RU2087128C1 - Device for measuring electric properties of corneal layer of epidermis - Google Patents
Device for measuring electric properties of corneal layer of epidermis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2087128C1 RU2087128C1 RU9393004340A RU93004340A RU2087128C1 RU 2087128 C1 RU2087128 C1 RU 2087128C1 RU 9393004340 A RU9393004340 A RU 9393004340A RU 93004340 A RU93004340 A RU 93004340A RU 2087128 C1 RU2087128 C1 RU 2087128C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- skin
- measuring
- electrode
- epidermis
- common bus
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к устройствам для измерения электрических свойств эпидермиса, используемым в медицинской и лабораторной практике. The present invention relates to devices for measuring the electrical properties of the epidermis, used in medical and laboratory practice.
Известно устройство для измерения электрических свойств эпидермиса, состоящее из двух соосно расположенных плоских металлических электродов, между которыми помещают специально подготовленный образец кожного покрова, а также источника напряжения и измерительного блока, соединенных с электродами в последовательную электрическую цепь. A device for measuring the electrical properties of the epidermis is known, consisting of two coaxially arranged flat metal electrodes, between which a specially prepared sample of the skin, as well as a voltage source and a measuring unit connected to the electrodes in a serial electric circuit are placed.
Основным недостатком данного устройства является невозможность проведения измерений in vivo
Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения электрических свойств рогового слоя эпидермиса, состоящее из базового электрода, накладываемого на поверхность кожи непосредственно и соединенного через источник напряжения с общей шиной, плоского поверхностного измерительного электрода, накладываемого на кожу непосредственно и соединенного с общей шиной через измерительный блок.The main disadvantage of this device is the inability to measure in vivo
Closest to the claimed is a device for measuring the electrical properties of the stratum corneum of the epidermis, consisting of a base electrode applied directly to the skin surface and connected through a voltage source to a common bus, a flat surface measuring electrode applied directly to the skin and connected to a common bus through a measuring unit .
Основными недостатками данного устройства являются невозможность измерения электрических свойств конкретного участка кожной поверхности отдельно и, в следствие этого, невозможность измерения электрических свойств нескольких участков кожной поверхности одновременно. The main disadvantages of this device are the inability to measure the electrical properties of a particular area of the skin surface separately and, as a result, the inability to measure the electrical properties of several sections of the skin surface at the same time.
Целью настоящего изобретения является измерение электрических свойств рогового слоя эпидермиса любого конкретного участка кожной поверхности отдельно, а также одновременное измерение названных свойств кожи на нескольких участках, в частности, в динамике, при проведении всевозможных воздействий на организм. The aim of the present invention is to measure the electrical properties of the stratum corneum of the epidermis of any particular area of the skin surface separately, as well as the simultaneous measurement of these properties of the skin in several areas, in particular, in dynamics, when conducting all kinds of effects on the body.
Постановленная цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения электрических свойств эпидермиса, между базовым электродом и кожей расположен электропроводящий материал улучшающий электрический контакт базового электрода с кожей. The goal is achieved by the fact that in the known device for measuring the electrical properties of the epidermis, between the base electrode and the skin is an electrically conductive material that improves the electrical contact of the base electrode with the skin.
Поставленная цель достигается также тем, что предложенное устройство для измерения электрических свойств эпидермиса имеет дополнительные плоские поверхностные измерительные электроды, соединенные с общей шиной каждый через свой измерительный блок и накладываемые на кожу непосредственно. This goal is also achieved by the fact that the proposed device for measuring the electrical properties of the epidermis has additional flat surface measuring electrodes connected to a common bus each through its own measuring unit and applied directly to the skin.
Поставленная цель достигается также тем, что в предложенном устройстве для измерения электрических свойств эпидермиса площадь контактирующей с кожей поверхности измерительного электрода превышает произведение периметра контактирующей с кожей поверхности измерительного электрода на 0,4 мм более чем в два раза. The goal is also achieved by the fact that in the proposed device for measuring the electrical properties of the epidermis, the area of the surface of the measuring electrode in contact with the skin exceeds the product of the perimeter of the surface of the measuring electrode in contact with the skin by more than 0.4 mm.
Поставленная цель достигается также тем, что в предложенном устройстве для измерения электрических свойств эпидермиса контактирующая с кожей поверхность измерительного электрода имеет форму круга с площадью большей 8 квадратных миллиметров. This goal is also achieved by the fact that in the proposed device for measuring the electrical properties of the epidermis, the surface of the measuring electrode in contact with the skin has the shape of a circle with an area of more than 8 square millimeters.
Авторам предполагаемого изобретения не известны устройства для измерения электрических свойств эпидермиса с аналогичной совокупностью существенных признаков. Поэтому, по мнению авторов, предлагаемое устройство обладает новизной. The authors of the alleged invention do not know a device for measuring the electrical properties of the epidermis with a similar set of essential features. Therefore, according to the authors, the proposed device has novelty.
Предложенное устройство изображено на фиг. 1. Оно состоит из базового электрода 1, накладываемого на поверхность кожи 2 через слой электропроводящего материала 3, позволяющего обеспечить с кожей электрический контакт (фактически применяют жидкости, эмульсии и пасты, обладающие высокой электропроводностью), а также одного или нескольких измерительных электродов 4, накладываемых на поверхность кожи 2 непосредственно. Базовый электрод 1 соединен с общей шиной через источник напряжения 5. Измерительные электроды соединены с общей шиной каждый через свой измерительный блок 6. The proposed device is shown in FIG. 1. It consists of a
Устройство работает следующим образом. После приложения напряжения в цепи базовый электрод кожа измерительный электрод измерительный блок - источник напряжения в ней протекает ток, зависящий от электрических характеристик кожной поверхности, на которую наложен измерительный электрод 4. Определяя измерительным блоком 6 величину тока и ее поведение во времени судят об электрических свойствах рогового слоя эпидермиса. The device operates as follows. After the voltage is applied to the base electrode circuit, the skin is the measuring electrode, the measuring unit is a voltage source, a current flows in it, depending on the electrical characteristics of the skin surface on which the measuring electrode is applied 4. Determining the current value and its time behavior by measuring unit 6 judges the electrical properties of the horn epidermis layer.
Преимущества предлагаемого устройства состоят в следующем. Рассмотрим упрощенную эквивалентную схему предлагаемого устройства и устройства-прототипа (фиг.2). Она состоит из источника напряжения 1, сопротивления базовый электрод-кожный покров-внутреннее пространство организма (R1), сопротивления измерительный электрод-кожный покров-внутреннее пространство организма (R2) и измерителя тока 2, играющего роль измерительного блока. В случае устройства прототипа названные сопротивления определяются сопротивлением рогового слоя кожи (сопротивление внутренних тканей организма порядка 10 Ком) и, потому, близки по величине:
R1=R2=10 Мом/см2 (1)
Для тока в цепи при этом имеем:
I=U/(R1+R2)=U/2R1, (2)
где U напряжения на источнике напряжения, I ток в цепи.The advantages of the proposed device are as follows. Consider a simplified equivalent circuit of the proposed device and the prototype device (figure 2). It consists of a
R1 = R2 = 10 MΩ / cm 2 (1)
For the current in the circuit, we have:
I = U / (R1 + R2) = U / 2R1, (2)
where U is the voltage at the voltage source, I is the current in the circuit.
Т.е. в случае прототипа измеряемый ток примерно одинаково зависит как от участка кожи под измерительным электродом, так и от участка кожи под базовым электродом. Those. in the case of the prototype, the measured current depends approximately equally on both the skin area under the measuring electrode and the skin area under the base electrode.
В предложенном устройстве (когда между базовым электродом и кожей расположена, например, электропроводящая паста) сопротивление R1 снижается до 100 Ком/см2 и ниже, и им, по сравнению с R2, можно пренебречь:
I=U/(R1+R2)=U/R2 (3)
Т. е. в случае предложенного устройства измеряемый ток практически определяется участком кожи под измерительным электродом. А это означает возможность измерения электрических свойств непосредственно рогового слоя эпидермиса любого конкретного участка кожной поверхности отдельно.In the proposed device (when, for example, an electrically conductive paste is located between the base electrode and the skin), the resistance R1 is reduced to 100 Kom / cm 2 and lower, and compared to R2, it can be neglected:
I = U / (R1 + R2) = U / R2 (3)
That is, in the case of the proposed device, the measured current is practically determined by the area of the skin under the measuring electrode. And this means the ability to measure the electrical properties of the directly stratum corneum of the epidermis of any particular area of the skin surface separately.
Отметим, что в устройствах для исследования ЭКГ, ЭЭГ и т.п. применяют электроды с электропроводящей пастой (один из возможных электропроводящих материалов). Электродов накладываемых на кожу непосредственно, без электропроводящей пасты не применяют. Использование электропроводящей пасты в названных приборах обусловлено необходимостью получения максимального сигнала, что обеспечивается минимизацией общего сопротивления цепи электрод-кожа-внутренняя среда организма-кожа-электрод. Применение всех электродов с дополнительным электропроводящим материалом между ним и кожей снижает общее сопротивление цепи в сотни или тысячи раз (соответственно возрастает и чувствительность). Использование же хотя бы одного электрода, накладываемого на кожу непосредственно, в этом случае просто бессмысленно - ведь вообще сопротивление цепи снижается только в два раза, потому тонкие измерения ЭКГ, ЭЭГ и т.п. становится просто нереальным (чувствительность слишком низка). Note that in devices for the study of ECG, EEG, etc. use electrodes with electrically conductive paste (one of the possible electrically conductive materials). Electrodes applied directly to the skin without electroconductive paste are not used. The use of electrically conductive paste in these devices is due to the need to obtain the maximum signal, which is ensured by minimizing the total resistance of the electrode-skin-internal-body-skin-electrode circuit. The use of all electrodes with additional electrically conductive material between it and the skin reduces the overall resistance of the circuit by hundreds or thousands of times (the sensitivity also increases). The use of at least one electrode applied directly to the skin in this case is simply pointless - in fact, the circuit resistance is only reduced by half, because the subtle measurements of ECG, EEG, etc. just unrealistic (sensitivity too low).
В предложенном нами устройстве сочетание электрод с дополнительным электропроводящим материалом электрод, накладываемый непосредственно на кожу, приводит к качественно новому результату. Удается "отделить" участок рогового слоя эпидермиса, находящийся под электродом, наложенным на него непосредственно, не удаляя его и, затем, проводить исследования электрических свойств именно этого участка при различных внешних воздействиях на организм в динамике. Такого результата, по сведению авторов, не добивался до них никто. In our device, the combination of an electrode with an additional electrically conductive material, an electrode applied directly to the skin, leads to a qualitatively new result. It is possible to “separate” a portion of the stratum corneum of the epidermis located under the electrode directly applied to it without removing it and, then, to conduct studies of the electrical properties of this particular area under various external influences on the body in dynamics. According to the authors, no one has reached such a result.
На фиг. 3 изображена эквивалентная схема устройства для измерения электрических свойств рогового слоя эпидермиса одновременно в нескольких местах кожной поверхности. Сопротивления R2-RN отвечают сопротивлениям соответствующий измерительный электрод-кожный покров-внутреннее пространство организма. В случае применения базового электрода из устройства прототипа, токи, измеряемые любым из измерительных блоков 2-N, определяются формулами аналогичными формуле (1), т.е. влияние кожи под базовым электродом велико. Для предлагаемого устройства в каждой замкнутой цепи (фиг. 3) токи будут зависеть только от соответствующего участка роговой поверхности эпидермиса под измерительным электродом (см. формулу (3)). А это означает возможность одновременного измерения названных свойств кожи на нескольких участках отдельно, в частности при проведении всевозможных воздействий на организм в динамике. In FIG. 3 shows an equivalent circuit of a device for measuring the electrical properties of the stratum corneum of the epidermis simultaneously in several places on the skin surface. Resistances R2-RN correspond to the resistances of the corresponding measuring electrode-skin integument-the internal space of the body. In the case of using the base electrode from the prototype device, the currents measured by any of the 2-N measuring units are determined by formulas similar to formula (1), i.e. the effect of the skin under the base electrode is great. For the proposed device in each closed circuit (Fig. 3), the currents will depend only on the corresponding section of the horn surface of the epidermis under the measuring electrode (see formula (3)). And this means that it is possible to simultaneously measure the aforementioned properties of the skin in several areas separately, in particular when conducting various effects on the body in dynamics.
Авторами также предложено ограничить снизу размеры измерительных электродов. Это обусловлено тем, что динамика электрического сопротивления R2 определяется, в первую очередь, потоком воды из организма к коже. При отсутствии электрода на поверхности кожи эта вода постепенно испаряется. Под электродом же она накапливается. Авторами определено, что с кожной поверхности, находящейся ближе 0,4 мм к краю измерительного электрода процесс испарения идет достаточно интенсивно (краевой эффект). На фиг. 4 изображен участок кожи 1, на поверхности которого непосредственно располагается электрод 2. Краевые области значительного испарения 3 лежат в непосредственной близости к краям электрода. Стрелками показано испарение жидкости из-под кожи. В области 4 под электродом вода скапливается и практически не испаряется. The authors also proposed to limit the dimensions of the measuring electrodes from below. This is due to the fact that the dynamics of the electrical resistance R2 is determined primarily by the flow of water from the body to the skin. In the absence of an electrode on the surface of the skin, this water gradually evaporates. Under the electrode, it accumulates. The authors determined that from a skin surface closer than 0.4 mm to the edge of the measuring electrode, the evaporation process is quite intense (edge effect). In FIG. 4 shows a
Измерения электрических параметров эпидермиса с применением измерительных электродов различной формы и площади позволили определить критерий минимального размера электрода для получения надежных, повторяющихся результатов. Оказалось, что для этого в предложенном устройстве для измерения электрических свойств эпидермиса площадь контактирующей с кожей поверхности измерительного электрода должна превышать произведение периметра контактирующей с кожей поверхности измерительного электрода на 0,4 мм более, чем в два раза. Measurements of the electrical parameters of the epidermis using measuring electrodes of various shapes and sizes made it possible to determine the criterion for the minimum electrode size to obtain reliable, repeatable results. It turned out that for this purpose, in the proposed device for measuring the electrical properties of the epidermis, the area of the surface of the measuring electrode in contact with the skin should exceed the product of the perimeter of the surface of the measuring electrode in contact with the skin by more than 0.4 mm.
Последнее требование для круглых электродов, наиболее широко применяемых в медицине имеет вид:
2πr•0,7 мм2<πr2 (4)
т.е. для минимального радиуса электрода rm, при котором выполняется неравенство (4) имеем:
rm=1,6 мм (5)
для минимальной площади, соответственно:
Sm=πrm2=8 мм2 (5)
В соответствии с заявляемым нами изготовлено и испытано устройство для определения динамики кожного сопротивления одновременно на 16 участках кожной поверхности. Обработка полученной информации с помощью ЭВМ позволила получить уникальные научные результаты, значительно расширяющие круг применений устройств для исследования электрических свойств рогового слоя эпидермиса.The last requirement for round electrodes, the most widely used in medicine, is:
2πr • 0.7 mm 2 <πr 2 (4)
those. for the minimum electrode radius rm at which inequality (4) holds, we have:
rm = 1.6 mm (5)
for the minimum area, respectively:
S m = πrm 2 = 8 mm 2 (5)
In accordance with the claimed, we have manufactured and tested a device for determining the dynamics of skin resistance at the same time in 16 sections of the skin surface. Processing the information obtained using a computer made it possible to obtain unique scientific results that significantly expand the range of applications of devices for studying the electrical properties of the stratum corneum of the epidermis.
Участки наложения измерительных электродов показаны на фиг. 5. The overlapping portions of the measuring electrodes are shown in FIG. 5.
В настоящее время начат выпуск предложенного устройства малыми партиями. Currently launched production of the proposed device in small batches.
Таким образом, предлагаемое устройство для измерения электрических свойств рогового слоя эпидермиса является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо. Thus, the proposed device for measuring the electrical properties of the stratum corneum of the epidermis is new, has an inventive step and is industrially applicable.
Claims (2)
S (мм2) > 2Р (мм) • 0,4 (мм),
где Р периметр поверхности измерительного электрода.1. A device for measuring the electrical properties of the stratum corneum of the epidermis, containing electrodes with work surfaces superimposed on the skin, one of which is basic and is connected through a current source to a common bus and at least one measuring connected to a common bus through a measuring unit, characterized in that the working surface of the base electrode is equipped with a means for increasing the conductivity of the skin at the point of contact, while the area S of the surface of the measuring electrode in contact with the skin satisfies the condition
S (mm 2 )> 2P (mm) • 0.4 (mm),
where P is the perimeter of the surface of the measuring electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9393004340A RU2087128C1 (en) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | Device for measuring electric properties of corneal layer of epidermis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9393004340A RU2087128C1 (en) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | Device for measuring electric properties of corneal layer of epidermis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93004340A RU93004340A (en) | 1996-05-10 |
| RU2087128C1 true RU2087128C1 (en) | 1997-08-20 |
Family
ID=20136364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9393004340A RU2087128C1 (en) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | Device for measuring electric properties of corneal layer of epidermis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2087128C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017204677A1 (en) | 2016-05-23 | 2017-11-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория межклеточных технологий "Интерсел Рэнд" (ООО "Интерсел Рэнд") | Method and multi-sensor device for noninvasive monitoring of blood glucose levels |
| RU2782891C2 (en) * | 2017-12-15 | 2022-11-07 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича" (ИБМХ) | Method for assessment of quality of corneal layer of human skin cell models |
-
1993
- 1993-01-29 RU RU9393004340A patent/RU2087128C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| M.A.Steinmetz and T.Adams. Epidermal water and electrolyte content and the thermal, electrical and mechanical properties of skin, from the book Xioengineering and the skin, ed.by Marks R., Payne P.A., MTP, Lancaster, Bostou. The Haque. 1981. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017204677A1 (en) | 2016-05-23 | 2017-11-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория межклеточных технологий "Интерсел Рэнд" (ООО "Интерсел Рэнд") | Method and multi-sensor device for noninvasive monitoring of blood glucose levels |
| RU2782891C2 (en) * | 2017-12-15 | 2022-11-07 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича" (ИБМХ) | Method for assessment of quality of corneal layer of human skin cell models |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Blad et al. | Impedance spectra of tumour tissue in comparison with normal tissue; a possible clinical application for electrical impedance tomography | |
| Johng et al. | Frequency dependence of impedances at the acupuncture point Quze (PC3) | |
| ATE345732T1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE GLUCOSE CONCENTRATION IN BODY FLUID | |
| CA2336825A1 (en) | Apparatus for evaluation of skin impedance variations | |
| RU2112416C1 (en) | Method for checking of tissue or organ condition after operation and device for its realization | |
| Mayer et al. | Faradic resistance of the electrode/electrolyte interface | |
| RU2087128C1 (en) | Device for measuring electric properties of corneal layer of epidermis | |
| JP2003126055A (en) | Impedance measuring device for meridian | |
| Yamamoto et al. | Measurement of low-resistance points on the skin by dry roller electrodes | |
| Ghosh et al. | A 2D electrode-skin model for electrical & contact impedance characterization of Bio Impedance | |
| Coston et al. | Transdermal drug delivery: a comparative analysis of skin impedance models and parameters | |
| US2247875A (en) | Diagnostic method | |
| Iusan et al. | The voltage effect on electrical parameters of the skin-ECG electrodes interface | |
| JPH10272112A (en) | Measuring device for electrical characteristics of human body | |
| SU1697737A1 (en) | Device for measuring the electric conductance of a biological tissue | |
| RU2205594C2 (en) | Method for evaluating electrophysiological parameters of a biologically active point | |
| RU1837840C (en) | Device for measuring biological potential | |
| SU454917A1 (en) | Electrophoresis device | |
| RU2100018C1 (en) | Method to estimate functional state of biologically active point | |
| RU93004340A (en) | DEVICE FOR MEASUREMENT OF ELECTRICAL PROPERTIES OF HORN LAYER OF EPIDERMIS | |
| RU2201135C1 (en) | Method for determining skin injury degree in dermatosis cases using electrodiagnostic techniques | |
| RU2033078C1 (en) | Apparatus for monitoring specific electric resistance of biological test objects | |
| RU2033749C1 (en) | Apparatus to remove bioelectric signals | |
| Vavrinsky et al. | Monitoring of Psychosomatic Properties of Human Body by Skin Conductivity Measurements using Thin Film Microelectrode Arrays | |
| Khambete et al. | Impedance measurement system for concentric needle electrodes |