RU2586457C1 - Способ определения составляющих импеданса биообъекта - Google Patents
Способ определения составляющих импеданса биообъекта Download PDFInfo
- Publication number
- RU2586457C1 RU2586457C1 RU2015106472/14A RU2015106472A RU2586457C1 RU 2586457 C1 RU2586457 C1 RU 2586457C1 RU 2015106472/14 A RU2015106472/14 A RU 2015106472/14A RU 2015106472 A RU2015106472 A RU 2015106472A RU 2586457 C1 RU2586457 C1 RU 2586457C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- biological object
- voltage
- impedance
- afc
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
- A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
- A61B5/0535—Impedance plethysmography
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
- A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
- A61B5/0537—Measuring body composition by impedance, e.g. tissue hydration or fat content
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/48—Other medical applications
- A61B5/4869—Determining body composition
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Hematology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки функционального состояния организма. Способ определения составляющих импеданса биологического объекта состоит в измерении напряжения на биообъекте на границах диапазона, при этом определяют активное сопротивление и эквивалентную емкость тканей биообъекта по информативным параметрам амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), а именно - предельному напряжению и резонансной частоте, которые определяют по двум значениям напряжений на двух фиксированных частотах, являющихся границами диапазона. Из отношения предельного напряжения к резонансной частоте находят предельный ток исследуемой АЧХ, информативные и искомые параметры которой нормируют относительно эталонной АЧХ за счет определения известных составляющих импеданса образцового биологического объекта. Использование изобретения позволяет повысить точности измерения составляющих комплексного сопротивления биообъекта. 4 ил., 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки функционального состояния организма.
Известен способ измерения электрических величин активного сопротивления, индуктивности и емкости [см. А.с. СССР №1797079, МПК 5 G01R 27/26, опубл. 1993 г, Би №7], в котором на последовательную активно-емкостную или активно-индуктивную измерительную цепь, один из элементов которой известен, подают напряжение постоянного тока, затем через образцовый интервал времени с момента подачи напряжения на средней точке измерительной цепи измеряют первое мгновенное значение напряжения на средней точке измерительной цепи, через такой же интервал времени с момента первого измерения измеряют второе мгновенное значение напряжения на средней точке измерительной цепи и определяют неизвестный элемент по формулам.
Недостатком такого способа измерений сопротивлений является низкая точность, т.к. на результаты измерения существенно влияет нестабильность подэлектродного сопротивления как резистивной, так и емкостной его составляющих.
По способу измерения составляющих комплексного сопротивления [см. Патент РФ №2003123, МПК 5 G01R 27/26, опубл. 1993 г., Би N 41-42] измеряемое комплексное сопротивление включают параллельно измерительному параллельному колебательному контуру (или последовательно измерительному последовательному колебательному контуру) автоколебательного генератора с частотно-независимым выходным мостом, при этом реактивную составляющую комплексного сопротивления определяют по изменению частоты автоколебаний, а величину резистивной составляющей - по амплитуде на выходе частотно-независимого моста
Недостаток способа - низкая точность из-за нестабильности частоты автогенератора и существенного влияния подэлектродного сопротивления на амплитуду этих колебаний.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ определения составляющих импеданса биообъекта [см. А.с. СССР №1397024, МПК A61B 5/05, опубл. 1988 г., Бил. №19], заключающийся в том, что на биообъект подается через электроды импульс стабилизированного тока определенной полярности (например, положительной) и амплитудой I0. Вследствие емкостного характера реактивной составляющей импеданса биообъекта происходит переходной процесс нарастания напряжения на биообъекте, которое измеряется в фиксированные два момента времени t1 и t2 после начала импульса тока, получая соответственно значения напряжения U1 и U2. Измерение в момент времени t2 производится, когда емкость тканей биообъекта заряжена полностью, и переходной процесс закончился. Активное сопротивление R и эквивалентная емкость C тканей биообъекта определяются по формулам.
Недостатками прототипа являются: низкая точность из-за наличия динамической и методической погрешности и низкая оперативность, вызванные необходимостью ожидания установившегося режима ВАХ.
Технической задачей способа является повышение точности измерения составляющих комплексного сопротивления биообъекта за счет устранения методической погрешности, имеющей случайный или систематический характер.
Данная техническая задача решается за счет того, что в способе определения составляющих импеданса биологического объекта, заключающемся в измерении напряжения на биообъекте на границах диапазона, в отличие от прототипа, определяют активное сопротивление и эквивалентную емкость тканей биообъекта по информативным параметрам амплитудно-частотной характеристики (АЧХ): предельному напряжению и резонансной частоте, которые определяют по двум значениям напряжений на двух фиксированных частотах, являющихся границами диапазона, находят из отношения предельного напряжения к резонансной частоте предельный ток исследуемой АЧХ, информативные и искомые параметры которой нормируют относительно эталонной АЧХ за счет определения известных составляющих импеданса образцового биологического объекта.
Предлагаемый способ включает 2 этапа:
- измерение амплитудно-частотной характеристики для регистрации ее информативных параметров;
- определение по информативным параметрам активного сопротивления и эквивалентной емкости тканей биообъекта.
Составляющие комплексного импеданса биообъекта определяют по информативным параметрам амплитудно-частотной характеристики. Для этого на тело пациента в месте измерения сопротивления накладывают измерительные электроды, прикладывают напряжение на эталонную и исследуемую измерительные ячейки, состоящие из последовательно включенных измеряемого комплексного и эталонного сопротивлений (см. фиг. 1). На частоте ω1 и ω2 измеряют (см. фиг. 2) значения падений напряжения Uэ1 и Uэ2 эталонной 1 и U1, U2 исследуемой 2 характеристик соответственно, на эталонном сопротивлении R0. При этом для эталонной характеристики известны значения предельного напряжения Еэ и частота среза ω0э. По измеренным значениям напряжений и частоты находят активное сопротивление и эквивалентную емкость тканей биообъекта через информативные параметры АЧХ.
Экспериментальная зависимость U(ω)=U изменяется согласно закону
где действительная ReU и мнимая ImU части соответственно равны
Значение амплитуды сигнала на выходе определяется как
Выражение (2) представляет собой амплитудно-частотную характеристику, отражающую зависимость амплитуды напряжения на биообъекте от частоты. Параметры E и ω0 однозначно определяют характеристику эксперимента по зависимости (2), поэтому их целесообразно принять за информативные параметры полученной АЧХ. Регистрация информативных параметров E и ω0 на границах диапазона организована по двум заданным значениям частоты ω1, ω2 и соответствующим им измерениям амплитуды Uэ1, Uэ2 напряжения эталонной АЧХ с заданными параметрами Еэ и ω0э, и двум значениям амплитуды U1, U2 исследуемой АЧХ.
Алгоритмы определения информативных параметров находят из зависимости (2) для двух частот ω1, ω2 и измеряемых напряжений U1, U2 исследуемой АЧХ
Разделим первое уравнение системы (3) на второе и выразим параметр ω0.
Выражение для ω0э эталонной АЧХ находят аналогично выражению (4), которые объединяют для нормирования исследуемой АЧХ.
Отсюда следует алгоритм определения параметра ω0 с нормированной относительно эталонной АЧХ
Из системы (3) выразим параметр E
Объединим в систему выражение (6) и аналогичное ему выражение для эталонного предельного напряжения Еэ
Из системы находят нормированный по эталонной АЧХ алгоритм определения параметра E
Используя закономерности АЧХ [см. Глинкин Е.И., Наумова А.В., Одинокова А.А. Технология проектирования динамических характеристик // Вестник ТГУ. - 2013. - Т. 18, №5. - С. 2925-2933], рассчитывают предельные токи исследуемого I0 и образцового I0э биообъектов, как отношение предельного напряжения к резонансной частоте.
С помощью предельных параметров напряжения Еэ, E и тока I0э, I0 определяют значение активного сопротивления из системы
В виде искомого значения R нормированного по известным параметрам образца
Эквивалентную емкость тканей биообъекта определяют из системы
в следующем виде:
1. Адекватность предлагаемого способа физике эксперимента доказывает математическое моделирование нормированной Uнi(t)=Uнi АЧХ 3 относительно эквивалента 2 исследуемой Ui(t)=U0i АЧХ. По полученным значениям R и C определяется значение частоты среза (согласно формулы ω0=2π/T, где T=R·C), строятся исследуемая 2 и эквивалентная 3 АЧХ (фиг. 3). Затем проводится оценка адекватности полученных зависимостей по формуле определения относительной погрешности
Ее оценка представлена на фиг. 4 и не превышает 5·10-14%.
2. Повышение точности за счет устранения методической погрешности, имеющей случайный или систематический характер, приведем на следующем примере. В ходе проведения измерений возможен дрейф регистрируемых значений, обусловленный влиянием различных внешних факторов. Например, значения границ диапазона ω1, ω2 в процессе измерений могут колебаться в пределах нескольких процентов. При отсутствии нормированной функции это может привести к появлению значительной погрешности. В табл. представлены значения погрешностей εнi и εi для нормированной Uнi и исследуемой Ui функций, возникающих в результате дрейфа границ диапазона.
Анализ табл. показывает, что при изменении погрешности ε от 1 до 9%, пропорционально увеличиваются частоты ω1, ω2, соответствующие им напряжения Ui и относительная погрешность εi, из-за отсутствия эталона, компенсирующего случайные и систематические помехи εi как в предлагаемом решении. Следовательно, точность предлагаемого метода с использованием эталонной АЧХ на несколько порядков выше за счет устранения дрейфа случайной или систематической погрешности.
Таким образом, определение активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления по информативным параметрам амплитудно-частотной характеристики, нормированной по эталонной АЧХ, в отличие от известных решений, повышает точность определения составляющих импеданса биологического объекта на несколько порядков за счет адекватности предлагаемого способа эксперименту при устранении методической погрешности, носящей случайный или систематический характер при нормировании по эквивалентам (образцам) с известными значениями.
Claims (1)
- Способ определения составляющих импеданса биологического объекта, заключающийся в измерении напряжения на биообъекте на границах диапазона, отличающийся тем, что определяют активное сопротивление и эквивалентную емкость тканей биообъекта по информативным параметрам амплитудно-частотной характеристики (АЧХ): предельному напряжению и резонансной частоте, которые определяют по двум значениям напряжений на двух фиксированных частотах, являющихся границами диапазона, находят из отношения предельного напряжения к резонансной частоте предельный ток исследуемой АЧХ, информативные и искомые параметры которой нормируют относительно эталонной АЧХ за счет определения известных составляющих импеданса образцового биологического объекта.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015106472/14A RU2586457C1 (ru) | 2015-02-25 | 2015-02-25 | Способ определения составляющих импеданса биообъекта |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015106472/14A RU2586457C1 (ru) | 2015-02-25 | 2015-02-25 | Способ определения составляющих импеданса биообъекта |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2586457C1 true RU2586457C1 (ru) | 2016-06-10 |
Family
ID=56115413
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015106472/14A RU2586457C1 (ru) | 2015-02-25 | 2015-02-25 | Способ определения составляющих импеданса биообъекта |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2586457C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2669484C1 (ru) * | 2017-06-27 | 2018-10-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Способ определения составляющих импеданса биообъекта |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2471770A3 (fr) * | 1979-12-21 | 1981-06-26 | Radiologie Cie Gle | Dispositif de surveillance de la respiration |
SU1397024A1 (ru) * | 1986-07-18 | 1988-05-23 | Особое конструкторско-технологическое бюро Физико-технического института низких температур АН УССР | Способ определени составл ющих импеданса биологического объекта и устройство дл его осуществлени |
US4780661A (en) * | 1985-08-02 | 1988-10-25 | Centre National De La Recherche Scientifique | High frequency impedance measuring apparatus using two bidirectional couplers |
US6339722B1 (en) * | 1995-09-26 | 2002-01-15 | A. J. Van Liebergen Holding B.V. | Apparatus for the in-vivo non-invasive measurement of a biological parameter concerning a bodily fluid of a person or animal |
US6724200B2 (en) * | 1999-08-26 | 2004-04-20 | Tanita Corporation | Apparatus for measuring the bioelectrical impedance of a living body |
RU2523133C1 (ru) * | 2012-12-24 | 2014-07-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Хилби" | Устройство для регистрации сигналов пульсовой волны и дыхательного цикла человека |
-
2015
- 2015-02-25 RU RU2015106472/14A patent/RU2586457C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2471770A3 (fr) * | 1979-12-21 | 1981-06-26 | Radiologie Cie Gle | Dispositif de surveillance de la respiration |
US4780661A (en) * | 1985-08-02 | 1988-10-25 | Centre National De La Recherche Scientifique | High frequency impedance measuring apparatus using two bidirectional couplers |
SU1397024A1 (ru) * | 1986-07-18 | 1988-05-23 | Особое конструкторско-технологическое бюро Физико-технического института низких температур АН УССР | Способ определени составл ющих импеданса биологического объекта и устройство дл его осуществлени |
US6339722B1 (en) * | 1995-09-26 | 2002-01-15 | A. J. Van Liebergen Holding B.V. | Apparatus for the in-vivo non-invasive measurement of a biological parameter concerning a bodily fluid of a person or animal |
US6724200B2 (en) * | 1999-08-26 | 2004-04-20 | Tanita Corporation | Apparatus for measuring the bioelectrical impedance of a living body |
RU2523133C1 (ru) * | 2012-12-24 | 2014-07-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Хилби" | Устройство для регистрации сигналов пульсовой волны и дыхательного цикла человека |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2669484C1 (ru) * | 2017-06-27 | 2018-10-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Способ определения составляющих импеданса биообъекта |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10191098B2 (en) | Electronic measurement device and method for operating an electronic measurement device | |
US10648936B2 (en) | Blood condition analyzing device, blood condition analyzing system, blood conditon analyzing method, and blood condition analyzing program for causing computer to execute the method | |
Noveletto et al. | Analog front-end for the integrated circuit AD5933 used in electrical bioimpedance measurements | |
US10006950B2 (en) | Impedance measurement circuit | |
EP2711699A2 (en) | Control circuit for use with a four terminal sensor, and measurement system including such a control circuit | |
RU2586457C1 (ru) | Способ определения составляющих импеданса биообъекта | |
Ehrensberger et al. | A time‐based potential step analysis of electrochemical impedance incorporating a constant phase element: A study of commercially pure titanium in phosphate buffered saline | |
RU2509531C1 (ru) | Способ определения составляющих импеданса биообъекта | |
Satish et al. | Impedance spectroscopy of aqueous solution samples of different glucose concentrations for the exploration of non-invasive-continuous-blood-glucose-monitoring | |
US7834641B1 (en) | Phase-gain calibration of impedance/admittance meter | |
Wu et al. | A low-cost approach for measuring electrical conductivity and relative permittivity of liquids by triangular waveform voltage at low frequencies | |
Ramírez-Chavarría et al. | A framework for high-resolution frequency response measurement and parameter estimation in microscale impedance applications | |
RU2601178C2 (ru) | Способ тонометрии глаза | |
KR101729974B1 (ko) | 유수분 측정 장치 | |
Djermanova et al. | Portable Arduino-Based LCR–Meter | |
RU132206U1 (ru) | Устройство экспрессного контроля октанового числа бензина | |
Anusha et al. | Design and preliminary analysis of a multifrequency bioimpedance measurement scheme | |
RU2196504C2 (ru) | Устройство для измерения активной и емкостной составляющих импеданса биологических тканей | |
Vorotnikov et al. | Agricultural products moisture content measurement error estimation with the use of a four-element capacitive sensor model | |
Iusan et al. | Determination of the electrical parameters of some ECG electrodes | |
RU2616871C1 (ru) | Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах | |
RU2660283C1 (ru) | Способ измерения электрической емкости | |
Ramírez-Chavarría et al. | Analysis of impedance spectroscopy measurements of biological tissue using the distribution of relaxation times method | |
RU2669484C1 (ru) | Способ определения составляющих импеданса биообъекта | |
RU2354980C2 (ru) | Способ определения диэлектрической постоянной диэлектрического продукта |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170226 |