RU2295912C2 - Способ электромагнитно-резонансной импедансометрии живых тканей биологического объекта и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ электромагнитно-резонансной импедансометрии живых тканей биологического объекта и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2295912C2
RU2295912C2 RU2005101516/14A RU2005101516A RU2295912C2 RU 2295912 C2 RU2295912 C2 RU 2295912C2 RU 2005101516/14 A RU2005101516/14 A RU 2005101516/14A RU 2005101516 A RU2005101516 A RU 2005101516A RU 2295912 C2 RU2295912 C2 RU 2295912C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
analog
input
microcontroller
digital converter
Prior art date
Application number
RU2005101516/14A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2005101516A (ru
Inventor
Игорь Михайлович Ясинский (RU)
Игорь Михайлович Ясинский
боконь Дмитрий Селиверстович Р (RU)
Дмитрий Селиверстович Рябоконь
гинцев Игорь Владимирович Зв (RU)
Игорь Владимирович Звягинцев
Олег Валерьевич Левченко (RU)
Олег Валерьевич Левченко
Анна Григорьевна Пахоменко (RU)
Анна Григорьевна Пахоменко
Александр Иванович Гусев (RU)
Александр Иванович Гусев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения
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 Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения
Priority to RU2005101516/14A priority Critical patent/RU2295912C2/ru
Publication of RU2005101516A publication Critical patent/RU2005101516A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2295912C2 publication Critical patent/RU2295912C2/ru

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к медицине и может быть использовано при диагностике ряда заболеваний методом сравнительной импедансометрии здоровых и больных тканей биологических объектов. Способ электромагнитно-резонансной импедансометрии биологических объектов проводят путем определения резонансного сопротивления и резонансной емкости колебательного контура, содержащего катушку индуктивности и конденсатор, в двух фазах - без воздействия и под воздействием биологического объекта на колебательный контур, и последующего сопоставления величин активной и реактивной составляющих колебательного контура в этих двух фазах, при этом оценку параметров колебательного контура осуществляют путем измерения частоты возникающих свободных колебаний и скорости их затухания при ударном возбуждении контура, а параметры колебательного контура синхронно с измерением электрокардиосигнала измеряют дискретно в течение каждого из N-измерений времени кардиоцикла. Устройство для осуществления способа содержит датчиковое устройство, в состав которого входят катушка индуктивности и конденсатор, образующие колебательный контур, согласующее устройство, выход которого подключен к колебательному контуру, буферный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и компьютер с интерфейсом, отличающееся тем, что дополнительно первая группа входов-выходов программно-управляемого микроконтроллера соединена с выходом интерфейса, вторая группа входов-выходов микроконтроллера соединена с выходом аналого-цифрового преобразователя, а вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу буферного усилителя, вход буферного усилителя подключен к первому выводу катушки индуктивности, один из выходов микроконтроллера подключен ко входу согласующего устройства, при этом вторые выводы катушки индуктивности и конденсатора соединены с общей шиной, а выход датчика кардиосигналов соединен со входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к третьей группе входов-выходов микроконтроллера. Использование изобретения позволяет повысить точность и скорость измерений с одновременным расширением функциональных возможностей. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к медицине и может быть использовано при диагностике ряда заболеваний методом сравнительной импедансометрии здоровых и больных тканей биологических объектов.
Известен способ импедансометрии живых тканей биологического объекта путем пропускания переменного электрического тока через ткани и измерения импеданса [1].
Способ применяется при измерении импеданса головного мозга у больных с тяжелой черепно-мозговой травмой. При измерении используются нихромовые или платиновые электроды, которые имплантированы оперативным путем в белое вещество и в кору головного мозга. Измерение производят на частотах 20 и 200 кГц биполярным способом. Недостатком является то, что способ выполняется инвазивным путем, имеет ограниченные возможности и отличается большой трудоемкостью и материальными затратами.
В настоящее время известно несколько неинвазивных способов импедансометрии биологических объектов, применяемых при диагностике заболеваний [1], из которых наиболее близким по своей сущности является выбранный в качестве прототипа способ электромагнитно-резонансной импедансометрии живых тканей биологического объекта, который осуществляется путем воздействия биологического объекта на один из элементов колебательного контура, содержащего катушку индуктивности, конденсатор и определения резонансного сопротивления и резонансной емкости этого контура без воздействия и при воздействии биологического объекта и определения отношений параметров контура. При исследовании формируют и подают на колебательный контур напряжение последовательного ряда частот, производя сканирование в диапазоне частот с некоторым шагом. Далее определяют амплитудно-частотную характеристику колебательного контура с воздействующим биологическим объектом и определяют параметры этого контура. Сравнивают полученные параметры с параметрами колебательного контура без биологического объекта и вычисляют импеданс биологического объекта. Воздействие осуществляют путем внесения биологического объекта во внутреннее или внешнее электромагнитное поле катушки индуктивности колебательного контура, или гальванического контакта тканей биологического объекта с металлическими электродами, соединенными электрически с обмоткой связи контурной катушки индуктивности колебательного контура, или контакта тканей биологического объекта с металлическими электродами, рабочая поверхность которых покрыта слоем диэлектрика, при этом каждый из электродов электрически соединен с одним из выводов конденсатора колебательного контура.
Устройство для осуществления способа содержит генератор тестовых сигналов переменной частоты, датчиковое устройство, в состав которого входит катушка индуктивности и конденсатор, образующие колебательный контур, и регистратор. В качестве генератора тестовых сигналов переменной частоты и регистратора используют компьютер с дополнительным устройством формирования и обработки сигналов, при этом у устройства формирования и обработки сигналов параллельный порт ввода/вывода соединен с шиной подключения дополнительных устройств компьютера, основной выход соединен с входом датчикового устройства, а сигнальный вход - с выходом датчикового устройства. Устройство снабжено устройством формирования и обработки сигналов, содержащим интерфейс, цифроаналоговый преобразователь, генератор, управляемый напряжением, синхронизатор, частотомер, аналого-цифровой преобразователь и коммутатор каналов.
Данный способ имеет следующие недостатки:
1) низкая скорость измерений, ограниченная большим числом частот, необходимых для измерения частотной характеристики контура и быстродействием компьютера;
2) недостаточная точность проведения измерения, обусловленная воздействием возможных помех (электромагнитных полей от соседних приборов, радиостанций и т.п.), которые могут существенно исказить результаты измерений;
3) кроме того, в настоящее время имеется необходимость проводить электромагнитно-резонансную импедансометрию отдельных органов и частей биологических объектов с учетом процесса кровенаполнения и активности сердечной деятельности.
Задача изобретения - повышение точности и скорости измерений с одновременным расширением функциональных возможностей.
Это достигается тем, что в способе электромагнитно-резонансной импедансометрии биологических объектов, путем определения резонансного сопротивления и резонансной емкости колебательного контура, содержащего катушку индуктивности и конденсатор, в двух фазах - без воздействия и под воздействием биологического объекта на колебательный контур, и последующего сопоставления величин активной и реактивной составляющих колебательного контура в этих двух фазах, согласно изобретению оценку параметров колебательного контура осуществляют путем измерения частоты возникающих свободных колебаний и скорости их затухания при ударном возбуждении контура, а параметры колебательного контура синхронно с измерением электрокардиосигнала измеряют дискретно в течение каждого из N-измерений времени кардиоцикла.
Это достигается тем, что в устройстве для электромагнитно-резонансной импедансометрии биологических объектов, содержащем датчиковое устройство, в состав которого входят катушка индуктивности и конденсатор, образующие колебательный контур, согласующее устройство, выход которого подключен к колебательному контуру, буферный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и компьютер с интерфейсом, согласно изобретению дополнительно первая группа входов-выходов программно-управляемого микроконтроллера соединена с выходом интерфейса, вторая группа входов-выходов микроконтроллера соединена с выходом аналого-цифрового преобразователя, а вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу буферного усилителя, вход буферного усилителя подключен к первому выводу катушки индуктивности, один из выходов микроконтроллера подключен ко входу согласующего устройства, при этом вторые выводы кардиосигналов соединены со входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к третьей группе входов-выходов микроконтороллера.
Сущность изобретения состоит в том, что исследование биологического объекта осуществляется дискретно во времени (измеряются параметры колебательного контура, на элементы которого воздействует биологический объект) и синхронно с электрокардиосигналом во время одного или нескольких следующих друг за другом кардиоциклов. При этом для измерения импеданса колебательного контура используется метод ударного возбуждения, основанный на возбуждении свободных колебаний в LC-контуре и оценке скорости их затухания. При исследовании время кардиоцикла разбивается на N измерений. При каждом измерении синхронно с электрокардиосигналом измеряется величина импеданса биологического объекта и величина электрокардиосигнала. Применяемая компьютерная программа предусматривает возможность выведения в графической и цифровой форме сигналов электрокардиограммы, изменения добротности (величины, однозначно связанной с импедансом колебательного контура), частоты и емкости с привязкой ко времени. Это позволяет производить электромагнитно-резонансную импедансометрию отдельных органов и частей биологических объектов с учетом процессов кровенаполнения и активности сердечной деятельности.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для электромагнитно-резонансной импедансометрии.
Устройство для электромагнитно-резонансной импедансометрии биологических объектов содержит датчиковое устройство 1, в состав которого входят катушка индуктивности 2 и конденсатор 3, образующие колебательный контур. К потенциальному выводу колебательного контура подключены выход согласующего устройства 4 и вход буферного усилителя 5, выход которого соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя 6. Устройство содержит компьютер 7, выход которого соединен с входом интерфейса 8, и программно-управляемый микроконтроллер 9.
У микроконтроллера 9 первая группа входов-выходов соединена с выходом интерфейса 8, вторая группа входов-выходов соединена с выходом первого аналого-цифрового преобразователя 6, третья группа входов-выходов соединена с выходом второго аналого-цифрового преобразователя 11, вход которого соединен с выходом датчика электрокардиосигнала 10, а один из выходов соединен с входом согласующего устройства 4.
Устройство работает следующим образом. Программное обеспечение, написанное для компьютера 7 в стандартной операционной среде Windows 98, обеспечивает непосредственное участие оператора в запуске процесса измерения, оценке результатов и сохранении необходимой информации. По команде «Измерение» в программе, установленной на компьютере 7, формируется команда на программно-управляемый микроконтроллер 9, поступающая через интерфейс связи 8. Микроконтроллер 9, осуществляя работу по своей внутренней программе, получив команду на измерение, формирует на одном из выходов запускающий.импульс, который через согласующее устройство 4 подается на параллельный колебательный контур, образованный элементами 2 и 3.
Запускающий импульс (см. фиг.2а) имеет прямоугольную форму и вследствие короткой длительности достаточно широкий спектр частот. Элементы 2, 3 и длительность запускающего импульса подобраны так, чтобы в спектре возбуждаемой полосы частот была и резонансная частота датчикового устройства 1. Возбуждаемые колебания совпадают с резонансной частотой контура и имеют вид затухающих по амплитуде (см. фиг.2б).
Затухающее колебание усиливается буферным усилителем 5 до уровня приемлемого для обработки аналого-цифровым преобразователем 6. Информация о колебании в цифровой форме с выхода аналого-цифрового преобразователя 6 поступает на вход микроконтроллера 9. В соответствии с программой работы микроконтроллера происходит оценка нижнего и верхнего уровней затухающего колебания и фиксируется участок, где значение амплитуды затухающего колебания изменяется в eπ раз. Это необходимо для определения числа импульсов, заполняющих указанный промежуток Т (фиг.2в). Подсчитанное число импульсов соответствует добротности катушки 2 [2] и в численной форме через интерфейс 8 поступает в компьютер 7. Одновременно в микроконтроллере 9 за фиксированный интервал времени tф подсчитывается количество прошедших импульсов затухания и по результату вычисляется частота, на которой возбудился контур, состоящий из элементов 2 и 3. Это значение также передается в компьютер 7. Кроме индикации значений добротности и резонансной частоты, компьютер 7, по значению величины индуктивности 2, введенному заранее оператором, вычисляет величину емкости 3.
С целью снижения роли случайной погрешности и повышения достоверности производимых измерений программа на компьютере 7 предоставляет возможность проведения не только единичных замеров, но и пакетом. По отдельной команде на микроконтроллер 9 и на компьютер 7 поступают результаты нескольких (10, 20 замеров), которые впоследствии усредняются и представляются в численном виде.
Процесс измерения осуществляется в двух фазах - без воздействия и под воздействием биологического объекта на датчиковое устройство 1. В первом случае, без биологического объекта, по команде оператора происходит измерение добротности, частоты и емкости датчикового устройства 1 в свободном состоянии, во втором случае, с биологическим объектом. Указанные выше параметры фиксируются в базе данных компьютера 7 в сопоставлении с объектом исследования (рука, нога, голова и др.), а также со временем производимых исследований.
Кроме того, датчик кардиоимпульсов 10, наложенный на биологический объект, формирует на выходе сигнал электрокардиограммы, который преобразуется затем в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя 11 и поступает на вход микроконтроллера 9. В соответствии с программой микроконтроллер 9 через интерфейс 8 в промежутки времени, не занятые обслуживанием датчикового устройства 1, выводит на компьютер 7 сигнал электрокардиограммы.
Предлагаемый способ импедансометрии живых тканей биологического объекта осуществляется следующим образом.
Первоначально к устройству подключается соответствующее датчиковое устройство и проверяются параметры датчикового устройства без биологического объекта. Затем во внутреннее или внешнее электромагнитное поле обмотки измерительной катушки вносится исследуемый биологический объект, измеряются параметры колебательного контура и определяются вносимое активное сопротивление и вносимая емкость биологического объекта. Одновременно регистрируется кардиосигнал.
При импедансометрии конечностей измеряются параметры колебательного контура с внесенной больной конечностью в зоне патологического процесса, а затем измеряются параметры колебательного контура с внесенной здоровой конечностью в симметричной зоне. По отношению параметров здоровой и исследуемой конечностей диагностируется то или иное заболевание и степень его выраженности, что определяется соответствующей медицинской методикой. Дополнительную информацию для диагностики можно получить при помощи контактной импедансометрии, путем наложения металлических электродов поочередно в проблемную зону и симметрично расположенную здоровую.
Для диагностики возможных патологий живых тканей одиночного органа первоначально исследуют параметры колебательного контура с внесенным этим органом у здоровых людей разных возрастных групп и устанавливают границы этих параметров для каждой возрастной группы. При исследовании больных определяют отклонение этих параметров от контрольных и по разработанной методике диагностируют то или иное заболевание и степень его выраженности. При динамическом исследовании одного и того же пациента возможно прогнозирование течения болезни.
Предлагаемый способ импедансометрии и устройство для его осуществления прошли медицинскую проверку в клинических больницах г.Омска в отделениях нейрохирургии и нейрореанимации, травмотологии, гинекологии и урологии. Проверка подтвердила высокую эффективность предлагаемого изобретения.
Источники информации
1. Патент РФ №2182814, кл.7 А 61 В 5/053, опубл. 27.05.2002 г. БИ №15.
2. Измерения в электронике. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1987.

Claims (2)

1. Способ электромагнитно-резонансной импедансометрии биологических объектов путем определения резонансного сопротивления и резонансной емкости колебательного контура, содержащего катушку индуктивности и конденсатор, в двух фазах - без воздействия и под воздействием биологического объекта на колебательный контур и последующего сопоставления величин активной и реактивной составляющих колебательного контура в этих двух фазах, отличающийся тем, что оценку параметров колебательного контура осуществляют путем измерения частоты возникающих свободных колебаний и скорости их затухания при ударном возбуждении контура, а параметры колебательного контура синхронно с измерением электрокардиосигнала измеряют дискретно в течение каждого из N-измерений времени кардиоцикла.
2. Устройство для электромагнитно-резонансной импедансометрии биологических объектов, содержащее датчиковое устройство, в состав которого входят катушка индуктивности и конденсатор, образующие колебательный контур, согласующее устройство, выход которого подключен к колебательному контуру, буферный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и компьютер с интерфейсом, отличающееся тем, что дополнительно первая группа входов-выходов программно-управляемого микроконтроллера соединена с выходом интерфейса, вторая группа входов-выходов микроконтроллера соединена с выходом аналого-цифрового преобразователя, а вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу буферного усилителя, вход буферного усилителя подключен к первому выводу катушки индуктивности, один из выходов микроконтроллера подключен ко входу согласующего устройства, при этом вторые выводы катушки индуктивности и конденсатора соединены с общей шиной, а выход датчика кардиосигналов соединен со входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к третьей группе входов-выходов микроконтроллера.
RU2005101516/14A 2005-01-24 2005-01-24 Способ электромагнитно-резонансной импедансометрии живых тканей биологического объекта и устройство для его осуществления RU2295912C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005101516/14A RU2295912C2 (ru) 2005-01-24 2005-01-24 Способ электромагнитно-резонансной импедансометрии живых тканей биологического объекта и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005101516/14A RU2295912C2 (ru) 2005-01-24 2005-01-24 Способ электромагнитно-резонансной импедансометрии живых тканей биологического объекта и устройство для его осуществления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005101516A RU2005101516A (ru) 2006-07-10
RU2295912C2 true RU2295912C2 (ru) 2007-03-27

Family

ID=36830181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005101516/14A RU2295912C2 (ru) 2005-01-24 2005-01-24 Способ электромагнитно-резонансной импедансометрии живых тканей биологического объекта и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2295912C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2547961C1 (ru) * 2014-02-10 2015-04-10 Виталий Юрьевич Мишланов Способ структурно-функционального исследования сердца и диагностики хронической сердечной недостаточности с помощью высокочастотного электроимпедансного анализа

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2631643C2 (ru) * 2015-12-25 2017-09-25 Ежков Александр Викторович Схема кардиомонитора CardioQVARK

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2547961C1 (ru) * 2014-02-10 2015-04-10 Виталий Юрьевич Мишланов Способ структурно-функционального исследования сердца и диагностики хронической сердечной недостаточности с помощью высокочастотного электроимпедансного анализа

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005101516A (ru) 2006-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0818175B1 (en) Living body condition measuring apparatus
EP2049012B1 (en) Sensor for detecting the passing of a pulse wave from a subject´s arterial system
US8725245B2 (en) Resonant coil for measuring specimen condition
JP2965153B2 (ja) 骨の状態を生体において評価する超音波評価方法及び装置
US20060122489A1 (en) Vascular endothelial reactivity measuring apparatus and method for controlling the measuring apparatus
CN113133753A (zh) 基于磁感应相位移的生物组织血流实时监测系统及模拟监测系统
RU2295912C2 (ru) Способ электромагнитно-резонансной импедансометрии живых тканей биологического объекта и устройство для его осуществления
DE102012216248A1 (de) Medizinische Bildgebungsvorrichtung mit einer Sensoreinheit zu einem Erfassen eines physiologischen Signals sowie ein Verfahren zu einem Erfassen eines Herzzyklus eines Patienten
DE69634901T2 (de) Vorrichtung zum messen induzierter störsingnale zum bestimmen des physiologischen zustandes des menschlichen arterien-systems
WO2010019773A2 (en) Smart stent
JPS6125543A (ja) 臓器運動の無接触測定装置
CN111398663B (zh) 心脏起搏器感应电流测试方法及处理终端
WO2021105555A1 (en) System and method for measuring at least one parameter of eye
RU2134533C1 (ru) Устройство для определения кожного кровотока
RU97259U1 (ru) Прибор для мониторинга гемодинамики
JP5727380B2 (ja) 伝導動脈の壁の局所硬化指数を測定する方法及び対応する機器
RU2238031C2 (ru) Устройство для диагностики отека головного мозга
RU2664633C2 (ru) Устройство для измерения электрического импеданса в частях тела
Schächtele On the design of passive resonant circuits to measure local pulse wave velocity in a stent
JPH02255124A (ja) 血流計測装置
RU2251969C2 (ru) Способ диагностики состояния биологической ткани (варианты) и устройство для его осуществления
JP2001327476A (ja) 電気特性測定装置
RU32381U1 (ru) Устройство для диагностики состояния биологической ткани
CN100371940C (zh) 周期性生理信号处理系统
RU2267291C1 (ru) Способ определения времени продольной ядерной магнитно-резонансной релаксации t1

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110125