Устройство для измерения электрической проводимости кожи

 

Изобретение относится к медицинскому приборостроению и может использоваться для экспресс-диагностики функционального состояния организма человека. Устройство содержит преобразователь измеряемой и эталонной проводимостей в последовательность импульсов, скважность которых пропорциональна измеряемой проводимости. В схеме предусмотрена защита от попадания импульсных напряжений на измерительные электроды. Введение оптоэлектронного блока и выполнение источника питания в виде инвертора напряжения последовательного порта ЭВМ с размещением первичных и вторичных обмоток на отдельных магнитопроводах, связанных между собой короткозамкнутым витком, позволяет обеспечить требования электробезопасности и снизить уровень взаимных помех между устройством и ЭВМ. Техническим результатом является повышение точности измерения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицинскому приборостроению и может использоваться для экспресс-диагностики функционального состояния организма человека.

Известно устройство для измерения электрической проводимости участков ткани биообъекта [1], содержащее электроды измерительный узел в виде накопительного конденсатора и порогового разрядника и соединенный с ним формирователь импульсов с акустическим излучателем в качестве блока измерения.

Однако это устройство не позволяет точно измерить величину проводимости, а только оценивает ее приблизительно по частоте звуковых импульсов акустического излучателя, а также не позволяет получить достоверную информацию, так как к ткани биообъекта приложено импульсное тестирующее напряжение, которое способно воздействовать на ее проводимость.

Другим известным устройством для измерения электрических характеристик кожи является устройство, выбранное в качестве прототипа [2]. Это устройство содержит первый и второй электроды, эталонный резистор, источник стабильного переменного напряжения, операционный усилитель, а также два детектора, подключенных ко входам преобразователя отношений напряжений, выход которого соединен с блоком измерения. Преобразователь отношений напряжений включает фазоинвертор, двухпозиционный ключ, повторитель напряжения, интегратор, состоящий из RC-цепочки и операционного усилителя, компаратор, блок управления и резистор памяти.

Недостатком данного устройства является невозможность получения достоверной диагностической информации, так как к ткани биообъекта приложено переменное тестирующее напряжение, которое способно изменить ее проводимость. Кроме того, устройство не может питаться от последовательного порта ЭВМ, так как требует достаточно мощного источника питания и не может быть использовано в автоматизированных компьютерных системах диагностики, поскольку не имеет связи с ЭВМ.

Технической задачей данного изобретения является создание устройства для измерения электрической проводимости кожи в составе автоматизированных систем компьютерной диагностики, обладающего высокой точностью и достоверностью измерений при обеспечении требований ГОСТ к электробезопасности, предъявляемых к медицинской аппаратуре.

Поставленная задача решается в устройстве для измерения электрической проводимости кожи, содержащем первый и второй электроды, эталонный резистор, один вывод которого соединен с общей шиной, конденсатор, двухпозиционный ключ, компаратор и источник питания, которое согласно изобретению снабжено двумя управляемыми источниками тока, питающие входы которых соединены с источником питания, вторым компаратором, и RS-триггером, первый электрод соединен с управляющим входом первого управляемого источника тока, второй - с общей шиной, управляющий вход второго управляемого источника тока соединен с вторым выводом эталонного резистора, выходы управляемых источников тока соединены с входами соответствующих компараторов, соответствующими выводами конденсатора и входами двухпозиционного ключа, выход которого подключен к общей шине, выходы компараторов соединены соответственно с R- и S-входами триггера, выходы которого соответственно соединены с управляющими входами двухпозиционного ключа, а один из выходов триггера предназначен для сообщения со средством изображения и регистрации.

При этом источник питания выполнен в виде инвертора напряжения выходных сигналов последовательного порта ЭВМ, в котором первичные и вторичные обмотки трансформатора размещены на отдельных магнитопроводах, связанных между собой короткозамкнутым витком.

Введение в устройство разъема связи с последовательным портом ЭВМ обеспечивает работу устройства в автоматизированных системах компьютерной диагностики. Предложенное построение схемы позволяет снизить потребляемую устройством мощность, что и позволяет запитать его от напряжения выходных сигналов последовательного порта ЭВМ, а также исключить попадание на участок ткани биообъекта через электроды переменных напряжений, возникающих в устройстве, что исключает их влияние на измеряемую проводимость.

Введение оптоэлектронного блока и выполнение инвертора напряжения в источнике питания с разделенными магнитопроводами первичных и вторичных обмоток трансформатора, связанными между собой с помощью короткозамкнутого витка, позволяет обеспечить требования по электробезопасности, а кроме того, значительно снизить уровень взаимных помех между устройством и ЭВМ.

На чертеже приведена электрическая схема устройства. Устройство для измерения электрической проводимости кожи, содержит первый и второй электроды 1, 2, эталонный резистор 3, один вывод которого соединен с общей шиной 4, конденсатор 5, двухпозиционный ключ 6, компараторы 7, 8, источник питания 9, управляемые источники тока 10, 11, питающие входы которых соединены с источником питания 9, RS-триггер 12. Первый электрод 1 соединен с управляющим входом первого управляемого источника тока 10, второй электрод 2 - с общей шиной 4, управляющий вход второго управляемого источника тока 11 соединен с вторым выводом эталонного резистора 3, выходы управляемых источников тока 10, 11 соединены соответственно с входами компараторов 7, 8 соответствующими выводами конденсатора 5 и входами двухпозиционного ключа 6, выход которого подключен к общей шине 4, выходы компараторов 7, 8 соединены соответственно с R- и S-входами триггера 12, выходы которого соответственно соединены с управляющими входами двухпозиционного ключа 6, выход которого подсоединен к общей шине 4, разъем 14 связи с последовательным портом ЭВМ связан через оптоэлектронный блок 13 с выходом 2 триггера 12 и источником питания 9, минусовой выход которого соединен с общей шиной 4, плюсовой - с выводами питания управляемых источников тока 10,11, компараторов 7,8 и триггера 12, а входы - с разъемом 14 связи с последовательным портом ЭВМ.

Источник питания 9 выполнен в виде инвертора напряжения, в котором первичные и вторичные обмотки трансформатора размещены на отдельных магнитопроводах 15,16, связанных между собой короткозамкнутым витком 17.

Устройство работает следующим образом. Тестирующее напряжение заданной величины подключено к электроду 1, находящемуся в ладони пациента, и электроду 2, приложенному к измеряемой точке на коже пациента. Напряжение, пропорциональное проводимости кожи между электродами, поступает на управляющий вход первого управляемого источника тока 10 и ток, пропорциональный этому напряжению, а значит и измеряемой проводимости - с его выхода на одну из обкладок конденсатора 5, на другую обкладку этого конденсатора подается ток с выхода второго управляемого источника тока 11, на управляющий вход которого подается напряжение, пропорциональное тестирующему напряжению и проводимости эталонного резистора 3. Двухпозиционный ключ 6 управляет зарядом конденсатора 5. Конденсатор 5 заряжается выходным током второго управляемого источника тока 11 за время, пропорциональное тестирующему напряжению и проводимости эталонного резистора, до напряжения переключения компаратора 8, после чего триггер 12 переключается сигналом по входу S с выхода компаратора 8. На выходе 2 триггера 12 появляется напряжение высокого уровня, которое переводит двухпозиционный ключ в другую позицию, и конденсатор 5 заряжается уже выходным током первого управляемого источника тока 10 за время, пропорциональное проводимости между электродами 1 и 2 до напряжения переключения компаратора 7, после чего триггер переключается сигналом по входу R с выхода компаратора 7. На выходе 2 триггера 12 появляется напряжение низкого уровня, а на выходе 1 - напряжение высокого уровня, которое переключает двухпозиционный ключ в исходную позицию. Далее процесс повторяется. При этом на выходе 2 триггера 12 формируется последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна измеряемой проводимости, а длительность паузы между ними - тестирующему напряжению и проводимости эталонного резистора.

Эти импульсы через оптоэлектронный блок 13 подаются на разъем 14 связи с последовательным портом ЭВМ. Величина измеряемой проводимости определяется программно в ЭВМ по формуле: где G_x - измеряемая проводимость; G_k - проводимость эталонного резистора; T_i - длительность импульса; T_p - длительность паузы; C - скважность импульсов.

Таким образом, измеренная величина не зависит от частоты импульсов, а значит от стабильности конденсатора 5, компараторов 7, 8 и от нестабильности тестирующего напряжения.

Питание устройства осуществляется от источника питания 9, выполненного в виде инвертора напряжения, в котором первичные и вторичные обмотки трансформатора размещены на отдельных магнитопроводах 15, 16 и связаны между собой короткозамкнутым витком 17. Питание инвертора осуществляется от выходных сигналов разъема 14 связи с последовательным портом ЭВМ. Короткозамкнутый виток 17 позволяет разнести в пространстве магнитопроводы 16, 17 трансформатора, что обеспечивает необходимую электрическую изоляцию устройства (по ГОСТ порядка 4 кВ), а также уменьшает проходную емкость источника питания 15 (до 10 пФ), что снижает уровень взаимных помех между устройством и ЭВМ.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения электрических характеристик кожи, включающее первый и второй электроды, эталонный резистор, один из выводов которого соединен с общей шиной, конденсатор, управляемый двухпозиционный ключ, компаратор, источник питания и блок обработки измерений, отличающееся тем, что в него введены RS-триггер, второй компаратор и два управляемых источника тока, питающие входы которых соединены с источником питания, а выходы через соответствующие компараторы подключены соответственно к входам RS-триггера, один из выводов которого связан с блоком обработки измерений в виде ЭВМ, при этом блок питания выполнен в виде инвертора напряжения выходных сигналов последовательного порта ЭВМ, конденсатор и двухпозиционный ключ включены параллельно между выходами управляемых источников тока, управляющие входы которых связаны соответственно с первым электродом непосредственно и с вторым электродом и общей шиной через эталонный резистор, а выходы RS-триггера подключены к соответствующим управляющим входам двухпозиционного ключа, выходом соединенного с общей шиной.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в инверторе напряжения выходных сигналов последовательного порта ЭВМ первичные и вторичные обмотки трансформатора размещены на отдельных магнитопроводах, связанных между собой короткозамкнутым витком.

3. Устройство по одному из пп.1 и 2, отличающееся тем, что в него введен оптоэлектронный блок, включенный между выходом RS-триггера и блоком обработки измерений.

РИСУНКИ

Рисунок 1