Способ определения составляющих импеданса биообъекта

Изобретение относится к медицине, может быть использовано для оценки функционального состояния организма. В качестве составляющих импеданса биологического объекта определяют активное сопротивление R и эквивалентную емкость С тканей биообъекта. При этом на биообъект подают импульс стабилизированного тока I0 и измеряют напряжение Ui в момент времени ti после начала импульса тока. Максимальное значение потенциала Е определяют по калибровочной характеристике. Калибровку проводят априори для двух значений напряжения: измеренных Ui и известных эталонных Uэi, где i=1, 2, в два момента времени t1 и t2=2t1. Калибровочной характеристикой служит функция максимального значения потенциала E0i

компенсирующая неопределенность постоянной времени Т выбранной произвольно Т* и связывающая эталонную Uэi и измеренную Ui характеристики определения импеданса за счет нормирования измеренных значений известными. Далее по значениям нижней Е01 и верхней Е02 границ диапазона калибровочной характеристики E0i находят действительные значения постоянной времени Т и максимальную величину потенциала Е

по которым последовательно строят калибровочную характеристику Е0i и действительную U∂i характеристику определения импеданса

которая максимально приближена к эталонной Uэi=U∂i. С учетом рассчитанных значений Е и Т определяют составляющие импеданса R и С биологического объекта. Способ обеспечивает повышение точности определения действительной характеристики импеданса за счет калибровочной характеристики, компенсирующей неопределенность постоянной времени, выбранной произвольно. 4 ил.

 

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

Известен способ измерения электрических величин активного сопротивления, емкости и индуктивности [А.с. 1797079 СССР, МКИЗ G01R 27/18], согласно которому на последовательную активно-емкостную или активно индуктивную цепь подают напряжение постоянного тока. При этом один элемент цепи известен. После подачи напряжения через определенные промежутки времени Δt измеряют первое и второе мгновенные значения напряжения на средней точке измерительной цепи. Неизвестные элементы определяют соответственно по формулам для активно-емкостной и индуктивно-емкостной цепей.

Недостаток такого способа измерений сопротивлений в том, что он не позволяет измерить с достаточной точностью значения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления.

По способу определения составляющих импеданса биообъекта [см. А.с. СССР №1397024, МПК А61В 5/05, публ. 1988 г., Бил. №19] на биообъект накладывают электроды, через которые подается импульс тока определенной полярности и с амплитудой I0. Так как составляющая импеданса имеет емкостной характер, происходит переходной процесс нарастания напряжения. В моменты времени t1 и t2 измеряют напряжения U1 и U2. Измерение в момент t2 происходит тогда, когда емкость тканей заряжена полностью, т.е. переходной процесс закончился. Величина I0 выбирается такой, чтобы за время действия импульса тока произошел полный заряд емкости тканей. Тогда напряжение на биообъекте пропорционально величине активной составляющей импеданса биообъекта.

Недостатками являются: наличие динамической и методической погрешности и низкая оперативность, вызванная необходимостью ожидания установившегося режима.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ определения составляющих импеданса биообъекта [Пат. РФ №2509531, МПК8 А61В 5/05, публ. 2014, Бюл. №5.], заключающийся в том, что на биообъект подается импульс тока I0 и измеряют напряжения в моменты времени t2=2t1. По измеренным значениям напряжения и моментам времени регистрируют информативные параметры: потенциал Е и постоянную времени Т, по которым определяют значение активного сопротивления и эквивалентную емкость тканей биообъекта.

Недостатком прототипа является то, что он рассчитан на случай, когда оба информативных параметра известны, но, как правило, на практике один из информативных параметров неизвестен.

Технической задачей является определение составляющих импеданса биообъекта при неизвестном информативном параметре - максимальном значении потенциала Е.

Данная техническая задача достигается тем, что: в способе определения составляющих импеданса биологического объекта, заключающемся в подаче на биообъект импульса стабилизированного тока I0 и измерении напряжения u в момент времени t после начала импульса тока, в качестве составляющих импеданса биообъекта определяют активное сопротивление R и эквивалентную емкость C тканей биообъекта, в отличие от прототипа максимальное значение потенциала Е определяют по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для измеренного Ui и известного Uэi значений напряжения (i=1, 2) в два момента времени t2=2t1, калибровочной характеристикой служит функция максимального значения потенциала Е0i, компенсирующая неопределенность постоянной времени T выбранной произвольно T*, и связывающая эталонную Uэi и измеренную Ui характеристики определения импеданса за счет нормирования измеренных значений известными, по калибровочной характеристике Е0i находят действительные значения постоянной времени T и максимальную величину потенциала E, по которым последовательно строят калибровочную характеристику Е0i и действительную U характеристику определения импеданса.

Сущность предлагаемого способа поясняется на фиг. 1÷2. Предлагаемый способ включает следующие этапы:

1. Определяют максимальное значение потенциала E по калибровочной функции E0i=E0i(t).

2. Калибровку проводят априори для известных эталонной Uэi ((фиг. 1, 1) и Ui (фиг. 1, 2) измеренной значений напряжения.

3. Калибровочной характеристикой служит функция E0i (фиг. 2, 3) максимальной величины потенциала E (фиг. 1, 3), компенсирующая неопределенность постоянной времени T, (фиг. 1, 4) выбранной произвольно T* (фиг. 1, 4а), и связывающая эталонную Uэ и измеренную U зависимости за счет нормирования измеренных значений известными:

По калибровочной характеристике Е0i (фиг. 2, 3) восстанавливают действительную характеристику U (фиг. 2, 4):

которая максимально приближена к эталонной Uэi (фиг. 2, 1):

Эталонная характеристика Uэi (фиг. 2, 1) и характеристика, ей тождественная, U (фиг. 2, 4) получены из экспоненциальной динамической характеристики с искомыми информативными параметрами T, Е:

где Т - постоянная времени (фиг. 1, 4) процесса и Е - максимальная величина потенциала (фиг. 1, 3). Физический смысл информативных параметров следует из предельных соотношений:

т.е. Е - максимальная величина потенциала для t=∞.

т.е. Т - постоянная времени, т.к.

На практике один из информативных параметров исследуемой характеристики, как правило, неизвестен. В этом случае один параметр выбираем произвольно T* (фиг. 1, 4а), а второй принимает вид функции E0i (фиг. 2, 3), которая компенсирует незнание первого информативного параметра T (фиг. 1, 4). По калибровочной функции E0i нормируется измеренная кривая Ui до тождественного эквивалента Uэi=U (фиг. 2, 1 и 4).

Задаем произвольно параметр T*=const (фиг. 1, 4а) вместо неизвестного действительного значения постоянной времени T (фиг. 1, 4). Для компенсации произвольности константы T* (фиг. 1, 4а) максимальное значение потенциала E (фиг. 1, 3) превратится в характеристику E0i (фиг. 2, 3), компенсирующую незнание постоянной времени T (фиг. 1, 4), где i - число измерений (i=1, 2).

Калибровочной функцией для неизвестных параметров T, Е служит динамическая характеристика E0i (фиг. 2, 3).

Калибровочную характеристику E0i выразим из системы уравнений с известными параметрами T, Е характеристики Uэi, являющейся эталонной (получено путем аппроксимации экспериментальных данных), и характеристики Ui, (фиг. 1, 2), измеренной с произвольной константой T* (фиг. 1, 4а) и характеристикой E0i:

В соответствии с закономерностями калибровки Uэi=Ui, следует калибровочная характеристика E0i (фиг. 2, 3), связывающая между собой эталонную Uэi (фиг. 1, 1) и измеренную Ui, (фиг. 1, 2) характеристики определения импеданса:

Следовательно, калибровочной характеристикой служит функция максимального значения потенциала Е0i (фиг. 2, 3), компенсирующая неопределенность значения постоянной времени Т (фиг. 1, 4), выбранной произвольно Т* (фиг. 1, 4а).

4. По калибровочной характеристике E0i (фиг. 2, 3) находят действительные значения потенциала E (фиг. 1, 3) и постоянной времени T (фиг. 1, 4), которые являются информативными параметрами, доставляющими оптимум калибровочной характеристике. Из уравнения (5) составим систему уравнений для i=1, 2:

Поделив одно уравнение системы (6) на другое и проэкспоненцировав, при условии t2=2t1, определяют алгоритм оптимизации постоянной времени Т:

Выразим Е из первого уравнения системы (6), подставив найденное Т:

5. По полученным информативным параметрам (7) и (8) строят характеристику U (5) (фиг. 2, 4), по которой находят действительную характеристику определения составляющих импеданса, тождественную эквиваленту (4) (фиг. 1, 1).

Адекватность предлагаемого способа физике эксперимента доказывает математическое моделирование действительной характеристики U (фиг. 2, 4), относительно эквивалента экспериментальной характеристики Uэ (фиг. 2, 1), по полученным значениям.

Проводят оценку адекватности полученных зависимостей по формуле определения относительной погрешности:

ее оценка представлена на фиг. 3.

Относительная погрешность моделирования не превышает 1.2⋅10-15.

Динамическая погрешность δизм (фиг. 4, 1) измеренной характеристики Ui увеличивается с течением времени с 0 до 75%:

Динамическая погрешность δд (фиг. 4, 2) действительной характеристики U не превышает 0,01.

Отклонения измеренных характеристик прототипа приводят к большой динамической погрешности относительно нулевой погрешности теоретических значений, что доказывает эффективность предлагаемого способа.

Таким образом, определение составляющих импеданса биообъекта по калибровочной характеристике, компенсирующей неопределенность постоянной времени, выбранной произвольно, по которой определяют действительные значения информативных параметров, действительную характеристику определения составляющих импеданса, в отличие от известных решений, повышает эффективность в несколько раз.

Способ определения составляющих импеданса биологического объекта, в качестве которых определяют активное сопротивление R и эквивалентную емкость С тканей биообъекта, заключающийся в том, что на биообъект подают импульс стабилизированного тока I0 и измеряют напряжение Ui в момент времени ti после начала импульса тока, отличающийся тем, что максимальное значение потенциала Е определяют по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для двух значений напряжения: измеренных Ui и известных эталонных Uэi, где i=1, 2, в два момента времени t1 и t2=2t1, при этом калибровочной характеристикой служит функция максимального значения потенциала E0i

компенсирующая неопределенность постоянной времени Т выбранной произвольно Т* и связывающая эталонную Uэi и измеренную Ui характеристики определения импеданса за счет нормирования измеренных значений известными, далее по значениям нижней Е01 и верхней Е02 границ диапазона калибровочной характеристики E0i находят действительные значения постоянной времени Т и максимальную величину потенциала Е

по которым последовательно строят калибровочную характеристику Е0i и действительную U∂i характеристику определения импеданса

которая максимально приближена к эталонной Uэi=U∂i, далее с учетом рассчитанных значений Е и Т определяют составляющие импеданса R и С биологического объекта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для считывания данных с микросхем различных типов, преимущественно с микросхем накопителей, имеющих механические повреждения контроллера и/или разъема.

Использование: для неразрушающего контроля параметров полупроводников, содержащих вырожденный электронный газ. Сущность изобретения заключается в том, что образец охлаждают, воздействуют на него изменяющимся постоянным магнитным полем с индукцией В и переменным магнитным полем, изменяющимся со звуковой частотой, имеющим амплитуду, во много раз меньшую индукции В, облучают образец СВЧ-излучением заданной частоты, выбирают частоту излучения меньше частоты столкновений носителей заряда с атомами полупроводника, регистрируют сигнал, пропорциональный второй производной мощности, проходящего через диафрагму и образец СВЧ-излучения в зависимости от индукции В, измеряют значение индукции магнитного поля, соответствующее максимуму сигнала, и определяют квантованное холловское сопротивление.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для достоверного определения компонентного состава и концентраций примесей в жидких диэлектриках, применяемых в системе нефтепродуктообеспечения, медицине и научных исследованиях.

Изобретение относится к способу и устройству для реализации сенсорной кнопки и идентификации отпечатка пальца, а также к терминальному устройству, которые используются для объединения сенсорной кнопки с идентификацией отпечатка пальца.

Группа изобретений относится к системам и способам анализа стабильности систем электропитания. Имитация системы (100) электропитания, включающей элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111), выполняется для получения данных (328) импеданса, причем данные (328) импеданса определяют импеданс системы (100) электропитания.

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оперативного измерения удельной электрической проводимости, а также диэлектрической и магнитной проницаемостей тонких пленок и наноматериалов.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при определении комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты, например, СВЧ-смесителей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сигналов с различных первичных преобразователей, используемых для определения деформаций и напряжений при прочностных испытаниях объектов транспорта.

Изобретение относится к области измерительной техники. Предложен способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов (РПМ), включающий облучение образца радиопоглощающего материала и металлической пластины одинаковых размеров импульсными сверхширокополосными сигналами, регистрацию дискретных сигналов, соответствующих сигналам от образца радиопоглощающего материала - выборока Vc и от металлической пластины - выборока Vm, вычисление амплитудных спектров сигналов с помощью преобразования Фурье и получении частотной характеристики коэффициента отражения как отношения амплитудных спектров и, отличающийся тем, что сверхширокополосный сигнал находится в пикосекундном диапазоне, а выборки Vc и Vm до выполнения преобразования Фурье дополняют нулевыми отсчетами до длины N, причем N=2n≥100⋅N0, где N0 - изначальная длина выборок, а затем выполняют ядерное сглаживание выборок Vc и Vm в окне Гаусса с шириной h, причем h выбирается по принципу максимального правдоподобия с исключением объектов по одному по формуле , где V - исходная выборка, Vs - сглаживающая функция, V/{i} - выборка с исключенным i-м отсчетом.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах дистанционного контроля различных физических величин посредством резистивных датчиков, например терморезисторов.

Изобретение относится к медицине, а именно к физиологии. По параметрам кожной проводимости определяют степень активации стресс-системы путем вычисления отношения показателя кумулятивного эффекта стресса к показателю вегетативной реактивности.

Изобретение относится к медицине, а именно к терапии и физиотерапии, и может быть использовано для лечения пациентов с метаболическим синдромом. Предварительно проводят тестирование больного методом вегетативно-резонансного теста после нахождения воспроизводимой точки измерения с использованием органопрепарата «Жировая ткань».

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам электромагнитного биозондирования и биовизуализации. Портативная система содержит портативный блок управления, подключенный к блоку управления ручной зонд, распространяющий генерируемое блоком управления электромагнитное поле, при этом зонд можно перемещать вокруг биологического объекта и помещать внутрь объекта, во время работы зонд измеряет создаваемое электромагнитное поле, рассеянное и/или отраженное биологическим объектом, и блок слежения, который фиксирует положение ручного зонда, причем блок слежения является внутренним устройством в портативном блоке управления.

Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться для неинвазивного определения объемов жидкости тела. Устройство для измерения электрического импеданса в частях тела содержит генератор зондирующих сигналов, четыре пары электродов, каждая из которых содержит токовый и потенциальный электроды для фиксации на конечностях, первый и второй коммутаторы, детектор, аналогово-цифровой преобразователь, блок управления и регистрации.

Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться для неинвазивного определения объемов жидкости тела. Устройство для измерения электрического импеданса в частях тела содержит генератор зондирующих сигналов, четыре пары электродов, каждая из которых содержит токовый и потенциальный электроды для фиксации на конечностях, первый и второй коммутаторы, детектор, аналогово-цифровой преобразователь, блок управления и регистрации.
Изобретение относится к медицине, рефлексодиагностике, может быть использовано при выборе персонифицированного комплекса реабилитационных мероприятий у больных с последствиями позвоночно-спинномозговой травмы (ПСМТ).
Изобретение относится к медицине, а именно к судебной медицине, и может быть использовано для определения зрелости рубца кожи. Осуществляют измерение импеданса в области рубца кожи и в области интактного участка кожи.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для электродиагностики твердых тканей зуба содержит активный и пассивный электроды, источник питания и микропроцессор с дисплеем.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для электродиагностики твердых тканей зуба содержит активный и пассивный электроды, источник питания и микропроцессор с дисплеем.

Группа изобретений относится к медицине. Способ съема данных электрокардиограммы (ЭКГ) с водителя транспортного средства осуществляют с помощью устройства обработки данных (11) для получения данных ЭКГ.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системе контроля состава и объемов тела для формирования оздоровительных мероприятий и программ питания. Система включает в себя электронный модуль. В электронном модуле заложен программный продукт. Электронный модуль связан беспроводной связью с мобильным блоком. Мобильный блок оснащен электродами. Мобильный блок выполнен в виде платформы с возможностью вращения, посредством привода, оснащен 3D сканером и блоком биоимпеданса. Электроды для ног установлены на платформе. Электроды для рук выполнены для размещения спереди или сзади пациента. Системный блок имеет возможность контакта с осветителями и камерами. Достигается получение максимально точных данных, включая данные 3D сканера, состояния тела человека и его опорно-двигательной системы с интерпретацией выявленных отклонений, для выработки рекомендаций коррекции питания, физической активности и оценки их эффективности в динамике. 2 ил.

Изобретение относится к медицине, может быть использовано для оценки функционального состояния организма. В качестве составляющих импеданса биологического объекта определяют активное сопротивление R и эквивалентную емкость С тканей биообъекта. При этом на биообъект подают импульс стабилизированного тока I0 и измеряют напряжение Ui в момент времени ti после начала импульса тока. Максимальное значение потенциала Е определяют по калибровочной характеристике. Калибровку проводят априори для двух значений напряжения: измеренных Ui и известных эталонных Uэi, где i1, 2, в два момента времени t1 и t22t1. Калибровочной характеристикой служит функция максимального значения потенциала E0i компенсирующая неопределенность постоянной времени Т выбранной произвольно Т* и связывающая эталонную Uэi и измеренную Ui характеристики определения импеданса за счет нормирования измеренных значений известными. Далее по значениям нижней Е01 и верхней Е02 границ диапазона калибровочной характеристики E0i находят действительные значения постоянной времени Т и максимальную величину потенциала Е по которым последовательно строят калибровочную характеристику Е0i и действительную U∂i характеристику определения импеданса которая максимально приближена к эталонной UэiU∂i. С учетом рассчитанных значений Е и Т определяют составляющие импеданса R и С биологического объекта. Способ обеспечивает повышение точности определения действительной характеристики импеданса за счет калибровочной характеристики, компенсирующей неопределенность постоянной времени, выбранной произвольно. 4 ил.

Наверх