SU1616602A1 - Устройство дл электрофизиологических исследований - Google Patents

Abstract

Устройство дл  электрофизиологических исследований относитс  к области измерительной техники и может быть использовано дл  неразрушающего контрол  материалов и биологических объектов. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем регулировани  глубины тестировани . Устройство  вл етс  гальваномагнитным преобразователем электропроводимость-сигнал, в котором тестирующий ток пропускаетс  через объект с помощью пары поверхностных электродов 5, размещенных на подвижной платформе 4. Поперечное магнитное поле в тестируемом участке возбуждаетс  с помощью магнитной головки 12, котора  может размещатьс  на той же платформе 4. Сканирование объекта производитс  посредством контактной пластины 1, в которую вмонтированы электропровод щие 3 и магнитопровод щие 14 элементы, при этом первые расположены между р дами вторых. Строчна  развертка в зависимости от плотности размещени  вмонтированных элементов 3 может быть непрерывной или шаговой, а шаг кадровой развертки определ етс  междур дным рассто нием магнитных элементов 14. Контактна  пластина 1 и платформа 4 могут быть выполнены из пластичного материала. Контактна  пластина 1 может быть свернута в замкнутое кольцо (или ленту), перемещаемое по объекту с помощью привода вертикальной развертки, в то врем  как строчна  развертка осуществл етс  перемещением платформы 4 в поперечном направлении вдоль линии контакта с объектом. Глубина тестировани  задаетс  с помощью источников 11 намагничивани  и источника 10 тестирующего тока, которые могут быть выполнены управл емыми как по напр жению, так и по частоте. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  неразрушающего контрол  материалов, а также к области электрофизиологических ис- . следований, в частности к устройствам дл  визуализации импедансного рельефа поверхности биообъекта.

Цель изобретени  - регулирование глубины тестировани .

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг, 2 - пример выполнени  платформы; на фиг, 3 -- пример выполнени  контактной пластины; на фиг. 4 - пример выполнени  устройства в виде катка; на фиг. 5 - фрагмент линий тестирующего тока.

Устройство содержит контактную пластину 1, котора  примыкает к объекту 2, В пластину вмонтированы провод щие элементы 3, изолированные друг от друга. К наружной поверхности пластины 1 примыкает подвижна  платформа 4 с двум  электродами 5, Платформа 4 кинематически св зана с блоком 6 развертки. Блок 6 развертки посредством блока 7 синхронизации подключен к блоку 8 регистрации (8,1, 8,2, .., - согласующие элементы). Блок 9 измерени  своим входом подсоединен к электродам 5, а выходом - к блоку 8 регистрации. К электродам 5 также подсоединен источник 10 тестирующего тока. Источник 11 намагничивани  подсоединен к магнитной головке 12с обмоткой 13, Магнитна  головка 12 - в данном случае - размещена на платформе 4. Источники 10, 11 соединены пунктирной линией, означающей возможность синхронизации. Магнитные элементы 14 вмонтированы в пластину 1.

Устройство работает следующим образом .

На поверхность o6beKta 2 накладывают

пластину 1, выполненную в одном корпусе с

другими элементами (4, 12, 6, 7, возможно

и 9, 10, 11), Под действием ЭДС источника

10 в объекте протекает ток (в случае однородного полупространства конфигураци  токовых линий будет совпадать - в отсутствие магнитного пол  - с силовыми лини ми электрического пол  дипол , при этом

удельные токи будут уменьшатьс  в любом направлении полупространства обратно пропорционально кубу рассто ни ). Вклад приповерхностных токовых линий при напр женности магнитного пол  наибольший . Траектории движени  свободных носителей зар да (электронов, протонов, ионов) в скрещенных электрическом и магнитном пол х в твердом теле отличаетс  от циклоиды (в вакууме) вследствие взаимодействи  носителей с атомной решеткой. На фиг. 5 изображена лини  а при и искаженна  циклоида в виде отдельных петелек, нанизанных на токовую линию б при . Угол Холла в - между

вектором направлени  движени  электронов и вектором электрического пол  - пропорционален индукции магнитного пол  и скорости носителей зар да (т, е, приложенной ЭДС). Ток через объект протекает по

цепи: источник тока 10 - электроды 5 - провод щие элементы 3. Магнитное поле формируетс  в объекте головкой 12. полюсные наконечники которой примыкают к соответственно расположенным магнитным элементам 14 (фиг. 2, 3). Сопротивление межэлектродного участка объекта измер етс  обычным образом - либо по падению напр жени  непосредственно на участке, либо на добавочном резисторе R, обозначенном пунктиром (дл  случа  биообъекта предпочтительнее может оказатьс  режим г енератора тока с непосредственным измерением падени  напр жени  на электродах 5). В общем случае объект 2  вл етс  неоднородным, а целью диагностики  вл етс  вы вление аномалий электропроводимости . Абсолютные измерени  возможны в случае, например, слоистых сред (покрытие - подложка изделий целлюлозно-бумажной промышленности и т. п,), В большинстве случаев (особенно дл  биообъекта ) задача не поддаетс  аналитическому расчету и приходитс  ограничиватьс  качественными (относительными) измерени ми , когда полученные значени  сравниваютс  с аналогичными данными (полученными, например, на симметричном участке биообъекта или на модели тех- нического объекта). Использование сканировани  заданного участка объекта позвол ет - при данном значении магнитного пол , умноженном на силу тока. - вы вить относительные характеристики электропроводимости того или иного сло . Сканирование производитс  с помощью блока 6 развертки, который обеспечивает строчное и кадровое(прогрессивное) перемещение платформы 4 относительно пластины 1. Блок 7 синхронизации, представл ющий собой двухкоординатный датчик перемещени , выдает блоку 8 регистрации текущие координаты, соответствующие измер емому параметру, поступающему из блока 9. Измерени  можно проводить как на посто нном , так и на переменном токе. В последнем случае необходима синхронизаци  блоков 10 и 11. котора  может быть обеспечена использованием единого генератора тока вместо обозначенных на фиг. 1 порознь блоков 10, 11. Измерени  на переменном токе предпочтительнее из-за устранени , пол ризационных эффектов под электродами . Однако с повышением частоты уменьшаетс  глубина п роникновени  магнитного пол  и начинают про вл тьс  различные эффекты (например, токи Фуко), вли ющие на априорное состо ние объекта. Поэтому достаточно ограничитьс -низкочастотным диапазоном (например 50 Гц). При этом в случае биообъекта напр женности магнитного пол  могут составл ть дес тки мТл (и более, так как магнитные воздействи  обладают значительной инерционностью - дес тки минут), а тестирующие токи - пор дка единиц - дес тков мкА) и менее, так как при этом уменьшаетс  нежелательное воздействие, а минимальное значение тестирующего тока практически полностью определ етс  чувствительностью блока 9 измерени ). С изменением магнитного пол  измен етс  рельеф электропроводимости биоткани, поэтому при отсутствии данных о

модельных или сравнительных испытани х регистрацию покадровой информации о.б отдельных сло х можно производить по значени м,например, тока намагничивани  5 и/или тестирующего тока.

Пример. Платформа 4 должна быть изготовлена из немагнитного изолирующего материала, например, фторопласта. Электроды 5 - из провод щего, желательно 10 немагнитного материала (графит, ртуть и т. д.). Рассто ние между электродами 5 во многом определ ет пространственное разрешение и выбираетс  из конкретных условий . Дл  биообъекта (а это наиболее 15 сложный случай) размер А (фиг. 2) может составл ть 1-10 (и более) мм - в зависимости от глубины тестировани  (среднюю глубину тестировани  можно грубо оценить, исход  из вышеупом нутого закона распре- 0 делени  токовых линий в однородном полупространстве - кубическа  зависимость; относительное увеличение глубины тестировани  Z (фиг. 5) по сравнению с размером а в 1,5 раза начинает сказыватьс  на разре- 5 шающей способности по глубине из-за уменьшени  в). Площадь токовых электро- дов желательно выбирать минимальной, так как при этом уменьшаетс  перераспределение токовых линий под электродами. Этот 0 размер может определ тьс  допустимой плотностью тока тестировани  и составл ть дл  биообъекта около 0,1 мм . Конструкци  головки принципиального значени  не имеет , однако дл  повышени  чувствительности 5 и разрешающей способности предпочтительно использовать специальные профильные наконечники (концентраторы пол ) дл  получени  высокоградиентного магнитного пол  в направлении Z. С этой целью длина 0 магнитного элемента 14 - BI (фиг. 3) может выбиратьс  пор дка А (В) или более. Размер А (и BI) может быть выбран равным А, либо в дес тки-сотни раз меньше, а при высокой плотности провод щих элементов 3; когда 5 электрический контакт с объектом обеспе- .чиваетс  при любом положении платформы на строке (т.е. а AI), Магнитные элементы 14 могут иметь длину пор дка AI (в случае, когда объект чувствителен к магнитному по- 0 лю и целесообразно уменьшить область тестировани ) или выполн тьс  сплошной полосой вдоль всей строки. В последнем случае отпадает необходимость в размещении головки 12 на платформе 4 и она может 5 быть вынесена на границу пластины 1.

Конструктивно это может быть выполнено следующим образом.

Блок 6 развертки, изготовленный, например , по типу известных механических .развертывающих систем (двухкоординатный графопостроитель Н-ЗОб и др.), перемещает платформу 4 по направл ющим (на чертеже опущено как второстепенное) - построчно и покадрово. Головка 12 может быть закреплена на строчных направл ющих, при этом она будет перемещатьс  только вдоль оси Y, Сама развертка может быть как непрерывной, так и шаговой (известность выполнени  блоков 6, 7 подтверждаетс  :различными примерами: координатные сто- :лики в электронно-лучевой технологии, станки с программным управлением и др.), |Пластина 1 с элементами 3, 14 может быть ;выполнена как жесткой (например, по стек- :лометалловолоконной технологии), так и |гибкой, например, из фторопласта, полисти- |рола (с использованием магнитом гких ма- |териалов в качестве элемен то1з 14) или |полимермого композита (с металлическими, углеродными или синтетмческ 1ми волокна- |ми). Выполнение пластины из гибкого мате- |риала позвол ет реализовать вариант, .Изображенный на фиг. 4. При этом переме- ;щение промежуточного элемента 1 (свернута  пластина) может осуи1ест зл тьс  с омощью известных кинематических механизмов , например гусеничных. Горизонтальна  (по оси X, фиг. А развертка производитс  аналогично вышеугюм н ггой. Датчиками перемещени  в обоих случа х могут быть Многоходовые потенциометры (как в Н-306), подвижные элементы которых кинематиче - |:ки св заны с платформой. Отображение Информации.возможно как аналоговым путем , так и с использованием ЭВМ с соответствующей периферией. В первом случае необходимо синхронизировать развертку вухкоординатного графопостроител  (на- |рример, Н-306) с разверткой платформы 4. а на вход вертикального отклонени  дополнительно подать информационный сигнал от блока 9. Во втором случае (фиг, 4) напр жение с датчиков перемещени  15, 16 через аналого-цифровые преобразователи 8,3, $.4 поступают в микроЭВМ (аналогично через АЦП 8.4, 8.5 занос тс  текущие аначени  тока намагничивани , или тока тестировани , и информационный сигнал). Через ЦАП 8.1 осуществл етс  синхросв зь (построчно и покадрово) между ЭВМ 8 и блоком 6 развертки. Информаци  отображаетс  на графическом дисплее 17,

В случае выполнени  источников намагничивани  и тестирующего тока управл емыми не только по напр жению, но и по частоте, возможно вы вление комплексных параметров сопротивлени  объекта (например , методом вольтметра-амперметра).

Пластина 1 - если говорить о самом способе измерени  - не  вл бл с  принципи

ально об зательным элементом. Дл  исследовани  объектов с достаточно плоскими и гладкими поверхност ми можно обойтись без пластины 1, сканиру  поверхность не- 5 посредственно платформой 4. Платформа 4 и блоки 6-7 предполагаютс  выполненными в одном корпусе, который устанавливаетс  на объекте. Однако во многих случа х, когда объект вообще не  вл етс  10 твердым телом или когда необходимо обеспечить сохранность его поверхности, котора  может быть повреждена таким скольз щим электромеханическим контактом, пластина 1  вл етс  практически необходимой, т. е. 15 при этом исключаетс  механическое повреждение поверхности и обеспечиваетс  возможность адаптации прибора к объекту с о сложной конфигурацией поверхности. В св зи с этими обсто тельствами толщина пла- 20 стины 1 определ етс  конкретными обсто тельствами. При необходимости выбрать неровности поверхности объекта пластина 1 должна быть выполнена из достаточно толстого (несколько миллиметров 25 или даже сантиметров) и пластичного материала . В случа х, когда необходимо сохранить максимально неповрежденным поверхностный слой (биообъект)- пластина может быть выбрана достаточно тонкой (до- 30 ли миллиметров) -и при этом даже можно оЬойтись без магнитных элементов 14, так как роль последних состоит только в передаче магнитного пол  от головки к поверхности объекта.

5Выходы устройства можно рассматривать не только как входы блока 8 регистрации , позвол ющего е данном случае отображать скорее качественную информа- цию,но и как входы в специализированную 0 микроэвм, позвол ющую реализовать алгоритмы количественных оценок (вычисление разности между теоретическим и измеренным значением сопротивлени  при заданных величинах магнитного пол  и то- 5 ка тестировани , построение трехмерных изображений на основе данных послойных измерений и пр.).

Таким образом, использование предложенного устройства может позволить повы- 0 сить эффективность импедансных методов неразрушающего контрол  и медицинской диагностики.

Claims (2)

1. Формула изобретени  551, Устройство дл  электрофизиологических исследований, содержащее мозаично- провод щую пластину, контактный элемент, св занный с системой сканировани , пассивный электрод, подключенный вместе с контактным электродом к усилителю считывани , отличающеес  тем, что, с целью регулировани  глубины тестировани  контактный элемент выполнен в виде площадки из диэлектрического и немагнитного материала, на которой расположены активный и пассивный электроды, а также закрепленный на ней полюсами маг- нитопровод с обмоткой подмагничивани , подключенной к управл емому как по амплитуде , так и по частоте источнику напр жени , причем электроды и полюса расположены по взаимно перпендикул рным ос м площадки, параллельным ос м сканировани , а мозаично-провод ща  пластина снабжена магнитными вставками.
2. 2. Устройство по п. 1, отличающее- с   тем, что магнитные вставки расположены р дами в направлении осей сканировани , при этом провод щие элементы размещены

   между р дами магнитных вставок.