FI105773B - Method for measuring of bioimpedance - Google Patents

Method for measuring of bioimpedance Download PDF

Info

Publication number
FI105773B
FI105773B FI982289A FI982289A FI105773B FI 105773 B FI105773 B FI 105773B FI 982289 A FI982289 A FI 982289A FI 982289 A FI982289 A FI 982289A FI 105773 B FI105773 B FI 105773B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
electrodes
bioimpedance
impedance
measurement
kopplingar
Prior art date
Application number
FI982289A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI982289A0 (en
FI982289A (en
Inventor
Pasi Kalevi Kauppinen
Jari Aarne Kalevi Hyttinen
Original Assignee
Pasi Kalevi Kauppinen
Jari Aarne Kalevi Hyttinen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pasi Kalevi Kauppinen, Jari Aarne Kalevi Hyttinen filed Critical Pasi Kalevi Kauppinen
Priority to FI982289A priority Critical patent/FI105773B/en
Publication of FI982289A0 publication Critical patent/FI982289A0/en
Publication of FI982289A publication Critical patent/FI982289A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI105773B publication Critical patent/FI105773B/en

Links

Description

1 1057731 105773

Menetelmä bioimpedanssin mittaamiseksi , Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä bioimpedanssin mittaamiseksi käyttäen useita esimerkiksi tietokoneohjatuilla kytkimillä * aikaansaatuja elektrodiasetelmia.The present invention relates to a method for measuring bioimpedance according to the preamble of claim 1, using a plurality of electrode arrays provided, for example, by computer controlled switches *.

5 Bioimpedanssimittauksessa syötetään tunnetun suuruista virtaa kehoon siihen kiinnitettyjen kahden tai useamman elektrodin kautta ja mitataan syötetyn virran aiheuttama potentiaaliero kahden tai useamman elektrodin välillä. Ohmin lain mukaisesti saadaan impedanssi, tai useammin käytettynä vain resistiivinen osa eli resistanssi, mitatun potentiaalieron ja syötetyn virran suhteesta. Ei-invasiivisten 10 bioimpedanssimittausmenetelmien perustavaa laatua oleva ominaisuus on epäsuora mittausperiaate, jonka perusteella pyritään määrittämään kehon anatomiaan tai fysiologiaan perustuvia suureita. Mitattaessa kehon tai sen jonkin osan impedanssia saatuun impedanssisignaaliin voi vaikuttaa monta tekijää, joiden erottaminen toisistaan on mahdotonta perinteisillä bioimpedanssimittausmenetelmillä. Näihin tekijöihin kuuluvat 15 kaikki tapahtumat, jotka muuttavat impedanssimittauksen elektrodiasetelmaan liittyviä ns. kytkentäkenttiä. Kytkentäkentällä tässä yhteydessä tarkoitetaan virransyöttö- ja jännitteenmittauselektrodien kautta syötetyn virran virrantiheyskenttää. Virransyötön ja jännitteenmittauksen elektrodien kytkentäkentät muodostavat yhdessä mittauksen herkkyysjakauman, jonka avulla voidaan arvioida miten pienet tilavuus- tai ; 20 johtavuusmuutokset vaikuttavat mitattavaan signaaliin. Kytkentäkenttiä ja näin mitattua impedanssisignaalia voivat muuttaa mitkä tahansa monimutkaiset samanaikaisestikin tapahtuvat muutokset kehon kudosten sähköisissä, geometrisissä tai fysiologisissa ominaisuuksissa. Riippuen käytettävästä elektrodiasetelmasta, nämä muutokset havaitaan eri tavoin.5 Bioimpedance measurement is applied to current of known magnitude through two or more electrodes attached to the body and measures the potential difference caused by the applied current between two or more electrodes. According to Ohm's law, the impedance, or more often only the resistive part, or resistance, is obtained from the ratio of the measured potential difference to the supplied current. A fundamental feature of non-invasive bio impedance measurement methods is the indirect measurement principle that seeks to determine quantities based on body anatomy or physiology. When measuring the impedance of a body or part of a body, the resulting impedance signal can be affected by many factors, which cannot be distinguished by conventional bio impedance measurement methods. These factors include all events that alter the so-called impedance measurement associated with the electrode assembly. switching fields. The switching field in this context refers to the current density field of the current supplied through the power supply and voltage measurement electrodes. The switching fields of the power supply and voltage measurement electrodes together form the measurement sensitivity distribution to estimate how small the volume or volume is; Changes in conductivity affect the signal being measured. The switching fields and the impedance signal thus measured can be altered by any complex, simultaneous change in the electrical, geometric or physiological properties of body tissues. These changes are detected in different ways, depending on the electrode assembly used.

* ’ * 25 Bioimpedanssimittausten aplikaatioita on useita, mutta tässä hakemuksessa keskitytään ns.* '* 25 There are several applications of bioimpedance measurements, but this application focuses on the so-called.

« impedanssipletysmografisiin aplikaatioihin. Yksi tavoitelluimmista epäsuoralla bioimpedanssimittauksella määriteltävistä parametreista on sydämen pumppaama verimäärä (SV), joka on hyvin herkkä indikaattori useissa sydänsairauksissa. Perinteisillä bioimpedanssiin perustuvilla SV:n mittausmenetelmillä mitataan yleensä joko koko kehon 2 105773 tai vartalon impedanssi ja sydämen pumppaustoiminnan aiheuttamat sykliset muutokset siinä. SV määritellään empiiristen kaavojen avulla mitatusta signaalista. Menetelmät eivät kuitenkaan ole osoittautuneet kovinkaan luotettaviksi, mikä olisi tärkeä ominaisuus käytettäessä bioimpedanssimittausta kliinisessä työssä. Jos menetelmään ei voi luottaa, sen 5 antaman informaation arvo on vähäinen. Tästä syystä bioimpedanssiin perustuvat ei-invasiiviset mittausmenetelmät eivät ole saavuttaneet laajaa kliinistä hyväksyntää. SV:n määrittäminen tapahtuu ainoastaan yhdellä elektrodiasetelmalla mitatusta impedanssisignaalista, joka koostuu useammasta signaalia muokkaavasta tekijästä. Lisäksi, kun yleensä käytetään yhteensä kahdeksaa elektrodia (neljä virran syöttöön ja neljä 10 jännitteen mittaukseen) siten, että virta- ja jännitepiirien kaikkiin terminaaleihin on kytketty kaksi elektrodia, elektrodien kontaktien ominaisuudet vaikuttavat mittauksen herkkyyteen mitata kehon eri osia ja niissä tapahtuvia muutoksia. Kontakteissa olevat impedanssierot voivat siis muuttaa mittauksen herkkyyttä kehon tai mitattavan volyymin eri paikkoihin. Kuva 1 a) esittää perinteistä tetrapolaarista (virta- ja jännitepiireille on omat 15 elektrodit) kehon alueelta tapahtuvaa bioimpedanssimittausta yhteensä kahdeksalla mitattavaan henkilöön (4) kiinnitetyllä elektrodilla (El,..., E8). Kun iho-elektrodi -kontaktit ovat keskenään täsmälleen samanlaiset, syntyneet kytkentäkentät jakautuvat tasan eri elektrodien välillä. Kuva 1 b) esittää periaatteellisen virtajakauman (kytkentäkentän), joka liittyy virransyöttöelektrodeihin niiden kontakti-impedanssien ollessa keskenään 20 samansuuruiset. Tällöin sisään syötetty virta elektrodien El ja E2 kautta jakaantuu tasan.«For impedance plethysmographic applications. One of the most desirable parameters to be determined by indirect bioimpedance measurement is the amount of blood pumped (SV), which is a very sensitive indicator in many heart diseases. Conventional bio-impedance based SV measurement methods generally measure either body-wide 2,105,773 or body impedance and cyclical changes in heart pumping activity. SV is defined by a signal measured by empirical formulas. However, the methods have not proven to be very reliable, which would be an important feature when using bioimpedance measurement in clinical work. If the method cannot be trusted, the value of the information it provides 5 is negligible. For this reason, non-invasive measurement methods based on bioimpedance have not achieved widespread clinical acceptance. The SV is determined by the impedance signal measured by only one electrode assembly, which consists of several signal shaping factors. In addition, when a total of eight electrodes (four for power supply and four for 10 voltage measurement) are typically used with two electrodes connected to each terminal of the current and voltage circuits, the contact characteristics of the electrodes affect the measurement sensitivity to measure different body parts and changes. Therefore, the impedance differences in the contacts can change the sensitivity of the measurement to different locations in the body or the volume being measured. Figure 1 a) shows a conventional tetrapolar (current and voltage circuits have their own 15 electrodes) bioimpedance measurement of a body area with a total of eight electrodes (E1, ..., E8) attached to the person to be measured (4). When the skin electrode contacts are exactly the same, the resulting switching fields are evenly distributed between the different electrodes. Figure 1 b) shows a principal current distribution (switching field) associated with the current supply electrodes with their contact impedances being equal to each other. The input current through the electrodes E1 and E2 is then evenly distributed.

Jos taas El :n iho-elektrodi -kontaktin impedanssin suuruus on vaikka 10 Ohm ja E2:n 100 Ohm, niin silloin vastusjaon mukaisesti El:n kautta kulkee 100-10/(10+100)*100%=90.9% kokonaisvirran määrästä. Tällainen tilanne on esitetty periaatteellisena kuvassa 1 c). Vastaavat muutokset liittyvät elektrodien kontaktien eroihin 25 myös jännitteen mittauksessa. Tämä mahdollinen epätasapaino muuttaa mittausasetelman ominaisuutta mitata esimerkiksi aortassa virtaavan veren aiheuttamaa impedanssin muutosta ja on mahdollista, että tällaiset mittausominaisuuksien satunnaiset ja ’ arvaamattomat muutokset aiheuttavat virheitä bioimpedanssin avulla määritellyissä parametreissä, kuten SVrssa.If, on the other hand, the impedance of the E1 skin electrode contact is even 10 Ohm and the E2 is 100 Ohm, then according to the resistance distribution 100-10 / (10 + 100) * 100% = 90.9% of the total current. Such a situation is shown in principle in Figure 1 c). Corresponding changes are related to differences in electrode contacts 25 also in voltage measurement. This potential imbalance alters the property of the measuring set to measure, for example, the change in impedance caused by blood flowing in the aorta, and it is possible that such random and 'unpredictable' changes in measurement properties cause errors in parameters determined by bioimpedance, such as SV.

30 9 3 10577330 9 3 105773

Kun halutaan tarkempaa ja luotettavampaa tietoa bioimpedanssilla mitattavasta asiasta, on suotavaa tehdä useampi mittaus eri elektrodiasetelmilla, jotka mittaavat eri tavoin bioimpedanssin muodostavia komponentteja. Useampaa erilaista mittausta käytetään esimerkiksi yleisessä 12-kytkentäseen elektrodijäijestelmään perustuvassa 5 elektrokardiografiassakin (EKG), joka mittaa sydämen biosähköistä toimintaa. Jos EKG mitataan ainoastaan yhdellä mittausasetelmalla, sen perusteella ei voi tehdä yksityiskohtaista ja luotettavaa diagnoosia sydämen toiminnasta ja tilasta. Tämän vuoksi yleisesti käytetään 12-kytkentäistäelektrodijärjestelmääEKG:n mittaamisessa. 12-kytkentäisellä EKG:lIa saadaan 12 eri signaalia, joista tosin osa ei ole toisistaan 10 riippumattomia. Kun käytettävissä on useampi signaali, voidaan tehdä luotettavampi diagnoosi.In order to obtain more accurate and reliable information on the subject measured by bioimpedance, it is desirable to perform multiple measurements with different electrode assemblies that measure the components constituting the bioimpedance in different ways. Several different measurements are used, for example, in general 12-lead electrode array based electrocardiography (ECG), which measures the bio-electrical function of the heart. If the ECG is measured with only one measurement setup, it cannot provide a detailed and reliable diagnosis of cardiac function and condition. Therefore, a 12-lead electrode system is commonly used to measure EKG. A 12-lead ECG provides 12 different signals, some of which, however, are not independent of each other. When multiple signals are available, a more reliable diagnosis can be made.

EKG mittaa siis sydämen sähköistä toimintaa. Sähköinen toiminta voi kuitenkin olla normaalia mutta sydän ei silti mekaanisesti toimi toivottavalla tavalla verta siirtävänä pumppuna, mikä sen ensisijainen tehtävä on. Oikein suunnitellulla 15 bioimpedanssimittauksella voidaan saada aikaan mittaussignaali, joka heijastaa suurelta osin myös tätä sydämen mekaanisesta toiminnasta aiheutuvia geometrisiä muutoksia ja verimassojen liikkeitä.The ECG thus measures the electrical activity of the heart. However, electrical activity may be normal but the heart still does not mechanically function as a blood pump, which is its primary function. A well-designed 15 bioimpedance measurement can provide a measurement signal that largely reflects this geometric change and blood mass movements due to mechanical action of the heart.

US. patentti 5720296 esittää menetelmän kehon kudoskoostumuksen määrittämiseen impedanssimittausten avulla. Impedanssi mitataan käyttäen kahdeksaa raajoihin 20 kontaktissa olevaa elektrodia. Sopivasti valitsemalla virta- ja jännitepiirien terminaalien sähköiset liitynnät eri elektrodeihin voidaan mitata impedanssisignaalit kehosta tai kustakin raajasta erikseen. Näin saadaan mitattua ainakin kahdeksan eri mittausasetelmaa yhden, koko kehoa mittaavan asetelman, sijaan. US. patentissa 5720296 esitetään kytkentöjen muuttamiseksi elektroninen kytkin, joka voi kytkeä minkä tahansa 25 virtaelektrodiparin (neljä etukäteen valittua elektrodia kahdeksasta käytettävissä olevasta .· elektrodista) ja vastaavasti jännite-elektrodiparin (jännite-elektrodivaihtoehtoja neljä kahdeksasta mittaukseen käytetystä elektrodista) impedanssimittauspiirin virta- ja jänniteterminaaleihin. Kuva 2 esittää US. patentin 5720296 mukaisen menetelmän toteuttavan laitteen kaaviokuvan. Jännite voidaan esitetyllä menetelmällä (käytettävissä siis 30 neljä elektrodia jännitteen mittaukseen, käytetään kahta kerrallaan) mitata 12 eri tavalla 0 « 4 105773 mukaan lukien ne kuusi tapaa, joissa ainoastaan signaalin polariteetti on vaihtunut (esimerkiksi elektrodit A-B ja toinen kytkentä elektrodit B-A antavat saman signaalin ainoastaan signaalin polariteetti on vaihtunut). Teoreettisesti laskettuna esitetyllä menetelmällä voidaan mitata 12*12=144 mittauskytkentää, tai toisaalta oikeammin 6*6=36 5 toisistaan riippumatonta mittauskytkentää. Ongelmana kyseisessä julkaisussa kuvatussa keksinnössä on se, ettei sen avulla pysty ottamaan kuin rajoitetun määrän kytkentöjä käyttöön. Tällöin mittauksen herkkyysjakaumaa ei pystytä ohjaamaan tietyille kudoksille tai elimille erityisen tarkasti.US. U.S. Patent No. 5,720,296 discloses a method for determining body tissue composition by means of impedance measurements. Impedance is measured using eight electrodes at 20 limbs in 20 contacts. By appropriately selecting the electrical connections of the terminals of the current and voltage circuits to the different electrodes, the impedance signals from the body or from each limb can be measured separately. In this way, at least eight different measuring positions can be measured instead of one for the whole body. US. U.S. Pat. No. 5,720,296 discloses an electronic switch that can switch any 25 current electrode pairs (four preselected electrodes out of the eight available. · electrodes) and a pair of voltage electrodes (voltage electrode alternatives four out of the eight electrodes used for measurement) to impedance terminals. Figure 2 shows the US. a diagrammatic view of a device implementing the method of U.S. Patent No. 5,720,296. Voltage can be measured by the method described (i.e., four electrodes are available for voltage measurement, used two at a time) in 12 different ways, including the six ways in which only the polarity of the signal is reversed (e.g., electrodes AB and the second switching electrodes BA give the same signal only signal polarity has changed). Theoretically calculated, the method described can be used to measure 12 * 12 = 144 measurement connections, or, more correctly, 6 * 6 = 36 5 independent measurement connections. The problem with the invention described in that publication is that it is not capable of providing only a limited number of connections. In this case, the sensitivity distribution of the measurement cannot be precisely targeted to particular tissues or organs.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa kaikki edellä esitetyt epäkohdat ja saada aikaan 10 bioimpedanssimenetelmä- ja laitteisto, jolla voidaan tehdä mittauksia hyvin suurella määrällä erilaisia mielivaltaisia mittauskytkentöjä kytkien tarvittaessa useampi kuin yksi elektrodi impedanssilaitteen terminaalia kohden. Näin voidaan saada monta eri mittausta ja lisätä diagnoosin tekemisessä käytettävää informaatiota. Impedanssimittaus voidaan tehdä tarvittaessa samanaikaisesti biosähköisen, esimerkiksi EKG-mittauksen, aikana käyttäen 15 samoja elektrodeja häiritsemättä biosähköistä mittausta. Uusien impedanssimittausten käyttöönotto on näin helpompaa kun kliinistä mittaustilannetta ei tarvitse muuttaa, mutta saadaan lisäinformaatiota. Lisäksi keksinnön mukaisessa menetelmässä erot käytettävien elektrodien iho-elektrodi -kontaktien impedansseissa kompensoidaan siten, että kontakti-impedanssien erojen aiheuttamat vääristymät tai virheet bioimpedanssin mittaustuloksissa 20 vähenevät.The object of the invention is to eliminate all the above disadvantages and to provide a method and apparatus for bio-impedance 10 which can make measurements with a very large number of different arbitrary measuring connections by connecting more than one electrode per terminal of the impedance device, if necessary. This can provide many different measurements and increase the information used to make the diagnosis. If necessary, the impedance measurement can be performed simultaneously during the bioelectric, for example, ECG measurement, using the same electrodes without interfering with the bioelectric measurement. The introduction of new impedance measurements is thus easier when the clinical measurement situation does not need to be changed, but additional information is obtained. Furthermore, in the method of the invention, the differences in impedances of the skin-electrode contacts of the electrodes used are compensated for by reducing the distortion or errors in the measurement of the bio-impedance caused by the differences in the contact impedances.

• r Tämän keksinnön perusajatuksena on se, että voidaan käyttää mitä tahansa elektrodia sekä virransyöttöön että jännitteen mittaukseen, jolloin mittausasetelmien määrä kasvaa hyvin suureksi. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan käyttää samanaikaisesti useampaa kuin kahta elektrodia jännite- tai virtapiiriin kytkettynä ja näin mahdollisten 25 mittausasetelmien määrä kasvaa vielä moninkertaiseksi. Lisäksi, kun käytetään sopivasti valittuja mittauskytkentöjä, jotka koostuvat tarvittaessa useammista yhteen terminaaliin liitetyistä elektrodeista, on mahdollista saada tarkemmin kehon tiettyjä elimiä tai kudoksia mittaaviabioimpedanssimittauksia.The basic idea of the present invention is that any electrode can be used for both power supply and voltage measurement, thus increasing the number of measuring arrangements. By the method according to the invention, more than two electrodes connected to a voltage or circuit can be used simultaneously and thus the number of possible measuring arrangements is multiplied. In addition, by using appropriately selected measuring circuits consisting of several electrodes connected to one terminal, it is possible to obtain more accurate bi-impedance measurements of certain organs or tissues of the body.

5 105773 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.More specifically, the method of the invention is characterized in what is set forth in the characterizing part of claim 1. Preferred embodiments of the invention are set forth in the dependent claims.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

5 Kuva 1. Bioimpedanssin mittauksen periaate ja toisistaan poikkeavan iho-elektrodi -kontaktin vaikutus mittausherkkyysjakaumaan liittyvän virrantiheyskentän, toisin sanoen kytkentäkentän, muodostumiseen.5 Figure 1. Principle of bioimpedance measurement and the effect of a different skin electrode contact on the formation of a current density field, i.e. a coupling field, related to the measurement sensitivity distribution.

Kuva 2. Kaaviokuva US. patentin 5720296 mukaisen keksinnön toteuttavasta laitteistosta.Figure 2. Schematic view of US. apparatus implementing the invention of patent 5720296.

Kuva 3. Keksinnön mukaisen menetelmän kaaviokuva.Figure 3. Schematic diagram of the method according to the invention.

10 Kuvassa 3 esitetään impedanssimittauslaitteisto, jossa on elektronisesti ohjatut (1) kytkimet (2) impedanssimittauslaitteen (5) jokaisesta neljästä terminaalista (Ui, U2, li, I2) jokaiseen potilaaseen kytkettävään elektrodiin (ELi, ..., EL„; ainakin neljä), joilla voidaan ohjata toisistaan riippumatta jokainen potilaaseen kytketty elektrodi yhteen tai useampaan impedanssimittauslaitteiston terminaaliin. Näin voidaan saada käytettäväksi kaikki 15 mahdolliset erilaiset mittausasetelmät, mitä käytettävissä olevalla elektrodimäärällä (ainakin neljä) voidaan saavuttaa. Tämä saadaan aikaan sähköisellä ohjauksella (1), esimerkiksi tietokoneen avulla, ilman manuaalista kytkentöjen mekaanista muuttamista.Fig. 3 shows an impedance measuring apparatus with electronically controlled switches (1) from each of the four terminals (U1, U2, L1, I2) of the impedance measuring device (5) to each electrode (EU, ..., EL ') connected to each patient; , capable of independently controlling each electrode connected to a patient to one or more terminals of the impedance measuring apparatus. In this way, all 15 possible different measuring arrangements can be made available, which can be achieved with the available number of electrodes (at least four). This is achieved by electrical control (1), for example by means of a computer, without manual mechanical change of the circuits.

Lisäksi laitteisto käsittää ylipäästösuodattimet (9) jokaiseen potilaaseen kytketyistä elektrodeista (ELi, ..., EL,,; ainakin neljä) tuleviin kytkentöihin, jotka ovat ohjattavissa 20 impedanssimittauslaitteiston (5) virransyöttöpiirin terminaaleihin (L, I2) elektronisesti ohjattavien (1) kytkimien (2) avulla. Kun bioimpedanssimittauslaitteisto käyttää korkeataajuista (esimerkiksi 1000 Hz tai suurempi) virtasignaalia, jonka taajuus on merkittävästi suurempi kuin biosähköisten signaalien taajuuskaista (esimerkiksi EKG:n • taajuuskaista yleensä alle 100Hz), voidaan syöttää virtaa useampien elektrodien välillä 25 samanaikaisesti (esimerkiksi E1,E3 - E2,E5,E6 kuvassa 1) kuitenkaan aiheuttamatta vääristymää biosähköiseen mittaukseen. Tällöin voidaan siis mitata biosähköisiä mittauksia samanaikaisesti bioimpedänssimittaukseen kuuluvan virran syötön kanssa 6 105773 kummankaan häiritsemättä toisiaan. Ilman ylipäästösuodattimia käytettäessä useampaa elektrodia esimerkiksi virransyöttöterminaaliin I] kytkettynä, aiheutetaan näiden elektrodien välille oikosulku, toisin sanoen ne kytketään yhteen jolloin niiden biosähköistä toimintaa kuvaavat potentiaalit muuttuvat samoiksi eikä biosähköinen mittaus enää anna 5 tarkoituksenmukaista tietoa.The apparatus further comprises high-pass filters (9) for connections from electrodes (EL, ..., EL,; at least four) connected to each patient, which are controllable by switches (1) of electronically controlled (1) power terminals (L, I2) of the impedance measuring apparatus (5). 2) lets you. When a bio-impedance measuring apparatus employs a high frequency (e.g., 1000 Hz or higher) current signal with a frequency significantly higher than the frequency band of the bioelectric signals (e.g., ECG frequency band generally below 100Hz), current between several electrodes can be supplied simultaneously (e.g., E1, E3, E5, E6 in Figure 1) without causing distortion to the bioelectric measurement. Thus, it is possible to measure bioelectric measurements simultaneously with the power supply included in the bioimpedance measurement 6 105773 without disturbing each other. Without using high-pass filters, for example, when multiple electrodes are connected to a power supply terminal I], a short-circuit is applied between them, that is, their potentials for bio-electrical operation become the same and bio-electrical measurement no longer provides useful information.

Laitteistossa on myös puskuri vahvistimet (8) jokaisessa potilaaseen kytketyistä elektrodeista (ELi,..., ELr,; ainakin neljä) tulevissa kytkennöissä, jotka ohjataan elektronisesti ohjatuilla (1) kytkimillä (2) kahteen sisäänmenevien jännitteiden keskiarvon tuottaviin osiin (6 ja 7), joiden signaalit johdetaan impedanssimittauslaitteen (5) 10 jännitteenmittausterminaaleihin (Ui ja U2). Tällöin voidaan mitata syötetyn virran aiheuttamia potentiaalieroja useampien elektrodien välillä (esimerkiksi E1,E3 - E2,E5,E6 kuvassa 1) kuitenkaan aiheuttamatta vääristymää biosähköiseen mittaukseen (esimerkiksi kuvan 1 elektrodien El ja E3 välillä). Näin voidaan mitata biosähköisiä mittauksia samanaikaisesti bioimpedanssimittaukseen kuuluvan jännitteen mittauksen kanssa 15 kummankaan häiritsemättä toisiaan. Ilman puskurivahvistimia biosähköinen mittaus ei enää anna tarkoituksenmukaista tietoa kytkettäessä useampi elektrodi impedanssimittauslaitteen samaan terminaaliin, koska näiden potentiaalit ovat silloin oikosulussa, vastaavasti kuin virransyöttöelektroditkin kytkettäessä useampi samaan terminaaliin.The apparatus also includes buffer amplifiers (8) at each of the circuits from the electrodes (EL, ..., ELr ,; at least four) connected to the patient, which are controlled by electronically controlled (1) switches (2) to two average voltage generating portions (6 and 7). , the signals of which are applied to the voltage measuring terminals (U1 and U2) of the impedance measuring device (5) 10. Here, potential differences in the applied current between several electrodes (e.g., E1, E3 - E2, E5, E6 in Figure 1) can be measured without causing distortion to the bioelectric measurement (for example, between the electrodes E1 and E3 in Figure 1). In this way, bioelectric measurements can be measured simultaneously with the voltage measurement included in the bioimpedance measurement, without disturbing each other. Without the buffer amplifiers, the bioelectric measurement no longer provides the appropriate information when connecting several electrodes to the same terminal of an impedance measuring device, since their potentials are then short-circuited, as are the power supply electrodes when connected to multiple terminals.

20 Jos bioimpedanssimittausta käytetään esimerkiksi kardiologisiin tarkoituksiin, voidaan valita käytettäväksi esimerkiksi yleistä 12-kytkentäistä EKG elektrodijärjestelmää myös samanaikaiseen bioimpedanssimittaukseen. Tällöin voidaan yhdistää biosähköisen (tässä tapauksessa EKG) ja bioimpedanssin antama informaatio. Bioimpedanssi heijastaa osaltaan sopivia selektiivisiä mittauskytkentöjä käyttämällä hyvin suuresti sydämen 25 biosähköisen toiminnan seurauksena syntyvää varsinaista mekaanista toimintaa.20 If bioimpedance measurement is used, for example, for cardiological purposes, it may also be possible to use a generic 12-lead ECG electrode system for simultaneous bioimpedance measurement, for example. In this case, the information provided by bioelectric (in this case, ECG) and bioimpedance can be combined. The bio-impedance contributes very well to the use of suitable selective measuring circuits by the actual mechanical action resulting from the bio-electrical function of the heart.

. · . Yhdistämällä nämä kaksi eri tekniikkaa voidaan saavuttaa paremmat mahdollisuudet luotettavan ja kattavan diagnoosin tekemiseen kuin mitä kummallakaan mittauksella voitaisiin erikseen tehdä. Lisäksi, jos käytetään joka tapauksessa tehtävää biosähköisen mittauksen elektrodeita impedanssien mittaamiseen, tämä lisäys voidaan tehdä lisäämättä 30 tai muuttamatta merkittävästi kliinistä rutiinia tai hoitajan työmäärää.. ·. Combining these two techniques can provide a better chance of making a reliable and comprehensive diagnosis than either measurement alone. In addition, if in any case biofeedback electrodes are used to measure impedances, this increase can be made without significantly increasing or modifying the clinical routine or the workload of the nurse.

»»

II

7 1057737, 105773

Elektronisesti ohjattavissa (1) oleviin jokaiseen potilaaseen kytketyistä elektrodeista (EL|, ELn’, ainakin neljä) tuleviin sähköisiin kytkentöihin lisätään vastukset (3; Ri, .... Rn).Resistors (3; Ri, .... Rn) are added to the electrical connections from the electrodes (EL1, ELn ', at least four) connected to each patient electronically controlled (1).

Nämä vastukset (Ri.....Rn) tulevat siis sarjaan kytkettäviksi jokaisen iho-elektrodi - kontaktiin liittyvän sähköisen vastuksen kanssa. Nämä lisävastukset (3) ovat elektronisesti 5 ohjattavissa (1) ja niiden vastus on myös elektronisesti aseteltavissa halutun suuruiseksi. Vaihtoehtoisesti lisävastukset voidaan toteuttaa digitaalisesti säädettävien vastusten sijaan perinteisillä vastuksilla. Jos impedanssimittauslaitteiston (5) virta-ja jännitepiirit toimivat ideaalisesti, jolloin virtalähde syöttää vakiovirtaa riippumatta siihen kytketyn kuorman suuruudesta ja jännitemittauspiirin sisäänmenoimpedanssi on ääretön, voidaan 10 lisävastukset (3) asettaa äärettömän suuruisiksi niiden kuitenkaan vääristämättä mittausta. Käytännössä lisävastukset (3) voivat impedanssimittausinstrumentoinnin (5) toteutuksesta riippuen olla muutaman sadan tai kilo-ohmin suuruisia. Kun lisätään esimerkiksi 10 kOhm:n lisävastukset kuvan 1 elektrodeihin El ja E2 kytkettyihin johtoihin, niin silloin virta jakautuu aiemmasta esimerkistä poiketen (El:n kautta 91.9%) paljon tasaisemmin, 15 mikä on mittauksen suorittamisen kannalta tarkoituskin ja tuottaa täsmällisemmän mittauksen. Nyt esimerkissämme siis 10 kohm:n lisävastuksia käytettäessä virta jakautuu seuraavasti vastusjaon mukaan: El :n kautta kulkee 100-(10+10 000)/(10+10 000+100+10 000)*100%=50.2 % sisäänsyötetystä virrasta vaikkakin iho-elektrodien sähköiset vastukset El :n ja E2:n välillä ovat toisistaan hyvin poikkeavat (El 10 ohm, E2 100 ohm).These resistors (Ri ..... Rn) thus become connected in series with each electrical resistor associated with the skin electrode contact. These additional resistors (3) are electronically controllable (1) and their resistors can also be electronically adjusted to the desired size. Alternatively, the auxiliary resistors may be implemented with conventional resistors instead of digitally adjustable resistors. If the current and voltage circuits of the impedance measuring apparatus (5) function ideally, whereby the power supply supplies a constant current regardless of the load applied thereto and the input impedance of the voltage measuring circuit is infinite, the additional resistors (3) can be set infinitely large. In practice, depending on the implementation of the impedance measurement instrumentation (5), the additional resistors (3) may be a few hundred or kilo ohms. By adding, for example, additional resistors of 10 kOhm to the wires connected to the electrodes E1 and E2 of Fig. 1, the current is distributed much more uniformly (through E1 by 91.9%), which is useful for performing a measurement and provides a more accurate measurement. So now in our example, with 10 kohm extra resistors, the current is distributed according to the resistance divide: E1 passes 100- (10 + 10,000) / (10 + 10,000 + 100 + 10,000) * 100% = 50.2% of the current supplied, though the skin the electrical resistances of the electrodes between E1 and E2 are very different (E110 ohm, E2 100 ohm).

20 Käyttämällä mahdollisimman suuriaTisävastuksia jokaisessa elektrodiin kytketyssä johdossa, voidaan siis mittauksen luotettavuutta parantaa. Käytetyn lisävastuksen suurin mahdollinen arvo määräytyy impedanssimittausinstrumentoinnin kapasiteetista toimia ( I ------- lisääntyneen kuorman (vastuksen) kanssa, eli edellä esitetyn virransyöttöpiirin ja jännitteen mittauspiirin ideaalisuuksista.20 By using as large auxiliary resistors as possible in each conductor connected to the electrode, the reliability of the measurement can be improved. The maximum value of the auxiliary resistor used is determined by the capacity of the impedance measurement instrumentation to operate (I ------- with increased load (resistor)), that is, the idealities of the above power supply circuit and the voltage measurement circuit.

25 Edellä kuvattujen menetelmien toteuttavat laitteet voidaan integroida olemassaolevaan impedanssimittauslaitteeseen, tai ne voivat olla erillinen lisälaite, jota voidaan käyttää • . olemassaolevan laitteen kanssa.Devices implementing the methods described above may be integrated into an existing impedance measuring device, or may be a stand - alone accessory that may be used. with an existing device.

Keksintöä ei ole rajoitettu edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.The invention is not limited to the above embodiments, but may be modified within the scope of the appended claims.

Claims (7)

8 1057738 105773 1. Menetelmä bioimpedanssin mittaamiseksi käyttäen elektronisesti ohjattavia (1) kytkimiä (2) mittausasetelman muodostamisessa, tunnettu siitä, että mainituilla kytkimillä ohjataan potilaaseen kytkettyjä elektrodeja (ELI, ..., ELn) 5 toisistaan riippumatta kytkien ainakin yksi elektrodi impedanssimittauslaitteen (5) jokaiseen terminaaliin (UI, U2, II, 12) ja että biosähköinen ja bioimpedanssin mittaus suoritetaan samanaikaisesti siten että mittauksiin käytetyt mainitut elektrodit ovat osittain tai kokonaan samat.A method for measuring bioimpedance using electronically controlled (1) switches (2) to form a measuring arrangement, characterized in that said switches control patient-connected electrodes (ELI, ..., ELn) 5 independently connecting at least one electrode to each terminal of the impedance measuring device (5). (U1, U2, II, 12) and that the bioelectrical and bioimpedance measurements are performed simultaneously, with the said electrodes used for the measurements being partially or totally identical. 2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att elektroniskt (1) styrda förkopplingsmotständ (3) används i alla kopplingar av elektroder (ELi,..., Eln) som har fasts pä patienten.2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att electroniciskt (1) styrda förkopplingsmotständ (3) används i alla kopplingar av electroder (EU, ..., Eln) som har fasts pä patienten. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään 10 elektronisesti (1) ohjattavia lisävastuksia (3) jokaisissa potilaaseen liitettyjen elektrodien (EL|, ..., EL„) kytkennöissä.Method according to Claim 1, characterized in that 10 additional electronically controlled (1) resistors (3) are used in each connection of the electrodes (EL 1, ..., EL 1) connected to the patient. 3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att buffertförstärkare (8) används i alla kopplingar frän elektroder (ELi,..., Eln), vilka kopplingar sammankopplas med de ovan nämnda kopplingama beroende av deras kopplingstillständ via tvä minskande delar (6 och 7) av medelvärdesspänningen tili spänningsmätterminaler (Ui, U2) i impedansmätarrangemanget (5).3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att buffertförstärkare (8) används i alla kopplingar frän elektroder (EU, ..., Eln), a bunch of bunches of bumblebees and bunches of bunches 6 of 6 ) av medelvärdesspänningen account spänningsmätterminaler (Ui, U2) i impedansmätarrangemanget (5). 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään puskurivahvistimia (8) jokaisissa elektrodeista (ELi,..., EL„) tulevissa kytkennöissä, jotka yhdistetään mainituilla kytkimillä kytkimien tiloista riippuen kahden 15 keskiarvojännitteen laskevan osan (6 ja 7) kautta impedanssimittauslaitteiston (5) jännitteenmittausterminaaleihin (Ui, U2).Method according to Claim 1, characterized in that buffer amplifiers (8) are used in each of the connections from the electrodes (EL, ..., EL ") which are connected by said switches, depending on the switch states, via two impedance measuring devices (6 and 7). (5) voltage measuring terminals (U1, U2). 4. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att högpassfilter (9) används i alla kopplingar frän elektroder (ELi,.. .,Eln), vilka kopplingar styrs till terminaler (L, I2) i impedansmätarrangemangets (5) strömmatningskrets med hjälp av elektroniskt styrda kopplingar beroende av deras kopplingstillständ.4. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att högpassfilter (9) används i alla kopplingar frän electroder (EU, .., Eln), pulley copyrights till terminaler (L, I2) i impedansmätarrangemangets (5) strömmatningskrets med hjäl. styrda kopplingar beroende av deras kopplingstillständ. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään ylipäästösuodattimia (9) jokaisissa elektrodeista (EL|,..., EL„) tulevissa kytkennöissä, jotka ohjataan impedanssimittauslaitteiston (5) virransyöttöpiirin terminaaleihin (L, I2) 20 elektronisesti ohjattavien kytkimien avulla kytkimien tiloista riippuen.Method according to Claim 1, characterized in that high-pass filters (9) are used in each of the connections from the electrodes (EL 1, ..., EL 1) which are connected to the power supply circuit terminals (L, I 2) 20 of the impedance measuring apparatus (5) by electronically controlled switches depending on the switch states. 5. Apparat för utformning av ett mätarrangemang vid bioimpedansmätningen omfattande elektroniskt styrda (1) kopplingar (2), kännetecknad av att elektroder (ELj, ..., Eln) som har fästs pä patienten kan oberoende av varandra styras med de nämnda kopplingama tili vilken terminal (Ui, U2, li, I2) som heist vid impedansmätapparaten (5).5. Apparat för utformning av et mätarrangemang vid bioimpedansmätningen omfattande electronisk styrda (1) kopplingar (2), transducer av att electroder (ELj, ..., Eln) som har fästs pat patienten can oberoende av varandra styras med de nämnda kopplingama account. terminal (U1, U2, li, I2) som Heist vid impedansmätapparaten (5). 5. Laite mittausasetelman muodostamiseksi bioimpedanssimittauksessa käsittäen elektronisesti ohjattavia (1) kytkimiä (2), tunnettu siitä, että mainituilla kytkimillä on ohjattavissa potilaaseen kytkettyjä elektrodeja (ELi,..., EL„) toisistaan riippumatta impedanssimittauslaitteen (5) mihin tahansa terminaaliin (Ui, U2, li, I2).Apparatus for forming a measuring arrangement for bioimpedance measurement comprising electronically controlled switches (1), characterized in that said switches are capable of controlling patient-connected electrodes (EL, ..., EL ") independently of any of the terminals (Ui, ...) of the impedance measuring device (5). U2, li, I2). 6. Apparat enligt patentkrav 5, kännetecknad av att den nämnda apparaten har integrerats med bioimpedansmätapparaten (5). „ 105773Apparat enligt patentkrav 5, a transducer means for integrating this apparatus with bioimpedance methods (5). "105773 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu laite on integroitu : bioimpedanssimittauslaitteeseen (5). 9 105773Device according to Claim 5, characterized in that said device is integrated: in a bioimpedance measuring device (5). 9 105773 7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu laite on käytettävissä erillisen bioimpedanssimittauslaitteen (5) kanssa. * Patentlcrav 105773 1 .Förfarande for mätning av bioimpedans genom användning av elektronisiä styrda kopplingar (2) vid utformningen av ett mätarrangemang, kännetecknat av att elektroder (ELI,Eln) som har fästs pä patienten styrs oberoende av varandra med hjälp av de nämnda kopplingama genom att koppia ätminstone en elektrod till vaije terminal (UI, U2, II, 12) i impedansmätapparaten (5) och att den bioelektriska mätningen och mätningen av bioimpedans utförs samtidigt sä att de nämnda elektroder som används för mätningar är delvis eller helt desamma.Device according to claim 5, characterized in that said device is operable with a separate bio impedance measuring device (5). * Patent Patent 105773 1 .Förfarande for mätning av bioimpedans genom användning av electronic styrda kopplingar (2) vid utformningen av etmarrangemang, telnet electrospeed (ELI, Eln) som har fästs Pärtand averand n. att copy ätminstone en electrode till vaje terminal (U1, U2, II, 12) i impedance mode (5) och att den bioelectric mätningen och mätningen av bioimpedan utförs samtidigt ä de nd electrode som används för mätningar är delvis hl. 7. Apparat enligt patentkrav 5, kännetecknad av att den nämnda apparaten kan användas med den separata bioimpedansmätapparaten (5). 9Apparat enligt patentkrav 5, a transducer of an apparatus of this type for separation of bioimpedance methods (5). 9
FI982289A 1998-10-23 1998-10-23 Method for measuring of bioimpedance FI105773B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI982289A FI105773B (en) 1998-10-23 1998-10-23 Method for measuring of bioimpedance

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI982289 1998-10-23
FI982289A FI105773B (en) 1998-10-23 1998-10-23 Method for measuring of bioimpedance

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI982289A0 FI982289A0 (en) 1998-10-23
FI982289A FI982289A (en) 2000-04-24
FI105773B true FI105773B (en) 2000-10-13

Family

ID=8552761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI982289A FI105773B (en) 1998-10-23 1998-10-23 Method for measuring of bioimpedance

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI105773B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010091693A1 (en) 2009-02-12 2010-08-19 JR Medical OÜ Multi-channel impedance cardiograph and method of multi-channel impedance cardiography

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010091693A1 (en) 2009-02-12 2010-08-19 JR Medical OÜ Multi-channel impedance cardiograph and method of multi-channel impedance cardiography

Also Published As

Publication number Publication date
FI982289A0 (en) 1998-10-23
FI982289A (en) 2000-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7457660B2 (en) Eliminating interface artifact errors in bioimpedance measurements
US11896284B2 (en) System and method for measurement of an impedance using a catheter such as an ablation catheter
EP1384436B1 (en) Measurement system and electrode for measuring skin impedance in small region of skin
US7340294B2 (en) Impedance measurement apparatus for assessment of biomedical electrode interface quality
US11191442B2 (en) Method and system for monitoring internal electrical impedance of a biological object
JP3947379B2 (en) Electrical property measuring device
Singh et al. A low-cost portable wireless multi-frequency electrical impedance tomography system
RU2732344C2 (en) System, recorder and surface electromyography method
EP3209197A1 (en) Simultaneous impedance testing method and apparatus
KR20190136950A (en) Bio-impedance and contact impedances measurement
EP3946114A1 (en) Method and system for monitoring tissue ablation through constrained impedance measurements
FI105773B (en) Method for measuring of bioimpedance
Ulbrich et al. A thorax simulator for complex dynamic bioimpedance measurements with textile electrodes
Tuohimäki et al. Electrode comparison for textile-integrated electrocardiogram and impedance pneumography measurement
Kadir et al. A multi-frequency focused impedance measurement system based on analogue synchronous peak detection
US11963777B2 (en) Quantification and of electrocardiogramag drive function system and method
WO2023163116A1 (en) Lesion evaluation device, lesion evaluation method, lesion evaluation program, and computer-readable non-transitory storage medium
KR101041943B1 (en) Apparatus for Measuring Body Surface Potential Mapping Using Electric Non-Contact Electrocardiogram
Ramos et al. A wireless sensor network for fat and hydration monitoring by bioimpedance analysis
Wang et al. Prototyping a wearable bioimpedance spectroscopy monitoring system
FI108275B (en) Multichannel impedance measuring method
Köksal et al. Low Cost Non-İnvasive Portable Monitor Platform for Cardiac Biopotential and Transthoracic Impedance Measurements
JP4684798B2 (en) Method and apparatus for measuring trunk visceral fat and subcutaneous fat with optimal electrode area arrangement
KR20020080172A (en) Apparatus and method for measuring electrical characteristic of human body
KR20040026065A (en) Mid-board of computer system for detecting ECG and BIA with one sencing means and method of operating it