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 PDFInfo
- 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
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.
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)
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)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2631643C2 (ru) * | 2015-12-25 | 2017-09-25 | Ежков Александр Викторович | Схема кардиомонитора CardioQVARK |
-
2005
- 2005-01-24 RU RU2005101516/14A patent/RU2295912C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
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 |