RU2718296C1 - Способ исследования биологических объектов на основе анализа нелинейных искажений проходящего электрического сигнала - Google Patents
Способ исследования биологических объектов на основе анализа нелинейных искажений проходящего электрического сигнала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718296C1 RU2718296C1 RU2019111273A RU2019111273A RU2718296C1 RU 2718296 C1 RU2718296 C1 RU 2718296C1 RU 2019111273 A RU2019111273 A RU 2019111273A RU 2019111273 A RU2019111273 A RU 2019111273A RU 2718296 C1 RU2718296 C1 RU 2718296C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- analysis
- properties
- biological
- signal
- distortions
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical 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)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области медицины, в частности к определению электропроводящих свойств биологических материалов на основе анализа нелинейных искажений проходящего электрического сигнала, и предназначено для использования при диагностике нормальных свойств и патологических отклонений этих свойств при заболеваниях. Предлагается способ исследования свойств биологических объектов на основе анализа нелинейных искажений проходящего электрического сигнала, заключающийся в пропускании через биологический объект с помощью электродной системы электрического тока, отличающийся определением в целях получения информации об этом объекте спектра и уровня гармонических искажений, возникающих при прохождении сигнала через биологический объект. 4 ил.
Description
Область техники. Изобретение относится к области медицины, в частности, к определению электропроводящих свойств биологических объектов на основе анализа нелинейных искажений проходящего электрического сигнала, и предназначено для использования при диагностике нормальных свойств и патологических отклонений этих свойств при заболеваниях.
Уровень техники. Исследование электрических явлений и свойств биологических объектов занимает заметное место в арсенале диагностических методик в медицине. В основе ряда данных методик лежит изучение электрических потенциалов, формируемых биологическими объектами. К таким относятся: электроэнцефалография [Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография с элементами эпилептологии - М.: МЕДпресс-информ, 2002.], электрокардиография [Руководство по электрокардиографии / В.Н. Орлов. - 9-е изд., испр. - Москва: ООО «Медицинское информационное агентство», 2017. - 560 с., ил.], электрогастроэнтерография - метод исследования моторной деятельности желудка и кишечника [Рапопорт С.И., Ракитин Б.В. Периферическая электрогастроэнтерография / В кн.: Руководство по гастроэнтерологии / Под ред. Ф.И. Комарова, С.И. Рапопорта. - М.: МИА, 2010. С. 87-88.], электронистагмография (ЭНГ) [Применение компьютерной электронистагмографии в оценке оптокинетических нистагменных реакций С.В. Лиленко, Е.П. Маслова, Г.М. Петрова, И.Г. Самойлова / Вестник оториноларингологии, N 3-2000, стр. 13-16], электромиография (ЭМГ) [Николаев, С.Г. Электромиография: клинический практикум / С.Г. Николаев. - Иваново: ПресСто, 2013. - 393 с., Клиническая электромиография для практических неврологов. Руководство. Санадзе А.Г., Касаткина Л.Ф. М.: Геотар-Медиа. 2015. 64 с.: ил.], электронейрография (ЭНГ) [Команцев В.Н. Методические основы клинической электронейромиографии. Руководство для врачей. - СПб.: 2006. - 362 с.].
Другая часть методик основана на исследовании прохождения тока, как правило -переменного, синусоидальной формы, через биологические объекты. К таковым относятся: электрореография (ЭРГ) [Иванов Л.Б., Макаров В.А. Лекции по клинической реографии. - М.: АОЗТ "Антидор", 2000. - 320 с., Географические методы исследования сосудистой системы / Учебное пособие / Составители: Полухина Е.В., Глазун Л.О. - Хабаровск, 2006. - 97 с.], стимуляционная электронейромиография [Николаев, С.Г. Атлас по электромиографии / С.Г. Николаев. - 2-е изд., испр. и доп. - Иваново: ПресСто, 2015. - 487 с.: ил., табл.], биоимпедансометрия [Д.В. Николаев, А.В. Смирнов, И.Г. Бобринская, С.Г. Руднев. Биоимпедансный анализ состава тела человека. - Москва: Наука, 2009. - 392 с.].
Известна методика стимуляционной электронейромиография (ЭНГ) - исследование моторных ответов и величин скорости распространения возбуждения по моторным и сенсорным волокнам, поздних нейрографических ответов: F- и Н-волн, мигательного рефлекса, декремент-тест с оценкой надежности нервно-мышечной передачи [Команцев В.Н. Методические основы клинической электронейромиографии. Руководство для врачей. - СПб.: 2006. - 362 с., Николаев, С.Г. Атлас по электромиографии / С.Г. Николаев. - 2-е изд., испр. и доп. - Иваново: ПресСто, 2015. - 487 с.: ил., табл.].
Известна методика биоимпедансометрии - биоимпедансный анализ - это контактный метод измерения электрической проводимости таких биологических объектов, как ткани организма, дающий возможность оценки широкого спектра морфологических и физиологических параметров организма. В биоимпедансном анализе измеряются активное и реактивное сопротивления тела человека или его сегментов на различных частотах. Доказано наличие объективных и устойчивых закономерностей, связывающих измеренные значения импеданса с параметрами состава тела. [Д.В. Николаев, А.В. Смирнов, И.Г. Бобринская, С.Г. Руднев. Биоимпедансный анализ состава тела человека. - Москва: Наука, 2009. - 392 с.]. Через электроды тело человека включается в электрическую цепь, прикладывается переменное напряжение, формируется зондирущий ток и по его величине и фазовому сдвигу вычисляется импеданс. Импеданс обусловлен биохимическим составом как клеточной, так и неклеточной сред биологического объекта. При этом гармонические искажения, возникающие в регистрируемом сигнале, считаются помехой и их причины усматривают в дефектах электрической цепи. [Д.В. Николаев, А.В. Смирнов, И.Г. Бобринская, С.Г. Руднев. Биоимпедансный анализ состава тела человека. - Москва: Наука, 2009. - 392 с.].
Известно, что в цепях и устройствах, выполняющих обработку аналоговых сигналов, каждый нелинейный элемент обладает способностью вносить искажения в форму сигнала. Совокупность характеристик этих искажений зависит от свойств данного элемента и достаточно точно может быть предсказана, если эти свойства известны. И, напротив, на основании анализа характеристик искажений, можно сделать вывод об свойствах источника этих искажений в рамках цепи или устройства и идентифицировать его [Douglas Self / Audio Power Amplifier Design. 6th edition (2013); Focal Press; 718 р.]. Иными словами, искажения сигнала, возникающие при прохождении сигнала через биологический объект, можно использовать в целях получения информации об этом объекте.
Наиболее близкий аналог к предлагаемому способу - способ одночастотной биоимпедансометрии [Мартиросов Э.Г. Технологии и методы определения состава тела человека / Э.Г. Мартиросов, Д.В. Николаев, С.Г. Руднев. - М.: Наука, 2006. - 248 с.]. В этом случае биоимпедансные анализаторы относят к одночастотным (измерения производятся на одной частоте, как правило равной 50 кГц - в этом случае реактивная компонента импеданса тканей мышц близка к максимальной). Выпускается большое количество различной аппаратуры для биоимпедансометрии. Например - одночастотный биоимпедансный анализатор RJL-101a (RJL Systems, США). В этом случае через ткани человеческого тела по определенной траектории с помощью электродной системы пропускают электрический ток определенной частоты. Частоты выбирают в зависимости от задач, поставленных перед исследованием, в диапазоне от 1 кГц до 1,3 МГц. В случае использования характеристической частоты, соответствующей максимуму реактивного сопротивления, точность измерения может быть повышена. Измеряемой величиной является импеданс биологического объекта на избранной частоте. На основании величины импеданса и пути тока делают вывод о свойствах тканей, клеток, иных биологических объектов и сред.
Раскрытие изобретения
Сущность изобретения.
Способ исследования свойств биологических объектов на основе анализа нелинейных искажений проходящего электрического сигнала, заключающийся в пропускании через биологический объект с помощью электродной системы электрического тока определенной частоты, отличающийся определением в целях получения информации об этом объекте спектра и уровня гармонических искажений, возникающих при прохождении сигнала через биологический объект.
Это обеспечивает достижение технического результата в виде получения информации о свойствах биологического объекта, а именно - о способности вносить в исходный сигнал искажения, характеризующиеся спектром гармоник, и уровнем каждой из гармоник по отношению к опорному сигналу и к другим гармоникам. Тем самым значительно возрастает количество характеристик, доступных для инструментального измерения и являющихся признаками свойств конкретного образца биологического объекта. И эта совокупность измеряемых величин позволит объективизировать идентификацию биологического объекта, на основе свойств объекта вносить гармонические искажения в исходный сигнал.
Задача изобретения.
Задачей изобретения является создание нового способа получения информации об электрических свойствах биологических объектов, такой информации, которую иными способами получить невозможно - способа исследования биологических объектов на основе анализа нелинейных искажений проходящего электрического сигнала.
Недостатками существующих способов, в числе которых различные варианты одночастотной биоимпедансометрии, реографии, является измерение всего лишь одного параметра - импеданса. Остальные результаты, такие, как содержание воды, жира в биологическом объекте, являются расчетными. Следствием становится относительная неполнота информации о свойствах биологического объекта, которую можно получить при использовании существующих методик, по сравнению с информацией о свойствах, потенциально доступной для получения при использовании предлагаемого подхода.
Осуществление изобретения.
Для осуществления предлагаемого способа необходимо сформировать электрический сигнал, пропустить его через биологический объект, и в сигнале на выходе из объекта определить наличие гармонических искажений этого сигнала и измерить такие характеристики этих искажений, как номера составляющих искажения сигнала гармоник, уровень гармоник, соотношение уровней гармоник между собой и с исходным сигналом.
Нами использована электрическая цепь, включающая программный цифровой генератор сигнала, высококачественный цифро-аналоговый преобразователь, соответствующие проводники и электроды, высококачественный аналогово-цифровой преобразователь и программное обеспечение для цифрового анализа нелинейных искажений. Электрическая цепь при исследовании оборудуется следующим образом. Программный генератор, установленный на персональном компьютере, подает цифровой сигнал на цифро-аналоговый преобразователь. Далее сигнал от цифро-аналогового преобразователя подается через соответствующий проводник на первый из электродов, прикладывается через электрод к биологическому объекту, снимается вторым электродом, подается через проводник на вход аналогово-цифрового преобразователя, и далее в цифровой форме обрабатывается установленным на персональном компьютере программным обеспечением для анализа гармонических искажений. Результаты анализа могут быть представлены в графической форме и сохранены в виде файла. Исследования биологического объекта проводится следующим образом. Используется сигнал синусоидальной формы частотой 1 кГц. Частота сигнала, его форма и иные характеристики, определяются настройками генератора и могут быть иными. В качестве исходной точки проводится изучение гармонических составляющих самого сигнала и цепи при замкнутых накоротко первом и втором электродах. Результат анализа гармонических искажений - наличие гармоник и их соотношение между собой на этом этапе приведен на фиг. 1. Результаты записываются файл. Для исследования биологического объекта он включается в цепь между электродами. Нами использованы нативные образцы слюны. Способ опробован нами и на образце водопроводной воды. Для каждого из образцов получены спектры гармоник с соответствующими соотношениями между ними. На фиг. 2 - наличие гармоник и их уровень и соотношение между собой для водопроводной воды, на фиг. 3 - наличие гармоник и их соотношение между собой при пропускании сигнала через слюну мужчины 38 лет, на фиг. 4 - через слюну девушки 15 лет. Получена очевидная разница между спектрами каждой из сред, в том числе присутствующих гармоник и соотношений между ними и с исходным сигналом.
Claims (1)
- Способ исследования свойств биологических объектов на основе анализа нелинейных искажений проходящего электрического сигнала, заключающийся в пропускании через биологический объект с помощью электродной системы электрического тока, отличающийся определением в целях получения информации об этом объекте спектра и уровня гармонических искажений, возникающих при прохождении сигнала через биологический объект.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111273A RU2718296C1 (ru) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | Способ исследования биологических объектов на основе анализа нелинейных искажений проходящего электрического сигнала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111273A RU2718296C1 (ru) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | Способ исследования биологических объектов на основе анализа нелинейных искажений проходящего электрического сигнала |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2718296C1 true RU2718296C1 (ru) | 2020-04-01 |
Family
ID=70156336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019111273A RU2718296C1 (ru) | 2019-04-15 | 2019-04-15 | Способ исследования биологических объектов на основе анализа нелинейных искажений проходящего электрического сигнала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2718296C1 (ru) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2195168C2 (ru) * | 1996-04-08 | 2002-12-27 | Рео-График Пте Лтд. | Аппаратура и способ контроля характеристик сердечной деятельности |
RU2603428C2 (ru) * | 2011-04-21 | 2016-11-27 | Нумед Сп З.О.О. | Устройство и способ для диагностики вторичного кариеса зубов |
-
2019
- 2019-04-15 RU RU2019111273A patent/RU2718296C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2195168C2 (ru) * | 1996-04-08 | 2002-12-27 | Рео-График Пте Лтд. | Аппаратура и способ контроля характеристик сердечной деятельности |
RU2603428C2 (ru) * | 2011-04-21 | 2016-11-27 | Нумед Сп З.О.О. | Устройство и способ для диагностики вторичного кариеса зубов |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Мартиросов Э.Г. и др. Технологии и методы определения состава тела человека. - М.: Наука, 2006, с. 102-128. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210361185A1 (en) | Electrical impedance myography | |
JP4881574B2 (ja) | 経穴位置評価装置 | |
US9037227B2 (en) | Use of impedance techniques in breast-mass detection | |
RU2682324C2 (ru) | Система и способ определения гемолиза | |
JP2006507057A (ja) | 多周波式生体インピーダンス測定法 | |
US11730410B2 (en) | Needle impedance electromyography and electrical impedance imaging for enhanced muscle diagnostics | |
EP3209197B1 (en) | Simultaneous impedance testing method and apparatus | |
Rodríguez-Carreño et al. | Filter design for cancellation of baseline-fluctuation in needle EMG recordings | |
JPH07504579A (ja) | 分析またはモニタ装置及び方法 | |
RU2718296C1 (ru) | Способ исследования биологических объектов на основе анализа нелинейных искажений проходящего электрического сигнала | |
Rutkove et al. | Design and pilot testing of a 26‐gauge impedance‐electromyography needle in wild‐type and ALS mice | |
US8326410B2 (en) | Method for automated analysis of submaximal F-waves | |
Meroni et al. | Measurement of electrical impedance in different ex-vivo tissues | |
Shair et al. | Auto-segmentation analysis of EMG signal for lifting muscle contraction activities | |
Doulah et al. | An approach to identify myopathy disease using different signal processing features with comparison | |
Clemente et al. | Electrical impedance spectral measurements of muscular tissue in different physiological condition | |
Yoshida et al. | Measurement of complex impedance spectra of implanted electrodes | |
Sanchez et al. | A pilot spectroscopy study on time-varying bioimpedance during electrically-induced muscle contraction | |
Hohm et al. | Influence of F0 and sequence length of audio and electroglottographic signals on perturbation measures for voice assessment | |
Bouchaala et al. | Study of excitation signals parameters for portable bioimedical devices | |
Dušek et al. | Designing a cost-effective multiplexer for electrical impedance tomography | |
Trebbels et al. | Real-time cannula navigation in biological tissue with high temporal and spatial resolution based on impedance spectroscopy | |
RU100894U1 (ru) | Устройство для проведения импедансной спектрометрии биологических объектов | |
RU2488104C1 (ru) | Способ определения электрических характеристик и/или идентификации биологических объектов и устройство для его осуществления | |
McDermott et al. | Brain haemorrhage detection through SVM classification of impedance measurements |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210416 |