RU2137416C1 - Device for measurement of electrical resistance of alive skin - Google Patents
Device for measurement of electrical resistance of alive skin Download PDFInfo
- Publication number
- RU2137416C1 RU2137416C1 RU98119408A RU98119408A RU2137416C1 RU 2137416 C1 RU2137416 C1 RU 2137416C1 RU 98119408 A RU98119408 A RU 98119408A RU 98119408 A RU98119408 A RU 98119408A RU 2137416 C1 RU2137416 C1 RU 2137416C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- signal
- source
- inputs
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине, а именно к определению, измерению и регистрации для диагностических целей, и может быть использовано для измерения электрического сопротивления тканей организма, в частности в зубоврачебной практике. The invention relates to medicine, namely to the determination, measurement and registration for diagnostic purposes, and can be used to measure the electrical resistance of body tissues, in particular in dental practice.
Известен способ измерения биопотенциала, который реализует устройство, содержащее формирователь постоянного напряжения, используемого в качестве опорного сигнала, и подключенный к его выходу измерительный датчик. Датчик взаимодействует с поверхностью кожи и таким образом воздействует на нее опорным сигналом. Сигнал, формируемый в ответ на воздействие на исследуемом участке кожи, с датчика поступает на индицирующее устройство. По величине биопотенциала можно судить о величине электрического сопротивления ткани (РСТ, м.з. N 89/02245, A 61 B 5/04, 23.03.89 "Изобретения стран мира", N 23, 1989, c.58). A known method of measuring the biopotential, which implements a device containing a DC voltage generator used as a reference signal, and a measuring sensor connected to its output. The sensor interacts with the skin surface and thus acts on it with a reference signal. The signal generated in response to the impact on the studied area of the skin, from the sensor enters the indicating device. The magnitude of the biopotential can be used to judge the magnitude of the electrical resistance of the tissue (PCT, MZ N 89/02245, A 61 B 5/04, 03.23.89 "Inventions of the World", N 23, 1989, p. 58).
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения дифференциальной биологической проводимости живых тканей (ЧССР, а.с. N 257872, A 61 B 5/04, "Изобретения стран мира", N 4, 1989, с. 24). Устройство содержит генератор частоты с постоянной амплитудой, подключенный через дифференциальную схему конденсаторами к ткани, и устройство обработки зарегистрированного сигнала, содержащее измерительный емкостной датчик, подключенный к входу дифференциального усилителя, выход которого подключен к выпрямителю, соединенному выходом с индицирующим устройством. Анализ работы известного устройства показал следующее. Генератор формирует переменный сигнал низкой частоты. Посредством дифференциальной схемы и подключенных к ее выходам конденсаторам на участке кожи формируется стимулирующая разность потенциалов, отклик которой в контролируемой зоне регистрируют вторые конденсаторы, подключенные ко входам дифференциального усилителя. Последний формирует и усиливает разность сигналов со вторых конденсаторов и подает на выпрямитель. Выпрямленный сигнал поступает на индицирующее устройство. Closest to the proposed is a device for measuring the differential biological conductivity of living tissues (Czechoslovakia, AS N 257872, A 61 B 5/04, "Inventions of the World", N 4, 1989, p. 24). The device includes a frequency generator with a constant amplitude connected via a differential circuit to the fabric by capacitors and a registered signal processing device containing a capacitive measuring sensor connected to the input of a differential amplifier, the output of which is connected to a rectifier connected to the output of the indicating device. Analysis of the known device showed the following. The generator generates an alternating low-frequency signal. By means of a differential circuit and capacitors connected to its outputs, a stimulating potential difference is formed on the skin site, the response of which in the controlled area is recorded by second capacitors connected to the inputs of the differential amplifier. The latter generates and amplifies the difference of the signals from the second capacitors and supplies it to the rectifier. The rectified signal is fed to an indicating device.
Недостаток известных устройств заключается в следующем. Известно, что живая ткань состоит из клеток, окруженных межклеточной средой. При этом каждая клетка окружена мембраной, обладающей поверхностной емкостью и поверхностным сопротивлением. Межклеточная среда также характеризуется сопротивлением и емкостью (А.С.Пресман "Электромагнитные поля и живая природа", М.: Наука, 1968, с. 33,34, рис. 12). При воздействии на живую ткань напряжением низкой частоты большая часть измерительного тока, а при воздействии постоянным напряжением - весь ток, протекает через омическое сопротивление межклеточной среды, что для постоянного напряжения исключает полностью, а для низкочастотного напряжения практически исключает из измерительной цепи емкостное сопротивление, характеризующее ткань ("Биофизика" под редакцией Б.Н. Тарусова и О. Р. Кольс, М. : Высшая школа, 1968, с. 193-197; А.С.Пресман "Электрические поля и живая природа, М.: Наука, 1968, с. 35). В результате устройство по м. з. РСТ N 89/02245 позволяет измерить только активную составляющую электрического сопротивления живой ткани, что снижает как достоверность результатов измерения, так и их информативность. A disadvantage of the known devices is as follows. It is known that living tissue consists of cells surrounded by an intercellular environment. Moreover, each cell is surrounded by a membrane with a surface capacity and surface resistance. The intercellular environment is also characterized by resistance and capacitance (A.S. Presman "Electromagnetic fields and wildlife", Moscow: Nauka, 1968, p. 33.34, Fig. 12). When exposed to a living tissue with a low-frequency voltage, most of the measuring current, and when exposed to a constant voltage - the entire current, flows through the ohmic resistance of the intercellular medium, which completely excludes for constant voltage, and practically excludes capacitance characterizing tissue from the measuring circuit for low-frequency voltage ("Biophysics" edited by B.N. Tarusov and O. R. Kols, M.: Higher School, 1968, p. 193-197; A.S. Presman "Electric Fields and Wildlife, M .: Nauka, 1968 , p. 35). As a result apparatus of m. s. N 89/02245 PCT only allows to measure the resistive component of the electric resistance of a living tissue, which reduces both the accuracy of the measurement results and their information content.
Устройство по а.с. ЧССР N 257872 позволяет зафиксировать незначительную часть реактивной составляющей электрического сопротивления ткани и практически измеряет активную составляющую, что также снижает как достоверность результатов измерения, так и их информативность. Device by A.S. Czechoslovakia N 257872 allows you to fix a small part of the reactive component of the electrical resistance of the tissue and practically measures the active component, which also reduces both the reliability of the measurement results and their information content.
Кроме того, прохождение через живую ткань как постоянного тока, так и тока низкой частоты вызывает в ткани явление поляризации (А.С.Пресман "Электромагнитные поля и живая природа", М.: Наука, 1968, с.33; "Биофизика" под редакцией Б.Н.Тарусова и О.Р.Кольс, М.: Высшая школа, 1968, с. 191). В случае наличия в исследуемой ткани поляризации, возникшей по какой-либо причине, привносимая измерительным сигналом дополнительная поляризация вносит погрешность в результат измерения, что снижает его достоверность. Наиболее часто эффект поляризации в ткани встречается в зубоврачебной практике при заболевании ротовой полости (воспаление слизистой оболочки, отек). Паразитная поляризация возникает на разделе двух сред: материал протеза - слизистая ротовой полости или слизистая протезного ложа и т.п. В этом случае дополнительная поляризация измерительным сигналом исследуемой ткани не только вносит погрешность в результат измерения электрического сопротивления, но и усугубляет состояние больного. Это снижает достоверность результатов измерения и ограничивает область использования известных устройств. In addition, the passage through a living tissue of both direct current and low frequency current causes a polarization phenomenon in the tissue (A. S. Presman "Electromagnetic fields and wildlife", Moscow: Nauka, 1968, p. 33; "Biophysics" under edited by B.N. Tarusov and O.R. Kols, Moscow: Higher School, 1968, p. 191). If there is a polarization in the tissue under investigation that has arisen for any reason, the additional polarization introduced by the measuring signal introduces an error into the measurement result, which reduces its reliability. The most common effect of polarization in tissue is found in dental practice for diseases of the oral cavity (inflammation of the mucous membrane, edema). Spurious polarization occurs at the separation of two environments: the material of the prosthesis is the mucosa of the oral cavity or the mucosa of the prosthetic bed, etc. In this case, the additional polarization by the measuring signal of the test tissue not only introduces an error in the result of measuring the electrical resistance, but also exacerbates the patient's condition. This reduces the reliability of the measurement results and limits the scope of use of known devices.
Таким образом, известные устройства при реализации не обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности результатов измерения электрического сопротивления живой ткани, в повышении их информативности и в расширении области использования. Thus, the known devices during implementation do not ensure the achievement of a technical result, which consists in increasing the reliability of the results of measuring the electrical resistance of living tissue, in increasing their information content and in expanding the scope of use.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания устройства для измерения электрического сопротивления живой ткани, осуществление которого обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в возможности повышения достоверности результатов измерения электрического сопротивления живой ткани за счет возможности измерения импеданса живой ткани, в повышении информативности результатов измерения, а также в расширении области использования. The present invention solves the problem of creating a device for measuring the electrical resistance of living tissue, the implementation of which ensures the achievement of a technical result, consisting in the possibility of increasing the reliability of the results of measuring the electrical resistance of living tissue due to the possibility of measuring the impedance of living tissue, to increase the information content of the measurement results, as well as to expand the field use.
Суть изобретения заключается в том, что в устройстве для измерения электрического сопротивления живой ткани, включающем измерительный датчик, источник электрических сигналов, устройство обработки зарегистрированного сигнала, выполненное с возможностью выделения постоянной составляющей и усиления, источник электрических сигналов выполнен в виде генератора колебаний с возможностью одновременной генерации колебаний нескольких частот в диапазоне от 104 до 106 Гц, при этом частота 106 Гц стабилизирована, кроме того, в устройство дополнительно введены нелинейный преобразователь сигнала и индикатор измерительного тока, при этом источник электрических сигналов входом подключен к измерительному датчику, а выходом подключен ко входу нелинейного преобразователя сигналов, выход которого подключен к входу устройства обработки зарегистрированного сигнала, к первому входу которого подключен индикатор измерительного тока, а второй выход является выходом устройства. Кроме того, источник электрического сигнала выполнен с возможностью одновременной генерации колебаний трех частот и содержит кварцевый резонатор, конденсатор переменной емкости, первую и вторую параллельные RC-цепи, первый и второй элементы И-НЕ, при этом кварцевый резонатор и конденсатор переменной емкости соединены последовательно, а свободными выводами подключены соответственно ко входу первого и к выходу второго элементов И-НЕ, соединенного входами с выходом первого элемента И-НЕ, входы которого являются входом источника сигналов, выход которого является выходом второго элемента И-НЕ, кроме того, каждый элемент И-НЕ охвачен обратной связью посредством соответственно первой и второй параллельных RC-цепей. При этом устройство обработки зарегистрированного сигнала содержит транзистор, переменный резистор, первый и второй резисторы, трансформатор, выпрямитель и усилитель постоянного тока, при этом у переменного резистора один вывод подключен ко входу устройства обработки, второй - заземлен, а подвижный вывод соединен с базой транзистора, у которого коллектор подключен через первый резистор к первому выходу устройства обработки, а эмиттер, первичная обмотка трансформатора и второй резистор соединены последовательно, причем свободный вывод второго резистора заземлен, а вторичная обмотка трансформатора подключена ко входу выпрямителя, к выходу которого подключен усилитель постоянного тока, выход которого является выходом устройства обработки. Нелинейный преобразователь сигнала содержит третий и четвертый элементы И-НЕ и конденсатор, при этом входы третьего элемента И-НЕ являются входом преобразователя, а выход соединен со входами четвертого элемента И-НЕ, выход которого является выходом преобразователя, кроме того, ко входам четвертого элемента И-НЕ подключен конденсатор, второй вывод которого заземлен.The essence of the invention lies in the fact that in a device for measuring the electrical resistance of living tissue, including a measuring sensor, an electric signal source, a registered signal processing device configured to isolate a constant component and amplification, the electric signal source is made in the form of an oscillator with the possibility of simultaneous generation multiple oscillation frequencies in the range from 10 4 to 10 6 Hz, with a frequency of 10 6 Hz stabilized, in addition, add to the device A nonlinear signal converter and a measuring current indicator have been introduced, while the source of electrical signals is connected to the measuring sensor by an input and connected to the input of a non-linear signal converter, whose output is connected to the input of the registered signal processing device, to the first input of which a measuring current indicator is connected, and the second output is the output of the device. In addition, the electric signal source is configured to simultaneously generate oscillations of three frequencies and contains a quartz resonator, a variable capacitor, first and second parallel RC circuits, first and second NAND elements, while the quartz resonator and a variable capacitor are connected in series, and free conclusions are connected respectively to the input of the first and the output of the second AND-NOT elements connected by the inputs to the output of the first AND-NOT element, the inputs of which are the input of the signal source, the output of which is the output of the second AND-NOT element, in addition, each AND-NOT element is covered by feedback by means of the first and second parallel RC circuits, respectively. In this case, the device for processing the registered signal contains a transistor, a variable resistor, the first and second resistors, a transformer, a rectifier and a DC amplifier, while the variable resistor has one terminal connected to the input of the processing device, the second is grounded, and the movable terminal is connected to the base of the transistor, in which the collector is connected through the first resistor to the first output of the processing device, and the emitter, the primary winding of the transformer and the second resistor are connected in series, with a free output the second resistor is grounded, and the secondary winding of the transformer is connected to the input of the rectifier, the output of which is connected to a DC amplifier, the output of which is the output of the processing device. The nonlinear signal converter contains the third and fourth AND-NOT elements and a capacitor, while the inputs of the third AND-NOT element are the input of the converter, and the output is connected to the inputs of the fourth AND-NOT element, the output of which is the output of the converter, in addition to the inputs of the fourth element AND-NOT connected capacitor, the second terminal of which is grounded.
Технический результат достигается следующим образом. Подключение источника электрических сигналов входом к измерительному датчику обеспечивает подключение параллельно входу источника сигналов исследуемого участка ткани при взаимодействии с ней измерительного датчика, а следовательно, подключение ко входу источника сигналов электрического сопротивления и емкости, характеризующих ткань. Благодаря тому что источник электрических сигналов выполнен в виде генератора колебаний, R и C - параметры ткани, привнесенные в его колебательную систему, приводят к срыву колебаний на основных частотах и к возникновению колебаний на комбинационных частотах и на частотах гармонических составляющих. При этом параметры и характер вынужденных колебаний находятся в прямой зависимости от величины активного и емкостного сопротивлений исследуемой ткани, что обеспечивает возможность измерения импеданса живой ткани. Возможность одновременного генерирования колебаний нескольких частот источником электрических сигналов позволяет, кроме того, выбрать диапазон частот генерации, наиболее адекватный организму с точки зрения измерения электрического сопротивления живой ткани. Благодаря тому что генератор формирует колебания с частотами в диапазоне от 104 до 106 Гц, который относится к радиочастотному диапазону, при взаимодействии измерительного датчика с исследуемой тканью на последнюю воздействует высокочастотный сигнал, что исключает поляризацию тканей и не изменяет ее естественного состояния. В результате повышается достоверность результатов измерения. Воздействие высокочастотным сигналом включает в измерительную цепь не только активное и емкостное сопротивления внеклеточной среды, но и активное и емкостное сопротивления внутриклеточной среды, так как по мере возрастания частоты внутриклеточное содержание принимает все большее участие в электрическом сопротивлении, что позволяет наиболее полно измерить импеданс исследуемой ткани, а следовательно, повышает достоверность результатов измерения электрического сопротивления. Кроме того, в диапазоне частот от 104 до 106 Гц изменение частоты сигнала воздействия на живую ткань в ту или иную сторону вызывает заметное изменение величины электрического сопротивления ткани, что также повышает достоверность результатов измерения. При этом расширение верхней границы диапазона нецелесообразно, поскольку при дальнейшем повышении частоты сопротивление живой ткани практически не изменяется (А.С.Пресман "Электромагнитные поля и живая природа", М.: Наука, 1968, с. 34, рис. 13; с. 36; "Биофизика" под редакцией Тарусова Б.Н. и Кольс О.Р., М.: Высшая школа, 1968, с.188-210). Поскольку на высоких частотах все большее участие в электрическом сопротивлении принимает внутриклеточное содержимое ткани, то измеренное сопротивление содержит в себе информацию о микроциркуляции и обмене веществ на клеточном уровне, что позволяет по величине измеренного сопротивления оценить состояние ткани, что повышает информативность результата измерения и расширяет область использования устройства. Кроме того, частота 106 Гц является частотой релаксации, связанной с белком воды, например, слизистая ротовой полости, десен (Б.Н.Тарусов и О.Р.Кольс, М.: Высшая школа, 1968, с.188-210), что позволяет по величине измеренного сопротивления оценить состояние слизистой оболочки живой ткани (воспаление, отек). При этом, поскольку формируемый диапазон частот при воздействии не вызывает явления поляризации в ткани, т.е. не изменяет ее естественного состояния, это позволяет использовать предлагаемое устройство для измерения электрического сопротивления ткани при наличии в исследуемой ткани паразитной поляризации, что повышает достоверность измерения, а также расширяет область использования устройства, в частности, позволяет использовать устройство в стоматологии для анализа состояния слизистой оболочки полости рта и десен.The technical result is achieved as follows. Connecting the source of electrical signals with an input to the measuring sensor ensures that the measuring source is connected in parallel with the input of the signal source of the tissue during interaction with it, and, therefore, the electrical resistance and capacitance signals characterizing the fabric are connected to the input. Due to the fact that the source of electrical signals is made in the form of an oscillation generator, R and C - tissue parameters introduced into its oscillatory system, lead to the disruption of oscillations at the fundamental frequencies and to the occurrence of oscillations at the combination frequencies and at the frequencies of harmonic components. In this case, the parameters and the nature of the forced oscillations are directly dependent on the value of the active and capacitive resistances of the studied tissue, which makes it possible to measure the impedance of living tissue. The ability to simultaneously generate oscillations of several frequencies by a source of electrical signals allows, in addition, to select the frequency range of generation that is most appropriate for the body in terms of measuring the electrical resistance of living tissue. Due to the fact that the generator generates oscillations with frequencies in the range from 10 4 to 10 6 Hz, which relates to the radio frequency range, when the measuring sensor interacts with the tissue under investigation, the latter is affected by a high-frequency signal, which excludes tissue polarization and does not change its natural state. As a result, the reliability of the measurement results is increased. The exposure to a high-frequency signal includes in the measuring circuit not only the active and capacitive resistances of the extracellular medium, but also the active and capacitive resistances of the intracellular medium, since as the frequency increases, the intracellular content takes an ever greater part in the electrical resistance, which makes it possible to measure the impedance of the tissue under study most fully, and therefore, increases the reliability of the results of measuring electrical resistance. In addition, in the frequency range from 10 4 to 10 6 Hz, a change in the frequency of the signal of exposure to living tissue in one direction or another causes a noticeable change in the electrical resistance of the tissue, which also increases the reliability of the measurement results. Moreover, the expansion of the upper limit of the range is impractical, since with a further increase in the frequency, the resistance of living tissue practically does not change (A.S. Presman "Electromagnetic fields and wildlife", Moscow: Nauka, 1968, p. 34, Fig. 13; p. 36; "Biophysics" edited by Tarusov B.N. and Kols O.R., Moscow: Higher School, 1968, p.188-210). Since at high frequencies the intracellular content of the tissue takes an increasing part in the electrical resistance, the measured resistance contains information on microcirculation and metabolism at the cellular level, which allows the state of the tissue to be estimated by the value of the measured resistance, which increases the information content of the measurement result and expands the scope of use devices. In addition, the frequency of 10 6 Hz is the relaxation frequency associated with the protein of water, for example, the mucous membrane of the oral cavity, gums (B.N. Tarusov and O.R. Kols, M .: Higher school, 1968, p. 188-210) , which allows us to assess the condition of the mucous membrane of living tissue (inflammation, edema) by the value of the measured resistance. Moreover, since the generated frequency range does not cause the phenomenon of polarization in the tissue, i.e. does not change its natural state, it allows you to use the proposed device for measuring the electrical resistance of the tissue in the presence of parasitic polarization in the test tissue, which increases the reliability of the measurement, and also expands the scope of use of the device, in particular, allows you to use the device in dentistry to analyze the state of the mucous membrane of the cavity mouth and gums.
При этом поскольку для живых клеток характерно изменение импеданса в зависимости от частоты воздействующего переменного тока, так как под действием переменного тока происходит изменение как реактивной, так и активной составляющих электрического сопротивления живой ткани (Б.Н.Тарусов и О. Р. Кольс, М.: Высшая школа, 1968, с. 197), то благодаря возможности генератора одновременно генерировать колебания нескольких частот в диапазоне от 104 до 106 Гц его выходной сигнал содержит информацию, характеризующую импеданс ткани на формируемых частотах, что повышает достоверность и информативность результата измерения. Стабилизация частоты 106 Гц обеспечивает помехоустойчивость источника электрических сигналов, что повышает достоверность результатов измерения. В источнике электрических сигналов стабилизация частоты 106 Гц обеспечивается кварцевым резонатором. Последовательное соединение в кольцо кварцевого резонатора, конденсатора переменной емкости и элементов И-НЕ, первого и второго, образует колебательный контур с частотой колебаний 106 Гц. Благодаря тому что каждый из элементов И-НЕ охвачен обратной связью посредством первой и второй RC-цепи, обеспечивается одновременное генерирование колебаний на трех частотах в диапазоне от 104 до 106 Гц.Moreover, since living cells are characterized by a change in impedance depending on the frequency of the acting alternating current, since under the influence of alternating current, both the reactive and active components of the electrical resistance of living tissue change (B.N. Tarusov and O.R. Kols, M .: Higher school, 1968, p. 197), due to the generator’s ability to simultaneously generate oscillations of several frequencies in the range from 10 4 to 10 6 Hz, its output signal contains information characterizing the tissue impedance at the generated frequencies, which o increases the reliability and information content of the measurement result. The stabilization of the frequency 10 6 Hz provides noise immunity of the source of electrical signals, which increases the reliability of the measurement results. In the source of electrical signals, frequency stabilization of 10 6 Hz is provided by a quartz resonator. The serial connection in the ring of a quartz resonator, a capacitor of variable capacitance and AND-NOT elements, the first and second, forms an oscillatory circuit with an oscillation frequency of 10 6 Hz. Due to the fact that each of the NAND elements is covered by feedback through the first and second RC circuits, simultaneous generation of oscillations at three frequencies in the range from 10 4 to 10 6 Hz is provided.
Благодаря тому что в устройство введен нелинейный преобразователь сигнала, подключенный к выходу источника электрических сигналов, обеспечивается возможность трансформации высокочастотного колебательного сигнала, формируемого на выходе источника, в низкочастотный, что позволяет снизить величину погрешности, вносимую устройством обработки зарегистрированного сигнала в результат измерения, поскольку обработка сигнала на низкой частоте повышает помехоустойчивость устройства, не требует специальных мер по организации помехозащищенности, что характерно для высокочастотного сигнала, и упрощает реализацию устройства в целом. В результате повышается достоверность результатов измерения. Благодаря тому что выходной сигнал источника электрических сигналов поступает в преобразователе на входы третьего элемента И-НЕ, последний, обладая нелинейными свойствами, обогащает выходной сигнал высокочастотными колебаниями на комбинационных частотах. Соединение выхода третьего элемента И-НЕ со входами четвертого элемента И-НЕ, а также подключение к входам второго элемента И-НЕ конденсатора, вторая обкладка которого заземлена, обеспечивают прохождение на входы четвертого элемента И-НЕ практически только колебаний разностных комбинационных частот, а колебания суммарных частот отфильтровывает конденсатор. Четвертый элемент И-НЕ обогащает поступивший на его вход суммарный колебательный сигнал разностных частот колебаниями на комбинационных частотах, трансформируя его тем самым в еще более низкую область частот. При этом обогащение выходного сигнала преобразователя колебаниями на комбинационных частотах обеспечивает более заметное изменение уровня выходного сигнала, поскольку устройство обработки сигнала, на вход которого он поступает, выполнено с возможностью выделения постоянной составляющей, что повышает достоверность результатов измерения. Кроме того, поскольку колебания на комбинационных частотах является результатом преобразования исходных высокочастотных колебаний нескольких частот, то низкочастотные колебания на комбинационных частотах отражают все изменения параметров исходных высокочастотных колебаний, явившихся результатом взаимодействия измерительного датчика с тканью, что обеспечивает адекватность уровня выходного сигнала электрическому сопротивлению ткани, а следовательно, обеспечивает достоверность результатов измерений. Due to the fact that a nonlinear signal converter is introduced into the device and connected to the output of the source of electrical signals, it is possible to transform the high-frequency oscillating signal generated at the source output into a low-frequency one, which reduces the error introduced by the device for processing the registered signal into the measurement result, since the signal is processed at a low frequency increases the noise immunity of the device, does not require special measures to organize noise immunity NOSTA that is characteristic of the high frequency signal, and simplifies the implementation of the whole device. As a result, the reliability of the measurement results is increased. Due to the fact that the output signal of the source of electrical signals arrives in the converter at the inputs of the third AND-NOT element, the latter, possessing nonlinear properties, enriches the output signal with high-frequency oscillations at combination frequencies. The connection of the output of the third AND-NOT element with the inputs of the fourth AND-NOT element, as well as the connection to the inputs of the second AND element of the capacitor, the second lining of which is grounded, ensure that only the oscillations of the difference Raman frequencies pass to the inputs of the fourth AND element, and the oscillations total frequency filters the capacitor. The fourth AND-NOT element enriches the total oscillatory signal of the difference frequencies received at its input by oscillations at the combination frequencies, thereby transforming it into an even lower frequency range. In this case, the enrichment of the output signal of the converter by oscillations at the combination frequencies provides a more noticeable change in the level of the output signal, since the signal processing device at the input of which it is supplied is capable of isolating a constant component, which increases the reliability of the measurement results. In addition, since the oscillations at the combination frequencies is the result of the conversion of the initial high-frequency oscillations of several frequencies, the low-frequency oscillations at the combination frequencies reflect all changes in the parameters of the initial high-frequency oscillations resulting from the interaction of the measuring sensor with the tissue, which ensures the adequacy of the output signal to the electrical resistance of the tissue, and therefore, it ensures the reliability of the measurement results.
Благодаря тому что в устройстве обработки зарегистрированного сигнала параллельно входу подключен переменный резистор, подвижный контакт которого соединен с базой транзистора, эмиттер которого соединен последовательно с первичной обмоткой трансформатора, заземленной через резистор, обеспечивается протекание через переход база-эмиттер и первичную обмотку трансформатора тока, обусловленного выходным сигналом преобразователя. Соединение вторичной обмотки трансформатора со входом выпрямителя, к выходу которого подключен усилитель постоянного тока, обеспечивает выделение постоянной составляющей и усиление. Due to the fact that a variable resistor is connected in parallel with the input in the device for processing the registered signal, the movable contact of which is connected to the base of the transistor, the emitter of which is connected in series with the primary winding of the transformer, grounded through the resistor, the current through the base-emitter junction and the primary winding of the transformer due to the output signal converter. The connection of the secondary winding of the transformer with the input of the rectifier, to the output of which a DC amplifier is connected, provides a constant component and gain.
Резистор в коллекторной цепи транзистора обеспечивает возможность задания электрического режима по коллекторному току. Поскольку ток, протекаемый в коллекторной цепи, отражает изменения амплитуды колебательного сигнала в переменном резисторе базы, которые, как было показано выше, отражают изменения исходного колебательного сигнала, являющиеся результатом взаимодействия датчика с исследуемой тканью, то ток, протекающий в коллекторной цепи, всегда соответствует вполне определенному режиму измерения. Введение в устройство индикатора измерительного тока и подключение его к первому выходу устройства обработки обеспечивает возможность фиксации уровня напряжения на выходе устройства при достижении заданного режима по коллекторному току транзистора, что обеспечивает возможность выполнения повторяемости условий измерения электрического сопротивления и повышает достоверность измерений. The resistor in the collector circuit of the transistor provides the ability to set the electrical mode of the collector current. Since the current flowing in the collector circuit reflects changes in the amplitude of the oscillatory signal in the variable base resistor, which, as was shown above, reflect the changes in the initial oscillating signal resulting from the interaction of the sensor with the tissue under study, the current flowing in the collector circuit always corresponds to specific measurement mode. The introduction of a measuring current indicator into the device and connecting it to the first output of the processing device provides the possibility of fixing the voltage level at the output of the device when the specified mode of the collector current of the transistor is achieved, which ensures the repeatability of the conditions for measuring electrical resistance and increases the reliability of measurements.
Таким образом, в предлагаемом устройстве для измерения электрического сопротивления живой ткани благодаря тому, что источник электрических сигналов выполнен в виде генератора колебаний с возможностью одновременной генерации колебаний нескольких частот в диапазоне от 104 до 106 Гц, обеспечивается не только возможность формирования сигнала воздействия на исследуемую ткань, но и возможность формирования сигнала, содержащего информацию о величине электрического сопротивления ткани. При этом высокочастотный сигнал при воздействии на живую ткань включает в измерительную цепь не только внеклеточную среду, но и внутриклеточное содержимое, что позволяет измерить импеданс ткани и тем самым повысить достовеpность результатов измерения величины электрического сопротивления. Кроме того, воздействие высокочастотного сигнала на живую ткань не вызывает в ней поляризации, что позволяет расширить область использования устройства. Кроме того, достоверность результатов измерения повышает возможность обработки результатов измерения на низкой частоте, а также возможность выполнения повторяемости условий измерения. Отсюда следует, что предлагаемое устройство для измерения электрического сопротивления живой ткани при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности результатов измерения, а повышении их информативности и в расширении области использования.Thus, in the proposed device for measuring the electrical resistance of living tissue due to the fact that the source of electrical signals is made in the form of an oscillation generator with the possibility of simultaneously generating oscillations of several frequencies in the range from 10 4 to 10 6 Hz, not only the possibility of generating a signal of influence on the studied tissue, but also the possibility of generating a signal containing information about the electrical resistance of the tissue. In this case, when a high-frequency signal is applied to living tissue, it includes not only the extracellular medium, but also the intracellular contents in the measuring circuit, which makes it possible to measure the tissue impedance and thereby increase the reliability of the results of measuring the electrical resistance. In addition, the effect of a high-frequency signal on living tissue does not cause polarization in it, which allows to expand the scope of use of the device. In addition, the reliability of the measurement results increases the ability to process the measurement results at a low frequency, as well as the ability to perform repeatability of the measurement conditions. It follows that the proposed device for measuring the electrical resistance of living tissue in the implementation ensures the achievement of a technical result, which consists in increasing the reliability of the measurement results, and increasing their information content and expanding the scope of use.
На чертеже изображена принципиальная схема устройства для измерения электрического сопротивления живой ткани. The drawing shows a schematic diagram of a device for measuring the electrical resistance of living tissue.
Устройство для измерения электрического сопротивления живой ткани содержит измерительный датчик 1, источник электрических сигналов 2, нелинейный преобразователь сигнала 3, устройство обработки зарегистрированного сигнала 4 и индикатор измерительного тока 5. Источник 2 электрических сигналов входом подключен к измерительному датчику 1, а выходом - ко входу нелинейного преобразователя 3, выход которого подключен ко входу устройства обработки 4, к первому выходу которого подключен индикатор измерительного тока 5, а второй выход 6 - является выходом устройства. A device for measuring the electrical resistance of living tissue contains a measuring sensor 1, an electric signal source 2, a non-linear signal converter 3, a registered signal processing device 4 and a measuring current indicator 5. An electric signal source 2 is connected to the measuring sensor 1 by an input and a non-linear input by an output Converter 3, the output of which is connected to the input of the processing device 4, the first output of which is connected to the indicator of the measuring current 5, and the second output 6 is swing device.
Источник электрического сигнала 2 содержит кварцевый резонатор 7, конденсатор 8 переменной емкости, первую 9, 10 и вторую 11, 12 параллельные RC-цепи, первый 13 и второй 14 элементы И-НЕ. Кварцевый резонатор 7 и конденсатор 8 соединены последовательно, а свободными выводами подключены соответственно ко входу первого 13 и к выходу второго 14 элементов И-НЕ, который соединен входами с выходом первого элемента И-НЕ 13, входы которого являются входом источника 2. Выход второго элемента И-НЕ 14 является выходом источника 2. Кроме того, каждый элемент И-НЕ 13, 14 охвачен обратной связью посредством первой 9, 10 и второй 11, 12 параллельных RC-цепей. The electric signal source 2 contains a quartz resonator 7, a variable capacitor 8, the first 9, 10 and second 11, 12 parallel RC circuits, the first 13 and second 14 AND-NOT elements. The quartz resonator 7 and the capacitor 8 are connected in series, and the free leads are connected respectively to the input of the first 13 and to the output of the second 14 AND-NOT elements, which are connected by the inputs to the output of the first AND-NOT 13 element, the inputs of which are the input of source 2. The output of the second element AND-NOT 14 is the output of source 2. In addition, each AND-NOT 13, 14 element is covered by feedback through the first 9, 10 and second 11, 12 parallel RC circuits.
Нелинейный преобразователь сигнала 3 содержит третий 15 и четвертый 16 элементы И-НЕ и конденсатор 17. Входы третьего элемента 15 И-НЕ являются входом преобразователя 3, а выход соединен со входами четвертого 16 элемента И-НЕ, выход которого является выходом преобразователя 3. Кроме того, ко входам четвертого 16 элемента И-НЕ подключена одна из обкладок конденсатора 17, а вторая обкладка заземлена. The nonlinear signal converter 3 contains the third 15 and fourth 16 AND-NOT elements and a capacitor 17. The inputs of the third AND-15 element 15 are the input of the converter 3, and the output is connected to the inputs of the fourth 16 AND-NOT elements, the output of which is the output of the converter 3. In addition Moreover, one of the plates of the capacitor 17 is connected to the inputs of the fourth 16 element AND-NOT, and the second plate is grounded.
Устройство обработки сигнала 4 содержит транзистор 18, переменный резистор 19, первый 20 и второй 21 резисторы, трансформатор 22, выпрямитель 23 и усилитель постоянного тока 24. У переменного резистора 19 один вывод подключен ко входу устройства обработки 4, второй вывод заземлен, а подвижный вывод соединен с базой транзистора 18, у которого коллектор через первый 20 резистор подключен к первому выходу устройства обработки 4, а эмиттер, первичная обмотка трансформатора 22 и второй резистор 21 соединены последовательно. Свободный вывод второго 21 резистора заземлен. Вторичная обмотка трансформатора 22 подключена ко входу выпрямителя 23, к выходу которого подключен усилитель постоянного тока 24, выход которого является выходом 6 устройства. The signal processing device 4 contains a transistor 18, a variable resistor 19, first 20 and second 21 resistors, a transformer 22, a rectifier 23 and a DC amplifier 24. At the variable resistor 19, one terminal is connected to the input of the processing device 4, the second terminal is grounded, and the movable terminal connected to the base of the transistor 18, in which the collector through the first 20 resistor is connected to the first output of the processing device 4, and the emitter, the primary winding of the transformer 22 and the second resistor 21 are connected in series. The free output of the second 21 resistors is grounded. The secondary winding of the transformer 22 is connected to the input of the rectifier 23, the output of which is connected to a DC amplifier 24, the output of which is the output 6 of the device.
Измерительный датчик 1 может быть выполнен, например, в виде активного 25 и пассивного 26 электродов. The measuring sensor 1 can be performed, for example, in the form of active 25 and passive 26 electrodes.
В качестве индикатора измерительного тока 5 может быть использован светодиод, подключенный минусом к первому выходу устройства обработки 4, а плюсом - к плюсу источника питания, т.е. светодиод включен к коллекторную цепь транзистора 18. As an indicator of the measuring current 5, an LED connected by a minus to the first output of the processing device 4 can be used, and a plus to the plus of the power source, i.e. LED is on to the collector circuit of transistor 18.
Устройство работает следующим образом. В примере выполнения устройства источник электрических сигналов 2 выполнен в виде генератора колебаний с возможностью одновременной генерации колебаний на трех частотах: 106, 105 и 104 Гц. Частоту 106 Гц формирует кварцевый генератор, состоящий из кварцевого резонатора 7, конденсатора 8 переменной емкости, выполняющего функцию подстроечного, и последовательно соединенных элементов И-НЕ 13, 14 в цепи обратной связи. Элементы И-НЕ 13, 14 выполняют функцию нелинейных усилителей, для чего входы каждого из них объединены. Генерация частот 105 и 104 Гц обеспечивает выбор параметров RC-цепей 9, 10 и 11, 12, обратных связей, которыми охвачены каждый из элементов И-НЕ 13, 14 соответственно. В результате колебательный сигнал, формируемый источником 2, представляет собой сумму трех синусоид с частотами 104, 105 и 106 Гц. Стабилизацию частоты 106 Гц обеспечивает использование кварцевого резонатора 7. Частота 105 Гц соответствует средней точке частотного диапазона от 104 до 106 Гц, в котором измеряют величину сопротивления исследуемой ткани (А.С. Пресман "Электромагнитные поля и живая природа", М.: Наука, 1968, с. 34, рис. 13).The device operates as follows. In an example embodiment of the device, the source of electrical signals 2 is made in the form of an oscillation generator with the possibility of simultaneous generation of oscillations at three frequencies: 10 6 , 10 5 and 10 4 Hz. A frequency of 10 6 Hz is formed by a quartz oscillator, consisting of a quartz resonator 7, a variable capacitor 8, which performs the function of tuning, and series-connected AND-NOT 13, 14 elements in the feedback circuit. Elements AND 13, 14 perform the function of non-linear amplifiers, for which the inputs of each of them are combined. The generation of frequencies 10 5 and 10 4 Hz provides a choice of parameters of RC circuits 9, 10 and 11, 12, feedbacks, which cover each of the elements AND 13, 14, respectively. As a result, the vibrational signal generated by source 2 is the sum of three sinusoids with frequencies of 10 4 , 10 5 and 10 6 Hz. The frequency of 10 6 Hz is stabilized by the use of a quartz resonator 7. The frequency of 10 5 Hz corresponds to the midpoint of the frequency range from 10 4 to 10 6 Hz, in which the resistance of the tissue under investigation is measured (A. S. Presman "Electromagnetic fields and wildlife, M .: Science, 1968, p. 34, Fig. 13).
В исходном состоянии после включения источника питания на выходе источник электрических сигналов 2 формирует высокочастотный колебательный сигнал, представляющий собой сумму трех синусоид с частотами 104, 105 и 106 Гц, который поступает на входы третьего 15 элемента И-НЕ нелинейного преобразователя сигнала 3. Колебательный сигнал при прохождении через элемент И-НЕ 15 благодаря нелинейным свойствам последнего обогащается высокочастотными колебаниями на комбинационных частотах. В результате на своем выходе элемент 15 И-НЕ формирует колебательный сигнал, представляющий собой сумму синусоидальных колебаний на основных и комбинационных частотах. Далее конденсатор 17, подключенный параллельно входу четвертого элемента И-НЕ 16, отфильтровывает из суммарного сигнала колебания суммарных комбинационных частот, а колебания разностных комбинационных частот проходят на вход четвертого 16 элемента И-НЕ, который так же в результате нелинейности характеристики обогащает проходящий через него сигнал колебаниями на комбинационных частотах. Результирующий колебательный сигнал с выхода четвертого элемента И-НЕ 16 протекает через переменный резистор 19, обуславливая протекание переменного тока по цепи: база-эмиттер транзистора 18 - первичная обмотка трансформатора 22 - резистор 21. Индуцируемый во вторичной обмотке трансформатора 22 ток поступает на вход выпрямителя 23. Выделенную постоянную составляющую усиливает усилитель 24 постоянного тока. На выходе 6 устройства устанавливается уровень напряжения.In the initial state, after turning on the power source at the output, the source of electrical signals 2 generates a high-frequency oscillatory signal, which is the sum of three sinusoids with frequencies of 10 4 , 10 5 and 10 6 Hz, which is fed to the inputs of the third 15 element of the NAND nonlinear signal converter 3. Oscillating signal when passing through the element AND-NOT 15 due to the nonlinear properties of the latter is enriched by high-frequency oscillations at combination frequencies. As a result, at its output, the element 15 AND-NOT generates an oscillatory signal, which is the sum of sinusoidal oscillations at the fundamental and combination frequencies. Next, the capacitor 17, connected in parallel with the input of the fourth AND-NOT 16 element, filters out the oscillations of the total Raman frequencies from the total signal, and the oscillations of the difference Raman frequencies pass to the input of the fourth 16 AND-NOT element, which also enriches the signal passing through it oscillations at combination frequencies. The resulting oscillating signal from the output of the fourth AND-NOT 16 element flows through the variable resistor 19, causing the alternating current to flow along the circuit: the base-emitter of the transistor 18 - the primary winding of the transformer 22 - resistor 21. The current induced in the secondary winding of the transformer 22 is fed to the input of the rectifier 23 The extracted DC component is amplified by the DC amplifier 24. The output 6 of the device sets the voltage level.
Режим транзистора 18 по коллекторному току устанавливают один раз подбором резистора 20 в цепи коллектора и регулировкой подвижным контактом падения напряжения на резисторе 19. Индикацию величины тока для заданного режима измерения осуществляет светодиод 5. За исходный уровень отсчета принимают уровень напряжения на выходе 6, установившийся после загорания светодиода 5. The collector current mode of transistor 18 is set once by selecting a resistor 20 in the collector circuit and adjusting the voltage drop across the resistor 19 by a movable contact. The current value for a given measurement mode is indicated by LED 5. The reference voltage level at output 6, established after ignition, is taken as the initial reference level LED 5.
После установки на выходе 6 устройства обработки 4 уровня отсчета, измерительный датчик 1 приводят во взаимодействие с исследуемой тканью: активный электрод 25 прикладывают к ткани, а пассивный электрод 26 дают в руку пациенту. При этом в колебательные контуры источника электрических сигналов 2 привносится активная и реактивная составляющие электрического сопротивления исследуемого участка ткани. Это приводит к срыву колебаний на основных частотах и возникновению в каждом из контуров колебаний с параметрами, обусловленными величиной вносимых активной и реактивной составляющих электрического сопротивления ткани, что изменяет в свою очередь параметры выходного колебательного сигнала источника 2, который после нелинейного преобразования поступает в устройство обработки 4, на выходе 6 которого устанавливается уровень напряжения, отличный от исходного. За истинный уровень напряжения принимают уровень, установившийся после загорания светодиода 5. After installing at the output 6 of the processing device 4 reference levels, the measuring sensor 1 is brought into interaction with the test tissue: the active electrode 25 is applied to the tissue, and the passive electrode 26 is placed in the patient’s hand. In this case, the active and reactive components of the electrical resistance of the tissue site under investigation are introduced into the oscillatory circuits of the source of electrical signals 2. This leads to a breakdown of oscillations at the fundamental frequencies and the appearance in each of the oscillation circuits with parameters determined by the value of the introduced active and reactive components of the tissue electrical resistance, which in turn changes the parameters of the output oscillating signal of source 2, which, after non-linear conversion, enters the processing device 4 , at the output 6 of which a voltage level is set that is different from the initial one. For the true voltage level, take the level established after the LED 5 lights up.
Установку эталонного исходного уровня выходного сигнала проводят тарировкой устройства. Для этого активный электрод 25 погружают в дистиллированную воду, что соответствует мертвой ткани, а пассивный электрод 26 заземляют. The installation of the reference initial level of the output signal is carried out by calibration of the device. For this, the active electrode 25 is immersed in distilled water, which corresponds to dead tissue, and the passive electrode 26 is grounded.
При измерении сопротивления слизистой оболочки ткани для установки исходного эталонного уровня выходного сигнала используют физраствор как эквивалент межклеточной жидкости (лимфа, кровь). When measuring the resistance of the mucous membrane of the tissue, saline solution is used as the equivalent of intercellular fluid (lymph, blood) to set the initial reference level of the output signal.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98119408A RU2137416C1 (en) | 1998-10-28 | 1998-10-28 | Device for measurement of electrical resistance of alive skin |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98119408A RU2137416C1 (en) | 1998-10-28 | 1998-10-28 | Device for measurement of electrical resistance of alive skin |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2137416C1 true RU2137416C1 (en) | 1999-09-20 |
Family
ID=20211675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98119408A RU2137416C1 (en) | 1998-10-28 | 1998-10-28 | Device for measurement of electrical resistance of alive skin |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2137416C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU173379U1 (en) * | 2017-02-20 | 2017-08-24 | Мария Владимировна Михайлова | Device for measuring biopotentials in the oral cavity |
-
1998
- 1998-10-28 RU RU98119408A patent/RU2137416C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU173379U1 (en) * | 2017-02-20 | 2017-08-24 | Мария Владимировна Михайлова | Device for measuring biopotentials in the oral cavity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3894532A (en) | Instruments for transcutaneous and subcutaneous investigation and treatment | |
| KR20060129507A (en) | Methods and devices for non-invasively measuring quantitative information of substances in living organisms | |
| NO981304L (en) | Device for in-vivo non-invasive measurement of a biological parameter for a human body or animal body fluid | |
| DE60124714D1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING GLUCOSE CONCENTRATION IN BODY FLUID | |
| Noveletto et al. | Analog front-end for the integrated circuit AD5933 used in electrical bioimpedance measurements | |
| RU2137416C1 (en) | Device for measurement of electrical resistance of alive skin | |
| Potdar et al. | Monitoring breathing rate using bio-impedance technique | |
| RU2196504C2 (en) | Device for measuring active and capacitive components of biological tissue impedance | |
| EP1053715A1 (en) | Method for measuring the electrical conduction of organic tissues | |
| Rahi̇Mov et al. | INVESTIGATION OF TECHNICAL MEANS OF DETERMINING THE QUASI-STATIC RESISTANCE OF THE HUMAN BODY | |
| Villa et al. | Portable body impedance system for long-term monitoring of body hydration | |
| US20220082549A1 (en) | Integrated electrophysiology amplifying apparatus, computer-accessible medium, system and method for use thereof | |
| SU1725829A1 (en) | Device for recording the psychogalvanic response | |
| RU2161904C2 (en) | Method and device for diagnosing human electrophysiologic state | |
| SU1615628A1 (en) | Apparatus for determining electric resistance of object having liquid component | |
| RU2116750C1 (en) | Method and device for measuring electric skin resistance | |
| RU2195867C1 (en) | Device for measurement of electrodermal resistance | |
| RU2083157C1 (en) | Apparatus for measuring polarization factor of biological tissues | |
| SU1759402A1 (en) | Device for measuring active and reactive components of biological tissue impedance | |
| SU707573A1 (en) | Apparatus for investigating the physical parameters of biological tissue | |
| JPH09253066A (en) | Pressure stable type probe and blood circulation measuring device using the probe | |
| RU2026004C1 (en) | Device for measuring friability of epithelial tissue of alimentary canal | |
| RU2295283C2 (en) | Device for applying electroacupuncture diagnostics method | |
| RU2107487C1 (en) | Method and device for performing electroacupuncture diagnosis procedure taking into account mechanical and electric properties of acupuncture points | |
| SU827026A1 (en) | Device for measuring quantity of blood filler |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091029 |