Способ определения составляющих импеданса биообъекта

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки функционального состояния организма. Способ заключается в подаче на биообъект импульса стабилизированного тока, измерении напряжения на биообъекте в фиксированные два момента времени после начала импульса тока и дополнительном измерении амплитуды стабилизированного тока I0. Моменты времени фиксации напряжения представляют собой t1 и t2, причем t2=2t1. В качестве составляющих импеданса биообъекта определяют активное сопротивление R и эквивалентную емкость C тканей биообъекта, которые рассчитывают по формулам:

где E - установившееся значение потенциала с постоянной времени T, причем

где U1 и U2 - соответственно напряжение на биообъекте в моменты времени t1 и t2; при этом C=T/R. Способ обеспечивает повышение точности и оперативности определения составляющих комплексного сопротивления биообъекта за счет устранения методической и учета динамической погрешности, имеющих место в ближайшем аналоге изобретения. 4 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки функционального состояния организма.

Известен способ бесконтактного измерения удельного электросопротивления [см. А.с .СССР №1642410, МПК5 G01R 27/02, опубл. 1991 г., бюл. №14], согласно которому измеряемый образец размещают на катушке индуктивности колебательного контура и измеряют изменение добротности контура, при этом индуктивность контура измеряют в диапазоне 135-155 МГц с помощью катушек Гельмгольца, а удельное электросопротивление образца определяют по формуле.

Данный способ обладает низкой точностью из-за изменения конструктивных параметров.

По способу измерения резистивной и емкостной составляющих комплексного сопротивления [см. Патент РФ №2003123, МПК G01R 27/26, опубл. 1993 г., бюл. №41-42] измеряемое сопротивление периодически подключают вначале к эталонному источнику напряжения на априорно заданное время t1, затем измеряемое сопротивление закорачивают, мгновенное значение падения напряжения U1 на сопротивлении измеряют в конце временного промежутка t1. Через априорно заданное время t2=t1 после закорачивания измеряют значение падения напряжения U2. Резистивную и емкостную составляющие вычисляют по формулам:

Недостатком способа является низкая точность из-за существенного влияния на результаты измерения изменения режимов характеристик.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ определения составляющих импеданса биообъекта [см. А.с. СССР №1397024, МПК А61B 5/05, опубл. 1988 г., бюл. №19], заключающийся в том, что на биообъект подается через электроды импульс стабилизированного тока определенной полярности (например, положительной) и амплитудой I0. Вследствие емкостного характера реактивной составляющей импеданса биообъекта происходит переходной процесс нарастания напряжения на биообъекте, которое измеряется в фиксированные два момента времени t1 и t2 после начала импульса тока, получая соответственно значения напряжения U1 и U2. Измерение в момент времени t2 производится, когда емкость тканей биообъекта заряжена полностью и переходной процесс закончился.

Величина стабилизированного тока I0 выбирается такой, чтобы за время действия импульса тока произошел полный заряд емкости тканей биообъекта. Тогда напряжение на биообъекте пропорционально величине активной составляющей импеданса биообъекта.

Активное сопротивление R биообъекта определяется по формуле (при параллельной схеме замещения биообъекта)

Эквивалентная емкость С тканей биообъекта вычисляется с помощью выражения

Недостатками прототипа являются: низкая точность из-за наличия динамической и методической погрешности и низкая оперативность, вызванные необходимостью ожидания установившегося режима ВАХ.

Технической задачей способа является повышение точности и оперативности измерения составляющих комплексного сопротивления биообъекта за счет устранения методической и динамической погрешности.

Данная техническая задача решается за счет того, что в способе определения составляющих импеданса биологического объекта, заключающемся в подаче на биообъект импульса стабилизированного тока, измерении напряжения на биообъекте в фиксированные два момента времени после начала импульса тока, в отличие от прототипа, дополнительно измеряют амплитуду стабилизированного тока I0, моменты времени фиксации напряжения представляют собой t1 и t2, причем t2=2t1; а в качестве составляющих импеданса биообъекта определяют активное сопротивление R и эквивалентную емкость С тканей биообъекта, которые рассчитывают по следующим формулам:

где E - установившееся значение потенциала с постоянной времени T, причем

где U1 и U2 - соответственно напряжение на биообъекте в моменты времени t1 и t2;

при этом C=T/R.

Сущность предлагаемого способа поясняется на фиг.1÷4.

Для определения составляющих импеданса биологического объекта на тело пациента в месте измерения сопротивления накладывают измерительные электроды, прикладывают напряжение на измерительную ячейку, состоящую из последовательно включенных измеряемого комплексного и эталонного сопротивлений (фиг.1). После включения напряжения питания на биообъект подают через электроды импульс стабилизированного тока, измеряют его амплитуду I0 (фиг.2,б). В моменты времени t1 и t2, причем t2=2t1, фиксируют (см. фиг.2,а) значения падений напряжения U1 и U2 соответственно на эталонном сопротивлении R0. По измеренным значениям напряжения и времени находят активное сопротивление и эквивалентную емкость тканей биообъекта через установившееся значение потенциала E с постоянной времени T.

Экспериментальная зависимость U(t)=U динамического процесса (фиг.2,а) от импульса стабилизированного тока (фиг.2,б) изменяется по экспоненциальному закону:

Зависимость (1) связывает между собой измеряемое значение амплитуды U напряжения за время t исследования до установившегося значения Е потенциала с постоянной времени Т.

Параметры E и T однозначно определяют динамическую характеристику эксперимента по зависимости (1).

Регистрация параметров E и T организована по двум измеренным значениям амплитуды U1, U2 напряжения в два момента времени t1, t2 из системы уравнений по формуле (1) для первого и второго измерений:

Выразим из уравнений системы t1 и t2:

и запишем отношение:

Решение в явном виде получено при кратном отношении t2/t1=2 после приведения к общему знаменателю:

Проэкспоненциируем данное уравнение и выразим параметр E:

Для нахождения Т подставим выражение (3) в первое уравнение системы (2):

где U1 - напряжение на биообъекте в момент времени t1,

U2 - напряжение на биообъекте в момент времени t2.

С помощью параметров E и T определяют значение активного сопротивления:

Это обусловлено значением тока:

В начальный момент времени t=0, когда e=1:

где начальный ток IH тождественен амплитуде стабилизированного тока I0.

Эквивалентная емкость тканей биообъекта в свою очередь определяется как:

т.к. T=R·C.

Адекватность и эффективность предлагаемого способа представлены ниже.

1. Адекватность предлагаемого способа физике эксперимента доказывает математическое моделирование исследуемой Ui(t)ИДХ 1 относительно эквивалента 2 экспериментальной Uэ(t)ИДХ. По полученным значениям R и C определяется значение периода T (согласно формулы T=R·C), строятся исследуемая 1 и эквивалентная 2 ИДХ (фиг.3).

Затем проводится оценка адекватности полученных зависимостей по формуле определения относительной погрешности:

ее оценка представлена на фиг.4.

При этом погрешность ε отклонения Ui(t) относительно Uэ(t) не превышает 1,5·10-13%.

2. Повышение точности за счет методической и динамической погрешности приведем на примере активного сопротивления:

где RH=const - информативный параметр ИДХ сопротивления.

Эффективность по точности определяется нелинейностью η сопротивления R относительно постоянного сопротивления RH предлагаемого способа

Как видно (фиг.2,в), сопротивление R=R(t) в прототипе нелинейно, изменяется по экспоненте относительно постоянного параметра RH предлагаемого способа, что обусловлено методической погрешностью.

3. Динамическая погрешность ε определяется нелинейностью η:

т.е. ε i = | e i / T | и также растет по экспоненте (фиг.2,в) с увеличением времени t, в то время как мгновенное значение U ИДХ стремится по асимптоте к установившемуся потенциалу (фиг.2,а).

Следовательно, предлагаемый способ, в отличие от прототипа, устраняет и методическую, и динамическую погрешность.

4. Повышение оперативности предлагаемого способа оценивается эффективностью времени измерения t. В предлагаемом способе t≤T измерения не превышает постоянную времени, а для прототипа в 3-5 раз больше tn=(3-5)T для погрешности (5-1)% определения установившегося потенциала E.

Из эффективности, ηt=(3-5)T/T=(3-5) следует, что оперативность предлагаемого способа в 3-5 раз выше известных способов.

Значения погрешностей, возникающих в результате применения способа-прототипа и предлагаемого способа, приведены в таблице 1.

Таблица 1
Результаты Эквивалент Прототип Предлагаемый способ εпрот, % εпр.сп, %
Е, мВ 120 114 120 5 6,4·10-12
Т·10-7, с 42 21,1 42 49,7 6,7·10-12
R, кОм 34,3 32,6 34,3 5 6,5·10-12
С, пФ 123 65 123 47,1 2,7·10-13

Анализ таблицы 1 показывает, что точность предлагаемого метода на несколько порядков выше за счет учета динамической погрешности и устранения методической погрешности.

Таким образом, определение активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления согласно методике предлагаемого способа, в отличие от известных решений, повышает точность определения составляющих импеданса биологического объекта на несколько порядков за счет адекватности предлагаемого способа эксперименту при устранении методической и учете динамической погрешности.

Способ определения составляющих импеданса биообъекта, заключающийся в подаче на биообъект импульса стабилизированного тока, измерении напряжения на биообъекте в фиксированные два момента времени после начала импульса тока, отличающийся тем, что дополнительно измеряют амплитуду стабилизированного тока I0, моменты времени фиксации напряжения представляют собой t1 и t2, причем t2=2t1; а в качестве составляющих импеданса биообъекта определяют активное сопротивление R и эквивалентную емкость C тканей биообъекта, которые рассчитывают по следующим формулам:

где E - установившееся значение потенциала с постоянной времени T, причем

где U1 и U2 - соответственно напряжение на биообъекте в моменты времени t1 и t2;
при этом C=T/R.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для измерения импеданса биологических тканей содержит последовательно соединенные матрицу из N электродов, блок коммутации, инструментальный усилитель, блок детекторов, многоканальный АЦП, микроконтроллер и ЭВМ.

Изобретение относится к медицине, а именно к акушерству. Способ включает измерение электрического сопротивления.
Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии, и может быть использовано для определения прогрессии рака органов брюшной полости. Для этого осуществляют динамическое обследование больного после хирургического лечения.

Изобретение относится к медицине, а именно - к кардиологии. Способ включает измерение электрического импеданса грудной клетки биполярным методом.

Изобретение относится к медицине. При осуществлении способа устанавливают на поверхности биологической ткани активный и пассивный электроды.
Изобретение относится к медицине, а именно - к терапии, диагностике. Способ включает исследование электрических параметров до и после лечения.

Изобретение относится к медицине, а именно диагностике. Способ включает введение в опухоль игольчатых электродов с активным токопроводящим концом.
Изобретение относится к медицине, терапии, диетологии и может быть использовано для коррекции и профилактики ожирения. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для локализации верхушки корня зуба в эндодонтии. .

Группа изобретений относится к медицине. Способ использует устройство для контроля, содержащее измерительное оборудование и блок управления. Способ включает получение с помощью измерительного оборудования сигнала проводимости кожи, измеренного на участке кожи пациента в течение интервала измерений. Согласно изобретению вычисляют с помощью блока управления характеристику сигнала проводимости кожи, представляющую статическую дисперсию значений сигнала проводимости кожи по всему интервалу измерений, включая расчет стандартного отклонения значений сигнала проводимости кожи по всему интервалу измерений. На основе этой характеристики формируют первый выходной сигнал, указывающий на состояние боли или дискомфорта пациента. На основе этой же характеристики формируют второй выходной сигнал, указывающий на состояние пробуждения пациента. Раскрыто упомянутое устройство для контроля. Технический результат состоит в повышении точности контроля состояния автономной нервной системы пациента. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области медицины. Для определения концентрации глюкозы в крови человека, последовательно, через заданные интервалы времени измеряют значения импеданса участка тела человека на высокой частоте и низкой частоте с использованием закрепленных на теле человека и разнесенных относительно друг друга электродов. На основе измеренного значения импеданса на высокой частоте получают оценку объема жидкости, содержащейся в тканях участка тела человека между электродами, а на основе измеренного значения импеданса на низкой частоте получают оценку объема внеклеточной жидкости, содержащейся в тканях участка тела человека между электродами. Определяют величину приращения метаболической составляющей упомянутого объема внеклеточной жидкости, связанной с синтезом и утилизацией энергоносителей в организме человека, путем определения приращения упомянутой оценки объема жидкости, содержащейся в тканях участка тела человека между электродами, по сравнению с предыдущим измерением, определения приращения упомянутой оценки объема внеклеточной жидкости, содержащейся в тканях участка тела человека между электродами, по сравнению с предыдущим измерением и последующего вычисления разницы между упомянутым приращением оценки объема жидкости, содержащейся в тканях участка тела человека между электродами, и упомянутым приращением оценки объема внеклеточной жидкости, содержащейся в тканях участка тела человека между электродами. Определяют величину приращения концентрации глюкозы в крови человека путем нормировки упомянутой величины упомянутого приращения метаболической составляющей объема внеклеточной жидкости, а концентрацию глюкозы в крови человека определяют путем суммирования упомянутой величины приращения концентрации глюкозы со значением концентрации глюкозы в крови, определенном на предыдущем этапе измерений. При этом концентрацию глюкозы на первом интервале времени определяют путем суммирования упомянутого приращения концентрации глюкозы в крови человека, полученного на первом интервале времени, с начальным значением концентрации глюкозы Способ позволяет непрерывно и неинвазивно определять концентрацию глюкозы в крови человека с высокой точностью. 4 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.

Изобретение относится к медицинской технике. Датчик 1 для измерения импеданса участка тела человека содержит первый и второй электроды и держатель 2 электродов. Электроды выполнены секционными. Секции 5 и 6 первого и второго электродов расположены попеременно в один ряд на внутренней поверхности держателя. Держатель предназначен для закрепления вокруг запястья человека так, чтобы секции обоих электродов примыкали к запястью. Каждый электрод имеет, по меньшей мере, три секции. Контактная площадь каждой секции составляет, по меньшей мере, 1 см2. Держатель электродов выполнен в виде закрепляемой на запястье с помощью застежки 7 гибкой ленты или в виде браслета, имеющего шарнирно соединенные между собой секции, или в виде обтягивающей запястье манжеты. В держателе электродов также размещен преобразователь сигналов датчика. Применение изобретения позволит повысить устойчивость измерительного сигнала и чувствительность датчика за счет повышения надежности контакта датчиков с кожей человека и оптимизации пути прохождения тока между секциями датчиков. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для измерения электрических параметров участка (3) тела человека содержит два токопроводящих электрода (5, 6) для размещения на теле человека, операционный усилитель (2) и микроконтроллер (1). Микроконтроллер (1) выполнен с возможностью работы в режиме измерения импеданса участка тела человека, в режиме измерения активного сопротивления кожи человека и в режиме измерения разности потенциалов между участками кожи тела человека. Электроды (5, 6) включены в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя (2), неинвертирующий вход которого подключен к нулевому потенциалу, выход подключен к входу аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера (1), а инвертирующий вход через резистор (4) подключен к порту (L) ввода-вывода микроконтроллера (1). В режиме измерения импеданса участка тела человека микроконтроллер (1) на выходе порта (L) ввода-вывода обеспечивает формирование сигнала заданной частоты, на которой измеряют импеданс. В режиме измерения активного сопротивления кожи человека микроконтроллер (1) на выходе порта (L) ввода-вывода обеспечивает формирование сигнала постоянного напряжения. В режиме измерения разности потенциалов между участками кожи тела человека микроконтроллер (1) обеспечивает отключение порта (L) ввода-вывода. Применение изобретения позволит повысить точность измерения электрических параметров участка тела человека за счет переключения режимов микроконтроллера без смены электродов и их положения на теле. 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство (1) для регистрации сигналов пульсовой волны и дыхательного цикла человека содержит два токопроводящих электрода (2, 3) для размещения на теле человека, первый (4) и второй (6) операционные усилители, амплитудный детектор (5), переключаемый частотно-зависимый делитель напряжения (8) и микроконтроллер (7). Электроды (2, 3) включены в цепь отрицательной обратной связи первого операционного усилителя (4). Микроконтроллер (7) выполнен с возможностью генерирования на выходе первого порта (L) ввода-вывода высокочастотного несущего сигнала. Верхнее (10) и нижнее (11) плечи делителя напряжения (8) образованы двумя цепями, имеющими общий конец в средней точке делителя напряжения и два раздельных конца. Второй операционный усилитель (6) и делитель напряжения (8) образуют активный полосовой фильтр с верхней и нижней частотой среза, определяемой параметрами верхнего (10) и нижнего (11) плеча делителя напряжения (8) соответственно. Частотные характеристики такого фильтра при подключении второго порта (M) ввода-вывода микроконтроллера (7) к нулевому потенциалу обеспечивают регистрацию сигнала в полосе частот, соответствующей полосе частот сигнала пульсовой волны, а при подключении третьего порта (N) ввода-вывода микроконтроллера (7) к нулевому потенциалу - регистрацию сигнала в полосе частот, соответствующей полосе частот сигнала дыхательного цикла. Применение изобретения позволит регистрировать сигналы пульсовой волны и дыхательного цикла человека на основе измерения импеданса участка тела при помощи простой неперестраиваемой электрической схемы. 13 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области медицины, а именно к функциональной диагностике состояния кровеносного сосудистого русла. Осуществляют регистрацию изменений электрического импеданса рук в процессе создания гемодинамической нагрузки, которую создают в положении обследуемого стоя путем поднятия рук вертикально вверх, выдержки их в этом положении и возвратом в исходное положение опущенными вдоль тела. При этом период времени нахождения обследуемого в положении с вертикально поднятыми руками составляет 30 секунд. После возвращения рук в исходное положение фиксируют величины электрического импеданса через 10 секунд и определяют индекс восстановления (ИВ) по оригинальной математической формуле. При величинах ИВ≤1 констатируют норму, а при ИВ>1 - наличие атеросклеротических изменений, о выраженности которых судят но величине превышения нормы. Способ позволяет осуществить нормирование временных параметров гемодинамической нагрузки и получить количественную оценку функционального состояния артериального сосудистого русла для обеспечения возможности раннего выявления развития атеросклероза в режиме экспресс-диагностики. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области медицины. Устройство определения электродермальной активности кожи в режиме реального времени содержит электроды со средствами их крепления, входное устройство, фильтр, первый и второй блоки определения дисперсии, блок определения математического ожидания, первый и второй блоки определения коэффициентов вариаций, вычитатель, формирователь порогового уровня, компаратор, счетчик. Изобретение позволяет повысить достоверность и точность определения электродермальной активности в режиме реального времени и психоэмоционального состояния на ее основе при снижении требований к аппаратной части и возможности выделения относительно медленно меняющихся фазических составляющих 2 ил.
Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии. Способ включает измерение электропроводности эмали и оценку светоиндуцированной флюоресценции твердых тканей зуба в очаге поражения. Значение силы тока в очаге поражения не более 0,2 мкА и отсутствие свечения эмали свидетельствуют об интактности эмали, при этом присваивают ноль баллов. Значение силы тока от 0,21 до 1,99 мкА и свечение эмали свидетельствуют о доклинических изменениях эмали, присваивают 0,1 балла. Значение силы тока от 2,0 до 3,99 мкА и свечение эмали свидетельствуют о начальных кариозных изменениях на стадии матового пятна, присваивают 0,4 балла. Значение силы тока от 4,0 до 5,99 мкА и свечение эмали свидетельствуют о начальных кариозных изменениях на стадии белого пятна, присваивают 0,7 балла. Значение силы тока от 6,0 до 7,99 мкА и свечение эмали свидетельствуют о начальных кариозных изменениях на стадии насыщенно-белого пятна, присваивают один балл. Затем вычисляют индекс резистентности твердых тканей зубов (ИРттз) зубов по формуле: ИРттз=(F0×0+F1×0,1+F2×0,4+F3×0,7+F4×1)/n, где F0 - количество зубов с интактной эмалью; F1 - количество зубов с доклиническими кариозными изменениями эмали; F2 - количество зубов с кариозными изменениями эмали на стадии матового пятна; F3 - количество зубов с кариозными изменениями эмали на стадии белого пятна; F4 - количество зубов с кариозными изменениями эмали на стадии насыщенно-белого пятна; n - количество интактных зубов, имеющих доклинические и ранние клинические изменения. Индекс вычисляют до и после курса лечебно-профилактической терапии. Положительная разность величины индексов, полученных до и после курса терапии, свидетельствует об адекватности проведенной терапии. Если величина указанной разности меньше или равна нулю, это свидетельствует о необходимости проведения повторного курса или изменении лечения. Способ обеспечивает оценку состояния твердых тканей зубов с учетом доклинических и ранних их изменений. 1 табл. 1 пр.

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике. Способ включает проведение импедансометрии во время оперативного вмешательства. При одностороннем вросшем ногте измеряют импеданс тканей околоногтевого валика пораженной и здоровой стороны. Измерение проводят на частоте 2 кГц и напряжении 1 В. Рассчитывают коэффициент К как отношение импеданса пораженной стороны к здоровой. Если К меньше или равен 1,5, то это свидетельствует о наличии воспалительной реакции. Способ упрощает проведение диагностики и сокращает время ее проведения. 2 пр., 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к медицине, судебной медицине, области измерений для диагностических целей, в том числе, в следственной практике. Интерактивное психофизиологическое тестирование (ПФТ) включает предъявление тестируемому вопросов теста, определение, анализ параметров психогенеза, используя датчики физических параметров тестируемого, индикацию результатов и вынесение суждения. Конструируют вопросы теста в виде трех типов: вопросы В1 первой версии, вопросы В2 второй версии, нейтральные Н. Причем В1 и В2 имеют взаимоисключающую смысловую нагрузку, но равную силу, характеризуясь одинаковостью времени их предъявления, корректностью сравнения вопросов по взаимоисключающим версиям, минимизацией субъективного влияния личности тестирующего специалиста ПФТ, по тембру, громкости голоса, бессознательному эмоциональному сопровождению, на восприятие тестируемым предъявляемого вопроса, а также идентичностью построения сравниваемых вопросов, их одинаковой длиной и фиксацией значимого слова и/или словосочетания в аналогичных местах обоих сравниваемых вопросов. Тест конструируют в соответствии с конкатенацией X:0→С,...,С→В11.B21→H→ →B21.B22→H→…→В1n.В2n→H, где X - индекс-идентификатор тестируемого лица; 0 - не оценивающийся «нулевой» вопрос; С - вопрос, снимающий стресс ожидания; В1i - вопрос по первой версии, где i=1, 2,…, n; B2i - вопрос по второй версии, где i=1, 2,…, n; Н - нейтральный вопрос; n - число конкретных обстоятельств события или действия; «:», «→», «.» - разделители. Конструируют вопросы с учетом поэтапности исследуемого события, включая в них только достоверно установленные факты или информацию, исключая домыслы или версии тестирующего лица. По результатам судят о преобладании одной из двух взаимоисключающих версий и оценивают соответствующий статус тестируемого. Определение и анализ психогенеза проводят с использованием полиграфа, а конструирование вопросов двух взаимоисключающих версий, индикацию и обработку данных ПФТ проводят с помощью компьютера с адекватным программным обеспечением. Способ обеспечивает повышение информативности, точности, достоверности, объективности результатов ПФТ по сравнению с ранее известными тестами до 90-95%, с исключением искажения и амбивалентности результатов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх