DD139518A2

DD139518A2 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR REGISTERING IMPEDANCE FUNCTIONS

Info

Publication number: DD139518A2
Application number: DD20841778A
Authority: DD
Inventors: Michael Tischmeyer
Original assignee: Michael Tischmeyer
Priority date: 1978-10-12
Filing date: 1978-10-12
Publication date: 1980-01-09

Abstract

Impedanzfunktionen von den verschiedensten Gewebeabschnitten werden zur Diagnose von Durchblutungstörungen genutzt. Die Erfindung erfolgte mit dem Ziel, die Impedanzfunktion nach Patent 117 175 unabhängig von der angewendeten Elektodentechnik und dem Wert des komplexen Gewebegrundwiderstandes technisch reproduzierbar abzuleiten. Der Konstantstrom durch den zu untersuchenden Gewebeabschnitt fließt nicht mehr wie im Patent 117 175 direkt von einer Elektrode zur Masse, sondern zwischen Masse und der betreffenden Elektrode wird ein ohmscher Widerstand geschaltet. Aus der Spannung über den ohmschen Widerstand v/ird die Schaltspannung für den phasenempfindlichen Gleichrichter erzeugt. Durch die Einführung des ohmschen Widerstandes wird zur Realisierung der drei möglichen Elektrodenanordnungen die. Anordnung eines Elektrodenumschalters zwischen den vier Elektroden und der übrigen Schaltungsanordnung notwendig. Die verstärkte Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers wird entgegen dem Patent 117 175 nicht direkt auf den phasenempfindlichen Gleichrichter geschaltet, sondern es wird einBandpaß dazwischen angeordnetImpedance functions of various tissue sections are used to diagnose circulatory disorders. The invention was carried out with the aim of the impedance function according to patent 117 175 regardless of the applied Elektodentechnik and the value of derive complex reproducible technical fabric resistance. The constant current flows through the tissue section to be examined no longer as in patent 117 175 directly from an electrode to ground, but between mass and the electrode in question becomes an ohmic Resistor switched. From the voltage across the ohmic resistance v / ird the switching voltage for the phase-sensitive rectifier is generated. Through the introduction of ohmic resistance becomes realization the three possible electrode arrangements the. Arrangement of a Electrode switch between the four electrodes and the rest Circuitry necessary. The amplified voltage at the output of the Differential amplifier is contrary to the patent 117 175 not directly on the phase sensitive rectifier is switched, but a bandpass filter is interposed therebetween

Description

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Titel der Erfindung Title of the invention

Schaltungsanordnung zur Registrierung von ImpedanzfunktionenCircuit arrangement for registration of impedance functions

Anwendungsgebiet der ErfindimgField of application of the invention

Die Ableitung von Impedanζfunktionen von beliebigen Gewebeabschnitten in vivo ist für die Diagnose von Gefäßerkrankungen, der Bestimmung des Herz - Minutenvolumens für die Langzeitüberwachung des Kreislaufes und zur Gewinnung von Steuersignalen für die Atemphasensteuerung von größter Be deutung. Es ist für den diagnostischen Gehalt der abgeleiteten Funktion unwichtig, ob die Impedanzfunktion oder de ren reziproke Leitwertfunktion zur Aufzeichnung bzw. zur Verarbeitung gelangt.The derivation of impedance functions of any tissue sections in vivo is of utmost importance for the diagnosis of vascular diseases, the determination of the heart minute volume for the long-term monitoring of the circulation and for the acquisition of control signals for the respiratory phase control. It is unimportant for the diagnostic content of the derived function whether the impedance function or its reciprocal conductance function arrives for recording or processing.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es wurde bereits im WP 1o7 587 eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung von elektrischen Signalen, deren Verlauf der Impedanzänderung eines Gewebeabschnittes entspricht, vor geschlagen. Das Prinzip besteht darin, daß ein periodischer Strom einmal in den zu untersuchenden Geweheabschnitt und parallel dazu in ein elektronisches Modell eingespeist wird. Die Spannungen am Modell und am Gewebeabschnitt werden abgenommen, ihre Differenz gebildet, verstärkt und der Betrag dieser Differenzspannung gebildet und zur Anzeige gebracht. Der wesentliche Nachteil dieses Prinzips besteht darin, daß die Impedanzfunktion nicht in ihren Real- und Imaginärteil getrennt werden kann und die Empfindlichkeit nichtCharacteristic of the Known Technical Solutions It has already been proposed in WP 1o7 587 a circuit arrangement for obtaining electrical signals whose course of the impedance change of a tissue section corresponds. The principle is that a periodic current is fed once into the tissue section to be examined and, in parallel, into an electronic model. The stresses on the model and on the tissue section are removed, their difference formed, amplified and the amount of this difference voltage formed and displayed. The main disadvantage of this principle is that the impedance function can not be separated into its real and imaginary parts and the sensitivity is not

- 2 - '£110 * konstant ist. Im Patent 117 175 wird die Automatisierung deo beschriebenen Prinzips vorgeschlagen und zusätzlich an Stelle des Betragsgleichrichters ein phasenempfindli eher Gleichrichter eingesetzt. Damit konnte eine Trennung in Real-» und Imaginärteil erreicht werden, die jedoch als lachteil noch von der Elektrodentechnik und dem Wert des komplexen Gewebegrundwiderstandes abhängt.. Dadurch muß die Trennung in.Real- und Imaginärteil für jeden Patienten ein gestellt werden.- 2 - '£ 110 * is constant. In the patent 117 175 the automation deo described principle is proposed and in addition to the magnitude rectifier a phasenempfindli rather used rectifier. Thus, a separation into real and imaginary part was achieved, which, however, as a part of it still depends on the electrode technique and the value of the complex tissue base resistance .. Thus, the separation in.Real- and imaginary part for each patient must be set.

Die Erfindung erfolgte mit dem Ziel, die Impedanzfunktion unabhängig von der angewendeten Elektrodentechnik und dem jeweiligen individuellen Wert des komplexen Gewebegrund Widerstandes des zu untersuchenden Gewebeabschnittes re «- produzierbar bei einer konstanten Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung abzuleiten und zur Aufzeichnung zu bringen« Eine Eichimpulserzeugung entfällt damit.The invention was carried out with the aim of independently deriving the impedance function and the respective individual value of the complex tissue-based resistance of the tissue section to be examined reproducible at a constant sensitivity of the circuit arrangement and bring to record "A calibration pulse generation is thus eliminated.

mg des Wesens der Jirlint Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung '-zu schaffen, mit der Impedanzfunktionen unabhängig vom Gewebetyp und von der angewendeten Elektrodentechnik reproduzierbar abgeleitet werden können» Der im Patent 117 175 vorgeschlagene phasenempfindliche Gleichrichter wird mit einer Schaltspannung angesteuert, die aus der Ausgangsspannung des Oszillators gewonnen wird« Die Phasenlage des Oszillators ist mit d.er des Konstantstromes durch den. zu untersuchenden Gewebeabschnitt identisch, solange es sich um rein ohmsche Gewebeabschnitte.handelt, was in der Praxis säten und dann nur näherungsweise auf tritt. Wird ein komplexer Gewebegrundwiderstand angeschlossen, dann entsteht zwischen Konstantstrom und Oszillator-Spannung eine Phasenverschiebung, deren Größe von dem Spannungsteiler, bestehend aus der Reihenschaltung des ohmschen Ausgangawiderstandes der Konstantstromstufe und •dem angeschlossenen komplexen Gewebegrundwiderstand ein -The object of the invention is to provide a circuit arrangement with which impedance functions can be reproducibly derived independently of the type of tissue and the electrode technology used is obtained from the output voltage of the oscillator "The phase angle of the oscillator is with d.er of the constant current through the. to be examined tissue section identical, as long as it is purely ohmic Gewebeabschnitte.handelt what sät in practice and then only approximately occurs. If a complex fabric ground resistance is connected, a phase shift occurs between the constant current and the oscillator voltage whose magnitude depends on the voltage divider consisting of the series connection of the ohmic output resistance of the constant current stage and the connected complex base resistance.

schließlich der Elektrodenhautübergangswiderstände, welche von der angewendeten Elektrodentechnik bestimmt werden, be stimmt wird. Diese Tatsache·ist die Ursache, daß die'Phasen lage zwischen der rechteckförmigen Steuerspannung und dem Konstantstrom im zu untersuchenden Gewebeabschnitt nicht konstant ist und somit eine Trennung in Real- und Imaginärteil von den elektrischen Eigenschaften des zu untersuchenden Gewebeabschnittes und der angewendeten Elektrodentechnik abhängig ist. Der Abgleich des elektronischen Modells kann immer nur für die Oszillatorfrequenz erfolgen, so daß am Eingang des Differenzverstärkers Differenzsignale der Oberwellen der Oszillatorfrequenz entstehen. Diese führen je nach Absleicksituation zu einer mehr oder weniger nichtlinearen Verarbeitung der Grundfrequenz durch den nachgeschalteten phasenempfindlichen Gleichrichter* Dadurch und durch die bereits beschriebenen Phasenbeziehungen ist eine konstante Empfindlichkeit der gesamten Meßanordnung nicht zu erreichen.Finally, the electrode skin contact resistances, which are determined by the applied electrode technology, be true. This fact is the cause that the phase position between the rectangular control voltage and the constant current in the tissue section to be examined is not constant and thus a separation into real and imaginary part depends on the electrical properties of the tissue section to be examined and the electrode technique used. The adjustment of the electronic model can always be made only for the oscillator frequency, so that arise at the input of the differential amplifier difference signals of the harmonics of the oscillator frequency. These lead, depending on Absleicksituation to a more or less non-linear processing of the fundamental frequency by the downstream phase-sensitive rectifier * This and the phase relationships already described a constant sensitivity of the entire measuring arrangement can not be achieved.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach Patent 117 175 der Konstantstrom durch den zu untersuchenden Gewebeabschnitt nicht direkt von einer Elektrode zur Masse fließt, sondern zwischen Masse und der betreffenden Elektrode ein ohmscher Widerstand von ca. 1oo Ohm geschaltet wird. Damit steht über dem ohmschen Widerstand eine konstante periodische 'Wechselspannung zur Verfügung, deren Phasenlage immer mit der des Konstantstromes im zu unter suchenden Gewebeabschnitt identisch ist. Aus dieser Span nung wird durch an sich bekannte Baugruppen die rechteck förmige Schaltspannung für den phasenempfindlichen Gleich richter erzeugt. Um nur die Oszillatorgrundfrequenz durch den phasenempfindlichen Gleichrichter zu verarbeiten, wird vor diesem ein Bandpaß geschaltet, so daß mit dieser Anordnung eine konstante Empfindlichkeit und die Trennung in Real- und Imaginärteil unabhängig vom angeschlossenen Gewebeabschnitt und der angewendeten Elektrodentechnik erreicht wird« Durch die Einführung eines ohmschen Widerstandes inThe object is achieved in that according to patent 117 175, the constant current through the tissue section to be examined does not flow directly from an electrode to ground, but between ground and the respective electrode an ohmic resistance of about 1oo ohms is connected. Thus, a constant periodic AC voltage is available across the ohmic resistance whose phase position is always identical to that of the constant current in the tissue section to be examined. From this clamping voltage is generated by known per se assemblies, the rectangular shaped switching voltage for the phase-sensitive rectifier. To process only the basic oscillator frequency through the phase-sensitive rectifier, a bandpass filter is connected in front of it, so that with this arrangement a constant sensitivity and the separation into real and imaginary part regardless of the connected tissue section and the applied electrode technology is achieved «By introducing an ohmic Resistance in

den Konstantstrompfad muß zur Realisierung der drei verschiedenen Elektrodenanordnungen ein Elektrodenumschalter zwischen den maximal vier Elektroden, der Stromkonstantstufe, dem Differenzbildner und dem ohmschen Widerstand angeschlossen werden. Bei der 2~Elektrodenanordnung wird der Ausgang der Stromkonstantstufe und ein Eingang vom Differenzbildner gemeinsam an eine Blektrode und der zweite Eingang des Differenzbildners zusammen mit dem ohmschen Widerstand an die zweite Elektrode mittels des Elektrodenumschalters ge - schaltete Bei der 3-Elektrodenanordnung wird die galvanische Verbindung zwischen der Stromkonstantstufe und dem Differenzbildner aufgehoben und die Stromkonstantstufe mit einer getrennten dritten Elektrode verbunden. Bei der 4-Elektrodenanordnung wird der ohmsehe. Widerstand an eine getrennte vierte Elektrode geschaltet und die vorherige Verbindung unterbrochen«In order to realize the three different electrode arrangements, the constant current path must be connected to an electrode switch between the maximum of four electrodes, the current constant stage, the differential former and the ohmic resistance. In the case of the 2-electrode arrangement, the output of the constant current stage and an input from the differential former are connected together to a lead electrode and the second input of the subtractor is connected together with the ohmic resistance to the second electrode by means of the electrode switch. In the case of the 3-electrode arrangement, the galvanic connection between the Stromkonstantstufe and the subtractor canceled and the Stromkonstantstufe connected to a separate third electrode. In the 4-electrode arrangement, the ohmsehe. Resistor connected to a separate fourth electrode and the previous connection interrupted «

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungs-beispiel näher erläutert werden« Die zugehörige Zeichnung zeigt die prinzipielle Schaltungsanordnung zur reproduzierbaren Ab leitung, von Impedanzfunktionen»The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment "The accompanying drawing shows the basic circuit arrangement for reproducible Ab line, of impedance functions»

Durch einen Oszillator OSZ werden parallel zwei Strom konstantstufen-StKSt angesteuert, die galvanisch getrennt einen periodischen Strom einmal in das elektronische Mo - dell M und zum anderen über den Elektrodenumschalter Sch T, zwei Elektroden E und dem ohmachen Widerstand R in den interessierenden Gewebeabschnitt GE einspeisen. Die Span-» nung über den interessierenden Gewebeabschnitt GE wird über den Elektrodenumschalter Sch 1 und zwei Elektroden E dem Differenzb^ldner DB zugeführt. Die vier Elektroden E werden paarweise, aber galvanische getrennt, jeweils an den Grenzen des interessierenden G-ewebeabschnittes GE-angeordnet. Mit dem Elektrodenumschalter Sch 1 kann dann je nach medizinischer Aufgabenstellung zwischen der 2-._s 3~By means of an oscillator OSZ two current constant-stage elements are driven in parallel, which feed galvanically separated a periodic current into the electronic model M and via the electrode switch Sch T, two electrodes E and the ohmachen resistance R in the tissue section GE of interest , The voltage across the tissue section GE of interest is supplied via the electrode switch Sch 1 and two electrodes E to the difference transducer DB. The four electrodes E are arranged in pairs, but galvanically separated, respectively at the boundaries of the G-ewebeabschnitt GE-interest. With the electrode switch Sch 1 can then depending on the medical task between the 2-. _s 3 ~

oder 4-Elektrodentechnik gewählt werden, ohne daß der interessierende Gewebeabschnitt GE in seiner Lage verändert wird. Die Spannung an dem Ausgang des Differenzbildners DB und dem elektronischen Modell werden jeweils über Impedanzwandler IW an die Eingänge des Differenzverstärkers DV gelegt. Das verstärkte Differenzsignal wird durch einen nachgeschalteten Bandpaß BP frequenzbewertet und der Grundwellenanteil durch einen phasenempfindlichen Gleichrichter PhG gleichgerichtet und anschließend einem verstärkenden Tiefpaß TP zugeführt. Am Ausgang des Tiefpasses TP stellt sich eine abgleichabhängige Gleichspan« nung überlagert von Amplitudenschwankungen, die der Impedanzfunktion entsprechen, ein. Durch die nachgeschaltete komplementäre Ausgangsstufe KA wird der Gleichspannungsanteil auf Null Volt umgesetzt bei gleichzeitiger galvanischer Kopplung bis zum Wiedergabegerät WG. Parallel dazu ist der RC-gekoppelte Verstärker V angeordnet, an dessen Ausgang nur die pulsatorische Komponente des Sig ~ nals als Steuerspannung für das Wiedergabegerät WG zur Verfügung steht. Die rechteckförmige Steuerspannung für den phasenempfindlichen Gleichrichter PhG wird aus der Spannung am ohmschen Widerstand R erzeugt. Über den Pha senumschalter Sch 2 wird diese Spannung entweder an den 9o° - Festwertphasenschieber PhSch 1 zur Ableitung des Imaginärteils oder dem Phasenschieber PhSch 2 zur.Ableitung des Realteils geschaltet. Der Phasenschieber PhSch 2 dient zur einmaligen Phasenfeineinstellung und sein Aus~ gangssignal wird durch den 'nachgeschalteten Komparator in eine rechteckförmige Spannung mit einem Tastverhältnis von 1:1 umgewandelt.or 4-electrode technique can be selected without changing the tissue section GE of interest in its position. The voltage at the output of the subtractor DB and the electronic model are respectively applied via impedance converter IW to the inputs of the differential amplifier DV. The amplified difference signal is frequency-weighted by a downstream bandpass BP and the fundamental component is rectified by a phase-sensitive rectifier PhG and then fed to a boosting low-pass filter TP. At the output of the low-pass filter TP, a compensation-dependent DC voltage is superimposed on amplitude fluctuations which correspond to the impedance function. By the downstream complementary output stage KA DC voltage component is converted to zero volts with simultaneous galvanic coupling to the playback device WG. Parallel to this, the RC-coupled amplifier V is arranged, at the output of which only the pulsatory component of the signal is available as the control voltage for the playback device WG. The rectangular control voltage for the phase-sensitive rectifier PhG is generated from the voltage at the resistor R. About the Pha senumschalter Sch 2, this voltage is switched either to the 9o ° - fixed phase shifter PhSch 1 for deriving the imaginary part or the phase shifter PhSch 2 zur.Ableitung the real part. The phase shifter PhSch 2 is used for one-time phase fine adjustment and its output signal is converted by the downstream comparator into a rectangular voltage with a duty ratio of 1: 1.

Claims

Circuit arrangement for registering impedance functions, in particular of such arbitrary tissue sections, using assemblies known per se, wherein an oscillator feeds a periodic current via two separate current constant stages once into an electronic model and on the other hand into a tissue section of interest and its impedance function by means of a Non-reactive voltage difference across the "tissue section of interest and the voltage at the output of the electronic model with subsequent phase-sensitive rectification, filtering and amplification is formed according to patent 117 175, dadurjcjh_ £ ek_ejui £ t t that two electrodes (E) in pairs, but galvanic separated, in each case at the borders of the tissue section (GE) of interest, wherein .between the four electrodes (E) on the one side and the current constant stage (StKSt), a difference former (DB) and an ohmic resistance (R), the is connected to ground, on the other side of an electrode switch (Sch 1) is arranged *, the two inner electrodes (E) with the difference former (DB) and the constant current step (StKSt) and the ohmic resistance (R) each separated with the inner or outer electrode (E) at the boundaries of the tissue section of interest (GE) connects further between a phase sensitive rectifier (PhG) and a differential amplifier (DV) a bandpass filter (BP) and between the ohmic resistor (R ) and the phase-sensitive rectifier (PhG), the series circuit consisting of a phase switch (Sch 2), a 9o ° - fixed phase shifter (PhSch 1), a phase shifter (PhSch 2) and a comparator (K) is arranged,

For this / j Seiiö drawing.,

nil i % T- ιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιιι , .. -. _ .. * ._ ... _, _ ^ _