PL218085B1

PL218085B1 - Sposób i urządzenie do bezinwazyjnego badania struktury i składu chemicznego kości z eliminacją wpływu tkanek otaczających

Info

Publication number: PL218085B1
Application number: PL390500A
Authority: PL
Inventors: Marcin Paweł Just; Przemysław Łoś; Michał Hugo Tyc
Original assignee: Nano Tech Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2014-10-31
Also published as: WO2011102743A1; PL390500A1; KR20130016204A; JP5732478B2; JP2013520225A; EP2536330A1; CN102781315B; US20130204109A1; KR101808878B1; CN102781315A; AU2011216556A1; CA2790160A1; US10206617B2

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do bezinwazyjnego badania struktury i składu chemicznego kości z eliminacją wpływu tkanek otaczających, w szczególności struktury i składu chemicznego części gąbczastej kości długich, z wykorzystaniem pomiarów bioimpedancyjnych. Sposób polega na tym, że zestawem, co najmniej czterech elektrod (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) w układzie tkanek otaczających badaną kość, korzystnie kość długą, elektrodami ekranującymi (7, 8) ustala się rozkład potencjału ekranującego i elektrodami wstrzykującymi prąd pomiarowy (1, 2) wymusza się przepływ prądu pomiarowego przez badane wnętrze kości, jednocześnie elektrodami ekranującymi (7, 8) redukuje się, aż do zaniku, przepływ prądu pomiarowego przez tkanki otaczające badaną kość, po czym mierzy się prąd pomiarowy i potencjał na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy (1, 2) oraz różnicę faz pomiędzy potencjałem na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy (1, 2) a prądem pomiarowym, następnie na podstawie zmierzonych wielkości elektrycznych określa się strukturę i skład chemiczny kości. Urządzenie ma do interfejsu do współpracy z komputerem (9) i mikroprocesorowego układu sterujący z klawiaturą i wyświetlaczem (12) podłączone blok przed wzmacniaczy o dużej czułości z detektorem fazoczułym (10) i układ realizujący dynamiczne ekranowanie (11) połączone równolegle, natomiast do układu realizującego dynamiczne ekranowanie (11) podłączone są, co najmniej dwie elektrody (1, 2, 3,4, 5, 6, 7, 8).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do bezinwazyjnego badania struktury i składu chemicznego kości z eliminacją wpływu tkanek otaczających, w szczególności struktury i składu chemicznego części gąbczastej kości długich, z wykorzystaniem pomiarów bioimpedancyjnych.

Znane ze stosowania sposoby określania struktury i składu chemicznego kości polegają na prześwietleniu promieniami rentgenowskimi albo na analizie echa ultradźwiękowego. Sposoby wykorzystujące promieniowanie rentgenowskie charakteryzują się zwykle bardzo dobrą specyficznością i czułością, na poziomie nawet 95% w przypadku metody dwuenergetycznej densytometru rentgenowskiej, lecz są czasochłonne i kłopotliwe, wiążą się z narażeniem pacjenta na szkodliwe działanie promieniowania i wymagają zastosowania kosztownego sprzętu o dużych gabarytach. Metody ultrasonograficzne są mało wiarygodne, gdyż opierają się na pomiarze własności mechanicznych kości, które nie odzwierciedlają dokładnie struktury i składu chemicznego kości.

Znany z brytyjskiego opisu patentowego GB2449226 sposób określania struktury kości polega na bioimpedancyjnych pomiarach spektroskopowych za pomocą urządzenia wyposażonego w dwie elektrody pomiarowe. Sposób polega na tym, że z wykorzystaniem generatora generuje się, co najmniej jeden sygnał wzorcowy o znanym przebiegu, który dwiema elektrodami doprowadza się poprzez otaczające tkanki, skórę i mięśnie, do tkanki kostnej, po czym elektryczną odpowiedź będącą różnicą potencjałów wywołaną przepływem prądu przez badane tkanki, tymi samymi elektrodami, doprowadza się do układu pomiarowego, w którym generuje się dane dotyczące struktury tkanki kostnej. Urządzenie zawiera dwie elektrody podłączone do generatora wzorcowych zmiennych sygnałów prądowych o wybieralnych różnych częstotliwościach, oraz układ monitorujący elektryczną odpowiedź obwodu wraz z komputerem generującym dane wyjściowe. Obie elektrody używane są jednocześnie do doprowadzenia prądu i monitorowania odpowiedzi, dotyczącej gęstości tkanki kostnej. Sposób ten pozwala na szybki, nieinwazyjny i nieszkodliwy pomiar bioimpedancji. Nie zapewnia on jednak możliwości jednoznacznego wyodrębnienia z sygnału bioimpedancyjnego informacji opisujących parametry elektryczne jedynie tkanki kostnej, w szczególności jej części gąbczastej, która w intencji twórców cytowanego rozwiązania podlega badaniu. Sposób ten nie uwzględnia przepływu zdecydowanej większości prądu pomiarowego przez nieistotne w tym przypadku z diagnostycznego punktu widzenia tkanki otaczające kości, tj. mięśnie, tkankę tłuszczową i skórę. Dodatkowo metoda ta w żaden sposób nie kompensuje ekranującego wpływu wysokoimpedancyjnej zewnętrznej warstwy kości, która to warstwa dodatkowo zmniejsza prąd pomiarowy płynący przez wewnętrzne struktury kości.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że zestawem, co najmniej czterech elektrod w układzie tkanek otaczających badaną kość, korzystnie kość długą, elektrodami ekranującymi ustala się rozkład potencjału ekranującego i elektrodami wstrzykującymi prąd pomiarowy wymusza się przepływ prądu pomiarowego przez badane wnętrze kości, jednocześnie elektrodami ekranującymi redukuje się, aż do zaniku, przepływ prądu pomiarowego przez tkanki otaczające badaną kość, po czym mierzy się prąd pomiarowy i potencjał na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy oraz różnicę faz pomiędzy potencjałem na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy, a prądem pomiarowym, następnie na podstawie zmierzonych wielkości elektrycznych określa się strukturę i skład chemiczny kości.

Korzystnie, elektrodami wstrzykującymi prąd pomiarowy pośrednio przez tkanki otaczające doprowadza się zmienny prąd pomiarowy do badanej kości i jednocześnie na elektrodach ekranujących ustala się zmienny potencjał ekranujący wewnątrz tkanek otaczających badaną kość, po czym na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy mierzy się potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego i wyznacza się różnicę zmierzonych potencjałów, a wartość potencjału ekranującego utrzymuje się i reguluje dynamicznie, na poziomie proporcjonalnym do potencjału zmierzonego na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy.

Korzystnym jest również to, że podczas pomiaru, co najmniej raz zmienia się częstotliwość wstrzykiwanego prądu pomiarowego, przy czym dla każdej częstotliwości wstrzykiwanego prądu mierzy się prąd pomiarowy oraz potencjał na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy.

Korzystnie, potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego mierzy się dodatkowymi elektrodami mierzącymi potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego, natomiast elektrodami testowymi w punktach testowych mierzy się rzeczywisty potencjał ekranujący wewnątrz tkanek otaczających badaną kość. Ponadto na elektrodach ekranujących ustala się tak potencjał ekranujący i/lub do elektrod wstrzykujących prąd pomiarowy doprowadza się taki prąd pomiarowy, że potencjał na każdej

PL 218 085 B1 elektrodzie dodatkowej jest proporcjonalny do potencjału na najbliższej jej elektrodzie testowej, przy czym każdą z elektrod dodatkowych umieszcza się przy innej elektrodzie wstrzykującej prąd pomiarowy, a każdą z elektrod testowych umieszcza się przy innej elektrodzie ekranującej. Najkorzystniej jest, gdy potencjał na każdej elektrodzie dodatkowej jest równy potencjałowi na najbliższej jej elektrodzie testowej.

Urządzenie według wynalazku, charakteryzuje się tym, że z interfejsem do współpracy z komputerem i mikroprocesorowym układem sterującym z klawiaturą i wyświetlaczem podłączone są blok przedwzmacniaczy o dużej czułości z detektorem fazoczułym i układ realizujący dynamiczne ekranowanie połączone równolegle, natomiast do układu realizującego dynamiczne ekranowanie podłączone są, co najmniej dwie elektrody.

Korzystnie, do układu realizującego dynamiczne ekranowanie podłączone są dwie elektrody mierzące potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego, dwie elektrody testowe oraz dwie elektrody ekranujące.

Korzystnie, pomiędzy pierwszą parą podzestawu elektrod pomiarowych stanowiących elektrodę wstrzykującą prąd pomiarowy i elektrodę mierzącą potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego, a drugą parą podzestawu elektrod pomiarowych stanowiących elektrodę wstrzykującą prąd pomiarowy i elektrodę mierzącą potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego, umieszczone są elektrody testowe i elektrody ekranujące, przy czym elektrody ekranujące umieszczone są pomiędzy elektrodami testowymi. Najkorzystniej jest, gdy pierwsza elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy jest umieszczona na klamrze obejmującej nadgarstek badanej osoby, w pobliżu wyrostka kości łokciowej, a druga elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy jest umieszczona na podpórce pod łokieć, pierwsza elektroda mierząca potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego jest umieszczona po przeciwnej stronie elektrody na klamrze obejmującej nadgarstek, druga elektroda mierząca potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego jest umieszczona na klamrze obejmującej ramię w pobliżu łokcia, zaś elektrody mierzące potencjał w punktach testowych oraz elektrody wstrzykujące prąd ustalający potencjał ekranujący umieszczone są na klamrach obejmujących środkową część przedramienia, przy czym elektrody mają postać pierścieni lub niepełnych pierścieni.

Korzystnie, pierwsza elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy jest umieszczona na klamrze obejmującej nadgarstek badanej osoby, w pobliżu wyrostka kości łokciowej, a druga elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy jest umieszczone na podpórce pod łokieć, zaś elektrody ekranujące umieszczone są na klamrach obejmujących środkową część przedramienia, przy czym mają one postać pierścieni lub niepełnych pierścieni.

Korzystnym jest, gdy elektrody są kończynowymi elektrodami klipsowymi, a druga elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy jest integralną częścią obudowy urządzenia.

Zaleta sposobu według wynalazku polega na tym, że dokonuje się eliminacji wpływu tkanek otaczających badaną tkankę kostną stosując układ pomiarowy zawierający dwa zestawy elektrod, tj. zestaw elektrod pomiarowych i zestaw elektrod ekranujących. Prąd pomiarowy wstrzykuje się do układu badanego zawierającego tkankę kostną otoczoną przez tkanki innego typu za pomocą zestawu elektrod pomiarowych umieszczonych na skórze, za pomocą którego dokonuje się jednocześnie pomiaru różnicy potencjałów wywołanej przez przepływ wstrzykiwanego prądu. Dodatkowy układ elektrod ekranujących, minimum dwie, wytwarza w tkance dodatkowy potencjał powodujący ograniczenie przepływu prądu przez tkanki otaczające badaną tkankę kostną. Dodatkowymi elektrodami steruje się dynamicznie z wykorzystaniem specjalizowanego układu elektronicznego realizującego funkcje sprzężenia zwrotnego i zapewniającego optymalne warunki pomiarowe, tj. minimalizującego przepływ prądów pasożytniczych przez tkanki nieistotne z diagnostycznego punktu widzenia. Dynamiczne ekranowanie wymusza przepływ prądu pomiarowego przez część gąbczastą kości, co pozwala na określenie jej parametrów elektrycznych. Wysoka impedancja powierzchniowych warstw kości, która w metodzie dwuelektrodowej praktycznie uniemożliwia dokładny pomiar parametrów bioelektrycznych wewnętrznej części kości, w przypadku zastosowania dynamicznego ekranowania skutecznie blokuje ewentualny niekorzystny wpływ prądu ekranującego na wyniki pomiarów. Ponadto sposób określania struktury i składu chemicznego tkanki kostnej według wynalazku pozwala na szybkie i wiarygodne określenie struktury i składu chemicznego, w szczególności stopnia mineralizacji kości gąbczastej, istotnego w diagnostyce osteoporozy i osteopenii. W porównaniu z dotychczas proponowanymi sposobami, umożliwia wyeliminowanie wpływu innych tkanek, otaczających tkankę kostną, na wyniki pomiarów.

Dodatkową zaletą wynalazku jest możliwość wykonania urządzenia w formie przenośnej w postaci zestawu elektrod do umieszczania na ciele osoby badanej oraz niewielkich rozmiarów bateryjnie

PL 218 085 B1 zasilanego urządzenia pomiarowego, ewentualnie łączonego w celu prezentacji i archiwizacji danych pomiarowych z komputerem osobistym przy pomocy łącza przewodowego lub bezprzewodowego zapewniającego izolację galwaniczną.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ogólny urządzenia do określania struktury i składu chemicznego badanej kości, fig. 2 - rozmieszczenie elektrod na przedramieniu, fig. 3, fig. 4, fig. 5 - przekrój poprzeczny kości badanej z użyciem ośmiu elektrod, w ujęciu schematycznym, przy czym fig. 3 - gęstość badanej kości z otaczającymi tkankami, fig. 4 - kierunek prądu pomiarowego i prądu wywołanego potencjałem ekranującym, a fig. 5 - gęstość prądu pomiarowego i prądu wywołanego potencjałem ekranującym.

P r z y k ł a d 1

Sposób bezinwazyjnego badania struktury i składu chemicznego kości z eliminacją wpływu tkanek otaczających, polega na tym, że generuje się zmienny prąd pomiarowy Ip, który elektrodami wstrzykującymi prąd pomiarowy 1, 2 doprowadza się do układu tkanek otaczających badaną kość, jednocześnie na elektrodach ekranujących 7, 8 ustala się zmienny potencjał ekranujący, który wymusza przepływ prądu pomiarowego Ip przez badaną kość. Wartość potencjału ekranującego reguluje się dynamicznie i utrzymuje na poziomie proporcjonalnym do potencjału zmierzonego na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy 1, 2. Podczas pomiaru dziewięć razy zmienia się częstotliwość wstrzykiwanego elektrycznego prądu pomiarowego w równomiernych odstępach w zakresie od 250 Hz do 250 kHz, przy czym dla każdej z dziesięciu częstotliwości wstrzykiwanego prądu mierzy się potencjał na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy 1, 2, wartość prądu pomiarowego Ip oraz różnicę faz pomiędzy potencjałem na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy 1, 2, a prądem pomiarowym Ip, a na podstawie zmierzonych wielkości elektrycznych określa się strukturę i skład chemiczny kości.

P r z y k ł a d 2

Sposób bezinwazyjnego badania struktury i składu chemicznego kości z eliminacją wpływu tkanek otaczających przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą że potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego Ip mierzy się elektrodami mierzącymi potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego 3, 4, natomiast elektrodami testowymi 5, 6 mierzy się potencjał w punktach testowych, ponadto siedem razy zmienia się częstotliwość wstrzykiwanego sygnału elektrycznego, przy czym dla każdej z ośmiu częstotliwości wstrzykiwanego prądu pomiarowego Ip mierzy się potencjał na elektrodach mierzących potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego 3, 4, wartość prądu pomiarowego Ip oraz różnicę faz pomiędzy potencjałem na elektrodach mierzących potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego 3, 4, a prądem pomiarowym Ip, po czym na podstawie zmierzonych wielkości elektrycznych określa się strukturę i skład chemiczny kości.

P r z y k ł a d 3

Urządzenie do bezinwazyjnego badania struktury i składu chemicznego kości z eliminacją wpływu tkanek otaczających zawiera mikroprocesorowy układ sterujący z klawiaturą i wyświetlaczem 12 połączony z interfejsem do współpracy z komputerem 9. Do mikroprocesorowego układu sterującego z klawiaturą i wyświetlaczem 12 podłączony jest blok generujący prąd pomiarowy 13 połączony z dwiema elektrodami wstrzykującymi prąd pomiarowy 1, 2. Do interfejsu do współpracy z komputerem 9 i mikroprocesorowego układu sterującego z klawiaturą i wyświetlaczem 12 ma dołączone, połączone równolegle, blok przedwzmacniaczy o dużej czułości z detektorem fazoczułym 10 i układ realizujący dynamiczne ekranowanie 11 zawierający szybkie przedwzmacniacze oraz szybkie wzmacniacze wyjściowe. Do układu realizującego dynamiczne ekranowanie 11 podłączone są dwie elektrody ekranujące 7, 8.

P r z y k ł a d 4

Urządzenie do bezinwazyjnego badania struktury i składu chemicznego kości z eliminacją wpływu tkanek otaczających wykonane jak w przykładzie trzecim, z tą różnicą, że do układu realizującego dynamiczne ekranowanie 11 podłączone są dodatkowo dwie elektrody mierzące potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego 3, 4 oraz dwie elektrody testowe 5, 6. Pomiędzy pierwszą parą podzestawu elektrod pomiarowych stanowiących elektrodę wstrzykującą prąd pomiarowy 1 i elektrodę mierzącą potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego 3, a drugą parą podzestawu elektrod pomiarowych stanowiących elektrodę wstrzykującą prąd pomiarowy 2 i elektrodę mierzącą potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego 4, umieszczone są elektrody testowe 5, 6 i elektrody ekranujący 7, 8, stanowiące podzestaw elektrod ekranujących. W podzestawie elektrod ekranujących elektrody ekranujące 7, 8 są umieszczone pomiędzy elektrodami testowymi 5, 6.

PL 218 085 B1

P r z y k ł a d 5

Urządzenie do bezinwazyjnego badania struktury i składu chemicznego kości z eliminacją wpływu tkanek otaczających wykonany jak w przykładzie czwartym, z tą różnicą, że elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy 1 jest umieszczona na klamrze obejmującej nadgarstek w pobliżu wyrostka kości łokciowej, elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy 2 jest umieszczona na podpórce pod łokieć, elektroda mierząca potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego 3 umieszczona po przeciwnej stronie elektrody 1 na klamrze obejmującej nadgarstek, elektroda mierząca potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego 4 jest umieszczona na klamrze obejmującej ramię w pobliżu łokcia, zaś elektrody testowe 5, 6 oraz elektrody ekranujące 7, 8 umieszczone są na klamrach obejmujących środkową część przedramienia, przy czym elektrody 7, 8 mają postać niepełnych pierścieni.

P r z y k ł a d 6

Urządzenie do bezinwazyjnego badania struktury i składu chemicznego kości z eliminacją wpływu tkanek otaczających wykonany jak w przykładzie trzecim, z tą różnicą, że elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy 1 umieszczona jest na klamrze obejmującej nadgarstek w pobliżu wyrostka kości łokciowej, a druga elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy 2 jest umieszczona na podpórce pod łokieć będącej integralną częścią obudowy urządzenia, natomiast elektrody ekranujące 7 oraz 8 są umieszczone w postaci niepełnych pierścieni, przy czym elektrody 1, 7, 8 są kończynowymi elektrodami klipsowymi.

Działanie układu polega na tym, że w układzie tkanek otaczających badaną kość mierzy się prąd pomiarowy Ip i potencjał na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy 1, 2 oraz różnicę faz pomiędzy potencjałem na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy 1, 2 a prądem pomiarowym Ip, za pomocą elektrod 1, 2, 7, 8, składających się z dwóch podzestawów, za pomocą których realizuje się odpowiednio funkcję pomiarową i ekranującą. Za pomocą pary elektrod wstrzykujących prąd pomiarowy 1 i 2 wstrzykuje się prąd pomiarowy Ip, a parą elektrod mierzących potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego 3 i 4 mierzy się różnicę potencjałów wywołaną przepływem prądu pomiarowego Ip przez układ tkanek otaczających badaną kość. Za pomocą pary elektrod testowych 5 i 6 mierzy się potencjały w ustalonych punktach testowych i za pomocą pary elektrod ekranujących 7 i 8 wstrzykuje się prąd ustalający potencjał ekranujący. Pozycje elektrod ekranujących 7 i 8 ustala się tak, aby umieszczone były pomiędzy grupami elektrod mierzących potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego 3 i 4 o przeciwnym potencjale. Uzyskanie zakładanej drogi przepływu prądu pomiarowego Ip, w tkance dokonuje się za pomocą układu realizującego dynamiczne ekranowanie 11 zawierającego szybkie wzmacniacze. Celem przeprowadzenia badań tak wybiera się taką badaną kość, w której kość zbita KZ otacza kość gąbczastą KG wypełnioną szpikiem, aby optymalnie wzdłuż tej kości, na skórze pokrywającej mięśnie, rozmieścić wszystkie elektrody z uwzględnieniem wzajemnej konfiguracji elektrod testowych 5, 6 i ekranujących 7, 8 pomiędzy grupami pomiarowych elektrod wstrzykujących prąd pomiarowy 1, 2 i mierzących potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego 3, 4 o przeciwnym potencjale, a ponadto tak, że izolacyjne działanie warstwy kości zbitej KZ pozwala na wykorzystanie, bez negatywnego wpływu, działania elektrod ekranujących 7, 8 do badania wewnętrznej kości gąbczastej KG. Najlepszym badanym obiektem jest przedramię, na którym umieszcza się elektrody testowe 5, 6 i ekranujące 7, 8 w postać pierścieniowych obejm w środkowej części przedramienia, a elektrody wstrzykujące prąd pomiarowy 1, 2 i elektrody mierzące potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego 3, 4 znajdują się na skórze w pobliżu wyrostków kości łokciowej odpowiednio w pobliżu nadgarstka i łokcia. Strzałki i kierunek kreskowania na fig. 4, które odpowiadają zbadanym kierunkom przepływu prądu pomiarowego Ip oraz prądu Ie wywołanego potencjałem ekranującym przez badany układ tkanek oraz gęstości prądów Ip, Ie (fig. 5), wyraźnie pokazują, że potencjał ekranujący zmusza prąd pomiarowy Ip do przepływu przez badaną kość z pominięciem tkanki ją otaczającej, zaś prąd Ie wywołany potencjałem ekranującym, dzięki izolacyjnemu działaniu zewnętrznej warstwy nie wnika do jej wnętrza. Odcieniami szarości zobrazowano na fig. 5, wartości gęstości prądu, przy czym jasne odcienie odpowiadają wartościom dużym, a ciemne - małym.

Czułość urządzenia według wynalazku, zdefiniowaną, jako względną zmierzoną zmianę wielkości elektrycznych przy zmianie parametrów elektrycznych badanej kości o 10% przedstawiono w tabeli.

PL 218 085 B1

Częstotliwość prądu pomiarowego [Hz]	Czułość znanego urządzenia dwuelektrodowego	Czułość urządzenia według wynalazku
100	0,016%	4,8%
1000	0,16%	4,7%
10000	0,55%	4,8%
100000	0,58%	6,4%

Z załączonej tabeli wyraźnie wynika, że urządzenie do określania struktury i składu chemicznego z eliminacją wpływu tkanek otaczających kości według wynalazku, charakteryzuje się bardzo dużą czułością przekraczającą nawet stukrotnie czułość znanego urządzenia.

Wykaz oznaczeń na rysunku:

1. elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy,

2. elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy,

3. elektroda mierząca potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego,

4. elektroda mierząca potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego,

5. elektroda testowa,

6. elektroda testowa,

7. elektroda ekranująca,

8. elektroda ekranująca,

9. interfejs do współpracy z dodatkowym komputerem,

10. blok przedwzmacniaczy o dużej czułości z detektorem fazoczułym,

11. układ realizujący dynamiczne ekranowanie,

12. mikroprocesorowy układ sterujący z miniaturową klawiaturą i wyświetlaczem,

13. blok generujący prąd pomiarowy,

Ip - prąd pomiarowy,

Ie - prąd ekranujący,

KZ - kość zbita,

KG - kość gąbczasta.

Claims

1. Sposób bezinwazyjnego badania struktury i składu chemicznego kości z eliminacją wpływu tkanek otaczających, znamienny tym, że zestawem, co najmniej czterech elektrod (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) w układzie tkanek otaczających badaną kość, korzystnie kość długą, elektrodami ekranującymi (7, 8) ustala się rozkład potencjału ekranującego i elektrodami wstrzykującymi prąd pomiarowy (1, 2) wymusza się przepływ prądu pomiarowego (Ip) przez badane wnętrze kości, jednocześnie elektrodami ekranującymi (7, 8) redukuje się, aż do zaniku, przepływ prądu pomiarowego (Ip) przez tkanki otaczające badaną kość, po czym mierzy się prąd pomiarowy (Ip) i potencjał na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy (1, 2) oraz różnicę faz pomiędzy potencjałem na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy (1, 2) a prądem pomiarowym (Ip), następnie na podstawie zmierzonych wielkości elektrycznych określa się strukturę i skład chemiczny kości.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że elektrodami wstrzykującymi prąd pomiarowy (1, 2) pośrednio przez tkanki otaczające doprowadza się zmienny prąd pomiarowy (Ip) do badanej kości i jednocześnie na elektrodach ekranujących (7, 8) ustala się zmienny potencjał ekranujący wewnątrz tkanek otaczających badaną kość, po czym na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy (1, 2) mierzy się potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego (Ip) i wyznacza się różnicę zmierzonych potencjałów, a wartość potencjału ekranującego utrzymuje się i reguluje dynamicznie, na poziomie proporcjonalnym do potencjału zmierzonego na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy (1, 2).

PL 218 085 B1

3. Sposób, według zastrz. 2, znamienny tym, że podczas pomiaru, co najmniej raz zmienia się częstotliwość wstrzykiwanego prądu pomiarowego (Ip), przy czym dla każdej częstotliwości wstrzykiwanego prądu mierzy się prąd pomiarowy (Ip) oraz potencjał na elektrodach wstrzykujących prąd pomiarowy (1, 2).

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego (Ip) mierzy się dodatkowymi elektrodami (3, 4) mierzącymi potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego (Ip), natomiast elektrodami testowymi (5, 6) w punktach testowych mierzy się rzeczywisty potencjał ekranujący wewnątrz tkanek otaczających badaną kość.

5. Sposób, według zastrz. 4, znamienny tym, że na elektrodach ekranujących (7, 8) ustala się tak potencjał ekranujący i/lub do elektrod wstrzykujących prąd pomiarowy (1, 2) doprowadza się taki prąd pomiarowy (Ip), że potencjał na każdej elektrodzie dodatkowej (3, 4) jest proporcjonalny do potencjału na najbliższej jej elektrodzie testowej (5, 6), przy czym każdą z elektrod dodatkowych (3, 4) umieszcza się przy innej elektrodzie wstrzykującej prąd pomiarowy (1, 2), a każdą z elektrod testowych (5, 6) umieszcza się przy innej elektrodzie ekranującej (7, 8).

6. Sposób, według zastrz. 5, znamienny tym, że potencjał na każdej elektrodzie dodatkowej (3, 4) jest równy potencjałowi na najbliższej jej elektrodzie testowej (5, 6).

7. Urządzenie do określania struktury i składu chemicznego kości z eliminacją wpływu tkanek otaczających, zawierające w obudowie mikroprocesorowy układ sterujący z klawiaturą i wyświetlaczem połączony z interfejsem do współpracy z komputerem, przy czym do mikroprocesorowego układu sterującego podłączony jest blok generujący prąd pomiarowy połączony z dwiema elektrodami wstrzykującymi prąd pomiarowy, znamienne tym, że z interfejsem do współpracy z komputerem (9) i mikroprocesorowym układem sterującym z klawiaturą i wyświetlaczem (12) podłączone są blok przedwzmacniaczy o dużej czułości z detektorem fazoczułym (10) i układ realizujący dynamiczne ekranowanie (11) połączone równolegle, natomiast do układu realizującego dynamiczne ekranowanie (11) podłączone są, co najmniej dwie elektrody (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8).

8. Urządzenie, według zastrz. 7, znamienne tym, że do układu realizującego dynamiczne ekranowanie (11) podłączone są dwie elektrody mierzące potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego (3, 4), dwie elektrody testowe (5, 6) oraz dwie elektrody ekranujące (7, 8).

9. Urządzenie, według zastrz. 7, znamienne tym, że pomiędzy pierwszą parą podzestawu elektrod pomiarowych stanowiących elektrodę wstrzykującą prąd pomiarowy (1) i elektrodę mierzącą potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego (3), a drugą parą podzestawu elektrod pomiarowych stanowiących elektrodę wstrzykującą prąd pomiarowy (2) i elektrodę mierzącą potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego (4), umieszczone są elektrody testowe (5, 6) i elektrody ekranujące (7, 8), przy czym elektrody ekranujące (7, 8) umieszczone są pomiędzy elektrodami testowymi (5, 6).

10. Urządzenie, według zastrz. 9, znamienne tym, że pierwsza elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy (1) jest umieszczona na klamrze obejmującej nadgarstek badanej osoby, w pobliżu wyrostka kości łokciowej, a druga elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy (2) jest umieszczona na podpórce pod łokieć, elektroda mierząca potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego (3) jest umieszczona po przeciwnej stronie elektrody (1) na klamrze obejmującej nadgarstek, elektroda mierząca potencjał wywołany przepływem prądu pomiarowego (4) jest umieszczona na klamrze obejmującej ramię w pobliżu łokcia, zaś elektrody mierzące potencjał w punktach testowych (5, 6) oraz elektrody wstrzykujące prąd ustalający potencjał ekranujący (7, 8) umieszczone są na klamrach obejmujących środkową część przedramienia, przy czym elektrody (7, 8) mają postać pierścieni lub niepełnych pierścieni.

11. Urządzenie, według zastrz. 7, znamienne tym, że pierwsza elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy (1) jest umieszczona na klamrze obejmującej nadgarstek badanej osoby, w pobliżu wyrostka kości łokciowej, a druga elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy (2) jest umieszczone na podpórce pod łokieć, zaś elektrody ekranujące (7, 8) umieszczone są na klamrach obejmujących środkową część przedramienia, przy czym mają one postać pierścieni lub niepełnych pierścieni.

12. Urządzenie, według zastrz. 10 albo 11, znamienne tym, że elektrody (1, 3, 4, 5, 6, 7, 8) są kończynowymi elektrodami klipsowymi, a druga elektroda wstrzykująca prąd pomiarowy (2) jest integralną częścią obudowy urządzenia.