Устройство для измерения активной и реактивной составляющих импеданса биологических тканей

 

Устройство для измерения активной и реактивной составляющих импеданса биологических тканей позволяет повысить точность измерений. Выходное напряжение генератора 1 симметричных прямоугольных импульсов в интеграторе 2 преобразуется в треугольное напряжение и после преобразователя 3 напряжение-ток в виде треугольных импульсов тока поступает на токовые электроды 4. Снимаемое с потенциальных электродов 5 напряжение через дифференциальный усилитель 6, синхронный детектор 7, усилитель 10 постоянного тока поступает на измерительный прибор 11. Управляющее напряжение на синхронный детектор 7 поступает через двухпозиционный переключатель 8 либо непосредственно от генератора 1, либо через фазосдвигающий на 90° каскад 9. В одном положении переключателя 8 показания измерительного прибора 11 пропорциональны активной составляющей импеданса биообъекта, в другом - его реактивной составляющей. 1 ил. СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s А 61 В 5/05

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4789292/14 (22) 06,02.90 (46) 07.09.92. Бюл. ЬЬЗЗ (71) Новосибирский медицинский институт (72) Р.Ш.Ибрагимов, Л.А;Литвинов, Х.Н.Да вронов, Д.А.Яхонтов и И.Б.Дружинин (56) Клиническая реография. / Под ред.

В.Г.Шершнева, Киев: Здоровье, 1977, с.8.

Тренчук В,В. Импедансометрия роговицы глаза, Киев: Здоровье, 1986, с.88.

Гуревич M.È., Соловьев А,И., Литовченко Л.П. и Доломан Л.Б. Импедансная реоплетизмография. Киев: Наукова думка, 1982, с.70 — 71. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ ИМПЕДАНСА БИОЛОГИЧЕСКИХ

ТКАН ЕЙ (57) Устройство для измерения активной и реактивной составляющих импеданса биоИзобретение относится к области медицины и медицинской техники и может быть использовано для экспресс-диагностики различных заболеваний и количественной оценки степени патологических изменений в тканях и органах.

Известны устройства для раздельного измерения составляющих комплексного сопротивления и, в частности, активной и реактивной составляющих импеданса биологических тканей, например, реографы.

Реографы по устройству и принципу действия разделяют на биполярные (двухэлектлогических тканей позволяет повысить точность измерений. Выходное напряжение генератора 1 симметричных прямоугольных импульсов в интеграторе 2 преобразуется в треугольное напряжение и после преобразователя 3 напряжение-ток в виде треугольных импульсов тока поступает на токовые электроды 4. Снимаемое с потенциальных электродов 5 напряжение через дифференциальный усилитель 6, синхронный детектор 7, усилитель 10 постоянного тока поступает на измерительный прибор 11. Управляющее напряжение на синхронный детектор 7 поступает через двухпозиционный переключатель 8 либо непосредственно от генератора 1, либо через фазосдвигающий на 90 каскад 9. В одном положении переключателя 8 показания измерительного прибора 11 пропорциональны актчвной составляющей импеданса биообъекта, в друroM — его реактивной составляющей. 1 ил. родные) и тетраполярные (четырехэлекродные).

Биполярный реограф состоит из моста переменного тока, в одно из плеч которого с помощью двух электродов включен биологический объект. В другое плечо включены переменные калиброванные резистор и конденсатор, которые служат для балансировки моста переменного тока по активной и емкостной составляющим импеданса биологической ткани. По показаниям калиброванного резистора и конденсатора определяют активное и емкостное сопро1759402

30

55 тивление биологической ткани на рабочей частоте реографа.

Однако при использовании мостовых схем измеряемые электрические характеристики биологической ткани неизбежно включают в себя и электрические характеристики границы раздела электрод - биологическая ткань, которые также обладают и активным и емкостным сопротивлением, Поэтому в двухэлектродных реографах с использованием мостовых схем трудно отдифференцировать электрические свойства биологической ткани от погрешностей, вносимых электрическими свойствами электродов.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для измерения активной и реактивной составляющих импеданса биологических тканей (31, содержащее генератор высокой частоты, объект измерения, подключенный по четырехэлектродной схеме (тетраполярный метод), разделительный трансформатор, первичная обмотка которого соединена последовательно с объектом измерения и может шунтироваться конденсатором или резистором в зависимости от положения имеющегося переключателя. Вторичная обмотка трансформатора соединена последовательно с потенциальными электродами образца, суммарное напряжение с которых зависит от фазовых соотношений.

Известное устройство не позволяет проводить измерения активной и реактивной составляющих импеданса биологического объекта, то есть активного сопротивления R и емкостного сопротивления Хс с достаточной точностью по следующим причинам. В общем случае у исследуемого биологического объекта величины Хс и R неизвестны. Тогда при измерении, например, активной составляющей импеданса R необходимо полностью скомпенсировать емкостную составляющую импеданса Хс. В данном устройстве эту компенсацию осуществляют путем подключения в первичную обмотку трансформатора конденсатора, емкостное сопротивление которого на измеряемой части должно быть в точности равно емкостному сопротивлению биологического объекта, Если случайно окажется, что емкостные сопротивления равны, то действительно происходит полная компенсация емкостной составляющей

Хс и на выходе будет регистрироваться активная составляющая R. Если же емкостное сопротивление конденсатора будет меньше или больше Х биологического объекта, то произойдет неполная компенсация или перекомпенсация, и на выходе данного устройства в качестве активной составляющей

R будет регистрироваться некоторый импеданс, который может иметь емкостной или даже индуктивный характер, Аналогичные явления будут наблюдаться и при измерении емкостной составляющей импеданса.

Таким образом, известное устройство не позволяет точно скомпенсировать активную и реактивную составляющие импеданса биологической ткани и емкостные свойства границы раздела токовые электроды биологическая ткань изменяет свои электрические характеристики от частоты в широких пределах (на несколько порядков). B связи с этим наличие в измерительной схеме, чувствительной к фазовым соотношениям, индуктивного элемента (трансформатора) является источником дополнительных неконтролируемых погрешностей.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для измерения активной и реактивной составляющих импеданса биологических тканей.

Устройство содержит генератор симметричных прямоугольных импульсов, интегратор 2, преобразователь 3 напряжение — T0K, два Y0K0R61x электрода 4, САВВ потенциальных электрода 5 дифференциальный усилитель 6, синхронный детектор 7, двухпозиционный переключатель 8, фазосдвигающий на 90 каскад 9, усилитель 10 постоянного тока и измерительный прибор

11, Устройство измерения активной и реактивной составляющих импеданса биологических тканей работает следующим образом.

Генератор 1 симметричных прямоугольных импульсов вырабатывает строго симметричные прямоугольные импульсы напряжения со скважностью, равной двум, что необходимо для обеспечения работы синхронного детектор" с высокой точностью, Симметричные импульсы напряжения прямоугольной формы поступают на интегратор 2, где происходит преобразование прямоугольных импульсов в напряжение пилообразной формы, которое затем подается на преобразователь 3 напряжениеток, С выхода преобразователя 3 ток подается на токовые электроды 4, находящиеся на биообъекте. Необходимость введения стабилизации зондирующего или измерительного тока вызвана тем, что переходные сопротивления границы раздела токовые электроды — биологическая ткань непостоянны и зависят от многих факторов: силь

1759402 торого пропорциональны величине активного или емкостного сопротивления ткани, Составитель Р,Ибрагимов

Техред М,Моргентал Корректор В.Петраш

Редактор

Заказ 3132 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 прижима электродов, времени контактирования, наличия влаги, материала электродов и их площади. Точность измерения зависит от точности поддерживания постоянной величины измерительного тока.

Падение напряжения снимается с поверхности биологической ткани с помощью потенциальных электродов 5 и подается на вход дифференциального усилителя 6. Усиленное напряжение поступает на синхронный детектор 7. Если двухпозиционный переключатель 8 находится в положении Х,, то фаза тока будет опережать фазу управляющих импульсов на 90, и на выходе синхронного детектора 7 появляется напряжение, пропорциональное величине емкостного сопротивления ткани. Если двухпозиционный переключатель 8 находится в положении R, то фаза будет совпадать с фазой управляющих импульсов, и на выходе синхронного детектора 7 появится напряжение, пропорциональное величине активного сопротивления биологической ткани. Продетектированный сигнал с выхода синхронного детектора 7 поступает в усилитель 10 постоянного тока, с выхода которого усиленное напряжение подается на измерительный прибор 11, показания коФормула изобретения

5 Устройство для измерения активной и реактивной составляющих импеданса биологических тканей, содержащее два токовых и два потенциальных электрода и двухпозиционный переключатель, о т л и ч а10 ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены последовательно соединенные генератор симметричных прямоугольных импульсов, интегратор и преобразователь напряжение15 ток. выходы которого подключены к токовым электродам, последовательно соединенные дифференциальный усилитель, входы которого соединены с потенциальными электродами, синхронный

20 детектор, вход управления которого подключен к выходу двухпозиционного переключателя, усилитель постоянного тока и измерительный прибор, а также фазосдвигающий на 90 каскад, вход которого соеди25 нен с входом интегратора и первым входом двухпозиционного переключателя, а выход подключен к второму входу двухпозиционного переключателя.