RU2016543C1 - Method of studying functional status of biological test object and apparatus for effecting same - Google Patents

Method of studying functional status of biological test object and apparatus for effecting same Download PDF

Info

Publication number
RU2016543C1
RU2016543C1 RU9393020040A RU93020040A RU2016543C1 RU 2016543 C1 RU2016543 C1 RU 2016543C1 RU 9393020040 A RU9393020040 A RU 9393020040A RU 93020040 A RU93020040 A RU 93020040A RU 2016543 C1 RU2016543 C1 RU 2016543C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
voltage
electrodes
biological object
components
Prior art date
Application number
RU9393020040A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93020040A (en
Inventor
С.А. Куделькин
С.И. Лютенко
Г.М. Бахрах
А.Г. Редькин
Original Assignee
Инженерный центр электрофизических приборов
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 Инженерный центр электрофизических приборов filed Critical Инженерный центр электрофизических приборов
Priority to RU9393020040A priority Critical patent/RU2016543C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2016543C1 publication Critical patent/RU2016543C1/en
Publication of RU93020040A publication Critical patent/RU93020040A/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: measurements of complex resistances offered by biological test object by known methods and devices were taken with the aim of evaluating functional status of biological test objects. Specifically, measurements were made of components of complex resistance consisting of resistive and capacitive components of bipole resistance. Bipole offered resistance in region between electrodes applied to biological test object and resistance parameters were by and large measured for it, but principle of distribution of bipole resistance components relative to certain frame of reference remains unknown. Object of this invention consists in finding points of balance where resistive or/and capacitive components of biological test object impedance are equal with respect to plane of symmetry which is made up by system with two symmetrically positioned electrodes applied to biological test object. Electrodes must be applied to biological test object in such a manner that plane of symmetry of biological test object be in coincidence with plant of symmetry of system of electrodes applied to biological test object. Plane of symmetry made up in similar fashion and symmetrically disposed electrodes constitute frame of reference relative to which is measured distribution of components of resistance arising between electrodes with the view to assessing extent of asymmetry of such distribution. In special case one will have not to define all distribution curves, but solely points of balance in which bipole resistance components are equal. Combination of these points permits plotting electric structure chart which reflects functional status of biological test object. EFFECT: higher accuracy of determining functional status of biological tests objects. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам и устройствам для исследования импедансных свойств биообъекта и может быть использовано для определения пространственной асимметрии любого объекта. The invention relates to medical equipment, and in particular to methods and devices for studying the impedance properties of a biological object and can be used to determine the spatial asymmetry of any object.

Известен способ и устройство на основе измерения и регистрации активной и реактивной составляющей полного сопротивления биообъекта при подаче на биообъект импульса стабилизированного тока, измерении напряжения на биообъекте в фиксированные два момента времени после начала импульса тока. A known method and device based on measuring and recording the active and reactive component of the impedance of a biological object when a stabilized current pulse is applied to the biological object, measuring the voltage on the biological object at a fixed two points in time after the start of the current pulse.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, предназначенное для исследования электрических параметров биоткани и позволяющее получить кривые зависимости тангенса фазового угла и модуля полного импеданса от частоты подаваемого тока, и по виду этих зависимостей судить о функциональном состоянии биоткани. Устройство для исследования функционального состояния биоткани содержит управляемый генератор, токовый и потенциометрический электроды, усилитель, блок фазовых детекторов, индикатор. The closest technical solution to the invention is a device designed to study the electrical parameters of biological tissue and allowing to obtain curves of the dependence of the tangent of the phase angle and the absolute impedance module on the frequency of the supplied current, and by the form of these dependencies to judge the functional state of the biological tissue. A device for studying the functional state of a biological tissue contains a controlled generator, current and potentiometric electrodes, an amplifier, a phase detector unit, and an indicator.

Однако известные способы и устройства измеряют параметры биообъекта как параметры пассивного двухполюсника и не позволяют определить точки равенства составляющих импеданса относительно плоскости симметрии биообъекта, а также оценить пространственную асимметрию распределения составляющих комплексного сопротивления биообъекта. Совокупность этих точек позволяет построить электроструктурограмму, которая отражает функциональное состояние биообъекта. However, the known methods and devices measure the parameters of a biological object as parameters of a passive two-terminal device and do not allow determining the points of equality of the components of the impedance relative to the plane of symmetry of the biological object, as well as assessing the spatial asymmetry of the distribution of components of the complex resistance of the biological object. The combination of these points allows you to build an electrostructure, which reflects the functional state of the biological object.

Измерения комплексных сопротивлений биообъекта известными способами и устройствами производились с целью оценки функционального состояния биообъектов, при этом измерялись составляющие комплексного сопротивления, состоящего из резистивной и емкостной составляющей сопротивления двухполюсника. Сопротивление двухполюсника образовывалось между электродами, накладываемыми на биообъект, и параметры сопротивления измерялись в целом для него, при этом неизвестным оставалось распределение составляющих сопротивления двухполюсника относительно некоторой системы отсчета. Measurements of the complex resistances of a biological object by known methods and devices were carried out in order to assess the functional state of biological objects, while the components of the complex resistance, consisting of the resistive and capacitive components of the resistance of a two-terminal device, were measured. The resistance of the two-terminal network was formed between the electrodes superimposed on the biological object, and the resistance parameters were measured as a whole for it, while the distribution of the resistance components of the two-terminal device with respect to some reference system remained unknown.

Задача изобретения состоит в том, чтобы определить точки баланса, где равны резистивные и/или емкостные составляющие полного сопротивления биообъекта по отношению к плоскости симметрии, которую образует система с двумя симметричными электродами, наложенными на биообъект. Электроды накладывают на биообъект так, чтобы плоскость симметрии биообъекта совмещалась с плоскостью симметрии системы электродов, наложенных на биообъект. Плоскость симметрии, образованная подобным образом, и симметричное расположение электродов образуют систему отсчета, относительно которой измеряют распределение составляющих сопротивления, образованного между электродами, с целью оценки асимметрии такого распределения. В частном случае определяют не все кривые распределения, а только точки баланса, в которых составляющие сопротивления двухполюсника равны. The objective of the invention is to determine the balance points where the resistive and / or capacitive components of the impedance of the biological object are equal with respect to the plane of symmetry, which forms a system with two symmetric electrodes superimposed on the biological object. The electrodes are superimposed on the bioobject so that the plane of symmetry of the bioobject is aligned with the plane of symmetry of the system of electrodes superimposed on the bioobject. The symmetry plane formed in this way and the symmetrical arrangement of the electrodes form a reference frame relative to which the distribution of the components of the resistance formed between the electrodes is measured in order to assess the asymmetry of such a distribution. In the particular case, not all distribution curves are determined, but only the balance points at which the components of the two-terminal resistance are equal.

Измерение распределения производится с помощью зонда, который перемещают вдоль линии от одного электрода к другому электроду вблизи поверхности биообъекта. На электродах формируют напряжение, причем напряжение на одном электроде противофазно напряжению на другом электроде относительно нулевой точки измерения. Формирование напряжения на биообъекте и измерение распределения составляющих сопротивления производит изобретенное устройство, в котором вычисление и управление выполняет микроЭВМ. В частном случае, с целью повышения точности, перемещение измерительного зонда может осуществлять приводной механизм, управляемый от микроЭВМ. Регистрация местонахождения зонда относительно плоскости симметрии производится с помощью координатного устройства и микроЭВМ. Используя новый способ и устройство, возможно снятие электроструктурограммы как с помощью оператора, так и автоматизированно. The distribution is measured using a probe, which is moved along the line from one electrode to another electrode near the surface of the biological object. A voltage is generated at the electrodes, the voltage at one electrode being out of phase with the voltage at the other electrode relative to the zero point of measurement. The voltage generation at the biological object and the measurement of the distribution of the resistance components are performed by the invented device, in which the microcomputer performs the calculation and control. In the particular case, in order to improve accuracy, the movement of the measuring probe can be carried out by a drive mechanism controlled by a microcomputer. The location of the probe relative to the plane of symmetry is recorded using a coordinate device and a microcomputer. Using the new method and device, it is possible to remove the electrostructural pattern both with the help of the operator, and automatically.

Способ осуществляется следующим образом. Выбирается плоскость симметрии биообъекта. Формируют переменное напряжение на двух электродах, которые прикладывают к биообъекту симметрично относительно плоскости симметрии биообъекта. Фаза колебания напряжения на одном электроде противоположна фазе колебания на другом электроде, а амплитуды напряжений равны. Измеряют амплитуду и фазу тока, протекающего через биообъект. Проводя зондом вблизи поверхности биообъекта по направлению от первого электрода ко второму электроду, измеряют амплитуду и фазу напряжения в каждой точке. Для каждой точки вычисляют параметры образованной цепи, которая состоит из двух комплексных сопротивлений плеч. Первое комплексное сопротивление образуется между первым электродом и точкой измерения напряжения, второе комплексное сопротивление образуется между вторым электродом и точкой измерения напряжения. The method is as follows. The plane of symmetry of the bioobject is selected. An alternating voltage is generated at two electrodes, which are applied symmetrically to the bioobject relative to the plane of symmetry of the bioobject. The phase of voltage fluctuations on one electrode is opposite to the phase of oscillations on the other electrode, and the voltage amplitudes are equal. The amplitude and phase of the current flowing through the bioobject are measured. By conducting a probe near the surface of a biological object in the direction from the first electrode to the second electrode, the amplitude and phase of the voltage at each point are measured. For each point, the parameters of the formed circuit are calculated, which consists of two complex shoulder resistances. The first complex resistance is formed between the first electrode and the voltage measurement point, the second complex resistance is formed between the second electrode and the voltage measurement point.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена структурная схема устройства 1; на фиг. 2 - схема эквивалентного представления взаимодействия устройства и биообъекта; на фиг. 3 - структурная схема устройства 2. Образованная цепь взаимодействия устройства и биообъекта приведена на фиг. 2, где Е1 и Е2 - источники переменного напряжения, которое прикладывается к электродам; Z1 и Z2 - комплексные сопротивления биообъекта 4, образованные между двумя электродами и точкой измерения напряжения U; U1 и U2 - комплексные напряжения на сопротивлениях Z1 и Z1; U - комплексное напряжение в точке измерения; I - комплексный ток, протекающий через биообъект. The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 is a structural diagram of a device 1; in FIG. 2 is a diagram of an equivalent representation of the interaction of a device and a bioobject; in FIG. 3 is a structural diagram of the device 2. The formed chain of interaction of the device and the biological object is shown in FIG. 2, where E1 and E2 are sources of alternating voltage, which is applied to the electrodes; Z1 and Z2 are the complex resistances of bioobject 4 formed between two electrodes and a voltage measuring point U; U1 and U2 are the complex voltages at the resistances Z1 and Z1; U is the complex voltage at the measurement point; I is the complex current flowing through the bioobject.

Параметры цепи, активную и реактивную составляющие двух комплексных сопротивлений Z1 и Z2 рассчитывают по измеренным в точке амплитуде и фазе напряжения, а также амплитуде и фазе тока, протекающего через биообъект. The circuit parameters, the active and reactive components of the two complex resistances Z1 and Z2 are calculated from the amplitude and phase of the voltage measured at the point, as well as the amplitude and phase of the current flowing through the biological object.

Измеряя напряжение вблизи биообъекта, находят точку баланса, где одна из составляющих сопротивления первого плеча равна такой же составляющей второго плеча. Местонахождение точки баланса регистрируют. В точке баланса измеряют и регистрируют отношение другой составляющей комплексного сопротивления первого плеча к другой составляющей комплексного сопротивления второго плеча. By measuring the voltage near the bioobject, find the balance point, where one of the components of the resistance of the first shoulder is equal to the same component of the second shoulder. The location of the balance point is recorded. At the balance point, the ratio of the other component of the complex resistance of the first shoulder to the other component of the complex resistance of the second shoulder is measured and recorded.

Для уменьшения влияния качества контакта на переходе электрод-кожа желательно, чтобы электроды присасывались к измеряемому участку при помощи дифференциального вакуум-компрессора. To reduce the effect of the quality of the contact on the electrode-skin junction, it is desirable that the electrodes are attached to the measured area using a differential vacuum compressor.

Устройство содержит управляемый генератор 1, выход которого соединен с последовательно соединенными фазоин- вертором 2, преобразователем ток-напряжение 3, вторым электродом 5, а также к выходу генератора подключены вход фазовращателя 12 и первый электрод 6. The device contains a controlled generator 1, the output of which is connected to a phase-inverter 2 connected in series, a current-voltage converter 3, a second electrode 5, and the input of a phase shifter 12 and a first electrode 6 are connected to the generator output.

На фиг. 1 электроды 5 и 6 изображены наложенными на биообъект 4. In FIG. 1 electrodes 5 and 6 are depicted superimposed on a biological object 4.

Приемная часть устройства содержит зонд 7, выход которого соединяется со входом усилителя 8, а выход усилителя 8 соединяется со вторым входом двухканального устройства 9. Двухканальное устройство 9 содержит два фазовых детектора 13 и 15, выход каждого из них подключен к интеграторам 14 и 16 соответственно, а выходы интеграторов 14 и 16 подключены к двухканальному аналого-цифровому преобразователю 17 (АЦП). Опорный вход двухканаль- ного устройства 9 объединяет два входа фазовых детекторов 13 и 15, которые подключаются к выходу фазовращателя 12, а первый вход двухканального устройства 9 соединяется со вторым потенциальным выходом преобразователя ток-напряжение 3. Выход двухканального устройства 9 соединен к микроЭВМ 10, которая считывает данные по линиям, подключенным к двухканальному устройству 9, и координатному устройству 19, а также управляет фазовращателем 12 и выводит необходимые сведения на индикатор 11. В структурную схему устройства входит калибратор 18, который подключают параллельно электродам 5 и 6 в момент калибровки устройства. Калибратор 18 содержит одну или несколько эквивалентных биообъекту цепей
Устройство работает следующим образом.The receiving part of the device contains a probe 7, the output of which is connected to the input of the amplifier 8, and the output of the amplifier 8 is connected to the second input of the two-channel device 9. The two-channel device 9 contains two phase detectors 13 and 15, the output of each of which is connected to the integrators 14 and 16, respectively. and the outputs of the integrators 14 and 16 are connected to a two-channel analog-to-digital Converter 17 (ADC). The reference input of the two-channel device 9 combines the two inputs of the phase detectors 13 and 15, which are connected to the output of the phase shifter 12, and the first input of the two-channel device 9 is connected to the second potential output of the current-voltage converter 3. The output of the two-channel device 9 is connected to the microcomputer 10, which reads the data on the lines connected to the two-channel device 9 and the coordinate device 19, and also controls the phase shifter 12 and displays the necessary information to the indicator 11. The device’s structural diagram includes a calibrator 18, which is connected in parallel with the electrodes 5 and 6 at the time of calibration of the device. Calibrator 18 contains one or more bio-equivalent circuits
The device operates as follows.

При включении источника питания на выходе генератора 1 появляется синусоидальное напряжение заданной частоты, которое подается на электроды 5 и 6, причем напряжение на одном из электродов противофазно напряжению на другом электроде, это достигается при помощи фазоинвертора 2. When you turn on the power source at the output of the generator 1 appears a sinusoidal voltage of a given frequency, which is supplied to the electrodes 5 and 6, and the voltage on one of the electrodes is out of phase with the voltage on the other electrode, this is achieved using the phase inverter 2.

Измерительный канал тока образуется следующим образом. Преобразователь ток-напряжение 3 преобразует ток, протекающий в цепи биообъекта 4 в соответствующее переменное напряжение Uт, которое снимается с его потенциального выхода и подается на вход двухканального устройства 9. Фазовый детектор 15 и интегратор 16 преобразуют входной сигнал Uт в соответствии с формулой
Ат = Кт.фд ˙ Uт ˙ cosf1, где Ат - постоянное напряжение с выхода интегратора 16.The measuring current channel is formed as follows. The current-voltage converter 3 converts the current flowing in the circuit of the biological object 4 into the corresponding alternating voltage U t , which is removed from its potential output and fed to the input of the two-channel device 9. Phase detector 15 and the integrator 16 convert the input signal U t in accordance with the formula
A t = K tfd ˙ U t ˙ cosf1, where A t is the constant voltage from the output of the integrator 16.

Кт.фд - коэффициент передачи фазового детектора 15 и интегратора 16;
Uт - амплитуда переменного напряжения на входе фазового детектора 15;
соsf1 - косинус угла между входным Uт и опорным сигналами. АЦП 17 преобразует напряжение с выхода интегратора 16 в двоичные коды, которые считываются микроЭВМ 10.To tfd - the transfer coefficient of the phase detector 15 and the integrator 16;
U t - the amplitude of the alternating voltage at the input of the phase detector 15;
cosf1 is the cosine of the angle between the input U t and the reference signals. The ADC 17 converts the voltage from the output of the integrator 16 into binary codes that are read by the microcomputer 10.

Калибровка измерительного канала тока производится подключением калибратора 18, в котором содержится как минимум две цепи. Первая цепь содержит последовательно соединенных резистора, образующих резистивный делитель напряжения, концы которого соединены с электродами. Вторая цепь образует емкостный делитель и содержит два конденсатора, соединенные таким же образом, как и резистивный делитель. Подключая резистивный делитель, микроЭВМ 10 устанавливает на фазовращателе 12 такой фазовый сдвиг f9от, чтобы с выхода интегратора 16 установить нулевое значение напряжения Ат. Значение f9от на управляющем входе фазовращателя 12 является нулевым значением фазы при измерениях емкостной составляющей тока. Подключая емкостной делитель, микроЭВМ 10 устанавливает на фазовращателе 12 такой фазовый сдвиг, чтобы с выхода интегратора 16 установить нулевое значение напряжения Ат, что позволяет учесть погрешности фазовращателя 12, фазового детектора 15, интегратора 16, АЦП 17, а значение на управляющем входе фазовращателя 12 позволяет установить значение фазы fот при измерениях активной составляющей тока. Определение передаточного коэффициента измерительного канала тока Ктпроизводится при установленном значении фазы fот на фазовращателе 12 и подключенном значении фазы fот на фазовращателе 12 и подключенном резистивном делителе. В этом случае на выходе интегратора 16 установится напряжение Ат, соответствующее калибровочному току в цепи резистивного делителя. Калибровочный ток, протекающий через резистивный делитель равен
Iк = Uэ/R, где Iк - ток протекающий через резистивный делитель;
Uэ - напряжение между электродами;
R - общее сопротивление резистивного делителя; Величина напряжения Ат и известное значение тока Iк позволяют определить коэффициент передачи измерительного канала тока Кт. Во время измерения параметров биообъекта калибратор 18 отключают.Calibration of the measuring current channel is carried out by connecting a calibrator 18, which contains at least two circuits. The first circuit contains a series-connected resistor forming a resistive voltage divider, the ends of which are connected to the electrodes. The second circuit forms a capacitive divider and contains two capacitors connected in the same way as a resistive divider. Connecting the resistive divider, the microcomputer 10 sets on the phase shifter 12 such a phase shift f 9ot so that from the output of the integrator 16 to establish a zero voltage value A t . The value of f 9 from the control input of the phase shifter 12 is the zero phase value when measuring the capacitive component of the current. Connecting a capacitive divider, the microcomputer 10 sets the phase shift on the phase shifter 12 so that the voltage of A t is set to zero from the output of the integrator 16, which makes it possible to take into account the errors of the phase shifter 12, phase detector 15, integrator 16, ADC 17, and the value at the control input of the phase shifter 12 allows you to set the value of phase f from when measuring the active component of the current. The determination of the transfer coefficient of the measuring current channel K t is performed when the phase value fot is set at the phase shifter 12 and the phase value f is connected from the phase shifter 12 and the resistive divider is connected. In this case, at the output of the integrator 16, a voltage A t will be set corresponding to the calibration current in the resistive divider circuit. The calibration current flowing through the resistive divider is
Ik = U e / R, where I k is the current flowing through the resistive divider;
U e is the voltage between the electrodes;
R is the total resistance of the resistive divider; The magnitude of the voltage And t and the known value of the current I to allow you to determine the transmission coefficient of the measuring current channel To t . During the measurement of the parameters of the biological object, the calibrator 18 is turned off.

Измерение амплитуды и фазы тока, протекающего через биообъект производится следующим образом. Электроды 5 и 6 прикладываются к биообъекту. На выходе интегратора 16 появляется напряжение Ат. МикроЭВМ 10 устанавливает на фазовращателе 12 значение f9от и вычисляет емкостную составляющую тока по формуле
Ie = Kт ˙ Ат, где Iе - емкостная составляющая тока, протекающего через биообъект 4;
Кт - коэффициент передачи измерительного канала тока. Далее, микроЭВМ 10 устанавливает на фазовращателе 12 значение fот, измеряет напряжение Ат на выходе интегратора 16 и вычисляет активную составляющую тока по формуле
Ia = Кт ˙ Ат, где Iа - активная составляющая тока, протекающего через биообъект 4. По вычисленным значениям активной и емкостной составляющим тока микроЭВМ 10 вычисляют амплитуду и фазу тока, протекающего через биообъект.The measurement of the amplitude and phase of the current flowing through the biological object is as follows. Electrodes 5 and 6 are applied to the bioobject. The output of the integrator 16 appears voltage And t . The microcomputer 10 sets the value of f 9ot on the phase shifter 12 and calculates the capacitive component of the current according to the formula
I e = K t ˙ A t , where I e is the capacitive component of the current flowing through the biological object 4;
To t is the transmission coefficient of the measuring current channel. Further, the microcomputer 10 sets the phase shifter 12 to the value of f, A r measures the voltage at the output of the integrator 16, and calculates an active current component of the formula
I a = K t ˙ A t , where I a is the active component of the current flowing through the bioobject 4. Using the calculated values of the active and capacitive components of the current, the microcomputer 10 calculates the amplitude and phase of the current flowing through the bioobject.

Аналогично организован измерительный канал напряжения. Измерительный канал напряжения образуется следующим образом. Напряжение, измеренное с помощью зонда 7 усиливается усилителем 8. Усиленное напряжение Uн с выхода усилителя 8 подается на второй вход двухканального устройства 9, а именно на вход фазового детектора 13. Фазовый детектор 13 и интегратор 14 преобразуют входной сигнал Uн в соответствии с формулой
Ан = Кн.фд ˙ Uн ˙ соsf2, где Ан - постоянное напряжение с выхода интегратора 14;
Кн.фд - коэффициент передачи фазового детектора 13 и интегратора 14;
Uн - амплитуда выходного напряжения с выхода усилителя 8;
соsf2 - косинус угла между входным Uн и опорным сигналами. АЦП 17 преобразует напряжение с выхода интегратора 14 в двоичные коды, которые считываются микроЭВМ 10.The voltage measuring channel is similarly organized. The voltage measuring channel is formed as follows. The voltage measured using the probe 7 is amplified by the amplifier 8. The amplified voltage U n from the output of the amplifier 8 is supplied to the second input of the two-channel device 9, namely, to the input of the phase detector 13. The phase detector 13 and the integrator 14 convert the input signal U n in accordance with the formula
А н = К н.фд ˙ U н ˙ сsf2, where А н - constant voltage from the output of the integrator 14;
K nfd - the transfer coefficient of the phase detector 13 and the integrator 14;
U n - the amplitude of the output voltage from the output of the amplifier 8;
cosf2 is the cosine of the angle between the input U n and the reference signals. The ADC 17 converts the voltage from the output of the integrator 14 into binary codes that are read by the microcomputer 10.

Калибровка измерительного канала напряжения производится подключением калибратора, при этом зонд 7 измеряет напряжение в точке соединения элементов цепи. Подключая резистивный делитель, микроЭВМ 10, устанавливает на фазовращателе 12 такой фазовый сдвиг f9он, чтобы с выхода интегратора 14 установить нулевое значение напряжения Ан. Значение f9он на управляющем входе фазовращателя 12 является нулевым значением фазы при измерениях емкостной составляющей напряжения. Подключая емкостной делитель, микроЭВМ 10 устанавливает на фазовращателе 12 такой фазовый сдвиг, чтобы с выхода интегратора 14 установить нулевое значение напряжения Ан, что позволяет учесть погpешность фазовращателя 12, фазового детектора 13, интегратора 14, АЦП 17, а значение на управляющем входе фазовращателя 12 позволяет установить значение фазы fон при измерениях активной составляющей напряжения. Определение передаточного коэффициента измерительного канала напряжения Кнпроизводится при установленном значении фазы fон на фазовращателе 12 и подключенном резистивном делителе. В этом случае на выходе интегратора 14 установится напряжение Ат, соответствующее калибровочному напряжению на выходе резистивного делителя. Калибровочное напряжение определяется соотношением резисторов в резистивном делителе и напряжением на электродах 5 и 6.Calibration of the voltage measuring channel is carried out by connecting a calibrator, while probe 7 measures the voltage at the connection point of the circuit elements. Connecting the resistive divider, the microcomputer 10, sets the phase shifter 12 such a phase shift f 9on , so that from the output of the integrator 14 to establish a zero voltage value And n . The value of f 9on at the control input of the phase shifter 12 is the zero phase value when measuring the capacitive component of the voltage. Connecting a capacitive divider, the microcomputer 10 sets a phase shift on the phase shifter 12 so that the voltage A n is set to zero from the output of the integrator 14, which allows for the error of the phase shifter 12, phase detector 13, integrator 14, ADC 17, and the value at the control input of the phase shifter 12 allows you to set the value of the phase f he when measuring the active component of the voltage. Determination of the transmission channel coefficient measurement voltage K n performed at the phase set value f he phase shifter 12 and the resistive divider connected. In this case, the voltage A t corresponding to the calibration voltage at the output of the resistive divider is established at the output of the integrator 14. The calibration voltage is determined by the ratio of the resistors in the resistive divider and the voltage at the electrodes 5 and 6.

Величина напряжения Ан и известное значение калибровочного напряжения позволяют определить коэффициент передачи измерительного канала напряжения Кн.The magnitude of the voltage And n and the known value of the calibration voltage make it possible to determine the transmission coefficient of the measuring voltage channel K n .

Измерение активной и емкостной составляющей напряжения на измеряемом участке биообъекта 4 производится следующим образом. Проводят зонд 7 вблизи поверхности биообъекта 4 между двумя электродами 5 и 6 и измеряют активную и емкостную составляющие напряжения в каждой точке поверхности. Измерение напряжения в одной из точек приводится ниже. При приближении зонда 7 к поверхности биообъекта на выходе интегратора 14 появляется напряжение Ан. МикроЭВМ 10 устанавливает на фазовращателе 12 значение fон и вычисляет емкостную составляющую напряжения U по формуле
Ue = Kн ˙ Ан, где Ue - емкостная составляющая напряжения U биообъект 4;
Кн - коэффициент передачи измерительного канала напряжения. Далее, микроЭВМ 10 устанавливает на фазовращателе 12 значение f9он и вычисляет активную составляющую напряжения U по формуле
Ua = Kн ˙ Ан, где Ua - активная составляющая напряжения U, измеряемого в точке.The measurement of the active and capacitive components of the voltage in the measured area of the biological object 4 is as follows. A probe 7 is carried out near the surface of the bioobject 4 between two electrodes 5 and 6 and the active and capacitive components of the voltage are measured at each point on the surface. A voltage measurement at one of the points is given below. When approaching the probe 7 to the surface of the biological object at the output of the integrator 14 appears voltage And n . The microcomputer 10 sets the phase shifter 12 to the value of f he computes capacitive voltage U according to the formula
U e = K n ˙ А n , where U e is the capacitive component of the voltage U bioobject 4;
To n - transmission coefficient of the measuring voltage channel. Next, the microcomputer 10 sets the value of f 9on on the phase shifter 12 and calculates the active component of the voltage U according to the formula
U a = K n ˙ A n , where U a is the active component of the voltage U, measured at a point.

По измеренным значениям амплитуды и фазы тока и напряжения микроЭВМ 10 производит вычисления составляющих импеданса биообъекта, которые образуются двумя комплексными сопротивлениями, образующими делитель из двух плеч. Для каждой точки измерения образуется свой делитель, где точкой измерения является место соединения комплексных сопротивлений, а концы сопротивлений соединены с электродами 5 и 6. Проводя зондом 7 вблизи биообъекта 4, находят точку баланса, где она из составляющих сопротивления первого плеча равна такой же составляющей второго плеча. Местонахождение точки баланса регистрируют с помощью координатного устройства 19 и микро4ЭВМ 10. В точке баланса измеряют и регистрируют отношение другой составляющей комплексного сопротивления первого плеча к другой составляющей комплексного сопротивления второго плеча. According to the measured values of the amplitude and phase of the current and voltage, the microcomputer 10 calculates the components of the impedance of the biological object, which are formed by two complex resistances forming a divider of two shoulders. For each measurement point, a separate divider is formed, where the measurement point is the junction of complex resistances, and the ends of the resistors are connected to the electrodes 5 and 6. Using a probe 7 near the biological object 4, find the balance point, where it is equal to the same component of the second from the components of the resistance of the first shoulder shoulder. The location of the balance point is recorded using the coordinate device 19 and the microcomputer 10. At the balance point, the ratio of the other component of the complex resistance of the first shoulder to the other component of the complex resistance of the second shoulder is measured and recorded.

Частота работы генератора при измерениях фиксированная, но измерения можно проводить на различных частотах в зависимости от структуры биообъекта. The frequency of the generator during measurements is fixed, but the measurements can be carried out at different frequencies depending on the structure of the biological object.

Необходимость вычисления параметров в каждой точке биообъекта требует дополнительного времени, поэтому с целью уменьшения времени поиска точек баланса в устройство введен дополнительно коммутатор 20. схема такого устройства приведена на фиг. 3. Коммутатор 20 позволяет подключать в качестве опорного сигнал от генератора 1 или от преобразователя 3 ток-напряжение. Опорный сигнал подается на два объединенных входа фазовых детекторов 13 и 15 через фазовращатель 12. Данное устройство позволяет находить точки баланса без вычисления параметров цепи в каждой точке. The need to calculate the parameters at each point of the bioobject requires additional time, therefore, in order to reduce the search time for balance points, the switch 20 is additionally introduced into the device. 3. The switch 20 allows you to connect as a reference signal from the generator 1 or from the Converter 3 current-voltage. The reference signal is supplied to the two combined inputs of the phase detectors 13 and 15 through the phase shifter 12. This device allows you to find balance points without calculating the circuit parameters at each point.

Порядок калибровки измерительного канала тока аналогичен предыдущему порядку, а порядок калибровки измерительного канала напряжения отличается тем, что коммутатор 20 включает в качестве опорного сигнал с выхода преобразователя 3 ток-напряжение. The calibration procedure for the measuring current channel is similar to the previous order, and the calibration procedure for the measuring voltage channel is different in that the switch 20 includes a current-voltage converter output as a reference signal.

Порядок измерения приводится ниже. Электроды 5 и 6 симметрично относительно плоскости симметрии биообъекта 4 накладываются на биообъект 4. Коммутатор 20 включен таким образом, что опорным сигналом является сигнал генератора. Производят измерение активной и емкостной составляющей тока, протекающего через биообъект аналогично предыдущему порядку измерения тока. Во время поиска точек баланса коммутатор 20 включен таким образом, чтобы опорным сигналом являлся сигнал от преобразователя 3 ток-напряжение. При поиске точек баланса резистивных составляющих на фазовращателе 12 устанавливают фазовый сдвиг равный f9он, а при поиске точек баланса емкостных составляющих устанавливают фазовый сдвиг, равный fон. Установку сдвига на фазовращателе производит микро4ЭВМ 10 в зависимости от вида поиска - нахождение точек баланса резистивных или емкостных составляющих сопротивлений двух плеч Z1 и Z2. Проводя зондом 7 вблизи поверхности биообъекта 4, находят точку, в которой напряжение Ан на выходе интегратора 14 было равно нулю. Найденная точка будет точкой баланса ре- зистивных или емкостных составляющих сопротивлений Z1 и Z2 в зависимости от фазового сдвига, установленного на фазовращателе 12. Во время поиска точек баланса микроЭВМ 10 отслеживает напряжение Ан на выходе интегратора 14 и не вычисляет параметры Z1 и Z2 для каждой точки, сто уменьшает время поиска точек баланса.The measurement procedure is given below. The electrodes 5 and 6 symmetrically relative to the plane of symmetry of the biological object 4 are superimposed on the biological object 4. The switch 20 is turned on in such a way that the reference signal is the signal of the generator. Measure the active and capacitive component of the current flowing through the biological object similarly to the previous order of current measurement. During the search for balance points, the switch 20 is turned on so that the reference signal is the signal from the current-voltage converter 3. When searching for balance points of resistive components on the phase shifter 12, the phase shift is set to f 9on , and when searching for balance points of capacitive components, the phase shift is set to f it . The shift is set on the phase shifter by a microcomputer 10, depending on the type of search — finding the balance points of the resistive or capacitive components of the resistances of the two arms Z1 and Z2. 7 conducting probe near the surface of bioobject 4, find the point at which the voltage is A n at the output of the integrator 14 is zero. The found point will be the balance point of the resistive or capacitive components of the resistances Z1 and Z2 depending on the phase shift installed on the phase shifter 12. During the search for balance points, the microcomputer 10 monitors the voltage A n at the output of the integrator 14 and does not calculate the parameters Z1 and Z2 for each points, one hundred reduces the search time for balance points.

Claims (3)

1. Способ исследования функционального состояния биообъекта, заключающийся в подаче тока на электроды, прикладываемые к биообъекту, в вычислении составляющих импеданса биообъекта и в оценке функционального состояния биообъекта, отличающийся тем, что при подаче тока на двух электродах формируется противофазное напряжение, электроды прикладывают к биообъекту симметрично относительно плоскости симметрии биообъекта, вычисление составляющих импенданса биообъекта осуществляют по измеренным значениям амплитуды и фазы тока и напряжения в каждой точке измерения при перемещении зонда вблизи биообъекта между двумя электродами, при этом осуществляют вычисление двух комплексных сопротивлений двух плеч, каждое из которых образовано соответствующим электродом и точкой измеряемого напряжения, находят точку баланса, в которой одна из составляющих комплексного сопротивления первого плеча равна той же составляющей второго плеча, в точке баланса измеряют и регистрируют отношение другой составляющей комплексного сопротивления первого плеча к другой составляющей второго плеча, оценку функционального состояния биообъекта осуществляют по измеренному распределению составляющих комплексного сопротивления. 1. A method for studying the functional state of a biological object, which consists in applying current to the electrodes applied to the biological object, in calculating the components of the impedance of the biological object and in assessing the functional state of the biological object, characterized in that when applying current to the two electrodes, antiphase voltage is formed, the electrodes are applied symmetrically to the biological object relative to the plane of symmetry of the biological object, the calculation of the components of the impedance of the biological object is carried out according to the measured values of the amplitude and phase of the current and voltage in each measuring point when moving the probe near the biological object between the two electrodes, while calculating two complex resistances of two arms, each of which is formed by a corresponding electrode and a point of the measured voltage, find a balance point in which one of the components of the complex resistance of the first arm is equal to the same component of the second shoulder, at the balance point, the ratio of the other component of the complex resistance of the first shoulder to the other component of the second shoulder is measured and recorded, assessment of the functional state of the biological object is carried out according to the measured distribution of the components of the complex resistance. 2. Устройство для исследования функционального состояния биообъекта, содержащее управляемый генератор, выход которого подключен к первому электроду, последовательно соединенные зонд и усилитель, а также индикатор, отличающееся тем, что в него введены фазоинвертор, преобразователь ток-напряжение и второй электрод, последовательно подключенные к выходу управляемого генератора, кроме того, фазовращатель, микро-ЭВМ, калибратор, координатное устройство зонда и двухканальное устройство выделения амплитуды и фазы, первый вход которого подключен к выходу усилителя, второй вход - ко второму выходу преобразователя ток-напряжение, опорный вход через фазовращатель - к выходу управляемого генератора, а выход - ко входу микро-ЭВМ, выходы которого соединены со входом индикатора и с управляющим входом фазовращателя, при этом калибратор включен между первым выходом преобразователя ток-напряжение и выходом управляемого генератора, а выход координатного устройства зонда подключен к микро-ЭВМ. 2. A device for studying the functional state of a biological object, containing a controlled generator, the output of which is connected to the first electrode, a probe and an amplifier connected in series, as well as an indicator, characterized in that a phase inverter, a current-voltage converter, and a second electrode are connected in series to the output of the controlled generator, in addition, a phase shifter, a microcomputer, a calibrator, a coordinate device of the probe and a two-channel device for extracting amplitude and phase, the first input of which is connected it is output to the amplifier, the second input to the second output of the current-voltage converter, the reference input through the phase shifter to the output of the controlled generator, and the output to the input of the microcomputer, the outputs of which are connected to the indicator input and to the control input of the phase shifter, while the calibrator is connected between the first output of the current-voltage converter and the output of the controlled generator, and the output of the probe coordinate device is connected to the microcomputer. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между выходом управляемого генератора и входом фазовращателя включен коммутатор, другой вход которого соединен со вторым выходом преобразователя ток-напряжение. 3. The device according to claim 2, characterized in that between the output of the controlled generator and the input of the phase shifter a switch is turned on, the other input of which is connected to the second output of the current-voltage converter.
RU9393020040A 1993-04-19 1993-04-19 Method of studying functional status of biological test object and apparatus for effecting same RU2016543C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9393020040A RU2016543C1 (en) 1993-04-19 1993-04-19 Method of studying functional status of biological test object and apparatus for effecting same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9393020040A RU2016543C1 (en) 1993-04-19 1993-04-19 Method of studying functional status of biological test object and apparatus for effecting same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016543C1 true RU2016543C1 (en) 1994-07-30
RU93020040A RU93020040A (en) 1996-09-20

Family

ID=20140534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU9393020040A RU2016543C1 (en) 1993-04-19 1993-04-19 Method of studying functional status of biological test object and apparatus for effecting same

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2016543C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1311707, кл. A 61B 5/05, 1987. *
Авторское свидетельство СССР N 1397024, кл. A 61B 5/05, 1988. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3907353B2 (en) Bioimpedance measurement device
US3085566A (en) Apparatus for measuring the electrical response of living tissue
US6737875B2 (en) Method and apparatus for in-circuit impedance measurement
US4242631A (en) Front-end circuit apparatus for impedance measurements and the like
Overney et al. Calibration of an $ LCR $-Meter at Arbitrary Phase Angles Using a Fully Automated Impedance Simulator
CN114859129B (en) Wireless multi-channel micro impedance measurement method and device
Ortolano et al. A comprehensive analysis of error sources in electronic fully digital impedance bridges
US4011503A (en) Apparatus for measuring the phase relation of two alternating current signals
Muciek Digital impedance bridge based on a two-phase generator
RU2016543C1 (en) Method of studying functional status of biological test object and apparatus for effecting same
Schuster Thermal measurement of ac power in comparison with the electrodynamic method
Budovsky Standard of electrical power at frequencies up to 200 kHz
JP2802322B2 (en) Impedance measuring device
US3576491A (en) Resistance measuring bridge circuit including output gating means
Oldham Power calibration standard based on digitally synthesized sinewaves
Ouameur et al. A double precision arbitrary waveform generator based calibration system for low-value AC resistors up to 20 kHz
Corney A traceable mains-frequency power standard
SU983518A1 (en) Pipe-line corrosion rate meter
RU2695030C1 (en) Device for double-probe measurement of phase shifts of distributed rc-structure
CN107315159B (en) Big-capacitance tracing circuit and method
US3422347A (en) Comparator circuit having a hall generator for measurement of d.c. magnetic fields
SU712775A1 (en) Automatic meter of complex resistance components
US3275933A (en) System for determining the immittance vector which is the difference between an unknown immittance and a known immittance
JPH05288783A (en) Impedance measuring method and device
SU746320A1 (en) Apparatus for measuring harmonic coefficient of power amplifier