DK149239B - Kobling til bestemmelse af aendringer i impedansen af biologiske objekter, navnlig af levende vaev. - Google Patents

Description

U9239 i 5 Opfindelsen angår en kobling til bestemmelse af ændringer i impedansen af biologiske objekter, navnlig af levende væv.

Koblingen skal muliggøre en måling af en ohmsk og 10 en kapacitiv komposant i den pågældende impedansæn dring .

En sådan elektrisk kobling til et biologisk objekt, for eksempel et levende væv, kan være en serie-15 parallelkoblingskreds, bestående af en arbejdsmodstand med en parallel kapacitet, med hvilken kombination der er indskudt en ekstra kapacitet i serie. Den ohmske modstand i vævet er ved målinger med vekselstrøm overvejende en egenskab af intercellularvæsken.

20 Den parallelle kapacitet svarer til membranerne i alle celler i vævet, der er anbragt i lag i række mellem de aftagende elektroder. Denne membranskapacitet har først og fremmest ved levende væv en overordentlig stor fysiologisk betydning. En direkte bestem-' 25 melse af den ved hjælp af en seriekapacitet hindres dog af en diffusionskapacitet, der opstår ved ophobning af ioner, som udløses ved gennemgangen af strømmen, og som også under fordelagtige betingelser er langt større end membrankapaciteten. Helt nøjagtigt 30 forekommer der også en induktiv komposant, der dog ved biologiske objekter er så lille, at man kan se bort fra den.

Kendte koblinger af den foreliggende art muliggør 2 149239 1 en bestemmelse af ændringer i impedansen på den måde, at der i serie med det undersøgte objekt indskydes en modstand af kendt størrelse, medens der til denne kombination er tilsluttet en højfrekvensstrøm.

5 Ved hjælp af et elektronisk voltmeter bliver derefter såvel spændingen på det undersøgte objekt som også spændingen på hele seriekombinationen målt. Ud fra de målte størrelser og størrelsen af den tilsluttede modstand kan impedansen beregnes. Hvis der for eksem-10 pel ved studium af en bestemt art af et levende væv udføres en række målinger, er det tilstrækkeligt ved forskellige fysiologiske tilstande af det undersøgte væv blot at bestemme spændingsændringer. Hvis der til seriekombinationen modstand-væv tilføres 15 en højfrekvensstrøm med konstant spænding, er den på det undersøgte væv målte spændingsværdi proportional med den impedansændring, der skal bestemmes, og tilstrækkeligt oplysende i det givne tilfælde.

En beregning af den absolutte værdi af impedansen 20 bliver så ikke mere udført.

En ulempe ved disse kendte koblinger er det, at de kun gengiver impedansændringer i undersøgte objekter som vektorsummen af deres modstands- og kapaci-25 tetskomposanter. En vektorsum af impedanskomposanter Uden bestemmelse af andelene af disse komposanter giver dog ingen kilde til en maksimal information over de fysiologiske ændringer i de undersøgte objekter. En forholdsvis lille ændring i den impedans, 30 der skal bestemmes, hvilken ændring ved anvendelse af kendte målemetoder allerede ligger uden for grænsen for bestemmelsesmulighederne, kan nemlig forårsages og bliver også forårsaget af langt større ændringer i de enkelte komposanter.

3 149239 1 En vis impedans i et biologisk objekt, for eksempel et levende væv, frembyder en modstand mod gennemgang af en til vævet koblet højfrekvensstrøm. Denne impedans har en ohmsk, en kapacitiv og en induktiv kompo-5 sant. Den induktive komposant er ved et levende væv så lille, at man kan se bort fra den for yderligere overvejelser. Målingen af værdier, der er proportionale med de værdier af de ohmske og kapacitive komposanter..i impedansen, der skal bestemmes, udføres 10 på den måde, at det undersøgte levende væv under anvendelse af punktformede elektroder sammen med to ens, i serie indskudte modstande tilsluttes til klemmer på en højfrekvensgenerator. .Ved en vis størrelse af den pågældende spænding måles såvel spænding-15 en på seriekombinationen modstand-væv som også spændingen på vævet selv ved hjælp af et elektronisk voltmeter. De målte spændinger er proportionale med de impedanskomposanter, der skal bestemmes.

De absolutte værdier af impedanskomposanterne kan 20 forholdsvis enkelt beregnes ud fra de målte værdier, men det er i praksis i reglen ikke nødvendigt. Målingerne udføres ved en konstant pålagt spænding, og de målte værdier er tilstrækkelig oplysende for studiet af fysiologiske tilstande i det undersøgte 25 væv.

En ulempe ved målinger på denne måde er, at den egentlige måling må udføres af mindst to personer, navnlig ved et studium af væv i levende skabninger. Den 30 ene er beskæftiget med manipulation af elektroderne, medens den anden betjener måleinstrumenterne. Derved bliver de opnåede resultater belastet med en vis fejl, da man ved de kendte koblinger ikke kan sikre en samtidig aflæsning af to forskellige spændinger 4 149239 1 i det øjeblik, hvor den pålagte spænding er nøjagtigt indstillet til den krævede størrelse. Den samtidige aflæsning kan ikke opnås ved samtidig anvendelse af to måleinstrumenter og heller ikke med et målein-5 strument med mulighed for en omkobling.

Den foreliggende opfindelse tager sigte på at undgå denne ulempe, og dette opnås ifølge opfindelsen ved, at koblingen er udformet som angivet i krav 10 l's kendetegnende del.

Ved at anvende en kobling med en kombination af to lige store modstande og det målte objekt bliver det muligt at bestemme impedansen for objektet simpelt 15 ved bestemmelse af spændingsforskelle, der kan måles meget nøjagtigt, hvorefter den ønskede impedans er simpel at beregne.

Når der pålægges en konstant højfrekvensspænding, 20 vil de ved den anden modstand og ved det undersøgte væv målte spændinger være proportionale med modstands-og kapacitetskomposanten af de impedanser, der skal bestemmes.

25 Bestemmelsen af andele af de enkelte impedanskomposan- ter forøger følsomheden og beviskraften af målingerne væsentligt, så at man herved får mulighed for mere nøjagtigt at skelne mellem målte ændringer i de fysiologiske tilstande af de undersøgte biologiske 30 objekter.

En kobling til automatisk bestemmelse af værdier, der er proportionale med impedanskarakteristikken af biologiske objekter, er fortrinsvis udformet 149238 5 1 som angivet i krav 2.

Ved denne udformning er det muligt i det øjeblik, hvor den spænding, der er pålagt på den nævnte serie-5 kombination af to ens modstande og af det undersøgte objekt, når den krævede størrelse samtidig at aftaste spændingsværdierne på kombinationen modstand-væv og på det egentlige væv. De samtidig af tastede spændinger optages enten af en talindikator eller trykkes 10 direkte, for eksempel ved hjælp af et passende gengiveapparat. Betjeningen af et sådant måleapparat er begrænset blot til en indtrykning af en trykknap til start. De opnåede værdier er således ikke belastet med fejl på grund af for sen eller ikke samtidig 15 aflæsning.

Opfindelsen forklares nærmere under henvisning · til tegningen, på hvilken 20 fig. 1 viser et eksempel på et principielt koblingsbillede til koblingen ifølge opfindelsen, fig. 2 grafisk afhængigheden mellem målte 25 spændingsværdier og komposanter i den målte impedans, fig. 3 principielt et koblingsbillede for et måleapparat til samtidig optagelse 30 af begge de målte spændingsværdier, og fig. 4 en praktisk udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen.

149239 6 1 Et objekt 3, der skal undersøges, .er i fig. 1 i serie med to ens modstande 1 og 2 tilsluttet til klemmer på en højfrekvensgenerator 4. Et elektronisk voltmeter 13, der til stadighed er tilsluttet til 5 punkter 5, 6 og 7 mellem de nævnte dele 1 til 4, måler spændingsværdier ϋχ, U2 og U3, fig. 2. ϋχ er den spænding, der er pålagt hele seriekombinationen, U2 er den spænding, der måles på seriekombinationen modstand-væv, og U3 er den spænding, der måles 10 på det egentlige væv. Værdien af de anvendte modstande er Ri = R2- Af den grafiske fremstilling følger det, at størrelsen af modstandskomposanten re er givet af en ligning 15 re = U3 . cos f medens kapacitetskomposanten kap er lig med kap = U3 . sin 20 I fig. 3, der viser et principkoblingsbillede for apparatet til samtidig og automatisk måling af begge størrelser, er der anvendt samme henvisningsbetegnelse til samme elementer som i fig. 1. Til punkterne 25 5, 6 og 7 i seriekombinationen af de to ens modstande 1 og 2 og det undersøgte objekt 3 er der tilsluttet et komparatorkredsløb 9, til hvilken der over en klemme 11 tilfødes en referencespænding, der er stabiliseret til størrelsen ϋχ. Så snart amplituden 30 af det tilførte signal i et punkt 5 når størrelsen ϋχ, forarbejder komparatorblokken 9 spændinger i punkterne 6 og 7, og disse angives ved hjælp af gengiveapparater 8 som resulterende værdier af U2 og U3.

7 149239 1 Ved den i fig. 4 viste praktiske udførelsesform for apparatet i fig. 3 anvendes der som gengiveapparater cifferenheder, der fås fra porte 821 og 831, fra tællere 822 og 832, fra analog-digitalomsættere 5 823 og 833 og fra cifferindikatorer 824 og 834.

Ved hjælp af en trykknap 10 startes den amplitudemodulerede generator 4, og denne føder med sin strøm §£ en frekvens på 105 Hz og en strømstyrke af en størrelsesorden på lO'^A seriekombinationen af de 10 to ens modstande 1 og 2 og det undersøgte væv 3.

En komparator 91 sammenligner det amplitudemodulerede signal fra generatoren 4 med spændingen på klemmen 11, der er stabiliseret på værdien = 4 mV. I

det øjeblik, hvor amplitudemodulationen når op til 15 værdien U]_, begynder generatoren 12 for trinspænding at arbejde. Samtidig sammenligner komparatoren 92 spændingen på stedet 6 med udgangen fra analog-digi talomsætteren 833 og af spærrer ved den samme højde af spændingerne porten 831, hvorved tælleren 20 832 bringes til at stå stille, så at den målte spæn ding på nummerindikatoren 834 kan bestemmes som resulterende værdi U3. Til en yderligere måling behøver apparatet ikke yderligere forberedelse.

Når vævet 3 er erstattet af et andet, behøver man 25 blot at trykke på trykknappen 10, og på nummerindika-torerne 824 og 834 viser der sig samtidig nye værdier, der svarer til målingerne af spændingerne U2 og U3 i det nye væv. 1

Koblingen ifølge opfindelsen og det tilhørende apparat muliggør en bestemmelse af ændringer i impedansen af biologiske objekter med langt større beviskraft end hidtil kendte koblinger. Efter nye opdagelser er impedansændringer en vigtig biofysikalsk egenskab 149239 8 1 af væv, der typisk angiver morphologiske tilstande af celler, hvad der er af stor betydning, først og fremmest til en tidlig diagnose af forskellige slags karcinomer.