Модуль E20-10 в задаче анализа вольтамперных характеристик биоактивных точек

Внедрение: 2015 г.

Для классификации функционального состояния органов и систем человека, выявления и дифференциальной диагностики социально значимых заболеваний специалистами Юго-Западного государственного университета предложено использовать анализ вольтамперных характеристик (ВАХ) биоматериалов в аномальных зонах электропроводности, т.е. в биоактивных точках (БАТ) [1] [2]. 

Созданная автоматизированная система (АС) позволяет за контролируемый промежуток времени получить совокупность необходимых отсчетов для ВАХ при однократном контакте активного электрода с поверхностью кожи человека. Это позволяет не только выявить положения БАТ, но и провести углубленный анализ их характеристик. При анализе состояния (характеристик) биообъекта могут использоваться ВАХ как для одной БАТ, так и для их группы, связанной с отдельным органом или их совокупностью.

Разработанная система состоит из устройства сбора данных E20‑10, подключенного к персональному компьютеру (ПК); устройства связи с объектом (УСО); соответствующего программного обеспечения. В качестве УСО во всех режимах используется разработка, функциональная схема которой показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Функциональная схема УСО для АС, предназначенной для исследования характеристик БАТ. Более детально данная схема рассмотрена в [3]. 

Измерение тока в биообъекте осуществляется с помощью токового резистора R_т, инструментального усилителя (ИУ), и аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), которые также входят в состав УСО.

Рассматриваемая АС позволяет за контролируемый промежуток времени получить необходимый набор отсчетов для ВАХ при однократном контакте активного электрода с биообъектом. В качестве преобразователя (АЦП и ЦАП) используется модуль Е20‑10 производства L‑Card.

Программное средство было разработано в среде С++ Buildег 6.

Унифицированный интерфейс, отображаемый на экране ПК, служит для установки параметров режимов работы АС. Выбираемый режим работы в нем указывается соответствующим флажком. Примеры интерфейсов для различных режимов работы АС представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Интерфейсы программного продукта: а) для режима поиска БАТ (щуп установлен на БАТ); б) для режима поиска БАТ (щуп – не на БАТ); в) для режима построения ВАХ в найденной БАТ.

При реализации режима поиска БАТ на щуп (активный электрод) диаметром 3 мм через ЦАП подаются постоянные напряжения и с помощью АЦП измеряются изменяющиеся при этом значения силы тока (для исключения влияния помех снималось по 100 отсчетов при одном и том же напряжении на активном электроде). 

Рисунок 3. Окно программы для построения графика ВАХ.

На рисунке 3 приведен пример графика ВАХ для БАТ меридиана легких. Зеленым цветом дана нисходящая ветвь ВАХ (снятая при убывающем напряжении на активном электроде), а красным – восходящая (снятая при возрастающем напряжении на активном электроде). Справа выводятся значения тока через биообъект в количестве соответствующем размеру кадра. В серых прямоугольниках на графике вписаны ординаты ВАХ – на ее концах и посередине.

Выводы.

1. На основе устройства сбора данных L‑Card и ПК разработана автоматизированная система исследования аномальных зон электропроводности на поверхности кожи человека в экспериментах in vivo.
2. Автоматизированная система позволяет осуществлять регистрацию ВАХ биоматериалов путем воздействия на них постоянным стабилизированным по уровню и дискретно изменяющимся напряжением. 
3. Разработано устройство связи с биообъектом, позволяющее использовать систему сбора данных для воздействия на биоматериал напряжением заданной величины и полярности, а также осуществлять измерение тока в биоматериале, вызванного этим напряжением.
4. Разработано программное обеспечение, позволяющее на основе устройства сбора данных L‑Card управлять токами в биоматериале, строить ВАХ биоматериала в автоматическом режиме, управлять режимами работы автоматизированной системы.
5. Установлено влияние аномальных зон электропроводности биоматериала на гистерезисные свойства его ВАХ. В тоже время эксперименты показали отсутствие гистерезиса при исследовании электропроводности биоматериала не в БАТ.

Источники:

1. Суржикова C.Е., Шаталова О.В., Федянин В.В. Программно-аппаратный комплекс для анализа вольтамперных характеристик биоактивных точек на основе модуля L‑Card Е20‑10 // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. – 2015. – № 2 (30). – С. 150‑161.
2. Суржикова С.Е. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук «Методы и модели для интеллектуальной системы медицинского прогнозирования на основе биоимпедансных исследований в аномальных зонах электропроводности». – Курск. – 2017. – 20 С.
3. Суржикова С.Е., Кассим Кабус Д.А., Филист С.А.. Метод исследования электрических характеристик биоактивных точек // Сборник научных статей по итогам всероссийской научно-практической конференции. – Санкт-Петербург. – 2014. – С. 118‑122.

Разработчик: Суржикова C.Е., Шаталова О.В., Филист С.А., Федянин В.В., Кассим Кабус Дерхим Али (Юго-Западный государственный университет)