CS210550B1

CS210550B1 - Involvement of depth regression apparatus

Info

Publication number: CS210550B1
Application number: CS561880A
Authority: CS
Inventors: Karel Brezina
Original assignee: Karel Brezina
Priority date: 1980-08-15
Filing date: 1980-08-15
Publication date: 1982-01-29

Abstract

Vynález 8e týká oboru zdravotnické techniky. Zapojení podle vynálezu se týká přístroje pro hloubkovou reografii a řeší měření změn impedance živé tkáně v průběhu určitého fyziologického cyklu, například srdečního nebo dýchacího. Podstata zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že první vstup zdroje harmonického proudu je připojen jednak na první vstup prvního diferenčního zesilovače, jednak přes rezistor na druhý vstup prvního diferenčního zesilovače a zároveň na druhý vstup druhého diferenčního zesilovače, dále na první vstup operačního zesilovače a na první měřicí elektrodu, přičemž druhý výstup zdroje harmonického elektrického proudu je zároveň s prvním vstupem druhého diferenčního zesilovače a s druhou měřicí elektrodou i druhou pomocnou elektrodou připojen na nulový potenciál a druhý vstup operačního zesilovače je spojen s první pomocnou elektrodou a s výstupem operačního zesilovače, zatímco výstup prvního diferenčního zesilovače je přes první detektor připojen na první detektor připojen na první vstup třetího diferenčního zesilovače a výstup druhého diferenčního zesilovače je připojen přes druhý detektor na druhý vstup třetího diferenčního zesilovače, přičemž vystup třetího diferenčního zesilovače je výstupem zapojení. Příklad zapojení podle vynálezu je znázorněn na přiloženém výkrese v přihlášce vynálezuThe invention 8e relates to the field of medical technology. The circuit according to the invention relates to a device for depth rheography and solves the measurement of changes in impedance of living tissue during a certain physiological cycle, for example cardiac or respiratory. The essence of the circuit according to the invention is that the first input of the harmonic current source is connected to the first input of the first differential amplifier, and through a resistor to the second input of the first differential amplifier and simultaneously to the second input of the second differential amplifier, further to the first input of the operational amplifier and to the first measuring electrode, while the second output of the harmonic current source is simultaneously connected to the first input of the second differential amplifier and to the second measuring electrode and the second auxiliary electrode at zero potential and the second input of the operational amplifier is connected to the first auxiliary electrode and to the output of the operational amplifier, while the output of the first differential amplifier is connected to the first detector connected to the first input of the third differential amplifier via the first detector and the output of the second differential amplifier is connected to the second input of the third differential amplifier via the second detector, while the output of the third differential amplifier is the output of the circuit. An example of the circuit according to the invention is shown in the attached drawing in the application for the invention

Description

Vynález se týká zapojení přístroje pro hloubkovou reografii - reopletyzmografii, tj. přístroje pro měření impedance živá tkáně v průběhu určitého fyziologického cyklu, například srdečního nebo dýchacího.The invention relates to the connection of a device for depth rheography - rheoplethysmography, i.e. a device for measuring the impedance of living tissue during a certain physiological cycle, for example cardiac or respiratory.

Při obvyklých zapojeních reografů všech typů se zúčastňuje na měření živé tkáně celý elektrický proud přiváděný do tkáně ze zdroje prostřednictvím elektrod. Tento proud je v měřené tkáni rozložen nerovnoměrně v závislosti na geometrickém tvaru, velikosti a vzájemné poloze elektrod, dále na fyzikálních vlastnostech a polohách různých částí a vrstev tkáně a na intenzitě jejich prokrvení. Výsledkem měření je jakási informace o stavu tkáně jako celku. Taková informace nemusí upozornit lékaře na lokální poruchu tkáně, jestliže tato není natolik výrazná, aby podstatně ovlivnila celkový výsledek měření. Proto vedle obvyklých reografů byly navrženy reografy hloubkové, kt.eré umožňují měření pouze v určitém místě tkáně, a to zejména v její hloubce. Zapojení těchto přístrojů je řešeno tak, že se do tkáně přivádí elektrický proud prostřednictvím dvojích elektrod, a to měřicích a pomocných, přičemž měřicí elektroda je s příslušnou pomocnou elektrodou na stejném elektrickém potenciálu, avšak nemusí být s ní přímo spojena, a to alespoň u jedné dvojice. U dosavadních zapojení hloubkových reografů jsou tyto požadavky splněny použitím symetrické soustavy elektrických obvodů s ideálními cívkami, magneticky vázanými a s činitelem vazby k=l. Avšak toto řešení je pouze přibližné, nebot ideální cívky, vyznačující se indukčností bez rezistence, nelze s dostatečnou přesností realizovat. Nejnovější řešení používá namísto magneticky vázaných cívek operační zesilovače.In the usual connections of rheographs of all types, the entire electric current supplied to the tissue from the source via electrodes is involved in the measurement of living tissue. This current is distributed unevenly in the measured tissue depending on the geometric shape, size and mutual position of the electrodes, as well as on the physical properties and positions of various parts and layers of the tissue and on the intensity of their blood supply. The result of the measurement is some kind of information about the state of the tissue as a whole. Such information may not alert the doctor to a local tissue disorder if this is not significant enough to significantly affect the overall measurement result. Therefore, in addition to the usual rheographs, depth rheographs have been designed, which allow measurements only at a certain point in the tissue, especially in its depth. The connection of these devices is solved in such a way that electric current is supplied to the tissue via two electrodes, namely measuring and auxiliary, while the measuring electrode is at the same electrical potential with the relevant auxiliary electrode, but does not have to be directly connected to it, at least in one pair. In the current circuit of depth rheographs, these requirements are met by using a symmetrical system of electrical circuits with ideal coils, magnetically coupled and with a coupling factor k=l. However, this solution is only approximate, since ideal coils, characterized by inductance without resistance, cannot be realized with sufficient accuracy. The latest solution uses operational amplifiers instead of magnetically coupled coils.

Oba uvedené způsoby zapojení přístrojů mají však nevýhody. První nevýhoda spočívá v tom, že sledované elektrické napětí na výstupu přístroje se mění nejen v rytmu impedančních změn měřené oblasti v průběhu uvažovaného fyziologického cyklu, nýbrž i vlivem změn amplitudy napětí budícího proudu. To nepříznivě ovlivňuje přesnost vyhodnocení impedančních změn a klade vysoké néroky na stabilitu amplitudy napětí zdroje budícího elektrického proudu. Druhá nevýhoda spočívá v tom, že uvedená zapojeni vyhodnocují pouze admitance a ne impedance .Both of the above methods of connecting the devices have disadvantages. The first disadvantage is that the monitored electrical voltage at the output of the device changes not only in the rhythm of the impedance changes of the measured area during the considered physiological cycle, but also due to changes in the amplitude of the voltage of the excitation current. This adversely affects the accuracy of the evaluation of impedance changes and places high demands on the stability of the voltage amplitude of the excitation current source. The second disadvantage is that the above connections evaluate only admittance and not impedance.

Tyto nedostatky jsou odstraněny zapojením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom že první výstup zdroje harmonického elektrického proudu o konstantní amplitudě je připojen jednak na první vstup prvního diferenčního zesilovBČa, jednak přes rezistor na druhý vstup prvního diferenčního zesilovače a zároveň na druhy vstup druhého diferenčního zesilovače, dále na první vstup operačního zesilovače a ns první měřicí elektrodu, přičemž druhý výstup zdroje harmonického elektrického proudu je zároveň ,-i prvním vstupem druhého diferenčního zesilovače a s druhou měřicí elektrodou i druhou pomocnou elektrodou připojen na nulový potenciál, a druhý vstup operačního zesilovače je spojen s první pomocnou elektrodou a s výstupem operačního zesilovače, zatímco výstup prvního diferenčního zesilovače je přes první detektor připojen na první vstup třetího diferenčního zesilovače a výstup druhého diferenčního zesilovače je připojen přes druhý detektor na druhý vstup třetího diferenčního zesilovače, přičemž výstup třetího diferenčního zesilovače je výstupem zapojení.These shortcomings are eliminated by the circuit according to the invention, the essence of which lies in the fact that the first output of the source of harmonic electric current of constant amplitude is connected both to the first input of the first differential amplifier, and through a resistor to the second input of the first differential amplifier and at the same time to the second input of the second differential amplifier, further to the first input of the operational amplifier and ns the first measuring electrode, while the second output of the source of harmonic electric current is at the same time, -i the first input of the second differential amplifier and with the second measuring electrode and the second auxiliary electrode connected to zero potential, and the second input of the operational amplifier is connected to the first auxiliary electrode and with the output of the operational amplifier, while the output of the first differential amplifier is connected via the first detector to the first input of the third differential amplifier and the output of the second differential amplifier is connected via the second detector to the second input of the third differential amplifier, while the output of the third differential amplifier is the output of the circuit.

Výhoda zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že se dosáhne rovnosti elektrických potenciálů pro měřicí a pomocnou elektrodu, a tím se splní nutné podmínky pro hloubkové měření, přičemž se neuplatňuje vliv kolísání amplitudy budicího elektrického proudu, což zvyšuje přesnost vyhodnocení změny modulu impedance měřené oblasti živé tkáně v průběhu uvažovaného fyziologického cyklu. Další výhodou je méně náročný požadavek na stabilitu amplitudy budícího proudu.The advantage of the connection according to the invention is that the equality of the electrical potentials for the measuring and auxiliary electrodes is achieved, thereby fulfilling the necessary conditions for depth measurement, while the influence of the amplitude fluctuations of the excitation electric current is not applied, which increases the accuracy of the evaluation of the change in the impedance modulus of the measured area of living tissue during the considered physiological cycle. Another advantage is the less demanding requirement for the stability of the amplitude of the excitation current.

Na přiložených výkresech jsou znázorněny dva příklady zapojení přístroje podle vynálezu, přičemž na obr. 1 je schéma zapojení s kruhovými elektrodami a na obr. 2 je totéž zapojení s elektrodami páskovými.The attached drawings show two examples of the connection of the device according to the invention, with Fig. 1 showing a connection diagram with circular electrodes and Fig. 2 showing the same connection with strip electrodes.

První výstup ££ zdroje J. harmonického elektrického proudu konstantní amplitudy je připojen jednak na první vstup 15 diferenčního zesilovače 2, jednak přes rezistor £ na druhý vstup 16 prvního diferenčního zesilovače £ ⁸ zároveň na druhý vstup 19 druhého diferenčního zesilovače J, déle na první vstup 21 operačního zesilovače J a ne první měřicí elektrodu 2i přičemž druhý výstup 14 zdroje 1 zároveň s prvním vstupem 18 druhého diferenčního zesilovače i a s druhou měřicí(6)a druhou pomocnou*8)elektrodou jsou připojeny na nulový potenciál, kdežto druhý vstup 22 operačního zesilovače 2 d^e připojen na první pomocnou elektrodu 2 a na výstup 23 operačního zesilovače 2t zatímco výstup 17 prvního diferenčního zesilovače 2 je přes první detektor 10 připojen na první vstup 24 třetího diferenčního zesilovače 12 a výstup 20 druhého diferenčního zesilovače 1 je připojen přes druhý detektor 11 na druhý vstup 25 třetího diferenčního zesilovače £2, jehož výstup 26 je zároveň výstupem zapojení.The first output ££ of the source J of a harmonic electric current of constant amplitude is connected both to the first input 15 of the differential amplifier 2, and through the resistor £ to the second input 16 of the first differential amplifier £ ⁸ at the same time to the second input 19 of the second differential amplifier J, longer to the first input 21 of the operational amplifier J and not the first measuring electrode 2i, while the second output 14 of the source 1 at the same time to the first input 18 of the second differential amplifier ias with the second measuring (6) and second auxiliary *8) electrode are connected to zero potential, while the second input 22 of the operational amplifier 2 d ^e is connected to the first auxiliary electrode 2 and to the output 23 of the operational amplifier 2t while the output 17 of the first differential amplifier 2 is connected via the first detector 10 to the first input 24 of the third differential amplifier 12 and the output 20 of the second differential amplifier 1 is connected via the second detector 11 to the second input 25 of the third differential amplifier £2, whose output 26 is also the output of the circuit.

Funkce zapojení podle vynálezu je následující: po připojení měřená živá tkáně MT prostřednictvím první měřící elektrody 2 a druhé měřící elektrody 6, první pomocné elektrody 2 a druhá pomocné elektrody 8, začne ze zdroje J. a z operačního zesilovače 2 protékat tkání elektrický proud. Tento proud mé charakter dvou prostorově oddělených složek, a to měřicí proud X dodávaný zdrojem 1 a přiváděný do tkáně prostřednictvím první a druhá měřící elektrody 2 a 6 a pomocný proud lp dodávaný operačním zesilovačem 2 ⁸ přiváděný do tkáně prostřednictvím první pomocné elektrody 2 ⁸ druhé pomocné elektrody 8.The function of the circuit according to the invention is as follows: after connecting the measured living tissue MT via the first measuring electrode 2 and the second measuring electrode 6, the first auxiliary electrode 2 and the second auxiliary electrode 8, an electric current starts to flow through the tissue from the source J. and from the operational amplifier 2. This current has the character of two spatially separated components, namely the measuring current X supplied by the source 1 and fed into the tissue via the first and second measuring electrodes 2 and 6 and the auxiliary current lp supplied by the operational amplifier 2 ⁸ fed into the tissue via the first auxiliary electrode 2 ⁸ of the second auxiliary electrode 8.

Operační zesilovač 2 zaručuje svými vlastnostmi, že první méřicí elektroda 2 ΰ® na stejném elektrickém potenciálu jako první pomocná elektroda 2, takže mezi nimi nepřetéká žádný elektrický proud a obě elektrody dohromady vytvářejí spolu s druhou měřící elektrodou 6 a druhou pomocnou elektrodou 8 takové rozložení elektrického proudu v měřená tkáni jako při obvyklém měření. Měřící proud 1 zakreslený na obrázku obr. 1 jako proudová trubice PT prochází sledovanou oblastí O v hloubce tkáně. Neznámá měřená impedance Z_x části tkáně zaujaté prostorově proudovou trubicí PT i porovnávací rezistor J o odporu Rn jsou protékány týmž elektrickým proudem I, který na nich vytvoří úbytky napětí. Tyto úbytky napětí jsou snímány diferenčními zesilovači 1, 2, vyznačujícími se vysokou vstupní impedancí. Pomocí těchto zesilovačů jsou zesíleny a v detektorech 11 a 10 usměrněny.The operational amplifier 2 guarantees with its properties that the first measuring electrode 2 ΰ® is at the same electrical potential as the first auxiliary electrode 2, so that no electric current flows between them and both electrodes together create, together with the second measuring electrode 6 and the second auxiliary electrode 8, such a distribution of electric current in the measured tissue as in a conventional measurement. The measuring current 1, drawn in the figure Fig. 1 as a current tube PT, passes through the monitored area O in the depth of the tissue. The unknown measured impedance Z _x of the part of the tissue spatially occupied by the current tube PT and the comparison resistor J with a resistance Rn are flowed by the same electric current I, which creates voltage drops across them. These voltage drops are sensed by differential amplifiers 1, 2, characterized by a high input impedance. They are amplified by these amplifiers and rectified in detectors 11 and 10.

Porovnání usměrněných napětí se děje v diferenčním zesilovači £2. Změnami zesílení A, , A2 diferenčních zesilovačů 2, 4 lí® dosáhnout stavu vyvážení nebo mírného nevyvážení, kdy na výstupu 26 diferenčního zesilovače 12 je buď napětí nulové/nebo blízké nule. V tom případě platí:The comparison of the rectified voltages takes place in the differential amplifier £2. By changing the gains A, , A2 of the differential amplifiers 2, 4 it is possible to achieve a state of balance or slight imbalance, when the voltage at the output 26 of the differential amplifier 12 is either zero/or close to zero. In this case:

^kD1 ^A1 Z_x = - - ΐς k_D2 a₂ ^k D1 ^A 1 Z _x = - - ΐς k _D2 and ₂ Zpravidla bývé kjj, = kjj₂ ^: As a rule, the former kjj, = kjj ₂ ^: ^A1 ⁷ ’ Ί ^R £ ^A 1 ⁷ ' Ί ^R £ Dále platí Furthermore, dU_2ó dz_ -- dU _2ó dz_ -- kde Z_x je modul měřené where Z _x is the modulus of the measured impedance PT PT impedance

R_n je odpor rezistoru 2 k_D je konstanta detektorů 10, JJ.R _n is the resistance of the 2 k resistor _D is the detector constant 10, JJ.

A, je zesílení diferenčního zesilovače 2A, is the gain of the differential amplifier 2

A₂ je zesílení diferenčního zesilovače JA ₂ is the gain of the differential amplifier J

Aj je zesílení diferenčního zesilovače 12Aj is the gain of the differential amplifier 12

I_Bax je amplituda měřloího elektrického proudu dU₂£ je zrnina napití na výstupu 26 dZ_x je změna modulu měřené Impedance.I _Bax is the amplitude of the measured electric current dU ₂ £ is the voltage drop at the output 26 dZ _x is the change in the modulus of the measured Impedance.

Zapojení lze doplnit přísluěnou zpětnou vazbou s přídavným obvodem a uzpůsobit jej na automatický nebo poloautomatický režim činnosti. Doplníme-li zapojení fázovými detektory, lze vyhodnocovat i reálnou a imaginární složku neznámé měřené impedance Z_x, popřípadě jejich změny.The connection can be supplemented with appropriate feedback with an additional circuit and adapted to automatic or semi-automatic operation mode. If we supplement the connection with phase detectors, it is possible to evaluate the real and imaginary components of the unknown measured impedance Z _x , or their changes.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Deployment of an in-depth rheography apparatus, characterized in that the first output (13) of a constant amplitude harmonic current source (1) is connected to both the first input (15) of the first differential amplifier (2) and the resistor (3) to the second an input (16) of the first differential amplifier (2) and at the same time a second input (19) of the second differential amplifier (4) longer to the first input (21) of the operational amplifier (9) and to the first measuring electrode (5); ) the harmonic current source (1) is connected to zero potential simultaneously with the first input (18) of the second differential amplifier (4) and the second measuring electrode (6) 1 by the second auxiliary electrode (8), and the second input (22) of the operational amplifier (9) is connected to the first auxiliary electrode (7) and the output (23) of the operational amplifier (9), while the output (17) of the first differential amplifier (2) is connected via a first detector (10) to the first input (24) of the third differential amplifier (12) and the output (20) of the second differential amplifier (4) are connected via a second detector (11) to the second input (25) of the third differential amplifier (12), The power amplifier (12) is the output of the wiring.