Способ определения активной составляющей импеданса биологической ткани и устройство для его осуществления
Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики при кондуктометрических измерениях биотканей IN VIVO и IN VITRO. Целью изобретения является повышение точности способа. Способ осуществляется за счет исключения влияния на результат измерения ЭДС поляризации. Предварительно подают на электроды положительный перепад тока и по изменению напряжения на электродах измеряют время установления ЭДС поляризации T<SB POS="POST">э</SB>, а длительность измерительных импульсов тока T<SB POS="POST">и</SB>, устанавливают исходя из условия 5 мс&Tgr;<SB POS="POST">и</SB>≤0,1т<SB POS="POST">э</SB>, при этом соотношение длительности измерительных импульсов тока к периоду их следования выбирают из диапазона 10<SP POS="POST">-2</SP>-10<SP POS="POST">-5</SP>. Устройство для определения активной составляющей импеданса биологической ткани содержит кондуктометрическую ячейку с электродами, блок 8 вычисления, генератор 1 тактовых импульсов, генераторы 3,4 импульсов тока, подключенные через кондуктометрическую ячейку к усилителю, аналого-цифровой преобразователь 7 и блок 2 управления, вход которого соединен с генератором 1 тактовых импульсов, первый и второй выходы - с входами первого и второго генераторов импульсов тока, а третий и четвертый - с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя 7, с третьим входом которого соединен выход усилителя 6, а с выходом - блок вычисления.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ.
С014ИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (!9) (11) А1 (51)5 А 61 В 5/059 5/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4272166/28-14 (22) 29. 06. 87 (46) 07. 03. 90. Бюл. № 9 (71) Радиотехнический институт им. акад. А.Л. Минца АН СССР (72) В.А. Делов, В.И. Речицкий
Л.Б. Новодережкина и В.А. Филиппов (53) 612.015(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1296114, кл. А 61 В 5/02, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНОЙ
СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИМПЕДАНСА БИОЛОГИЧЕСКОЙ
- ТКАНИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики при кондуктометрических измерениях биотканей in vivo u in
vitro. Целью изобретения является повышение точности способа. Способ осуществляется за счет исключения влияния на результат измерения ЭДС поляризации. Предварительно подают на электроды положительный перепад тока и по изменению напряжения на электродах измеряют время установления
ЭДС поляризации t, а длительность измерительных импульсов тока t„ устанавливают, исходя из условия 5
c t „ О, 1t при этом соотношение длительности измерительных импульсов тока к периоду иэ следования выбирают из дипазона 10 -10 . Устройство для
-2 — 5 определения активной составляющей импеданса биологической ткани, содержит кондуктометрическую ячейку с электродами, блок 8 вычисления, генератор тактовых импульсов, генераторы 3, 4 импульсов тока, подключенные через кондуктометрическую ячейку к усилителю, аналого-циАровой преобразователь 7 и блок 2 управления, вход которого соединен с генератором 1 тактовых импульсов, первый и второй выходы — с входами первого и второго генераторов импульсов тока, а третий и четвертый — с первым и вторым вхо— дами аналого-циЬрового преобразователя 7, с третьим входом которого соединен выход усилителя 6, а с выходом— блок вычисления. 2 с.п.А-лы, 2 ил.
1547808
= Eî + E Пг = Ео+ hE<, С Пт < Ео (4) Изобретение относится к медицине и может быть использовано в диагностических целях при исследовании биологических тканей, например кожного покрова или крови. Целью изобретения является повышение точности определения активной составляющей импеданса биологической ткани. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения активной составляющей импеданса, биологической ткани;, на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства. !5 Способ осуществляют следующим образом. На электроды, установленные на исследуемом участке, подают измерительные прямоугольные импульсы тока поочередно изменяющейся полярности, равной амплитуды и длительности. Причем перед подачей измерительных импульсов на электроды подают положи- тельный перепад тока и по изменению напряжения на электродах измеряют время установления ЭДС поляризации С . Длительность измерительных импульсов тока ц, подаваемых на электроды, устанавливают, исходя из условия за . 5 мс - " о - аю 1 "э где t — длительность измерительных импульсов тока; — время установления ЭДС поляризации. При этом соотношение длительности измерительных импульсов тока к периоду их следования выбирают из диапазона 10 -10 Затем с электродов снимают импульсы напряжения с последующим вычислением активной составляющей импеданса биоткани. При прохождении электрического то- 45 ка через биоткань напряжение U на электродах определяется соотношением 1о о + Ес + Еи (1) где I — амплитуда электрического о 50 тока; R — активная составляющая импеданса биоткани; E — собственная ЭДС электродов; E„ — ЭДС поляризации электродов. Из соотношения (1) видно, что для 55 точного вычисления активной составляющей импеданса биоткани К необходимо учитывать электродные потенциалы, возникающие в процессе измерения„ При подаче тока на электродах возникает ЭДС поляризации, достигающая через время, меньшее 0,5 с установившейся величины по экспоненциальному 1 закону. Поэтому для определения времени нарастания поляризации на электроды подают перепад тока, а на выходе усилителя, например с помощью осциллографа, измеряют время, за которое ЭДС поляризации Е„(Г) достигает 0,9 от установившегося значения ЭДС. Длительность измерительных токовых импульсов t« выбирается, исходя из условия,„ 0,1t» где t — время установления ЭДС поляризации. В данных пределах изменение ЭДС поляризации может быть аппроксимировано, например, линейным законом. В этом случае при подаче на электроды импульса тока напряжение на электродах после начального перепада, вызванного, падением напряжения на активной составляющей импеданса биоткани, увеличивается линейно. Пренебрегая пока величиной собственной ЭДС электродов, напряжение на электродах равно Ео Еп э (2) где Ео — падение напряжения на активной составляющей импеданса биоткани; ЬЕ „— скорость нарастания ЭДС поляризации; t — время, прошедшее от начала измерительного импульса тока. Тогда для двух моментов времени и t справедливы соотношения где U и U — значения напряжения на электродах в моменты времени й< и tQ соответственно. Отсюда Если выбрать t = 2 <, то Ео = 2U<- U (5) Для нахождения падения напряжения на активной составляющей нмпеданса биоткани необходимо за время импульса тока измерить значение напряжения на электродах дважды и вычислить Ео по формулам (4) или (5). Для устранения ошибок, вызванных наличием собственной ЭДС электродов Е", которая ранее не учитывалась, следует из значения напряжения, вычис5 15478 ленного при прохождении положительного импульса тока Е, куда аддитивно входит Ес, вычесть значение напряжения, вычисленного при прохождении 5 отрицательного импульса тока Е куо> да также входит Е Ео Ео (ТoRo + Ес) (ТоНо + При таком вычислении устраняется 10 вклад дрейфа элементов схемы в результат измерения. Пример 1. Катетер с парой электродов (видимые размеры 0,02 0,75 мм, расстояние между электро- 15 дами 0,03 мм) вводился непосредственно в аорту собаки, находящейся под тиопенталовым наркозом. Первоначально на электроды подавался перепад тока в 10 мкА, что отвечает требова- 20 ниям электробезопасности оборудования, имеющего электрической контакт с сердцем. Время t установления ЗДС поляризации, измеренное по осциллографу составило 1 10 с, длитель- 25 ность tz измерительных импульсов тоб ка установлена 10" 10 с. На электроды подавались токовые импульсы указан1 ной длительности с амплитудой 10 мкА поочередно изменяющейся полярности 30 с частотой 100 Гц, т.е. соотношение между длительностью t,, импульсов тока и периодом их следования состави-з ло 10 . Величина активной составляющей импеданса крови собаки в результате измерения составила 4,74 ком. ! tu -Я: При изменениях соотношения 10 < — с10 50 величина активной составляющей импе40 данса крови на выходе устройства практически не изменилась и составляла 4,74 0,02 ком. Пример 2. Катетер с парой электродов (видимые размеры 0,07» 0,8 мм, расстояние между электродами О, 15 мм) вводился в легочную артерию собаки, измеренное так же, как и. в примере 1 t составило 5<10 с. Длительность измерительных импульсов -б тока установлена 20 ° 10 с. На электроды подавались импульсы тока указанной длительности с частотой следования 1.00 Гц поочередно изменяющейся полярности. Соотношение t„/Т составило 2 ° 10 . Величина активной составляющей импеданса крови 4,96 ком. tu При изменениях соотношения 10 с — с; Т, 08 6 <10 результат измерения практически не изменялся 4,96 0 03 ком. Устройство для определения активной составляющей импеданса биологической ткани содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 управления, генераторы 3 и 4 импульсов тока, кондуктометрическую ячейку 5 с электродами, усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь 7, блок 8 вычисления. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, подключенный к блоку 2 управления, выходы а и б которого соединены с генераторами 3 и 4 импульсов тока, подключенными к кондуктометрической ячейке 5, электроды которой через усилитель 6 соединены с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя 7, вход "Запуск" которого подключен к выходу блока 2 управления. Выход аналогоцифрового преобразователя 7 подключен к блоку 8 вычисления. Выход "Готовность данных" аналого-цифрового преобразователя 7 соединен с вторым входом блока 2 управления. Сигналы генератора 1 тактовых импульсов, задающего частоту следования импульсов тока, поступают на блок 2 управления, на выходах а и б которого формируются управляющие импульсы, обеспечивающие поочередное включение генераторов 3 и 4 импульсов тока. Таким образом, на электроды поступают токовые импульсы одинаковой длительности поочередно изменяющейся полярности. С электродов сигнал (фиг, 2), содержащий информацию о проводимости измеряемой среды, через усилитель 6 поступает на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя 7. Начальный скачок напряжения Е обусловлен падением напряо жения на сопротивлении участка биоткани между электродами. Возрастание амплитуды сигнала при прохождении импульса тока вызвано увеличением ЗДС электродной поляризации, скорость нарастания которой зависит от многих факторов: величина тока измерения, размеров поверхности измерительных электродов, химического состава измеряемой среды и т.д. Причем ЗДС поляризации под действием тока растет по экспоненте, начальный участок которой линеен. Для нахождения падения напряжения на измерительной ячейке под действи-, 1547808 ем импульса тока на выходе блока 2 управления через промежутки времени 4 и (фиг.2) от начала импульсов / тока вырабатываются короткие импульII 11 сы, поступающие на вход Запуск аналого-цифрового преобразователя 7, который преобразует значения напряжений Ur u Uq в цифровой код. На вход блока 8 вычисления в моменты времени и t с информационного выхода аналого-цифрового преобразователя 7 поступают числовые эквиваленты напряжений U и U (фиг.2). По окончании импульса тока в блоке 8 вычисления по соотношениям (4) или (5) рассчитывается падение напряжения Е на биоткани, а по соотношению (6) — разность падений напряжения на биоткани при прохождении предыдущего импульса тока (противоположной полярности), откуда активная составляющая импеданса биоЕо ткани R о Сразу после проведения необходимого количества преобразований аналого-цифровой преобразователь 7 автоматически отключается, что минимизирует электрическое воздействие на объект; З0 Таким образом, способ определения активной составляющей импеданса биоткани и устройство для его осуществления позволяют повысить точность измерений за счет устранения влияния ЭДС поляризации электродов и дрейфа характеристик элементов устройства. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Способ определения активной составляющей импеданса биологической ткани путем подачи на электроды измерительных прямоугольных импульсов тока поочередно изменяющеися поляр45 ности, равной амплитуды и длительности, снятия с электродов импульсов напряжения с последующим ее вычислением, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, перед подачей измерительных импульсов на электроды подают положительный перепад тока и по изменению напряжения на электродах измеряют время установления ЭДС поляризации а длительность измерительных импульсов тока t< подаваемых на электроды, устанавливают, исходя из условия 1Ас -- ц 0 1 " при этом соотношение длительности измерительных импульсов тока к периоду их следования выбирают из диапазона 10 -10 2. Устройство для определения активной составляющей импеданса биологической ткани, содержащее кондуктометрическую ячейку с электродами, генератор тактовых импульсов, первый генератор импульсов тока, подключенный к входу кондуктометрической ячейки, соединенной с усилителем, и блок вычисления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены аналого-цифровой преобразователь, второй генератор импульсов тока и блок управления, первый вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, первый и второй выходы — с входами первого и второго генераторов импульсов тока, а третий— с входом "Запуск" аналого-цифрового преобразователя, аналоговый вход которого соединен с выходом усилителя, 11 11 выходы. цифровой и Готовность данных аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с блоком вычисления и вторым входом блока управления, причем выход второго генератора импульсов тока соединен с входом кондуктометрической ячейки. 1547808 Редактор Г. Гербер Заказ 93 Тираж 5б2 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР I13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 88Н Р03 cv8пе 28Н Р04 ж8 Л ОИ. rim He ll Состаитель В. Котенева Техред Л.Сердюкова Корректор И.Иуск»
