Устройство для измерения электросопротивления биологических тканей

(5 5 А 61 Р 5/02 госуддястег вью кол,; ге 1пэ иЗОБГетенияА 11 ОткРьтияюпги гкнт сссг К АВТОРСКОМУ СР 1 ДТЕЛг)СТВУ(71) Институт радиофизики и электроники АН Арл 1 ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОСОПРОТИНЛЕНИЯ БИОЛО ИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ(57) Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения электр: чаского сопротивления участка тела пациента, Целью изобретения является повышени. точности и пол 1 ехоустойчивости измерений. Укаэанная цель достигается эа счет того, что в устройство для измерения злектросопротивления биологических тканей, содержащее генератор 8 синусоидал;ного напряжения, дифференциальный усилитель 11, резисторный оптрон 12,13, конденсатор 18, два резистора 14,15, регистрирующий прибор 7, две клел 1 мы 1,2 для подключения исслгдуемого участка, сведены два синхронных фильтра 3,4 с синхронным детек. орол, формирователь 9 прлмоуг альных противофаэных нап 1 яжений прямоугольной формы, дг.а усилителя 16,17 напряжения. источник 10 опорного напряжения, два фильтра 5,6 нижних частот, Отрицательной обратной связью достигн тся стабилизация величины активной составляющей тока через измеряемый участок биоткани и измеряется величина напряжения на измерясмом участке. Благодаря применению резисторного оптрона 12,13 в качестве репулирующего элемента в цепи стабилизации тока через измеряемый участок биоткани и применению высокоизбирательной системы фильтрации на основе синхронного фильтра с синхронным детектором как в цепи стабилизации то.:а, гак и в цепи измерения напряжения на измеряемом участке биоткани достигае 1 ся сни;:;ение влияния наводок, помех; шумов первых каскадов усиления токоэадающего напряжения на точность стабилизации величины тока и тем самым ивышается точность и помехоустойчивость измерений. 1 ил,(1 ", , н (3г , с О, (;" (я и 3 м с г) 1 и ЯЗЛЕКТРГ( .С,Э 1; Ч.;,11(,;1 Ч)Г,.:,Ч С(Ч ХНей, сод-.аш(-,-. 1)сто " ) пря" .,н 1 я пс -раман". с тс" си"усо.,";,(ь);он ( ОГ(;ы3.балансн й лов . (, азовы, ( -, с;)ср, д1)4,еРЕНЦИЗЛ(:"Ый УШ)ЛИ ГЕЛЬ ГЗСГО 5,Н,ОГО (.",а,резисторный опгрон, кснденсатор ер, -менной емкости, регистр(;рую(,й пр;(бсо.В з 1 ом уст;.)Ойстее с помощью оптронаПрсизао;ТСЯ,(В(тОМЗТИЧЕСая КО(ЛПЕНСацИЯактивной сс(.тавля)сщей и)(педанса, а длякомпенсации емкостной состэеляю)цейприменяется подстроечный кс)денсатсрР 11./д".з.о это (стрс 5 ство Обладает низ(;ОЙточнсс; с и помеоустойчивостью измерениЙ. Низкая тсч(:се( ь сГЯЗГ)на ак с то(НОСТЬЮ ручвсй балап,Иро Ка Г(ОДСЭ;.,ОЕЧГОГОконденсатсра ,т эчность балансиров и реактивной составля еще и 41)еданса), твк и сналичием в цепи балансировки активной составляОщей им )ада)са бистканей терлОзввисяще с элемента - ФоторезисторарезисторгОго оптрона. Низкая помехоустойчивость уст;.ОЙствэ связана с отсутствием состеетствук)щ(их С ильтоующихзвеньев в цепи обработи с Нала.Целью изобрстения является повышение точности и помехоустойчивости измерений,В устройство для измерения злекто;ческого соп отигле)ия б;О(.О)и эск:)х тканей,содержащее генератор синусодальногонапряжен ч, ., ф(1 еГренцальнь( усилитель,резистсрнЧй оптрон, светодиод кс(ор (Го со.:" Н С ЯЫХСДО)4 /,ИгГЕ)ЕЕНЦИал НОГО УСИС,Я, ДВЕ КЛЕММЫ ДЛ 5( ПОДКЛЮЧЕНИЯисследуемого участка ткэни, коденс;тор,двэ резстг ра, рег:(стр. р:.,; и пр; бэр, егеДЕНЫ ДБ Си)(х.ОННЫХ ф 1/)ТРЭ С С(1 НХРОННЫ 14яъет(ктор( л 1, Орлироввтель двух протиофазных н 1 пряме 11)1 пфчОугс 1,мг 1 фср 119из с(,усс).1 вльОго, деа усил Геля( на( 1)5 ения, ист:н 1 к напр(ж, н 1 я ГОсто ннОГО;0Кд, ДВЛ ,"ГЛРЛ НИЗ,.1 Х ЧВСГОТ, Г)РИ( ЗТОМг)ерная к):.ллГ) со д),;На с в).ходгм усилителя, п;,;р)1 через кг)(/(;:1(с;)ср и с вхоДС)4 Г 1 СОВ Ог О С 1,1 Х РО) 1 НСГ)Л(,1;)с( ССИ(ХСОН) ЫМ ,В) фК)О)РЛ) (ЫХД )ОТ ,)О( ОЕВРО. ГЦ )Р41 ( 1ЬТ) 1 Нз Их Ч (Г;)1 Г Д:,(1; Грз с (11":ро;1.лф /),ете).то)О;1 через ь,о, Ой (;Г Гр низ,их ч, сО Ссе/1:)нсн с ГЕР). Ы:,:.(;.О/; 1 Д; , Р Э Ц)1 ЭЛЬНО)0 УСИ/ЛГЕЛ ", ВО,з,й В(Х г( КРГЭРО (, )ЕД) НСН С Г) Ь Хд Дг)(М 1;СТОЧН 1 с НОЗРЯ.Е)1 И 5 ГОСТОЯНО "0 ТОКО, Г Ыход ( Г (ОГВ ОГ) 11 Гинуег).к)аЛЬНОГО напря;деи сог/)ис,1 с и.Овым КР цсл )РЗИСТООЗ ОПТРОНа И С ВХС(Д)14 фОРЛ 15 Г)О).")ТЕ" л(я 5,)пульсов на (раяения и рямоу )льнсй ч)ср 1;), вь(ходы кстор 01 О с Г(ротиГ)офазны - ми напряжеИями сос:,инены с вхо(ли управления первоо и второго синхронных фильтров с синхронным детек 1 оро)л, второй конец рсз(стор опгрг) а соединен с входом второго усили 1 ел; напряже)1 ия непо:- редгэ ве) но и через второй резистп э соединен с сбщм прово/лом.Повышение то(Ности измерения дос гига- ется те(л, что через 131;Г :5)емыЙ учагтск ткани пропускается гОреленн(ь ток со стаблизироеан);сй величи с актисч )ой состаеляОщсй и из(лгряс Гсч падение 1 аг)ряжени 5 на изл 1 еряемом уча". е.Полехсустс 515 вость при микромощных )сьспхла/Ьные ург)вни мощности) режимах из)лере (ия обеспечв:.е ся применением дзух узко. Ологных са)Онастрэивающихсч фИЛЬтрся, г"рВЫЙ В цЕГ)И СтабИЛИЗацИИ аК- тИВНОй СОСтаВЛЯОВ,ЕЙ ОКа чЕРЕ; ИЗ)ЛЕРЯЕ- мий участок тани,вторгй - е цепи изме;ения паде)(я)а.; Гке 15 я на и;ерясмсм учлет)е.р 5)ленение резис)орного етпрона обеспечивает минимальное искажен(е фор)лц игл.еряеглого нап.;жения во вссл диапазоне (из)лерче)лых сог(":ативлений, что тохе приводит к Овышеуию точности.На чертеже изображена функционал(ьная схема устроСтва для измерения электрического сопротивления биологическ" х тканей.Устройство содержит дге клсл)лыи 2 для подОчся участков б 1 стка(111, два синхронных " ильтрГ 3 и 4 с синхрснньм детекторо)ллва фльтра 5 и 6 низлх частот, регистратор 7, генератор 9 синусоидаьного 1;апряже н)я, форЛирг)ва 1 сль 9 импульсов, ИСточник 10 ОпорнОГО н-Г)рчжения, диффв - р нцьэл):11(и усилите11, сгГ)д)1 од оп 1- сона 12, ргз(.т;)гв 1;5 /Г)а р(.з)(стора 14 1 л двз усЛ(г(ел;. 16 51 1/ напряже)(ия иконденг;.тс 15).Кл";),) 1 соеви".Га с вхддГ;м гер)ОГГ) гЛн(1)сч)о; (Ль 1 оа,3 е с(Кро(н(. м/, т.".г 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Н ПЯ,:.П(;С,Е; .(г. Г) 1 Г,.,.Г ВТОС ГОг , ; Х с, г г Х и 1г г) ((к 1 1 0 О (1 О ;) иГП и 11 р.(." Я ег 1 .)1) пос 1 с Янч"., О то(;а. Вы),од (У 11 сое; ,-. ег сь.лс),чос Огтр )на 12г1 ОЗ( ТО;. С,( Гг Ч (а 1) С,Егг П (ВС(Л СОЕ.Н с выходел (е(:р,") О)рс 8 г инlсоид-",Гьг(ОГО нар)к (и (ГС ) (1 с вх)д.,1 гО "л 1оваля ИМПЛ( ССЗ Е ) ). а ДР) ь 1 Хо,3(Л С В,;ОДОГ( Втор.)ГО )".ИЛЕ:ТЕ(я 1(б Н.г) "яЖЕЛ(ия Е(С ПОС -рСТг гнг) И .,Зрг ". ро)ИСТО) 14 С ОГ;.;ГЛ ПроОДОМ. В(ХЕ ВТС)РГО УСИЛ.ЕЛЯ81(а П",Яс(ЕНИЯ Сос,"."е С е;лл(лои 1 ч.рв( 1",.)и;1 С(гоатОр 18, а вь(ход( ГОИ 0 со Е(нее( с входами упр;влс (ия СФСД 3 и 4,Устройство работает сл дующим обрааом.:1 ССЛЕД ЕМЫй УЧЭС ГОК Тканп СОРДИНЯОТ- ся с. 1(ле(л(ла(л ", и 2 соотвс(ст;ую,ц(1;1,1 зле(; - тродагли, С,",ну "оидагьное напряже(ие с ВЫХОда УСИ 1 ТОЛ (5 (ЕрЕЗ .ОЕд(Е(СаТОр 18 проходит через измеряе(;ьй участок ткани И РЕЗИСТОЭ (Ь, Па 1 "ИС. (аПРЯ;г ЕНИЯ Нд ТО- коза(аО 1(е;л рез; сторе 15 фактически прапоре)иое(ге)ь(о току черезЗмеряемь(й участок. Напря кение на резисторе 15 усиливается л(ал сгяе). , усилителем 17 напряжения, г)ильтруется, преобразуется в наппчжсние постоЯн Ого тое:а в СФСД 4 и подается к перво лу входу ДУ 11.второ)л(у вход Д 11 псдссе Гся выходное е(гзпряжение постоянного тока Ие)Н 10. Выходное напряжРл(е Д 11 уп;Звляет 1(нтенс(;вностью из- ЛуЧЕН;(я СВс ГОдИОда ОПтрОНа 112, РЕЗИСтОр оцтрона 1: совестно с резистором 14 образул)т делитель для выходого напряжения ГГН 8. Изменене интенсивности сс(ече(.я излучающего дода приводит к из- МЕРИЮ КС).г)(11;ЕЕ(1(Е(та ДЕЛЕНИЯ дЕЛИТЕЛя И изме(ению .Л(;е(ы н,".пря:леня а выхо) с,г .1. Г(;(1 3 и О ч. с1 . Лб О с (З Г 1 е - нен 1 о вс;ичи 1(1 тока через реэ 1(стор 15 пе)1 во,".т к тс(1,; изме нее (;к) свечения ИД что и;)прл 1 Я(с чие на резце) О с 1 (111 ток .) ЗЗ Л(С(С) ОС: ЕГН С);)Ого (ОС(О (Н(Ы 1, Т.Е, сис)с,(;а раб) еас(т; к;(ч,;с)(е стабилиза)ора ТОКО с(ЕРЕЗ 1. "(Р)Яс.( ,й У(ЛС) С)(; ЙС)Т(сЬг К 1, : , Г С);,1 К Г О Г 1 Е , (1 Я (Ц) З Е, П (1 Ц (; ( Ь С - 1 Ог. 01(0 ;:;. СЛ,;) р;.ОГВ(.ЕВ(,Л СС )а. зового (с(;нхрс ( Е(пе;1;(с е,(пра. то 11;(цр "зн . не: ;10,.с(,"ли. З)ОЕ,.1 НГ(, С;(.Т,; (1 ЕГ);)зЛЯ- ю(;й и)О;оке(э.Г) (:(. 1.(., (Ееп(/г1С(.Г й ЯВ;(с(КН Ся И Е ЕНс",г - . В(11;,Т,г) ЕЕ ( 1 (Ахплнпг ) 1 а(,г)(.к,.(",лг, С8 дп,(,РЛ(гССТНа; СОС)с,оЯЮ.Е)гЯ (ИСТ.";И и; И:Г)РНЕЧ (Е 1 Лс.Г)УГТ 1 Ь(Е 1, ЗЛЛЕ., НЕ Я , . ГЗ 1 ЕТО)В 01;ТРО ПГ" ХТ(ЛЧПС(;и Л(Е )ЛИг(ОГ а ТОЧНОС 1 СТа".)ИЕИзг.ЕЕ 1 (ЗС)(И(ИН;1 РКТ И 1(ой( соста ЛЯОще(л тг)ка чоез бот-;Янь. Ндг 1 рякани на клемме 1 пропоре) Ональное активной составляющеи соГ(р. Гивлее(еля у (ЗСТ;:. бИОтхаНИ (тгОК ЧорЕЗ бИОТКЕ)НЬ СтабИ- лизи;,взн), выпргнлляетсл СФС 3 и после ФН( 5, установленнсго для уГ(еньаения влияния коммутационных (ОГлех ключей внутри СФСД 3, измеряется регистратором 7, В качестг-. реги"тратора 7 при(ле(яется или се)Гопшу(дий г(р; бор, или волГ(етр постоянного тока цифровс)й или аналоговый), КондРЕ(сатор 18 устаовлен для предотвращения проникновения постоянной составляощеЙ апряжения с выхода усилителя 16 в исследуемый участок ткани, а при- Г"енение СФ СД 3 для преобразования синусс идал ьн О ГО на пряжс ния в и Остоя нное обеспечивает высокую помехоустойчивость цепи измерения. Так как величина сопро)ивле(ия токазадающего резистора зна(ительно меньсе(е, чем величиа сопротивлс.н( измеряемого участка ткани (сто и больЬ(е рзз), то напряжение измеряемого регистГатора 7 строго пропорционально величине сопротивления измеряемого участка ткани,В разработанном макете устройства для измерения электрического сое зотивления биоткани в качестве ГСН 8 использована схема низкочастотного генератора синусоидального напряжения.Для формирог) ания импульсов управления ключей СФСД 3 и 4 применяется ФИ на основе усилителя ограничителя на; нтегральнол 1 операциончол( усилителе с последующими (1 ормиро этелями Однополярных противо )е)з(ых импульсов на Основе бипол я р и ьх т р а н зс г О р о в. Д л я реализации СФСД 3 и 4 ",спользована схема а:(алогичная по прцчпицу работы с извес гной схел 1 ой, Постоя(ная времеи интегрирования для обоих СФСД 3 и 4 составляет 1 с. Ф Ч 5 и 6 пр;.дставляют собог( одсзвенные Г(С- и(;сс(г,торь с постоянои (.пе(ли О,: с, ИО1)еализоеан нг( )с 1)мокс)мпгт 1(е(1 Г)г)г)янном ст" 5)и(1 За) 0 р(з 11 Г и 1 а ре.;( с; 1 внОм дс.л(л 1 п е 1.( (11.(е(13.;1,х рез(11;ЕО)л:, ДУ рЕЛЛ(13 ОВОН Н; С)Сг)." с(10 СГЛ уо(Л) СЛ" 1,- р(11 1,1 с,1 1, е( кОтве О(трон(1 Гг)иГле+ИРРеР,1,)УП Г) д, р т, Ог 1,и г, л У7 Иг,)ГьоЗОБОЛС)Р ЬР;Ь;Г,"Го,. Н".Й ци,1- рГ)СОЙ Р., ЛЬТМЕТр На О г)ОЧ РК:Ч),О:, :Ь 1 Ьь)асго)а Генератора ГСН 8 10 Гц, Т- через измеряемый у 1:. Ок биота;и имеет Г)еличину по ,дк; 1 г.а, наг)ряжен);е на клеммах 1 и 2 нахо.;клось е пределаот 0,01 15 до 0,5 Б. Отнг)ше лие еолкч;л;ы сопротисления измг. .Г(еглых сиОтк ) Й и токозадз)оце- ГО резисоса 15 Обчно находктсЯ Вгпределах 10 зО.Для кэлибровкл устГ)ойстеа )г 1;Г ем,ам 1 20 И 2 ПОдКЛал 1 ОТСЯ ЕЫСОКО" 11(ЬЕ рЕЗК-.ТОры серия С 2-14 или С 2-29), изменением козффиничта передачи регистратора 7 (входного д;лктеля регистратора) приводятся показания ре)истратора 7 в соответствие с 25РЕГЛЛЬгОй ВЕЛИЧИНОЙ РЛЗфЕРЯЕЛЛОГО СОПРО- твления.Таким образом, ) стройстео для лзлерения эль"кгросо)1 ротлелелкя биологических ТКаг(ЕЙ ОСЕСПЕЧВЛЕТ ВЫСОКУЮ ТОЧНОСТЬ ИЗ- ЛО мерзния Электр.чески)г гопротиеленкк 5;лологических тканеи. Кром то 1 (л, е устро.,стаеОбЕСПЕгиеаЕТСЯ ВЫСОКая ПОМЕХОУСтОйЧИвесть измерения что дает ьозможность провести излерения е режимах, позволягощкх 35ПОЛНОСТЬЮ УС"р.".Н(ЛТЬ двйсте)лс ЗЛЕ (Три Ю- ского тока нз организм челсвекэ.Форс ула изобретенияУстройств: для измерения элсктрпсопротиеления биолог 1 чсс(лх тканей, соДЕРЖЯЩЕЕ . ЕЧЕГ)атОР СИНУСОИДЛЛЬНОГОНаГ)рМ;ЕГЛИЯГ.Л,фврЕНцЛаЛЬНЫ 1 уСИЛИТЕЛЬ рг;его ),1. й ОПТПОР ЛЗГ 1/ЧЯЮРц;й ГГд ).0101 ОГО ГГ(дина г 1 С (А ф,Заь ди( 1)с.")О 1.фЛ аЛЬГЛОР 0 УСР") КГ 14, Р,г .ЛС 1 лы ДЛЯ РО/) л)10 ЧЕН 1 Я ИСС,СД; Глг О УчаСтКО Г(ЭР;И, К(НДЕГГ - ГОР,; Л РСЗИСТСР)а К ЬЧ Г,: глИРУ- ющий 01)0,;, с 1 л к ч л 10 щ е е с я 1 ем, ч)о, С ЦЕЛЫО ПОЕЫЕ)01;КЯ 1 СЧГРОСРИ И ПО;.(ГХОУСГОЙРИ;,СТ 11 11:. ЕРЕНИл, И 1)ЕГО ЬЬЕ; РЫ два СИ 1)крОНРРЫХ Г. ИЬТ)".га С СИНХ" ОНН.нЛ .",Ет)Г Ч Р КР Т Гг) г Рчгг и) Н)П ЖЕНИ) П РЯ 1 ЛОУ 1 ОНО:1 ГОР 1 Ы С Де, МЯ Р)рОГИ( Офазг.ъМ 1 зЬРХОдадРИ, Лва УС 1 ЛЛГЛЯ 11 . П ряжЕН Ия, ИСТРЧН и 0)10 р 1101 0 На 11 ряжЕ 1(ИЯ, Даа 11)1 ЬТРО НИ)КН(1 Х ЧЗС 10 Т, ПРИ ЭТО 4 пс.аая клсм";а соединена с выходом первого усилителя НЭГрх(ения через конденса Гор и с входом Г)ервого син". Онного фильтра с син ронРыл( детектором, Г.ыхьд которого чер ";ервь) фильтр нижнихастОт СЕЯЗаН С ВХОДОМ РЕГИСтРатОРа, Ст.)РЭЯ клемма подключена к общей шк,)е:срез пол)еь)й резистор и к входу второго уьките- Я НЭГ)РЯЖЕНРЛЯ, ЕЫХОД КООРОГО СоаДгПРЕН С ВХОДОМ ВТОРОГО СИНХРОНР ОГО фКЛЬТРЛ С С 11 л. хронным детектором, выход е т 010 синхронного фильтра с скнхронным дтектором через второй фильтр нижних частот связан С ПЕРВЫМ ВХОДОЛ 1 ДиффЕРЕНЦИЭЛЬНОГО УС 1- лителя, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, сь)ход генсратора синусоидэльного напряжения подклю.ен к одному концу резистора оптрона и к входу формрог)ателя импульсов напр 1 жения прямоугольной формы, выходы которОГО с противофа 31:ыми на пр-,жения)к соедйнены с входа.;, управления первого и второго синхронных фильтров с скнхро;Рнь)ли детекторзми, друРой конец резистора оптрона связан с входом первого усилителя напряменкя напосредстег нно и;врез вт с рой резкст- р подключен к общей (1)ине устройства.