RU2319443C2 - Device for measuring active and capacitive components of impedance of palate tonsils - Google Patents
Device for measuring active and capacitive components of impedance of palate tonsils Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319443C2 RU2319443C2 RU2006109298/14A RU2006109298A RU2319443C2 RU 2319443 C2 RU2319443 C2 RU 2319443C2 RU 2006109298/14 A RU2006109298/14 A RU 2006109298/14A RU 2006109298 A RU2006109298 A RU 2006109298A RU 2319443 C2 RU2319443 C2 RU 2319443C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- converter
- input
- output
- voltage
- impedance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в медицине для количественной оценки степени патологических изменений в тканях глотки и дифференциальной диагностики различных заболеваний.The invention relates to medical equipment and can be used in medicine to quantify the degree of pathological changes in the tissues of the pharynx and differential diagnosis of various diseases.
Известно устройство - преобразователь модуля переменной и постоянной составляющих измеряемого импеданса биоткани в напряжение (в дальнейшем - реограф) [Реограф Р4-02. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Львовский завод радиоэлектронной медицинской аппаратуры. 1993 г., с.8], позволяющий анализировать импеданс на частотах 100, 70, 50 и 40 кГц, содержащий генератор импульсов зондирующего тока высокой частоты, содержащий внутри себя согласующий трансформатор, первый выход которого посредством первой контактной группы реле переключения режимов «Калибровка» - «Измерение» переключается между токовыми электродами к пациенту и входными выводами калибровочного устройства, входное устройство, входы которого через вторую контактную группу реле переключаются между электродами напряжения и выходами калибровочного устройства, выход которого соединен с сигнальным входом синхронного демодулятора, вход управления которого соединен со вторым выходом генератора импульсов зондирующего тока, а выход - с входом усилителя постоянного тока, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, а также последовательно соединенные первый усилитель низкой частоты, фильтр нижних частот и второй усилитель низкой частоты, причем вход первого усилителя низкой частоты соединен с выходом синхронного демодулятора, выход второго усилителя низкой частоты параллельно соединен с входом дифференциатора и входом устройства автоматического успокоения, выход которого соединен с входом отрицательной обратной связи первого усилителя низкой частоты.A device is known - a converter of the module of the variable and constant components of the measured impedance of the biological tissue into voltage (hereinafter referred to as the rheograph) [Reograph P4-02. Technical description and instruction manual. - Lviv plant of electronic medical equipment. 1993, p. 8], which allows to analyze the impedance at frequencies of 100, 70, 50 and 40 kHz, containing a pulse generator of a probing current of high frequency, containing a matching transformer, the first output of which is through the first contact group of the switching relay "Calibration" - “Measurement” switches between the current electrodes to the patient and the input terminals of the calibration device, an input device whose inputs through the second relay contact group switch between the voltage electrodes and the calibration outputs a device, the output of which is connected to the signal input of a synchronous demodulator, the control input of which is connected to the second output of the probe current pulse generator, and the output is connected to the input of a DC amplifier, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, and the first low-power amplifier is connected in series frequencies, a low-pass filter and a second low-frequency amplifier, the input of the first low-frequency amplifier connected to the output of the synchronous demodulator, the output of the second amplifier low nth frequency is connected in parallel with the input of the differentiator and the input of the automatic soothing device, the output of which is connected to the negative feedback input of the first low-frequency amplifier.
Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:
- невозможность измерения импеданса на более низких частотах - 500 Гц - 10 кГц - в виду высокой величины составляющей погрешности измерения, обусловленной высокими значениями тока намагничивания первичной обмотки первого согласующего трансформатора в указанном частотном диапазоне, увеличивающегося с уменьшением частоты тока;- the impossibility of measuring the impedance at lower frequencies - 500 Hz - 10 kHz - in view of the high magnitude of the component of the measurement error due to the high magnetization current of the primary winding of the first matching transformer in the specified frequency range, increasing with decreasing current frequency;
- отсутствие функций выделения активной и емкостной составляющей импеданса;- lack of functions of allocation of the active and capacitive component of the impedance;
- большая величина коэффициента гармоник испытательного воздействия - более 41% - обусловленного отличием формы прямоугольного сигнала от гармонического.- a large value of the harmonic coefficient of the test effect - more than 41% - due to the difference in the shape of the rectangular signal from the harmonic.
Ближайшим аналогом к предложенному по техническому решению является устройство для измерения активной и емкостной составляющих импеданса, предназначенное для исследования патологических изменений в тканях и органах и содержащее электроды пациента, генератор прямоугольных импульсов, интегратор, преобразователь напряжение-ток, переключатель, усилитель постоянного тока и измерительное устройство с индикацией, которое в случае выполнения его в цифровом виде предполагает в измерительном устройстве наличие АЦП (SU 1759402 А1, кл. А61В 5/05, 07.09.1992). Однако данное устройство не предназначено для его использования при исследовании небных миндалин, и величина коэффициента гармоник испытательного воздействия, обусловленного отличием формы треугольного сигнала от гармонического - более 12%.The closest analogue to the proposed technical solution is a device for measuring the active and capacitive components of the impedance, designed to study pathological changes in tissues and organs and containing patient electrodes, a rectangular pulse generator, an integrator, a voltage-current converter, a switch, a DC amplifier and a measuring device with an indication which, if executed digitally, assumes the presence of an ADC in the measuring device (SU 1759402 A1, class A61B 5/05, 09/07/1992 ) However, this device is not intended for use in the study of palatine tonsils, and the value of the harmonic coefficient of the test effect, due to the difference in the shape of the triangular signal from the harmonic - more than 12%.
Целями изобретения являются:The objectives of the invention are:
- снижение коэффициента гармоник зондирующего сигнала;- reduction in the harmonic coefficient of the probe signal;
- компенсация искажений измерений тока на низких частотах, обусловленных дефектами согласующих трансформаторов.- compensation of distortions in current measurements at low frequencies caused by defects in matching transformers.
Поставленная задача достигается тем, что в известный измеритель импеданса, содержащий генератор импульсов, а также последовательно соединенные входное устройство, синхронный демодулятор, усилитель постоянного тока и аналого-цифровой преобразователь, введены первый делитель частоты на 2, тактовый вход которого соединен с прямым выходом генератора, второй делитель частоты на 2, тактовый вход которого соединен с инверсным выходом генератора, последовательно соединенные триггер Шмидта, прямой интегратор, нелинейный преобразователь линейно изменяющегося напряжения в синусоидальное, преобразователь напряжение-ток, согласующий трансформатор, причем вход триггера Шмидта соединен с выходом первого делителя частоты на 2; конвертор емкостного сопротивления, выводы которого параллельно соединены с входом входного устройства и выводами первичной обмотки согласующего трансформатора, выводы вторичной обмотки которого соединены с электродами пациента; второй синхронный демодулятор, переключатель и устройство индикации, причем выход входного устройства соединен с сигнальными входами первого и второго синхронных демодулятора, управляющие входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго делителей частоты на 2, а выходы соединены соответственно с первым и вторым входами переключателя, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот; цифровые выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с устройством индикации.The task is achieved by the fact that in the known impedance meter containing a pulse generator, as well as series-connected input device, synchronous demodulator, DC amplifier and analog-to-digital converter, the first frequency divider is introduced into 2, the clock input of which is connected to the direct output of the generator, the second frequency divider by 2, the clock input of which is connected to the inverse output of the generator, the Schmidt trigger, a direct integrator, a nonlinear linear converter are connected in series but a changing voltage into a sinusoidal, a voltage-current converter matching a transformer, and the input of the Schmidt trigger is connected to the output of the first frequency divider by 2; a capacitance converter, the terminals of which are connected in parallel to the input of the input device and the terminals of the primary winding of the matching transformer, the terminals of the secondary winding of which are connected to the patient's electrodes; a second synchronous demodulator, a switch and an indication device, the output of the input device being connected to the signal inputs of the first and second synchronous demodulators, the control inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second frequency dividers by 2, and the outputs are connected respectively to the first and second inputs of the switch, the output which is connected to the input of the lowpass filter; the digital outputs of the analog-to-digital converter are connected to an indication device.
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства, на фиг.2 приведены временные диаграммы напряжения в некоторых точках устройства.Figure 1 presents the structural electrical diagram of the proposed device, figure 2 shows the timing diagram of the voltage at some points of the device.
Состояние согласующего трансформатора в установившемся синусоидальном режиме описывается системой комплексных уравненийThe condition of the matching transformer in a steady sinusoidal mode is described by a system of complex equations
где U1, U2 - комплексные амплитуды падений напряжений на зажимах соответственно первичной и вторичной обмоток;where U 1 , U 2 are the complex amplitudes of the voltage drops at the terminals, respectively, of the primary and secondary windings;
Il, I2 - комплексные амплитуды токов первичной и вторичной обмоток;I l , I 2 - complex amplitudes of the currents of the primary and secondary windings;
r1, r2 - эквивалентные сопротивления активных потерь первичной и вторичной обмоток;r 1, r 2 - equivalent resistance ohmic losses of the primary and secondary windings;
L1 - собственная индуктивность первичной обмотки;L 1 - own inductance of the primary winding;
Zн - комплексное сопротивление нагрузки, подключенное к зажимам вторичной обмотки.Z n - the integrated load resistance connected to the terminals of the secondary winding.
При условии, что r1<<ωL1 и r2<<ωL2, связь между входным током и напряжением определится выражениемProvided that r 1 << ωL 1 and r 2 << ωL 2 , the relationship between the input current and voltage is determined by the expression
При условии, что величина составляющей тока намагничиванияProvided that the magnitude of the magnetizing current component
напряжение на зажимах первичной нагрузки согласно выражению (2) пропорционально сопротивлению нагрузки. Но величина амплитуды зондирующего тока I2 через ткани человека не должна превышать допустимого значения - 100 мкА, и обеспечение условия (3) на низких частотах трудновыполнимо. Подключение параллельно первичной обмотке конденсатора Cэ, удовлетворяющее условию резонансаthe voltage at the terminals of the primary load according to expression (2) is proportional to the load resistance. But the magnitude of the amplitude of the probing current I 2 through human tissue should not exceed the allowable value - 100 μA, and ensuring the condition (3) at low frequencies is difficult. Connection parallel to the primary winding of the capacitor C e , satisfying the resonance condition
позволит свести влияние тока намагничивания к нулю. Применяемый в устройстве в качестве эквивалентного конденсатора Cэ обобщенный емкостной конвертор сопротивления (фиг.3) позволит получить большие изменяемые с помощью резистора R2 значения его емкости при небольших величинах емкости С5will reduce the influence of the magnetization current to zero. The generalized capacitive resistance converter used in the device as an equivalent capacitor C e (Fig. 3) will allow to obtain large values of its capacitance with the help of resistor R2 with small capacitances C5
Таким образом, снизится погрешность измерения импеданса, обусловленную током намагничивания.Thus, the impedance measurement error due to the magnetization current will decrease.
Разложение в тригонометрический ряд симметричных двуполярных импульсов тока треугольной формы, применяемых в качестве воздействия на ткани в ближайшем аналоге, имеет видThe expansion in a trigonometric series of symmetrical bipolar current pulses of a triangular shape, used as an effect on tissues in the closest analogue, has the form
и величина коэффициента гармоник такого сигналаand the value of the harmonic coefficient of such a signal
превышает величину 12%. Применение в качестве входного сигнала для преобразователя «напряжение-ток» сигнала с выхода нелинейного формирователя гармонического сигнала (3, 4, 5; фиг.1) [Ноткин. Функциональные генераторы и их применение. - М.: Радио и связь, 1983. - с.83-85], синхронизируемого импульсами делителя частоты на 2 - 2, позволит получить величину коэффициента гармоник зондирующего сигнала не более 1%, а также позволит уменьшить задержку срабатывания синхронных демодуляторов 11 и 12 на низких частотах.exceeds the value of 12%. The use of a signal from the output of a nonlinear driver of a harmonic signal as an input signal for a voltage-current converter (3, 4, 5; Fig. 1) [Notkin. Functional generators and their application. - M .: Radio and communications, 1983. - p. 83-85], synchronized by pulses of the frequency divider by 2 - 2, will allow you to get the value of the harmonic coefficient of the probe signal is not more than 1%, and will also reduce the delay time of synchronous demodulators 11 and 12 at low frequencies.
Устройство измерения активной и емкостной составляющих импеданса биологических тканей работает следующим образом.A device for measuring the active and capacitive components of the impedance of biological tissues works as follows.
Генератор импульсов 1 (фиг.1) вырабатывает прямоугольные импульсы (меандр) частотой 2 кГц (диаграмма «A» фиг.2), поступающие на входы делителей частоты на 2-2 и 9, синхронизируемых соответственно положительным и отрицательным фронтом. В результате на выходах делителей формируются меандры частотой 1 кГц, сдвинутые друг относительно друга на четверть периода (диаграммы «В» и «С» фиг.2). Однополярные КМОП-импульсы с выхода делителя 2 преобразуются триггером Шмидта 3 на операционном усилителе в симметричные двуполярные стабильной амплитуды 7 В (диаграмма «D» фиг.2), которые затем поступают на вход прямого интегратора 4, на выходе которого формируется треугольное напряжение амплитудой 7 В (диаграмма «Е» фиг.2). С выхода интегратора треугольный сигнал поступает на вход «нелинейного преобразователя линейно изменяющегося напряжения в синусоидальное» 5, на выходе которого вырабатывается напряжение, близкое по форме к гармоническому сигналу амплитудой 1.35V (диаграмма «F» фиг.2). При условии, что амплитуда треугольного напряжения принимает значения в диапазоне 7-8 В, коэффициентом гармоник гармонического сигнала не превысит 1%. С выхода «нелинейного преобразователя линейно изменяющегося напряжения в синусоидальное» 5 гармонический сигнал поступает на вход преобразователя напряжение-ток 6, на токовом выходе которого формируется гармонический ток амплитудой 100 мкА. Токовый выход «преобразователя напряжение-ток» 6 нагружен первичной обмоткой развязывающего трансформатора 7 с единичным коэффициентом трансформации, входное комплексное сопротивление которого (в идеале) соответствует сопротивлению нагрузки, подключаемому к зажимам вторичной обмотки, т.е. импедансу небных миндалин. Эквивалентная комплексная проводимость конвертора сопротивлений 8 имеет емкостной характер и позволяет скомпенсировать собственную проводимость самоиндукции первичной обмотки, вызывающего на частотах ниже 2 кГц значительные искажения. В итоге на зажимах первичной обмотки трансформатора формируется напряжение (диаграмма «G» фиг.2), пропорциональное биологическому импедансу небных миндалин, которое поступает на входное устройство 10, сигнал, с выхода которого поступает на входы синхронных демодуляторов 11 и 12, синхронизируемых импульсами с выходов делителей частоты на 2-2 и 9 соответственно. В итоге на выходах демодуляторов формируется сигналы (диаграммы «H» и «I» фиг.2), постоянные составляющие которых пропорциональны: для блока 11 - мнимой, а для блока 12 - действительной части импеданса тканей. В зависимости от положения переключателя 13 на выходе фильтра нижних частот 14 формируется напряжение, пропорциональное мнимой или действительной части импеданса. С выхода усилителя постоянного тока 15 постоянное напряжение поступает на вход АЦП двойного интегрирования 16, на выходах которого формируется цифровой семисегментный код, поступающий на светодиодные индикаторы 17.The pulse generator 1 (figure 1) generates rectangular pulses (meander) with a frequency of 2 kHz (diagram "A" of figure 2), arriving at the inputs of the frequency dividers 2-2 and 9, synchronized respectively by a positive and negative front. As a result, meanders with a frequency of 1 kHz are formed at the outputs of the dividers, shifted relative to each other by a quarter of the period (diagrams “B” and “C” of figure 2). Unipolar CMOS pulses from the output of the divider 2 are converted by a Schmidt trigger 3 on the operational amplifier into symmetrical bipolar stable amplitudes of 7 V (diagram "D" of Fig. 2), which are then fed to the input of the direct integrator 4, the output of which forms a triangular voltage with an amplitude of 7 V (diagram "E" of figure 2). From the output of the integrator, the triangular signal is fed to the input of a "non-linear converter of linearly varying voltage into a sinusoidal" 5, the output of which produces a voltage close in shape to a harmonic signal with an amplitude of 1.35V (diagram "F" of figure 2). Provided that the amplitude of the triangular voltage takes values in the range of 7-8 V, the harmonic coefficient of the harmonic signal does not exceed 1%. From the output of a "nonlinear converter of linearly varying voltage into a sinusoidal" 5, the harmonic signal is fed to the input of the voltage-current converter 6, at the current output of which a harmonic current with an amplitude of 100 μA is formed. The current output of the voltage-current converter 6 is loaded with the primary winding of an isolation transformer 7 with a unit transformation ratio, the input complex resistance of which (ideally) corresponds to the load resistance connected to the terminals of the secondary winding, i.e. the impedance of the tonsils. The equivalent complex conductivity of the resistance converter 8 is capacitive in nature and allows you to compensate for the intrinsic conductivity of the self-induction of the primary winding, causing significant distortion at frequencies below 2 kHz. As a result, a voltage is generated at the terminals of the transformer primary winding (diagram "G" of Fig. 2), which is proportional to the biological impedance of the tonsils, which is fed to the
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяетThus, the proposed technical solution allows
- повысить точность исследования за счет снижения погрешностей измерения составляющих импеданса в диапазоне частот 500 Гц - 10 кГц, что обеспечивается за счет снижения посредством емкостного конвертора величины тока намагничивания согласующего трансформатора;- to improve the accuracy of the study by reducing the measurement errors of the components of the impedance in the frequency range 500 Hz - 10 kHz, which is achieved by reducing through the capacitive converter the magnitude of the magnetization current of the matching transformer;
- снизить коэффициент гармоник зондирующего сигнала, что обеспечивается зондированием испытуемой биоткани током синусоидальной формы.- reduce the harmonic coefficient of the probe signal, which is provided by sounding the test biological tissue with a sinusoidal current.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006109298/14A RU2319443C2 (en) | 2006-03-23 | 2006-03-23 | Device for measuring active and capacitive components of impedance of palate tonsils |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006109298/14A RU2319443C2 (en) | 2006-03-23 | 2006-03-23 | Device for measuring active and capacitive components of impedance of palate tonsils |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006109298A RU2006109298A (en) | 2007-09-27 |
| RU2319443C2 true RU2319443C2 (en) | 2008-03-20 |
Family
ID=38953854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006109298/14A RU2319443C2 (en) | 2006-03-23 | 2006-03-23 | Device for measuring active and capacitive components of impedance of palate tonsils |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2319443C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462185C1 (en) * | 2011-07-19 | 2012-09-27 | Учреждение Российской академии наук Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН | Device for measuring impedance of biological media |
| RU2509531C1 (en) * | 2012-07-04 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ | Method for determining bioobject impedance components |
| RU185025U1 (en) * | 2018-05-30 | 2018-11-19 | Ярослав Валерьевич Голуб | ELECTRIC RESISTANCE DEVICE FOR BIOLOGICAL TISSUES |
-
2006
- 2006-03-23 RU RU2006109298/14A patent/RU2319443C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГУРЕВИЧ М.И. и др. Импедансная реоплетизмография. - Киев: Наукова думка, 1982, с.70-71. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462185C1 (en) * | 2011-07-19 | 2012-09-27 | Учреждение Российской академии наук Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН | Device for measuring impedance of biological media |
| RU2509531C1 (en) * | 2012-07-04 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ | Method for determining bioobject impedance components |
| RU185025U1 (en) * | 2018-05-30 | 2018-11-19 | Ярослав Валерьевич Голуб | ELECTRIC RESISTANCE DEVICE FOR BIOLOGICAL TISSUES |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006109298A (en) | 2007-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7701227B2 (en) | High precision voltage source for electrical impedance tomography | |
| Saulnier et al. | A high-precision voltage source for EIT | |
| Gasulla et al. | The noise performance of a high-speed capacitive-sensor interface based on a relaxation oscillator and a fast counter | |
| RU2319443C2 (en) | Device for measuring active and capacitive components of impedance of palate tonsils | |
| Noveletto et al. | Analog front-end for the integrated circuit AD5933 used in electrical bioimpedance measurements | |
| CN112834815A (en) | Fluxgate digital current sensor based on pulse amplitude detection method | |
| CN109394214A (en) | A kind of biological impedance apparatus and method based on isolation exciting current phase locking technique | |
| RU2366360C1 (en) | Device to measure biological fabric impedance | |
| CN106199285B (en) | Capacitance characteristic measuring equipment and method under any alternating current carrier | |
| Torrents et al. | Compensation of impedance meters, when using an external front-end amplifier | |
| Jia et al. | Error Analysis of an AC Voltage Differential Sampling System | |
| SU1759402A1 (en) | Device for measuring active and reactive components of biological tissue impedance | |
| Slomovitz et al. | A power standard system for calibration of power analyzers | |
| Simonson et al. | Loading errors in low voltage ac measurements | |
| RU2504328C1 (en) | Device for controlling anisotropy of electric conductivity of biotissues | |
| RU2026004C1 (en) | Device for measuring friability of epithelial tissue of alimentary canal | |
| RU2432900C2 (en) | Multifrequency bioimpedance metre | |
| RU2786062C1 (en) | Analogue synchronous amplifier | |
| Lin et al. | Admittance-to-Digital-Impedance Converter for Wide-Frequency-Range Impedance Measurement System | |
| CN211554104U (en) | Test device for testing push-pull oscillation double-tube current of short wave therapeutic apparatus | |
| CN209673874U (en) | A kind of digital multimeter of multi-mode measurement | |
| CN210347770U (en) | Blood resistance measuring circuit | |
| CN202815203U (en) | Self-checking system in electric measuring instrument general calibrating device | |
| Parve et al. | Improvement of lock-in signal processing for applications in measurement | |
| CN101701977B (en) | Single-ended electrical signal measuring instrument |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080324 |