Способ определения активной составляющей импеданса биологической ткани и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.СО.ИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 4 5, 5/02 1)5 А 61 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСКОМ ДЕТЕЛЬСТ9й институт АН СССР РечицкийВ,А. Филип ельство СССР 5/02, 1984. ИЯ АКТИВНОЙ А БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛмедицидля диских т быть исп зова метри чдч остики при ко ниях биотка и дп изме чд т Целью изобре с ния яв особа. ис клю пос ьппение точности ия вли- С полятвляется за сч а результат и осуще ре ния ия т н но по изации, Предварит лектроды положител ыи перепад тояжения на элекстановления о изменению на измеряют время к р ОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(21) 4272166/28-14 (22) 29,06.87 (46) 07,03,90, Бюл. (71) Радиотехнически им. акад. А.Л. Минца (72) В,А. Делов, В.И Л.Б. Новодережкина и (53) 612.015(088.8) (56) Авторское свиде1296114, кл. А 61 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ИМПЕДАН. ТКАНИ И УСТРОЙСТВО Д НИЯ 7 Изобретение относится 2 ЭДС поляризации з, а длительность измерительных импульсов тока Ти устанавливают, исходя из условия 5 ссц0,1 е, при этом соотношение длительности измерительных импульсов тока к периоду из следования выбирают из дипазона 10 -10 , Устройство для-2 - 5 определения активной составляющей импеданса биологической ткани, содержит кондуктометрическую ячейку с электродами, блок 8 вычисления, генератор тактовых импульсов, генераторы 3, 4 импульсов тока, подключенные через кондуктометрическую ячейку к усилителю, аналого-циАровой преобразователь 7 и блок 2 управления, вход ко- фЯ торого соединен с генератором 1 тактовых импульсов, первый и второй выходы - с входами первого и второго генераторов импульсов тока, а третий и четвертый - с первым и вторым вхо - дами аналого-циЬрового преобразователя 7, с третьим входом которого соединен выход усилителя б, а с выходом - юва блок вычисления. 2 с.п.А-лы, 2 ил,д(4) Изобретение относится к медицине и может быть использовано в диагностических целях при исследованиибиологических тканей, например кожного покрова или крови.Целью изобретения является повышение точности определения активной составляющей импеданса биологической ткани.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения активной составляющей импеданса, биологической ткани;, на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.Способ осуществляют следующим образом.На электроды, установленные на исследуемом участке, подают измерительные прямоугольные импульсы тока поочередно изменяющейся полярности, равной амплитуды и длительности. Причем перед подачей измерительных импульсов на электроды подают положи- тельный перепад тока и по изменению напряжения на электродах измеряют время установления ЭДС поляризации С . Длительность измерительныхимпульсов тока ц, подаваемых на электроды, устанавливают, исходя из условия ,5, 01 "э где- длительность измерительныхимпульсов тока;- время установления ЭДС поляризации.При этом соотношение длительности измерительных импульсов тока к периоду их следования выбирают из диапазона 10 -1040Затем с электродов снимают импульсы напряжения с последующим вычислением активной составляющей импеданса биоткани.При прохождении электрического то ка через биоткань напряжение У на электродах определяется соотношением= Трр + Ес + Ео (1) где Т - амплитуда электрическогоотока; К - активная составляющая импеданса биоткани; Е - собственная ЭДС электродов; Е - ЭДС поляризации электродов.Из соотношения (1) видно, что для55 точного вычисления активной составляющей импеданса биоткани К необходимо учитывать электродные потенциалы, возникающие в процессе измерения При подаче тока на электродах возникает ЭДС поляризации, достигающая через время, меньшее 0,5 с установившейся величины по экспоненциальному1 закону. Поэтому для определения времени нарастания поляризации Т на электроды подают перепад тока, а на выходе усилителя, например с помощью осциллографа, измеряют время, за которое ЭДС поляризации Е(Г) достигает 0,9 от установившегося значения ЭДС. Длительность измерительных токовых импульсов Сч выбирается, исходя из условия ,О, 1 й, где й - время установления ЭДС поляризации. В данных пределах изменение ЭДС поляризации может быть аппроксимировано, например, линейным законом,В этом случае при подаче на электроды импульса тока напряжение на электродах после начального перепа.да, вызванного. падением напряжения на активной составляющей импеданса биоткани, увеличивается линейно. Пренебрегая пока величиной собственной ЭДС электродов, напряжение на электродах равноЕр + Еп (2) где Е р - падение напряжения на активной составляющей импеданса биоткани; ЬЕ- скорость нарастания ЭДС поляризации;- время, прошедшее от начала измерительного импульса тока. Тогда для двух моментов времени Т исправедливы соотношения где Б, и Б - значения напряжения наэлектродах в моменты времени й и Ссоответственно. Отсюда Если выбрать-- 2 Г то Ер = 2 П - П. (5) Для нахождения падения напряжения на активной составляющей нмпеданса биоткани необходимо за время импульса тока измерить значение напряжения на электродах дважды и вычислить Ер по формулам (4) или (5),Для устранения ошибок, вызванных наличием собственной ЭДС электродов Е:, которая ранее не учитывалась, следует из значения напряжения, вычис-.5 15478 ленного при прохождении положительного импульса тока Е, , куда аддитивно входит Ес, вычесть значение напряжения, вычисленного при прохождении5 отрицательного импульса тока Е куос да также входит ЕоЕо Ео (Тоо + Ес) ( ТоНо +При таком вычислении устраняется 10 вклад дрейфа элементов схемы в результат измерения.П р и м е р 1. Катетер с парой электродов (видимые размеры 0,02 т0,75 мм, расстояние между электро дами 0,03 мм) вводился непосредственно в аорту собаки, находящейся под тиопенталовым наркозом. Первоначально на электроды подавался перепад тока в 10 мкА, что отвечает требова ниям электробезопасности оборудования, имеющего электрической контакт с сердцем. Время 1 установления ЗДС поляризации, измеренное по осциллографу составило 1 10 с, длитель ность Сц измерительных импульсов тобка установлена 10"10 с. На электроды подавались токовые импульсы указанной длительности с амплитудой 10 мкА поочередно изменяющейся полярности 30 с частотой 100 Гц, т,е. соотношение между длительностью С 1 импульсов тока и периодом их следования состави-зло 10 . Величина активной составляющей импеданса крови собаки в результате измерения составила 4,74 ком.з Сц -2 При изменениях соотношения 10- с 10Т 50 величина активной составляющей импе 40 данса крови на выходе устройства практически не изменилась и составляла 4.,74 ф 0,02 ком.П р и м е р 2, Катетер с парой электродов (видимые размеры 0,07 х0,8 мм, расстояние между электродами О, 15 мм) вводился в легочную артерию собаки, измеренное так же, как и. в примере 1 с составило 5 х 10с,Длительность измерительных импульсов-бтока установлена 20 10 с. На электроды подавались импульсы тока указанной длительности с частотой следования 1,00 Гц поочередно изменяющейся полярности. Соотношение /Т составило 2 10 . Величина активной составляющей импеданса крови 4,96 ком При изменениях соотношения 10 с - с,Т. 08 610 результат измерения практически не изменялся 4,96 О, 03 ком.Устройство для определения активной составляющей импеданса биологической ткани содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 управления, генераторы 3 и 4 импульсов тока, кондуктометрическую ячейку 5 с электродами, усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь 7, блок 8 вычисления,Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, подключенный к блоку 2 управления, выходы а и б которого соединены с генераторами 3 и 4 иьФульсов тока, подключенными к кондуктометрической ячейке 5, электроды которой через усилитель 6 соединены с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя 7, вход "Запуск" которого подключен к выходу блока 2 управления. Выход аналогоцифрового преобразователя 7 подключен к блоку 8 вычисления. Выход "Готовность данных" аналого-цифрового преобразователя 7 соединен с вторым входом блока 2 управления.Сигналы генератора 1 тактовых импульсов, задающего частоту следования импульсов тока, поступают на блок 2 управления, на выходах а и б которого формируются управляющие импульсы, обеспечивающие поочередное включение генераторов 3 и 4 импульсов тока, Таким образом, на электроды поступают токовые импульсы одинаковой длительности поочередно изменяющейся полярности. С электродов сигнал (фиг, 2), содержащий информацию о проводимости измеряемой среды, через усилитель 6 поступает на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя 7. Начальный скачок напряжения Е обусловлен падением напряожения на сопротивлении участка биоткани между электродами. Возрастание амплитуды сигнала при прохождении импульса тока вызвано увеличением ЗДС электродной поляризации, скорость нарастания которой зависит от многих факторов: величина тока измерения, размеров поверхности измерительных электродов, химического состава измеряемой среды и т.д, Причем ЗДС поляризации под действием тока растет по экспоненте, начальный участок которой линеен.Для нахождения падения напряжения на измерительной ячейке под действи-, 1547808ем импульса тока на выходе блока 2 управления через промежутки времени Т и(Лиг.2) от начала импульсов тока вырабатываются короткие импуль11 11 сы, поступающие на вход Запуск аналого-цифрового преобразователя 7, который преобразует значения напряже" ний П 1 и П,1 в цифровой код. На вход блока 8 вычисления в моменты времении С с индормационного выхода аналого-цифрового преобразователяпоступают числовые эквиваленты напряжений У 1 и 0 (Аиг,2). По окончании импульса тока в блоке 8 вычисления по соотношениям (4) или (5) рассчитывается падение напряжения Е на биоткани, а по соотношению (6) - разность падений напряжения на биоткани при прохождении предыдущего импульса тока (противоположной полярности), откуда активная составляющая импеданса биоЕоткани КоСразу после проведения необходимого количества преобразований аналого-цифровой преобразователь 7 автоматически отключается, что минимизирует электрическое воздействие на объект; 30Таким образом, способ определения активной составляющей импеданса биоткани и устройство для его осуществления позволяют повысить точность измерений за счет устранения влияния ЭДС поляризации электродов и дрейфа характеристик элементов устройства.Формула изобретения401. Способ определения активной составляющей импеданса биологической ткани путем подачи на электроды измерительных прямоугольных импульсов тока поочередно изменяющеися полярн 45 ности, равной амплитуды и длительности, снятия с электродов импульсов напряжения с последующим ее вычислением, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности способа, перед подачей измерительных импульсов на электроды подают положительный перепад тока и по изменению напряжения на электродах измеряют время установления ЭДС поляризацииа длительность измерительных импульсов тока , подаваемых на электроды, устанавливают, исходя из условия5 м с. и с 011 т,при этом соотношение длительности измерительных импульсов тока к периодуих следования выбирают из диапазона10 -102, Устройство для определенияактивной составляющей импеданса биологической ткани, содержащее кондуктометрическую ячейку с электродами,генератор тактовых импульсов, первыйгенератор импульсов тока, подключенный к входу кондуктометрической ячейки, соединенной с усилителем, и блоквычисления, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности,в него введены аналого-циФровой преобразователь, второй генератор импульсов тока и блок управления, первыйвход которого соединен с генераторомтактовых импульсов, первый и второйвыходы - с входами первого и второгогенераторов импульсов тока, а третий -с входом "Запуск" аналого-циФровогопреобразователя, аналоговый вход которого соединен с выходом усилителя,11 11выходы. циФровой и Готовность данныханалого-цифрового преобразователя соединены соответственно с блоком вычисления и вторым входом блока управления, причем выход второго генератора импульсов тока соединен с входомкондуктометрической ячейки,1547808 Герб Редак Заказ 93 Тираж 5 б 2 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,Гагарин гж РО ЮР юел Состаитель В. КотеневаТехред Л.Сердюкова Корректор И.Куск