DE2402981A1

DE2402981A1 - Bioelektrisches impedanzmessystem

Info

Publication number: DE2402981A1
Application number: DE2402981A
Authority: DE
Inventors: Leland B Smith
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1973-02-12
Filing date: 1974-01-22
Publication date: 1974-08-22
Also published as: FR2216974B1; FR2216974A1; JPS49144279U; SE411293B; JPS5525430Y2; CA1011402A; IT1003490B; GB1437547A; US3971365A

Description

Beckman Instruments Inc.
Pullerton, CaI., USA

Bioelektrisches Iiapedanzmeßsystem

Dia Erfindung betrifft ein bioelektrisches Impedanzmeßsystem zur Messuner und Anzeige der Impedanz biologischer Meßobjekte wie beispielsweise menschliche»Extremitäten. Im besonderen betrifft die Erfindung ein bioelektrisches Impedanzevstem, das einen "Basiswert¹¹ der Impedanz des Meßobjekts sowie auch Schwankungen dieses "Basisimpedanzwerts" anzeigt.

Bioelektrische Impedanzmessungen sind an sich bekannt. Insbesondere werden derartige Messunqen für klinische Routinezwecke, wie beisDielnweisa Messung von (Körper-) FlüssigkeitsvolumenSnderuncren, Abschätzung der Herzleistung, Nachweis von tiefer venöser Thrombose, und peripheren Gefäßerkrankungen durchgeführt. Die bioelektrische Impedanz eines GewebeabSchnitts oder einer Extremität des menschlichen Körpers ist ein Maß für den Widerstand gegen einen elektrischen Stromfluß. Wenn Blut in einem Körperabschnitt pulsiert, so Sndert sich die elektrische Impedanz dieses Körperabschnitts in Abhängigkeit von Änderungen der vorhandenen Blutmenoe. Eine geringfügige Zunahme der Blutnenge hat eine Verringerung der Impedanz des Gewebeabschnitts zur Folge_f und umgekehrt ein Abfluß von Blut aus dem Gewebeabschnitt eine Zunahme der Impedanz. Die bioelektrische Impedanz kann nach verschiedenen Verfahren gemessen werden,

über beispielsweise indem man an das zu /wachende Gewebe einen

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schwachen Hochfrequenz strom anle.jc und mit Hilfe eines Instrumentensystems Änderungen und Schwankungen in dem nachgewiesenen Ausgangssiqnal den Gewebes .niet. Typische Systeme dieser Art 3ind in den US-Patentschriften 2 111 135, 2 184 511, 3 149 677 und 3 340 857 beschrieben.

Ein Bericht von Allan P. Pacela vom 25. »*ai 1971 n»it dem Titel "Bioelectrical Iiroedance Measurements as a Method of Screening for Peripheral Vascular Disease and Deep Venous Thrombosis" enthalt eine umfassende Diskussion des Hintergrunds und der Anwendungen bioelektrischer Impedanzmeesungen. Außerdem sind in dem Bericht eine Reihe von bisher fflr bioelektrische Impedanzmessungen verwendeten Instrumentesystemen beschrieben.

Bin derartiges Instrumentsystem ist in Abschnitt 5.5 des Pacela Reports unter dem Zwischentitel "Impedance Ratio Systems" abgehandelt. In Fig. 10 und dem vorstehend genannten Abschnitt des Berichts wird allgemein ein Impedanz verhältnis sy st em beschrieben, in welchem ein Erregungssignal mittels Erregerelektroden an das zu messende Meßobjekt angekoppelt und das resultierende "eßobjekt-Ausgangseignal mittels Empfängerelektroden abgenommen wird. Das Meßobjekt-Auegangesignal wird elektronisch von einem Besugspegel subtrahiert, der von der Erregerquelle abgeleitet ist. Bei einem derartigen System ist vorgesehen, daß das Meßobjekterregungssignal von einer Konstantstromquelle geliefert wird und daß der Pegel des Konstantstroms so eingestellt wird, daß die Spannung an den Meß- oder EmpfSngerelektroden stets dieselbe ist. Die» wird durch eine Abgleicheteuerung erreicht, die so eingestellt wird, daß der Gleichstrompegel der Systemausgangsgröße einen bekannten Wert besitzt, vorzugsweise einen NuI1-Abgleichvzustand. Für diesen Fall befindet sich der Spannungsabfall an den EmpfJlnger-

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elektroden auf einem bekann-en fügel und aie Svstemausqangsgröße stellt ein ImpedanzverbSltnis _J12 äi.x , was die gewünschte Größe ist. In diesem Fall ist° Z der stationäre "Basi8"-Wert der Impedanz des Kcrperabsehnitt und ΔΖ bezeichnet Knderungen bzw. Schwankungen dieses Basiswertes.

Das vorstehend erwähnte ImpedanzverhEltnisireßsystem besitzt beBtimrote Vorteile für die Anwendungszwecke bioelektrischer Impedanzmessunqen. Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Systems ist jedoch die Schwierigkeit der Einstellung des Erregungssignals, um einen Nullzustand über den normalen Bereich der Meßobjekt-Impedanzwerte zu erzielen. Beispielsweise kann der Betrag von Z sich über einen Bereich von mehr al« 10 : 1 erstrecken. Bei Elnhaltuna der akzeptierten Werte für die unter den derzeitigen Sicherheitsanforderungen zulässige **eßobjekt-Erregung muß daher der Erregerstrom in dem bekannten ImpedanzverhSltnissystem auf einen Punkt

bau eingestellt werden, wo die Erregungs-Schalt/teile und Einstell- bzw. Re ge le leinen te des Systems erheblich zum Rauschpegel des Systems beitragen. Außerdem mu,3,wie in dem genannten Bericht ausdrücklich erwMhnt ist_r das System hSufig neu abgeglichen werden und eignet sich daher wenig für klinische Anwendungen. Wenn ferner zweiseitige Messungen durchgeführt werden sollen, d.h. zwei Extremitäten des Meßobjekts, beispielsweise die beiden Beins einer Untersuchungsperson, in Reihe mit dem gleichen Erregersignal erregt werden, wird die Elektroder.technik zur Erzielung identischer Maßstabsfaktoren für die beiden EmpfangskanMle Hußerst kritisch. Die praktische Verwendung dieses bekannten Systems fflr derartige Anwendungen ir?t da^er nahezu unmöglich.

Die Erfindung betrifft somit ein bioelektrisches Impedanzmeßsystem zur Messung der Impedanz biologischer Meßobjekte,

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insbesondere einer oder mehrerer menschlicher Extremitäten, mit dem biologischen '-»eßobjekt zugeordnet-η Erregerregelelektroden zur Ankopplung eines ffochfrequenz-Erregungssignals an das Meßobjekt, dessen Impedanz gemessen werden soll, mit dem "eßobjekt zugeordneten Emtjfinger- oder Ftlhlelektroden zur Aufnahme eines in Abhängigkeit vcn der Erregungssignal auftretenden ^eßobjekt-Ausgangssignals, mit einem mit der EmpfMngervorrichtung verbundenen MeBcbjektsignalverstärker JBur Eraeugung eines dem Meßobjektausqangsaignal proportionalen Gleichstrom-Ausgangssignals, mit einer mit der Quelle des Hochfrequenz-Erregungssiqnals verbundenen BezugsverstSrkervorrichtung zur Bildung eines Gleichstrom-Bezugssiqnals aus dem Erregersignal, sowie mit einer mit dem M_eß_Objektsiqnalverstärker und dem BezuqsvarstSrker verbundenen Differentbildungs- bzw. SubtraktionnvGrrichtung zur Bildung eines der Amplitudendifferenz zwischen dem "eßobjekt-Gleichstromsignal und dem Bezugs-Gleichstromsignal proportionalen Differenzsignals.

Durch die Erfindung soll ein bio2l€:ktrisches Impedanzmeßsystem geschaffen werden, bei dem die geachilderten Nachteil· des bekannten ImpedanzverhSltnis-nefisystem3 vermieden werden.

Zu diesem Zweck kennzeichnet sich ein bioelektrisches Impedanimeßsystem der vorstehend genannten Art gemäß der Erfindung durch eine mit der Differenz- bzw. Subtraktion·- vorrichtung verbundene Detektorvorrichtung zum Nachweis •ines Null-AbgleichzustandH des Differenzsignals; durch ein· Verstärkungsregelvorrichtung zur Einstellung und Stabilisierung der Verstärkung der VarstSrkervorrichtung in einem NuIl-Abgleichaustand des Differanzsignals; sowie durch eine mit der Differenz- bzw. Sabtraktion3vorrichtung verbundene und auf das Differenz signal ansorechende Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung.

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Durch die Erfindung wird somit ein bioelektri3ches Impedanzmeßsvstem geschaffen, da» Vorrichtungen zum automatischen Nullabgleich des Systems im Betrieb aufweist; dieser automatische Nullabgleich wird durch den dem Ausgang des Instruments zugeordneten Nulldetektor und die auf diesen ansprechende automatische VerstSrkungsregelvorrichtung bewirkt, die auf den Meßobjekt-Ausgangssignalpfad einwirkt und automatisch das System in* Nullabgleichszustand hält.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann ein Arretierungsfunk t ions gene rat or in Zuordnung zu der automatischen Ver-Btärkungsregelvorrichtung vorgesehen sein, um den veränderbaren Verstärkungsfaktor des Systems während einer gewünschten MeßVorgangsdauer auf einem momentanen Nullabgleichswert zu halten. Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist in Verbindung mit der automatischen Nullabgleichsschaltung ein Bereichsanzeigesystem vorgesehen, das dem Benutzer eine Anzeige dafür liefert, daß der "Basisimpedanzwert" eines gegebenen Meßobjekts innerhalb des dynamischen Bereichs des Instruments liegt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung«form der Erfindung wird ein von einer elektrischen Signalquelle geliefertes Erregungssignal mittels der Erregunerselektroden an das Meßobjekt angekoppelt und ein resultierendes Meßobjekt-Ausgangssignal mittels der Empfängerelektroden abgenommen. Das Meßobjekt-Auegangssignal wird elektronisch von einem gleichfalls von der Signalquelle abgeleiteten Bezugssignal subtrahiert und das resultierende Signal zur Beaufschlagung einer Anzeigeb*w. Wiedergabevorrichtung verwendet. Das System weist einen ■tit dem Eingang der Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung verbundenen Nulldetektor und eine auf diesen ansprechende automatische Verstärkungsregelvorrichtung im Meßobjekt-Ausgangssignalpfad auf, um das System automatisch in einem Nullabgleich-

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zustand zu halten. Die automatische VerstHrkungsregelvorrichtung weist einen Arretierungsfunktionsgenerator auf, um die veränderbare Verstärkung des Systems für eine oder mehrere MeßvorgMnge auf momentanen Nullabgleichswerten zu halten. In Verbindung mit der automatischen Nullabgleichschaltung kann eine Vorrichtung zur Anzeige für die Bedienungsperson vor-'gesehen sein, daß der Basiswert der Impedanz des betreffenden Meßobjekts innerhalb des dynamischen Bereichs des Instruments liegt.

Im folgenden werden Aus führuncrsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Pig. 1 das elektrische Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemMSen bioelektrischen Impedanzmeßsvstems,

Fig. 2 ein Teil-Blockschaitbild einer alternativen bevorzugten Ausführungsform,

Pig. 3 das Blockschaltbild einer Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1.

Das in Fig. 1 dargestellte bioelektrische Impedanzmeßsystem ist als Ganzes mit 10 bezeichnet und dient zur Messung der Impedanz eines biologischen Meßobjekts wie beispielsweise eines menschlichen Gewebeabschnitts oder einer oder mehrerer menschlicher Extremitäten, die durch die Widerstünde 12, 14, und 16 angedeutet sind und zwischen Erregerelektroden 18, 20 und EirpfMngerelektroden 22, 24 liegen. Die Elektroden 18, 20, 22, 24 sind schematisch in Ankopplung an das durch die vorstehend genennten Widerstünde veranschaulichte biologische Meßobjekt dargestellt. Die Ankopplung kann entweder mittels herkömmlicher Elektroden wie beispielsweise wetallband-OberflMchenelektroden

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andare erfolgen« Jedoch können, falis fervninfrcht ../:<& oppiungsarten

für spezielle Zwecke verwendet wer der..

Da« System weist ferner eine Siqnalqvielle 26 auf, die Hochfrequenz erzeugt. Die Signalquelle ist herkömmlicher Art und liefert die Leistung für die Erregung des biologischen Meßobjekts sowie für die Bildung eines BezugsfJiqnals. Die Signalquelle 26 ist über eine Leitung 28 mit dem Eingang eines SpannungsVerstärkers 3O verbunden, der als Treiberquelle niedriger Impedanz wirkt. Der Ausgang des Verstärkers 30 ist über eine Leitung 32 mit dem Eingang eines St.eilheitsverstärkers ("transconductance amplifier") 34 verbunden. Dieser Verstärker 34 ist herkömmlicher Art und spricht auf eine gegebene Eingangsspannung mit einem bestimmten Ausganq<5strom an. Das Ausgangssignal des Verstärkers 34 wird über eine Leitung 36 der einen Anschlußklemme einer Primärwicklung 40 eines Transformators 42 zugeführt. Der andere Anschluß der Wicklung 40 liegt an Masse. Der Transformator 42 isoliert, das Meßobjekt gegen gleichphasige Niederfrequenz und gegen Gleichstromdifferenzsignale, und dient ferner auch der Impedanzanpassung iir« Signaipf*d . Die eine Anschlußklemme der Sekundärwicklung 44 des Transformators ist über eine Leitunq 46 mit der Errege relektrode 18, die andere Anschlußklemme der Wicklunq über eine Leitung 48 mit der Erregerelektrode 20 verbunden. Die Kenngrößen des Verstärkers 34 und öes Transformators 42 sind so gewählt, daß sie zusammen als Quelle hoher Impedanz im Vergleich zur Impedanz des **eßobjekts wirken und somit eine im wesentlichen konstante Stromquelle bilden.

Des weiteren ist ein Tranformator 52 vorgesehen, dessen Primärwicklung 54 mit ihrem einen Anschluß über eine Leitung 56 mit der Empfängerelektrode 22 und deren andere Anschlußklemme über eine Leitunq 58 mit der Empfänqerelektrode 24 verbunden ist. Eine Sekundärwicklung 50 des Transformators

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liegt mit ihre*» einen Anschluß an Masse und ist mit ihrem anderen Anschluß Ober eina Leitung 5Sⁱ mit einer Phasenschieberschaltung 60 und von da weiter über eine Leitung 61 mit dem •inen Eingang eines Demodulators 62 verbunden. Die Phasenschieberschaltung 60 dient zur Kornpens et ion parasitärer Phasenverschiebungen in der **eßapperatur. Fin zwo·i her Eingangsanechluß dee Demodulators 62 ist über Leiter 3", 64 nit dein

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Ausgang des Verstärkers'verbunaen. Der Demodulator 62 ist ein Synchrondemodulator herkömmlicher Art -ind erzeugt ein Gleichstrom-Ausgangssignal, dessen Pegel proportional dem Effektiv · Wert· einer Eingangswechselspannv.ng ist. Die Verwendung eines Synchrondemodulators erbringt Unempfindlichkeit gegen durch die Reaktanz des '<eßobjekts in dem Signal hervorgerufene Phasenverschiebungen. Demgemäß gibt die Ausgangsgröße des Demodulators nur die Widerstands-· öder Ohm'sche Konponente der Meßobjekt-Impedanz wleier. Ef sei jedoch betont, daß andere Arten der Bildung eines Gleichstromslgnals Anwendung finden können, falls die AusgangsgröBe des Demodulators die Gesarrttimpedanz des >*eßobjekts widergeben soll. Die Ausgangsgröße des Demodulators 62 wird ober Leiter 65,66 den Eingingen eines Verstärkers 68 zugeführt. Der Verstärker ist ein herkömmlicher Gleichstropiverst^rker und dient zur Konditionierung der Ausgangsgröße des Demodulators 62. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 68 wird über einen Leiter 69, einen Widerstand 70 und einen Leiter 72 de·.^ Eingang eines Verstärkers 74 zugeführt.

Sin weiterer Synchondemodulator 82 erhalt über Leiter 32, 80 ein Eingangssignal von dem Verstörter 20 und ein weiteres eingangssignal über Leiter 32, 84 ebenfalls von dem Verstärker 3O. Der Demodulator 82 ist wie der Demodulator 62 herkömmlicher Art und erzeugt eine Gleichstrom-Ausgangsgröße, deren Pegel proportional dem Effektivwert das Ausgangswechselstrom-

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signals des Verstärkers 30 ist* Die Ausgangsgröße des Demodulators 82 wird über L&it«r 83 _f 86 de·* Eingang eines Verstärkers 88 zugeführt. Der Verstärker 83 ist ein herkömmlicher Gleichstromverstärker, dassar: Ä.usganqssignal über einen Leiter 89, einen Widerstand 9C und e-ir.e Leitung 72 als zweites Eingangssignal den Verstärker ?■£ zugeführt wird. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 63 hat ci.;e eier iUFgangagröße des Verstärkers 68 entgegengesetzte Polarität. Somit dient der al« herkömmlicher GleichatromsuifiruatisnsverstSrker ausgelegte Verstärker 74 zur elektronischen Kombination der Ausgangssignale der Verstärker 68 bzv?, 83. Der Verstärker 74 erzeugt ein Ausgangssignal, das über einen Leiter 92 dem Eingang einer Anzeigevorrichtung 94 suqeführt vird. Die Anzeigevorrichtung 94 kann beliebiger Art sein und dient zur Anzeige des mit dem erfindungsgem^ßen Meßsvstem ermittelten Wertes

££ _oder^ .

²O ^RO

Das beschriebene bioelektrische Impedanzmeßsystem weist ferner einen Nulldetektor 96 auf, dessen Eingang über Leitungen 92, 98 mit dem Ausgang des Verstärkers 74 verbunden ist. Der Nulläetektor 96 ist herkömmlicher Art und erzeugt ein Auegangssignal, falls kein auf Null abgealichener Zustand vorliegt. Die Ausgangsgröße des Nulldetektors 96 zeigt ferner an, ob die Ausgangsgröße des Verstärkers 74 eine positive oder negative Polarität aufweist, d.h. ob das ^eßobjektsignal größer oder kleiner als das Bezugssignal ist. Der Ausgang des Detektors 96 ist über eine Leitung 1OO mit einem Eingang einer Verstärkungsregelvorrichtung 102 verbunden. Die Verstärkungsregelvorrichtung 102 erzeugt ein Ausgangssignal, das über eine Leitung 104 dem Verstärker 68 zur steuerbaren Veränderung von dessen Verstärkungsfaktor zugeführt wird. Der Nulldetektor 96 und die Verstärkungsregelvorrichtung 102 wirken somit als RückfUhrungssystem zur Erzielung eines automatischen Nullabgleich» durch Veränderung der Verstärkung des Verstärkers 68. Des

ORIGINAL INSPECTED

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weiteren ist ©in Är:-{itiair/.yai,uf.k^ii>:-isg<gYiärator U)B vorgesehen, dessen Ausgang über eins LsiUanq V)Q nie der v'erstärkungsregelvorrichtung 102 verbunden Is k_r, De*.* ?₄rretiary.figsfunktionsgenerator 108 dient sur selektiven Erzeugung ©ines Arretierungsfunktionssignals für die Verstärkuaqsregalvorrichtung 1O2» wodurch der veränderliche Verstärkungsfaktor des Systems bei einem gegebenen NullabgMehwert über eine vorgegebene Zeitperiode, welche einen Meßvorgang umfaßt, festgehalten oder arretiert wird. Der Arretierungsfunktionsgenerator kann entweder von der Bedienungsperson betätigt werden oder es kann auch eine Vorrichtung zur automatischen Betätigung des Generators in vorgegebenen Meßintervallsn vorgesehen sein. Der Ausgang der Verstärkungsregelvorriehtung 102 ist ferner über einen Leiter 105 mit einer Bereichsanzeigevorrichtung 1O6 verbunden. Der Bereichsanzeiger erzeugt ein Signal, das anzeigt, daß der Bereich der wirksamen Verstärkungsregelung nicht überschritten ist. Hierdurch wird festgestellt, daß die Impedanz des Meßobjekts innerhalb des niedrigeren dynamischen Bereichs des Instruments liegt.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Systems erläutert. Das Meßobjekt wird mit einem von der Signalquelle 26 über den Verstärker 30, den Steilheitsverstärker 34 und den Transformator 42 gelieferten, über die Erregerelektroden 18, 20 angelegten Signal erregt. Als Erregersignal dient ein Hochfrequenzsignal, dessen Betrag mit Sicherheit innerhalb der anerkannten Risikogrenzen für elektrisch empfindliche menschliche Meßobjekte liegt. An den Empfängerelektroden 22,24 wird ein w_eßobjekt-Ausgangssignal abgenommen und über den Tranntransformator 42 der Phasen_schieberschaltung 60, dein Eingang des Demodulators und dem Verstärker 68 zugeführt und erzeugt eine Gleichstromausgangsgröße, deren Amplitude bzw. Betrag proportional dem Effektivwert des Weehselstrom-^aßobjektausgangsignals ist.

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·- 4A ■-

Diese Ausgangsgröße wird in άβκ, Suiamaliionsstfferstärker 74 mit einem Bezugssignal verglichen» das von der Quelle 26 geliefert, in dem Demodulator 82 und dem Verstärker 88 synchron demoduliert und dem Verstärker 74 mit einer dem Signal des Verstärkers 68 entgegengesetsten Polarität zugeführt wird. Demgemäß gibt bsi Erreichen eines Nullsignale am Ausgang des Verstärkers 74 dies den Wert „° oder

oder das Verhältnis der Änderungen des "Basis"-Werte der Impedanz zu dem Basiswert selbst wieder.

Mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 74 wird die Anzeigevorrichtung beaufschlagt, damit die Bedienungsperson den Wert feststellen kann. Die Nulldetektorsehaltung 96 spricht auf jede Abweichung von einem Null- oder Abgleichzustand an und erzeugt ein Rückführsignal,, das der Verstärkungssteuervorrichtung 102 zugeführt wird und schließlich eine änderung der Verstärkung des Verstärkers 98 bewirkt,' um den Null*- oder Abgleichzustand automatisch aufrecht zu erhalten. Mit Hilfe des Arretierungsfunktionsgenerators lann die Bedienungsperson den VerstHfcungsfaktor des Meßobjekt-Ausgangssignalphades für eine vorgegebene Zeitdauer "einfrieren" und so einen "Basiswert" für einen nachfolgenden Meßvorgang festlegen.

Der Bereichsanzeiger erlaubt der Bedienungsperson festzustellen, ob der Wert Z eines bestimmten Meßobjekts innerhalb des dynamischen Bereichs des Instruments liegt. Dies ermöglicht die automatische Einstellung der Verstärkung in dem Meßobjekt-Ausgangssignalphad über einen Knderungsbereich von 10 : 1, ohne Gefahr der Aufnahme unzuverlässiger Signale.

Gemäß einer Abwandlung der Erfindung kann eine zweite Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, wie in Fig. 2 veranschaulicht, in welcher gleiche Teile mit den gleichen, jedoch

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einfach gestrichenen Bezugs zeichen wie in F;.g, 1 bezeichnet sind. In Fig. 2 ist mit der Varsi^rkuncjsreejElvOrrichtung 102' eine "Basiswert"-Anzeigevorrichtung 115 verbanden. Die Anzeigevorrichtung 115 spricht auf Signale dar Varstärkungsrega!vorrichtung an und zeierfe den jeweilige,! "Basiswert" der Impedanz oder des Widerstands des Meßobjskts an. Die Anzeigevorrichtung 115 kann als Digital-oder Analogan2eiae ausgebildet sein. Die Anzeigevorrichtung kann im Gleichlaufbetrieb, bei welchem also eine kontinuierliche Anzeige der jeweiligen "Basiswerte" geliefert wird, verwendet oder auf Einzelmeßvorgang-Betrieb eingestellt sein, bei welchem sie durch einen Arretierungsfunktionsgenarator 108· zur Anzeige des jeweils während einem, gegebenen MeCvorg^/ig bestehender. Basisimpedanzwerts betätigt wird.

In Pig. 3 ist eine weitere Altemativausführungsform der Erfindung veranschaulicht, wobei wiederum dieselben Bezugsziffern wie in Pig. 1, jedoch doppelt gestrichen, verwendet sind. In Fig. 3 ist eine einzige gemeinsame Erregerstation cU.8 Instruments zur Verwendung mit zwei oder mehr "eß- oder Fühlstationen des Instruments dargestellt. Im einzelnen sind Erregerelektroden 18', 20', wie nach der Aus£Ohrungsform nach Fig. 1, angeordnet, und jede Empfängerstation weist jeweils ein Paar Empfängerelektroden 22', 24' bzw. 22", 24" auf. Die betreffenden Empfängerstationen erhalten jeweils ein Bezugssignal von der Erregerstation über Widerstände 90', bzw. 90" zugeführt. Außerdem haben die Empfängerstationen die Leitung 64* gemeinsam, welche die Erregungssignalleitung 32 mit dem zugehörigen Demodulator der betreffenden Erregerstationen verbindet.

Diese Ausffihrungsform ermöglicht die Anwendung des Instruments zur Erreguno mehrseitiger biologischer Systeme, da die Empfänger unabhängig auf Null abgeglichen werden können, was

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identische Ausgangsskalenfakt.«.r&a bei Verweisung einer gemeinsamen Erregerquelle ermöglicht. Hierdurch können mehrseitige Messungen vorgenommen werden;, wie beispielsweise gleichzeitige Messungen der Impedanz, der beiden Beine eines Meßobjekts.

Das erfindungsgeroSße impedEiVzrnöfisystem weist, gegenüber den bekannten bioelektrischen Impsidaszmeösystem&ri mehrere Vorteile auf. Insbesondere wird bei dei» erfindungsgemäßen Synteein fester Erregerstrom von dem Oszillator 2f, verwendet. Jedoch weist das System einen automatischen Nullabgleich auf, der durch Steuerung der Verstärkung in einem Signalpfad des Instruments erreicht wird. Der automatische Nullabgleich ermöglicht den Verzicht auf besonderes Geschick und Können der Bedienungsperson für die Einstellung von Abgleichmitteln, und die erfindungsgemSß vorgesehene Arretierungsfunktion er-· möglicht genaue Messungen während vorgegebener Meßvorgänge, während welcher die veränderliche Verstärkung auf dem (zuvor gemessenen und eingestellten) Nullabgleichwert arretiert gehalten wird.

Als Folge dieser erflndungsgemäßen Merkmale kann ein fester vorgegebener Erregerstrom unabhängig von der "Basisimpedanst" des Meßobjekts auf einen hohen, jedoch sicherheitsmäßig zulässigen Pegel eingestellt werden. Der automatische Nullabgleich wird in einem Bereich hoher Signalstärke, d.h. in dem Verstärker nahe der Ausgangsstufe des Instruments vorgenommen, wodurch ein Signal: RauschverhMltnis erzielt wird, das um einen den vorhergehenden Verstärkungsfaktor entsprechenden Faktor verbessert ist. Die Erregerstromquelle des Systems kann auch ~zur Erregung mehrseitiger Systeme dienen, da die Empfänger unabhängig auf Null abgleichbar sind. Die Bereichsanzeige gewährleistet, daß die Bedienungsperson sich vergewissern kann, daß die "Basisimpedanz" des Meßobjekts innerhalb des dynamischen Bereichs des Instruments liegt.

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Claims

Paten ta η s ρ r ti ehe

1.)Bioelektrisches Impedanzmeßsystem zur Messung der Impedanz ^^ biologischer Meßobjekte, insbesondere einer oder mehrerer menschlicher Extremitäten, mit dem biologischen «eßobjekt zugeordneten Erregerrege !-elektroden zur Ankopplung eines Hochfrequenz-Erregungssignal?! an da« Meßobjekt, dessen Impedanz gemessen werden soll, mit dem Meßobjekt zugeordneten Empfänger-' oder Fühlelektroden zur Aufnahme einen in Abhängigkeit von dem Erregungssignal auftretenden Meßobjekt-Ausgangseignals, mit einei» mit der Empfangervorrichtung verbundenen »»eßobjektsignalverstSrker zur Erzeugung eines den» MeBobjektausgangssignal proportionalen Gleichstrom-Ausgangssignals, mit einer mit der Quelle des Hochfrequenz-Erregungssignals verbundenen BezugeverstMrkervorrichtung zur Bildung eines Gleichstrom-Bezugseignals aus dem Erregersignal, sowie mit einer mit dem ^eßobjekteignalverstärker und dem Bezugsverst^rker verbundenen Differenzbildungs- bzw. Subtraktionsvorrichtung zur Bildung eines der Amplitudendifferenz zwischen den ^eßobjekt-Gleichstromsignal und dem Bezugs-Gleichstromsignal proportionalen Differenzsigr*als, gekennzeichnet durch eine mit der Differenz- bzw. Subtraktionsvorrichtuna (74) verbundene Detektorvorrichtung {96) zum Nachweis eines Null-Abgleichsustands des Differenzsignals; durch eine Verstärkungsregelvorrichtung (102) zur Einstellung und Stabilisierung der Verstärkung der VerstSrkervorrichtung (68, bzw. 88) in einem Null-Abgleichzustand des Differenzsignals; sowie durch eine mit der Differenz-bzw. Subtraktionsvorrichtung (74) verbundene und auf das Differenzsignal ansprechende An-

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zeige- bzw. Wiedergabevorrichtung (94),

2.. Bioelektrisches Impedanzmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die VerstHrkungsregelvorrichtung (102) auf die Nulldetektorvorrichtung (96) ansprechende Schaltmittel zur automatischen Einstellung des Verstärkungsfaktors der VeretMrkuncrsvorrichtung (68 bzw. 88) zur Herbeiführung eines Null-Abgleichzustands des Differenzsicm als aufweist, sowie einen Arretierungsfunktionsgenerator, welcher den Verstärkungsfaktor der VerstSrkervorrichtung (68 bzw. 88) während einer vorgegebenen Meßperiode auf dem vorbestimmten Wert festhalt.

3. Impedanzmeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der VerstMrkungsregelvorrichtung (102) eine Bereichsanzeigevorrichtung C106) zugeordnet ist, welche anzeigt, ob der Betrag des Differenzsignals innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.

4. Impedanzmeßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine ^MBasiswert"-Anzeigevorrichtung (115, Fici. 2) zur Anzeige bzw. Wiedergabe eines von der Verst3rkun<rsregelvorrichtung (102*, Fig. 2) gebildeten Werts, der proportional der "Basisimpedanz" des Meßobjekts ist, vorgesehen ist.

5. Bioelektrisches Impedanzmeßsystem zur Messung und Anzeige des "Basisimpedanz"-Werts eines biologischen Meßobjekts sowie kurz zeitiget· Schwankungen dieses Basiswertes, bei welchem ein Hochfrequenz-Erregersignal aus einer Signalquelle an das Meßobjekt angelegt und das in Abhängigkeit hiervon auftretende resultierende Meßobjekt-Ausgancrssignal aufgenommen und in einem Komparator mit einem von der Signalquelle erzeugten Bezugssignal verglichen und hieraus ein

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Differenzsignal gebildet wird, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (74) zur Verstärkung des von dem Komparator erzeugten Differenzsignals, eine Detektorvorrichtung (96) zum Nachweis eines Nullabgleiehzustands des verstärkten Differenzsignals, eine Verstärkungsrege!vorrichtung zur Einstellung und Stabilisierung des Verstärkungsfaktors der VerstSrkervor rieh tuner in einem Abgleichzustand des verstärkten Differenzsignals, sowie einen VerriegeVingefunktlonsgenerator (108) mittels welchem der Verstärkungsfaktor der VerstMrkervorrichtung während einer vorgegebenen Meßvorgangsdauer auf den» stabilisierten Wert gehalten werden kann.

6. Bioelektrisches Impedanzmeßsvstem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der VerstSrkervorrichtung (74) eine auf das Differenzsignal ansprechende Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung (94) verbunden ist.

7. Bioelektrisches Impedanzmeßsvster> zur Messung und Anzeige eines "Basisimpedanz^M-Werts eines biologischen Meßobjekts sowie kurzzeitige*Schwankungen dieses Basisimpedanzwerts, gekennzeichnet durch wenigstens einen Satz von Erregerelektroden (18,20, Fig. 1? 18·, 20' Fig. 3) zur elektrischen Kopplung zwischen einer Erregungssignalquelle (26) und dem Meßobjekt (12,14,16), um ein HochfrequenzHErregungssignal auf das Meßobjekt zu übertragen; durch wenigstens einen Satz von Empfängerelektroden (22,24,Fig.1; 22«,24· und 22", 24", Fig. 3) in elektrischer Zuordnung zu dem "feßobjekt (12,14,16) zur Aufnahme eines in Abhängigkeit von dem Erregungssignal gebildeten weßobjekts-Ausgangssignals; durch einen mit den EmpfHngerelektroden (22,24) verbundenen Synchrondemodulator (62) zur Erzeugung eines den» Meßobjekt-Ausgangssianals proportionalen Gleichstrom-

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Ausgangssiemals; durch einen mit der Signalquelle (26) verbundenen zweiten Synchrondemodulator (82) zur Erzeugung eines dem Erregungssignal proportionalen Gleichstrom-Bezugseignais; durch einen mit den beiden Synchrondemodulatoren (62,82) verbundenen Summationsverstärker (74) zur Erzeugung eines der Amplitudendifferenz zwischen dem Meßobjekt-Gleichstromausgangssignal und dem Bezüge-Gleich-Stromsignal proportionalen verstärkten Differenzsignale; durch eine mit dem Summationsverstärker (74) verbundene Nulldetektorvorrichtung (96) zum Nachweis eines Nullabgleichzustands des verstärkten Signale; durch eine zwischen der Nulldetektorvorrichtung (96) und dem Summationsverstärker (74) vorgesehene VerstSrkungsrege!vorrichtung (102) zur Einstellung und Stabilisierung des Verstärkungsfaktors der Verstärkervorrichtung in einem Abgleichzustand des verstärkten DifferenzeLgnals; durch einen mit der Verstlrkungsrege!vorrichtung (102) verbundenen Arretierungsfunktionsgenerator (108), mittels welchem der Verstärkungsfaktor des Summationsverstärkers während einer vorgegebenen Meßvorgangsdauer auf einem stabilisierten Wert arretiert werden kann; sowie durch eine mit dem Summationsverstürker (74) verbundene Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung (94) für das verstärkte Signal.

8. Verfahren zur Messung der Impedanz eines bioelektrischen Meßobjekts, insbesondere einer oder mehrerer menschlicher Extremitäten, dadurch gekennzeichnet, daß man an das Meßobjekt ein Hochfrequenz-Erregungssignal anlegt, daß man ein in Abhängigkeit von dem Erregungssignal gebildetes Meßobjektaus gangssignal von dem Meßobjekt abnimmt; daß man das Meßobjekt-Ausganassiqnal verstärkt, daß man das verstärkte Meßobjekt-ftusgang3signal und ein von dem Erregungssignal abgeleitetes Bezugssignal in einem Komparator vergleicht, daß man das Ausgangssignal des !Comparators auf einem

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einem Nullabgleiehszustand anqiinMhert-an f cibilisierten Pagel einstellt und stabilisiert, und daß man den Verstärkungsfaktor des VerstMrkers und Komparator« während einer vorge gebenen *<eßvorgangsdauer auf dan stabilisierten Pegel arretiert, um eine Messung von Schwankungen der? Meßobjekt- Ausgangseignals zu ermöglichen.

ORDINAL INSPECTED

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