран. Следовательно, результаты измерений будет отражать суммарную внеклеточную и внутриклеточную электропроводность содержимого исследуемых участков головного мозга. Поэтому дифференциация отека от набухания мозга (внеклеточного от внутриклеточного содержания жидкости) по данным бесконтактной электромагнитной высокочастотной электромагнитно-резонансной импедансометрии невозможна.First, when using operating frequencies from 100 kHz to 1.1 MHz and higher, the conductivity of cell membranes becomes significant. Therefore, the measurement results will reflect the total extracellular and intracellular electrical conductivity of the contents of the studied areas of the brain. Therefore, differentiation of edema from brain swelling (extracellular from intracellular fluid content) according to the data of non-contact electromagnetic high-frequency electromagnetic resonance impedancemetry is impossible.

Во-вторых, отсутствует возможность определения глубины и распространенности очагового поражения головного мозга по отношению к поверхности свода черепа и прилегающим структурам мозга, а производится оценка суммарной электропроводности содержимого головы, включая кожные покровы, апоневроз, кости ствола черепа, что в свою очередь вносит существенную погрешность в результаты измерений истинного импеданса головного мозга.Secondly, it is not possible to determine the depth and prevalence of focal brain damage in relation to the surface of the cranial fornix and adjacent brain structures, and the total conductivity of the contents of the head, including skin integument, aponeurosis, and bones of the skull stem, is estimated, which in turn introduces a significant error in the results of measurements of the true impedance of the brain.

Кроме того, при высокочастотной электромагнитно-резонансной импденасометрии на частотах 0,1-1,1 МГц электромагнитные волны проникают в биологический объект только на глубину на 2-3 см. Поэтому объективная оценка степени поражения коры и подкорковых структур головного мозга затруднена.In addition, with high-frequency electromagnetic resonance impdenasometry at frequencies of 0.1-1.1 MHz, electromagnetic waves penetrate into a biological object only to a depth of 2-3 cm. Therefore, an objective assessment of the degree of damage to the cortex and subcortical structures of the brain is difficult.

Технический результат изобретения состоит в повышении точности диагностики локализации очагового поражения и выраженности отека головного мозга.The technical result of the invention is to improve the accuracy of diagnosis of the localization of focal lesions and the severity of cerebral edema.

Технический результат достигается тем, что устройство для диагностики отека головного мозга, содержащее генератор частоты, выход которого подключен к входу формирователя импульсов различной формы, выход которого подключен к входу усилителя с токовым выходом, выход которого соединен с входом индуктора магнитной индукции, дополнительно содержит персональный компьютер, соединенный с блоком сопряжения, и блок измерения магнитной индукции, состоящий из датчика магнитной индукции и измерительной цепи, выход которой соединен с входом блока сопряжения, выходы которого подключены к входам управления генератора частоты, формирователя импульсов и усилителя с токовым выходом.The technical result is achieved in that the device for diagnosing cerebral edema, containing a frequency generator, the output of which is connected to the input of a pulse shaper of various shapes, the output of which is connected to the input of the amplifier with a current output, the output of which is connected to the input of the magnetic induction inductor, further comprises a personal computer connected to the interface unit and the magnetic induction measuring unit, consisting of a magnetic induction sensor and a measuring circuit, the output of which is connected to the input of the unit interfacing, the outputs of which are connected to the control inputs of the frequency generator, pulse shaper and amplifier with current output.

Работа устройства поясняется фигурами, где: на фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 - сканирование по вертикали; на фиг.3 - сканирование по горизонтали; на фиг.4 - сканирование по спирали или последовательно по всем составляющим.The operation of the device is illustrated by figures, where: in Fig.1 shows a diagram of a device; figure 2 is a vertical scan; figure 3 is a horizontal scan; figure 4 - scan in a spiral or sequentially for all components.

Устройство для реализации способа содержит следующие элементы: генератор частоты 1 с плавно регулируемой частотой от 1 до 200 Гц, формирователь импульсов 2, различной формы (прямоугольной, треугольной, синусоидальной формы с крутым передним и плавно спадающим задним фронтом и наоборот), усилитель с токовым выходом 3, возбуждающий магнитную индукцию от 0,1 до 50 мТл; индуктор 4, объект исследования 5; блок измерения магнитной индукции 6 на приемной стороне, состоящий из датчика магнитной индукции 7 и измерительного блока 8; блок сопряжения с компьютером 9; персональный компьютер 10.A device for implementing the method contains the following elements: a frequency generator 1 with a continuously adjustable frequency from 1 to 200 Hz, a pulse shaper 2, of various shapes (rectangular, triangular, sinusoidal in shape with a steep leading and smoothly falling falling edge and vice versa), an amplifier with a current output 3, exciting magnetic induction from 0.1 to 50 MT; inductor 4, object of study 5; a magnetic induction measuring unit 6 on a receiving side, consisting of a magnetic induction sensor 7 and a measuring unit 8; a unit for interfacing with a computer 9; personal computer 10.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Магнитный поток заданной частоты с выхода генератора частоты 1 поступает на вход формирователя импульсов 2, выход которого соединен с входом усилителя с токовым выходом 3. Выход усилителя 3 соединен с входом индуктора 4. По установленному значению тока задается значение индукции магнитного поля в индукторе, которое проходит через биологический объект 5, в частности голову. На противоположной от индуктора стороне значение магнитной индукции регистрирует блок измерения магнитной индукции 6, состоящий из датчика магнитной индукции 7 и измерительной цепи 8, выход которой соединен с входом блока сопряжения с компьютером 9, выход которого соединен с входом персонального компьютера 10, а также с входами управления генератора частоты 1, формирователя импульсов 2 и усилителя с токовым выходом 3.The magnetic flux of a given frequency from the output of the frequency generator 1 is fed to the input of the pulse former 2, the output of which is connected to the input of the amplifier with current output 3. The output of the amplifier 3 is connected to the input of the inductor 4. The value of the magnetic field induction in the inductor that passes through a biological object 5, in particular the head. On the opposite side from the inductor, the value of the magnetic induction is recorded by the magnetic induction measuring unit 6, consisting of a magnetic induction sensor 7 and a measuring circuit 8, the output of which is connected to the input of the interface unit with a computer 9, the output of which is connected to the input of a personal computer 10, as well as the inputs control the frequency generator 1, the pulse shaper 2 and the amplifier with current output 3.

Персональный компьютер 10 по заданной программе устанавливает частоту, форму воздействующих импульсов и значение магнитной индукции по значению тока, величина которого прямо пропорциональна значению магнитной индукции в индукторе 4.The personal computer 10, according to a predetermined program, sets the frequency, shape of the acting pulses and the value of magnetic induction from the current value, the value of which is directly proportional to the value of magnetic induction in the inductor 4.

По заданным параметрам индуктора 4 (внешнему и внутреннему диаметру и числу витков) программа в компьютере рассчитывает точное значение индукции по осевой линии индуктора. В начале работы устройства дополнительно калибруют измеритель магнитной индукции 6 на приемной стороне. Все данные до начала работы устройства заносят в компьютер (вид магнитного поля, частота, форма возбуждающих импульсов, параметры индуктора, расчетные и экспериментально откалиброванные значения магнитной индукции по осевой линии). Далее определяют цикл сканирования осевой линии индуктора 4 синхронно с датчиком индукции 7 на приемной стороне, установленный точно по осевой линии индуктора.According to the specified parameters of the inductor 4 (outer and inner diameter and number of turns), the program in the computer calculates the exact value of the induction along the axial line of the inductor. At the beginning of the operation of the device, the magnetic induction meter 6 is additionally calibrated on the receiving side. All data before entering the device is entered into the computer (type of magnetic field, frequency, shape of the exciting pulses, inductor parameters, calculated and experimentally calibrated magnetic induction values along the axial line). Next, determine the scan cycle of the axial line of the inductor 4 synchronously with the induction sensor 7 on the receiving side, installed exactly along the axial line of the inductor.

Сканирование производят по вертикали, горизонтали, спирали или последовательно по всем составляющим. Значение магнитной индукции на приемной стороне заносят в компьютер и сравнивают с магнитной индукцией, заданной на передающей стороне. Далее по заданной программе путем сопоставления полученных результатов измерений с нормой, определенной для различных структур головного мозга, диагностируют локализацию очагового поражения и выраженность отека головного мозга.Scanning is carried out vertically, horizontally, spiral or sequentially for all components. The value of magnetic induction on the receiving side is entered into the computer and compared with the magnetic induction specified on the transmitting side. Further, according to a given program, by comparing the obtained measurement results with the norm determined for various brain structures, the localization of focal lesion and the severity of cerebral edema are diagnosed.

Тело человека, будучи по своей природе диамагнитным, абсолютно прозрачно для магнитных полей. Поэтому выбор частот воздействующей магнитной индукции определяется только поставленной диагностической задачей и конструктивными особенностями индуктора. Частоту устанавливают в пределах от 1 до 200 Гц (с шагом 0,1 Гц), что позволяет точно осуществить диагностику отека головного мозга при оптимальных параметрах устройства вследствие того, что частота собственных биопотенциалов головного мозга находится в пределах от 1 до 100 Гц. Кроме того, в данном диапазоне частот магнитный поток распространяется по внеклеточному пространству и зависит от объема и содержания в нем электролитов. Внеклеточное пространство нервной ткани обеспечивает поддержание гомеостаза и отражает уровень метаболизма активности клеток.The human body, being diamagnetic in nature, is absolutely transparent to magnetic fields. Therefore, the choice of frequencies of the acting magnetic induction is determined only by the diagnostic task and the design features of the inductor. The frequency is set in the range from 1 to 200 Hz (with a step of 0.1 Hz), which allows accurate diagnosis of cerebral edema with optimal device parameters due to the fact that the frequency of the brain’s own biopotentials is in the range from 1 to 100 Hz. In addition, in this frequency range, the magnetic flux propagates through the extracellular space and depends on the volume and content of electrolytes in it. The extracellular space of the nervous tissue ensures the maintenance of homeostasis and reflects the level of metabolism of cell activity.

Claims

A device for diagnosing cerebral edema, containing a frequency generator, the output of which is connected to the input of a pulse shaper of various shapes, the output of which is connected to the input of the amplifier with a current output, the output of which is connected to the input of the magnetic induction inductor, characterized in that it contains a personal computer connected to the interface unit, and the magnetic induction measuring unit, consisting of a magnetic induction sensor and a measuring circuit, the output of which is connected to the input of the interface unit, the outputs of which are connected They are connected to the control inputs of the frequency generator, driver, and amplifier with current output.