ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

February 12, 2013 by admin Комментировать »

Коломиец Р. А. Житомирский государственный технологический университет ул. Черняховского, 103, г. Житомир, 10005, Украина тел.: (0412) 22-14-10, e-mail: ron2005@ukr.net

Аннотация – Предложен аппаратно-программный комплекс для экспресс-диагностики состояния крови человека с использованием метода газоразрядной визуализации. Исходя из физики процесса визуализации, предложен один из возможных вариантов функциональной схемы генератора высокочастотного электрического поля высокой напряженности и обоснован выбор совокупности информационных параметров для описания ГРВ-грамм.

I.                                       Введение

в организме человека кровь – важнейшая биологическая жидкость, ее состояние (химический и клеточный состав) прямо или косвенно зависит от состояния практически каждого органа и от состояния организма в целом. Анализ крови является необходимым элементом практически во всех случаях комплексной диагностики различных патологий. Ниже предложена методика экспресс-диагностики, которая однозначно дает ответ на вопрос – здоров человек или нет – за время, равное приблизительно 1 минуте. При этом в случае положительного ответа (человек здоров) делать какие-либо анализы бессмысленно, а вот в случае отрицательного ответа методика, какая она есть на данном этапе, не может дать однозначной информации о роде патологии – что является основным ее недостатком. Широкое применение ее может существенно сократить время обследования, она практически лишена влияния субъективных факторов, не требует никаких химических реактивов.

В основе разработанной методики лежит физический эффект Кирлиан, или метод газоразрядной ви- зулизации (сокращенно ГРВ) [1, 2].

II.                              Основная часть

Известно, что при внесении биологического объекта (далее ВО) в высокочастотное электрическое поле с сильной напряженностью вокруг него загорается характерное свечение, похожее на коронный разряд. Цвет свечения определяется химическим составом газа, в среде которого находится ВО, а другие характеристики (пространственная форма свечения и разрядный ток) связаны с состоянием поверхностного слоя объекта и его эмиссионных свойств. Явление широко известно под названием «эффект Кирлиан» – в честь одного из первых его исследователей Кирлиа- на С. Д. [1] – или метода газоразрядной визуализации (сокращенно ГРВ) [2] – вследствие того, что разряд происходит в узком газовом промежутке между поверхностью ВО и электродом. ВО при этом является частью электрической цепи – через него протекает разрядный ток, хотя и очень малый – чтобы не вызвать собственной реакции ВО. Свечение часто называют «аурой» биологического объекта (более точное, хотя и громоздкое название: ГРВ-изображение общей полевой структуры биологического объекта).

Полученное изображение (часто его называют ГРВ-граммой – по аналогии с электрокардиограммой, электроэнцефалограммой и т. д.) несет в себе обобщенную (интегральную) информацию о ВО в целом, что и используется в медицинской диагностике.

Физика эффекта детально рассмотрена в [2, 3] – наиболее важен вывод, согласно которому при постоянных параметрах устройства для визуализации (генератора достаточно сильного электрического поля) вид ГРВ-грамм определяется характером распределения электрического поля над поверхностью исследуемого объекта. В случае изотропного объекта поле будет однородным по всей толщине зазора, что приведет к равномерной засветке носителя изображения. Наличие на поверхности или в объеме неоднородности-дефекта приводит к искажению электрического поля вблизи поверхности объекта и сильно влияет на вид изображения.

Характер разряда – лавинный, плотность разрядного тока пропорциональна скорости размножения электронов:

где а – коэффициент ионизации; χ – коэффициент поглощения; F – функция, зависящая от вида газа; d – ширина газового зазора; – скорость электронов [3].

Автором был создан генератор для газоразрядной визуализации со следующими характеристиками:

–      амплитуда биполярных импульсов от О до 25 кВ с непрерывной регуляцией;

–      длительность импульсов 10 мкс,

–      частота следжования импульсов от 10 до 300 кГц, с непрерывной регуляцией;

–      габариты порядка 250 x350 x120 мм, масса порядка 3 кг.

Для успешной визуализации, а также для уменьшения времени воздействия электрического поля на исследуемый ВО длительность паузы между импульсами должна превышать длительности самих импульсов не менее чем в 3-4 раза.

Схема исследования ВО в данной методике немного отличается от аналогичных. Здесь оба электрода изолированы и оба прикладываются к объекту. Один из электродов – прозрачный, он же является носителем изображения.

Второй важный момент методики – цифровая обработка полученного ГРВ-изображения. Исходное изображение – цветное, кодируется в формат, bmp (24 бита), т. к. при таком кодировании практически нет потерь информации. Закодированное изображение представляет собой прямоугольную матрицу, каждый элемент которой (пиксель) – это три числа, которые задают цвет точки следующим образом: первое число задает степень насыщенности красного цвета, второе – зеленого, а третье – синего (так называемая палитра RGB). Допустимый диапазон всех чисел – 0…255, нулю соответствует отсутствие цвета, 255 – максимально насыщенный цвет. Элемент (0,0,0) кодирует черный цвет, элемент (255,255,255) – белый, все остальные цвета лежат между ними. Таким образом, общее количество цветов равно 256^+256^+256=16843008.

Первым этапом обработки есть отделение полезного сигнала от фона. Учитывая то, что ГРВ-изобра- жение получают в темноте (исследуемый объект специально затемняется), в оптимальном случае фон является черным. Поэтому для отделения изображения от фона достаточно, просканировав изображение, удалить из него все пиксели, яркость красной, зеленой и синей составляющих которых меньше некоторого порогового значения – чувствительности. Параллельно можно подсчитать длину границы ГРВ-граммы как число пикселей, в которых происходит резкий перепад яркости. Непосредственно эта величина не несет никакой полезной информации, но участвует в вычислении энтропии (меры неоднородности) и фрактальной размерности ГРВ-граммы.

Фрактальная размерность ГРВ-граммы вычисляется по Хаусдорфу [4]:

где L – периметр ГРВ-изображения; а – характерный размер пикселя (определяется разрешающей способностью регистрирующего устройства и является константой).

Энтропия вводится по аналогии с термодинамической энтропией [2]:

G{r) – функция распределения плотности значений

τ{φ) В интервале [^щт^^тах]· Λψ), в свою очередь, является функцией радиуса ГРВ-изображения, который зависит от угла φ вследствие собственной

неоднородности:

III.                                  Заключение

Предложен новый метод экспресс-диагностики состояния крови человека с использованием метода газоразрядной визуализации. Для диагностики достаточно 1 мл капиллярной крови и времени порядка 1 минуты.

Экспериментальная проверка методики показала, что фрактальная размерность ГРВ-изображения капель крови здоровых людей лежит в пределах

1,55..    . 1,60; энтропия – в пределах 1,45… 1,55; у людей с различными патологиями эти параметры увеличены на 25…30 % при параллельном уменьшении площади засветки на 15…25 %.

[1]  Коротков к. Г. Эффект Кирлиан – СП.: Ольга, 1995. – 240 с.

[2]  Коротков к. Г. Основы ГРВ-биоэлектрографии – СПб: СПбГИТМО (ТУ), 2001. – 360 с

[3]  Грановский В. Л. Электрический ток в газах – М.: Наука, 1971. -560 с.

[4]  Божохин С. В., Паршин Д. А. Фракталы и мультифракталы – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001.

QUICK DIAGNOSTICS OF HUMAN BLOOD CONDITION BY MEANS OF GAS-DISCHARGE VISUALIZATION METHOD

R. A. Kolomiyetz,

Zhytomyr State Technological University 103, Cherniakovsky Str, Zhytomyr, 10005, Ukraine Ph.: 38(0412) 22-14-10, e-mail: ron2005@ukr.net

Abstract – Method of quick diagnostics of human blood condition by means of gas-discharge visualization is proposed. Method is based on Kirlian’s effect.

I.                                        Introduction

The article contains common principles of search after biological objects with use the method of gas-discharge vizualisa- tion (GDV). Physics of Kirlian’s effect had been seen in summary, and possible variant of the generator building for GDV and basis of making of GDV-images with use computer systems were appeared.

II.                                       Main Part

The electric discharge happens at narrow empty space with gas between surface of biological object and an electrode. The form of lighting depends on an emission properties of object. The discharge current is proportional to speed of electrons:

The author makes the generator for GDV with the following parameters:

output voltage 0…25 kV, lindering of impuls 10 mks, frequency of impulses 10…300 kHz.

The information parameters of GDV-images are enthropy and fractal dimensions.

Fractal dimensions:

where L is perimeter of «aura» and a is typical dimensions of pixel.

Enthropy is presented as thermodynamic enthropy:  where g (r) is normalized function of «aura» radius.

III.                                      Conclusion

The article contains common principles of search after biological objects with use the method of gas-discharge vizualisa- tion (GDV).

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты