RU32381U1 - Device for diagnosing the state of biological tissue - Google Patents
Device for diagnosing the state of biological tissue Download PDFInfo
- Publication number
- RU32381U1 RU32381U1 RU2003119715/20U RU2003119715U RU32381U1 RU 32381 U1 RU32381 U1 RU 32381U1 RU 2003119715/20 U RU2003119715/20 U RU 2003119715/20U RU 2003119715 U RU2003119715 U RU 2003119715U RU 32381 U1 RU32381 U1 RU 32381U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- switch
- dac
- interface
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Description
Устройство для диагностики состояния биологической тканиDevice for diagnosing the state of biological tissue
Полезная модель относится к медицине и медицинской технике, а именно к устройствам для измерения электрических характеристик биологических объектов, и может быть использована при проведении функциональной диагностики состояния здоровых и больных тканей биологических объектов методом сравнительной импедансометрии для определения границы поражения ткани, например, у больных гангренами нижних конечностей.The utility model relates to medicine and medical equipment, in particular to devices for measuring the electrical characteristics of biological objects, and can be used to conduct functional diagnostics of the state of healthy and diseased tissues of biological objects using comparative impedancemetry to determine the boundary of tissue damage, for example, in patients with lower gangrene limbs.
Известно устройство для измерения электрических характеристик биологического объекта, включающее управляемый генератор с одним выходом и входом, по крайней мере, один токовый и индифферентный электроды, блок детекторов и систему управления и отображения, аналоговый коммутатор с двумя выходами и входом, соединенным с выходом управляемого генератора. При этом блок детекторов выполнен в виде двух амплитудных детекторов, имеющих по одному цифровому выходу и аналоговые входы, соединенные соответственно с одним из выходов аналогового коммутатора, а аналоговые выходы - с по крайней мере одним токовым электродом, причем система управления и отображения выполнена в виде микропрограммного контроллера с цепями управления аналоговым коммутатором и с цепями обмена данными с управляющей ПЭВМ, с двумя цифровыми шинами, каждая из которых подключена к одному из амплитудных детекторов через их цифровые выходы, и входом и выходом, первый из которых подключен к индифферентному электроду, а второй - к входу управляемого генератора. Амплитудные детекторы выполнены в виде полупроводниковых диодов, а аналоговые коммутаторы - в виде интегральных коммутаторов КМОП-технологии. Управляемый генератор стандартных импульсов выполнен с управляемым формирователем импульсов заданной формы с регулируемой частотой 100 Гц - 500 кГц и регулируемой скважностью 0,5 - 5 и с усилителем - формирователем выходного сигнала с возможностью регулирования посредством микроконтроллера амплитуды выходного сигнала 1 - 12 В. Аналоговый коммутатор выполнен с двумя каскадами быстродействующих аналоговых ключей (см. патент РФ на изобретение № 2128942, МПК А 61В 5/05, опубл. 20.04.1999 г.).A device for measuring the electrical characteristics of a biological object is known, including a controlled generator with one output and input, at least one current and indifferent electrodes, a detector unit and a control and display system, an analog switch with two outputs and an input connected to the output of a controlled generator. The detector block is made in the form of two amplitude detectors having one digital output and analog inputs connected respectively to one of the outputs of the analog switch, and the analog outputs with at least one current electrode, the control and display system being made in the form of firmware controller with control circuits of an analog switch and with data exchange circuits with a control PC, with two digital buses, each of which is connected to one of the amplitude detectors via their digital smooth outputs, and input and output, the first of which is connected to an indifferent electrode, and the second to the input of a controlled generator. Amplitude detectors are made in the form of semiconductor diodes, and analog switches are in the form of integrated switches of CMOS technology. The controlled standard pulse generator is made with a controlled pulse shaper of a given shape with an adjustable frequency of 100 Hz - 500 kHz and an adjustable duty cycle of 0.5 - 5 and with an amplifier - output signal shaper with the ability to control the amplitude of the output signal 1 - 12 V. Using an microcontroller, the analog switch is made with two cascades of high-speed analog keys (see RF patent for the invention No. 2128942, IPC A 61B 5/05, publ. 04/20/1999).
ния области поражения ткани биологического объекта, так как в силу отсутствия одновременного измерения по нескольким параметрам, а именно емкостного и омического сопротивления объекта, недостаточно первичной информации для достоверного вывода при диагностировании различных видов гангрен (сухая, влажная).the area of tissue damage of a biological object, since due to the lack of simultaneous measurement by several parameters, namely capacitive and ohmic resistance of the object, there is insufficient primary information for reliable conclusion when diagnosing various types of gangrene (dry, wet).
Известно устройство для региональной биоимпедансометрии, содержащее генератор переменного тока, к выходу которого подключены токовые электроды, последовательно соединенные коммутатор, детектор, аналого-цифровой преобразователь и блок обработки и индикации, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, региональные и периферические потенциальные электроды соединены с сигнальными входами коммутатора. Устройство содержит делитель напряжения, включенный между региональными потенциальными электродами, выход которого соединен с дополнительным сигнальным входом коммутатора. Детектор содержит последовательно соединенные фильтр низких частот, усилитель селективный и блок детектирования реосигнала и последовательно соединенные фильтр высоких частот, вход которого соединен с входом фильтра низких частот, и блок детектирования высокочастотного сигнала, а также блок детектирования низкочастотного сигнала, вход которого соединен с выходом фильтра низких частот, вход которого является входом детектора, причем выходы блока детектирования реосигнала, блока детектирования низкочастотного сигнала и блока детектирования высокочастотного сигнала являются выходами детектора (см. патент РФ на изобретение № 2094013, МПК А 61В 5/05, опубл. 27.10.1997г.).A device for regional bioimpedanceometry is known, which contains an alternating current generator, to the output of which are connected current electrodes, a series-connected switch, a detector, an analog-to-digital converter and a processing and indication unit, the output of which is connected to the control input of the switch, regional and peripheral potential electrodes are connected to signal switch inputs. The device comprises a voltage divider connected between potential regional electrodes, the output of which is connected to an additional signal input of the switch. The detector contains a series-connected low-pass filter, a selective amplifier and a rheosignal detection unit, and a series-connected high-pass filter, the input of which is connected to the input of the low-pass filter, and a high-frequency signal detection unit, and also a low-frequency signal detection unit, the input of which is connected to the low-pass filter output frequency, the input of which is the input of the detector, the outputs of the detection unit rheosignal, the detection unit low-frequency signal and the detection unit high-frequency signal are the outputs of the detector (see RF patent for the invention No. 2094013, IPC A 61B 5/05, publ. 10/27/1997).
Недостатком известного устройства также является сложность его конструкции, за счет использования фильтров высоких и низких частот и нескольких блоков детектирования. Оно также не позволяет осуществить диагностику с высокой точностью, поскольку необходимо измерение параметров во множестве точек удаленных друг от друга частей тела объекта. При этом определение местонахождения искомых точек, в которых необходимо проводить измерение параметров, весьма затруднительно.A disadvantage of the known device is also the complexity of its design, due to the use of high and low frequency filters and several detection units. It also does not allow diagnostics to be carried out with high accuracy, since it is necessary to measure parameters at a multitude of points of parts of the object body that are remote from each other. Moreover, the determination of the location of the desired points at which it is necessary to measure the parameters is very difficult.
Известно также устройство для исследования функционального состояния биоткани, содержащее управляемый генератор, выход которого соединен с токовым электродом, индифферентный электрод, последовательно соединенные потенциалометрический электрод, усилитель и блок фазовых детекторов, при этом с целью повышения точности и сокращения времени исследования электрических параметром биоткани, в устройство введены генератор развертки, соединенный с входом управляемого генератора, амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом усилителя, блокA device is also known for studying the functional state of a biological tissue, comprising a controlled generator, the output of which is connected to a current electrode, an indifferent electrode, a potentiometric electrode, an amplifier, and a phase detector unit connected in series, in order to increase the accuracy and reduce the time of investigation of the electrical parameter of a biological tissue into a device introduced a sweep generator connected to the input of the controlled generator, an amplitude detector, the input of which is connected to the output of the force body block
деления, входы которого соединены с выходами блока фазовых детекторов, и двухканальный индикатор, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами блока деления и амплитудного детектора, а вход развертки соединен с выходом генератора развертки, при этом выход управляемого генератора соединен с вторым входом блока фазовых детекторов (см. авторское свидетельство СССР на изобретение № 1311707, МПК А 61В 5/05, опубл. 23.05.1987 г.).division, the inputs of which are connected to the outputs of the phase detector unit, and a two-channel indicator, the information inputs of which are connected to the corresponding outputs of the division unit and the amplitude detector, and the scan input is connected to the output of the scan generator, while the output of the controlled generator is connected to the second input of the phase detector unit ( see USSR copyright certificate for invention No. 1311707, IPC A 61B 5/05, publ. 05.23.1987).
Однако, недостатком известного устройства также является его сложность вследствие наличия большого количества электронных приборов (блоков фазовых детекторов и деления, усилителя, амплитудный детектор), которые за счет шумов и наводок, присущих каждому прибору, увеличивают погрешность измерения, которая может привести к неточной диагностики состояния биологической ткани. Процесс обработки результатов измерения дополнительно затруднен из-за необходимости оценки графических зависимостей модуля полного импеданса от частоты и тангенса фазового угла от частоты, что, в отличие, например, от численной оценки, усложняет диагностику состояния биологической ткани.However, the disadvantage of the known device is also its complexity due to the presence of a large number of electronic devices (blocks of phase detectors and fission, amplifier, amplitude detector), which due to noise and interference inherent in each device, increase the measurement error, which can lead to inaccurate diagnosis of the condition biological tissue. The process of processing the measurement results is additionally complicated due to the need to evaluate the graphical dependences of the total impedance module on frequency and phase angle tangent on frequency, which, unlike, for example, numerical estimation, complicates the diagnosis of the state of biological tissue.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство для электромагнитно-резонансной импедансометрии живых тканей биологического объекта, содержащее генератор тестовых сигналов переменной частоты, датчиковое устройство, в состав которого входит катушка индуктивности и конденсатор, образующие колебательный контур, и регистратор, вход которого соединен с выходом датчикового устройства. Генератор тестовых сигналов переменной частоты и регистратор выполнены в виде компьютера с подключенным к нему дополнительным устройством формирования и обработки сигналов, выход которого соединен с входом датчикового устройства, а второй вход - с выходом датчикового устройства, при этом устройство формирования и обработки сигналов содержит интерфейс и управляемый напряжением генератор, вход первого из которых и первый выход второго являются соответственно входом и выходом устройства формирования и обработки сигналов, цифроаналоговый преобразователь, синхронизатор, частотомер, аналого-цифровой преобразователь и коммутатор каналов, при этом первая группа выходов интерфейса соединена с управляющими входами цифроаналогового преобразователя, вторая группа выходов - с управляющими входами синхронизатора, третья группа выходов с управляющими входами коммутатора, первая группа входов - с портом параллельного вывода частотомера, вторая группа входов - с портом параллельного вывода аналого-цифрового преобразователя, выход цифроаналогового преобразователя соединен с входом генератора управляемого напряжением, первый выход которого соединен сThe closest technical solution to the claimed is a device for electromagnetic resonance impedance measurement of living tissues of a biological object, containing a generator of test signals of variable frequency, a sensor device, which includes an inductor and a capacitor forming an oscillatory circuit, and a recorder, the input of which is connected to the output of the sensor devices. The variable frequency test signal generator and recorder are designed as a computer with an additional signal conditioning and processing device connected to it, the output of which is connected to the input of the sensor device, and the second input is connected to the output of the sensor device, while the signal conditioning and processing device contains an interface and a controllable voltage generator, the input of the first of which and the first output of the second are respectively the input and output of the device for generating and processing signals, digital-to-analog the first converter, synchronizer, frequency meter, analog-to-digital converter and channel switch, with the first group of outputs of the interface connected to the control inputs of the digital-analog converter, the second group of outputs with the control inputs of the synchronizer, the third group of outputs with the control inputs of the switch, the first group of inputs with a parallel output port of the frequency meter, the second group of inputs is with a parallel output port of the analog-to-digital converter, the output of the digital-to-analog converter is connected to swing voltage controlled oscillator, a first output of which is connected with
первым входом коммутатора, а второй выход - с первым входом частотомера, второй вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход синхронизатора соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, у которого второй вход соединен с выходом коммутатора, второй, третий и четвертый выходы которого являются соответствующими входами устройства формирования и обработки сигналов. Датчиковое устройство содержит последовательно соединенные согласующее устройство, измерительный колебательный контур, буферный усилитель и детектор, выход которого соединен со вторым входом устройства формирования и обработки сигналов. Колебательный контур снабжен измерительной катушкой индуктивности, обмотка которой может быть размещена на каркасе из диэлектрика, на сердечнике из магнитодиэлектрика, на плоском каркасе из диэлектрика или иметь бескаркасную намотку, а также возможно использование катушки с разъемной обмоткой. Колебательный контур может быть снабжен катушкой индуктивности, содержащей контурную обмотку и обмотку связи, размещенные на каркасе из диэлектрика, и закрепленной в броневом сердечнике из магнитодиэлектрика, при этом выводы обмотки связи соединены проводниками с двумя металлическими электродами соответственно. Колебательный контур может быть также снабжен катушкой индуктивности, обмотка которой размещена на каркасе из диэлектрика и закреплена в броневом сердечнике из магнитодиэлектрика, при этом выводы конденсатора колебательного контура соединены проводниками с двумя металлическими электродами, причем у каждого электрода рабочая поверхность покрыта слоем диэлектрика. Устройство может быть снабжено дополнительными датчиками температуры и пульса, выход которых соединены соответственно с третьим и четвертым входами устройства формирования и обработки сигналов (см. патент РФ на изобретение № 2182814, МПК А 61В 5/053, опубл. 27.05.2002 г.).the first input of the switch, and the second output with the first input of the frequency meter, the second input of which is connected to the first output of the synchronizer, the second output of the synchronizer is connected to the first input of the analog-to-digital converter, whose second input is connected to the output of the switch, the second, third and fourth outputs of which are the corresponding inputs of the device for generating and processing signals. The sensor device contains a serially connected matching device, a measuring oscillating circuit, a buffer amplifier and a detector, the output of which is connected to the second input of the signal generating and processing device. The oscillating circuit is equipped with a measuring inductance coil, the winding of which can be placed on a dielectric frame, on a magnetodielectric core, on a flat dielectric frame or have frameless winding, and it is also possible to use a coil with a detachable winding. The oscillation circuit can be equipped with an inductor containing a loop winding and a coupling winding, placed on a dielectric frame, and fixed in an armored core made of magnetodielectric, while the terminals of the coupling winding are connected by conductors to two metal electrodes, respectively. The oscillation circuit can also be equipped with an inductor, the winding of which is placed on a dielectric frame and fixed in an armored core made of magnetodielectric, while the conclusions of the oscillator circuit capacitor are connected by conductors to two metal electrodes, and at each electrode the working surface is covered with a dielectric layer. The device can be equipped with additional temperature and pulse sensors, the output of which is connected respectively to the third and fourth inputs of the device for generating and processing signals (see RF patent for the invention No. 2182814, IPC A 61B 5/053, publ. May 27, 2002).
Недостатком известного устройства также является сложность его конструкции и его громоздкость. При этом необходима точная настройка параметров устройства для его работы, а именно колебательного контура, измерительной катушки индуктивности и других составных частей устройства, что усложняет проведение процедуры и снижает точность диагностики.A disadvantage of the known device is also the complexity of its design and its bulkiness. In this case, it is necessary to fine-tune the parameters of the device for its operation, namely, the oscillatory circuit, the measuring inductance coil and other components of the device, which complicates the procedure and reduces the accuracy of diagnostics.
Для диагностики возможной патологии живых тканей одиночного органа известным устройством первоначально исследуют параметры колебательного контура с внесенными этими органами у здоровых людей разных возрастных групп и устанавливают границы этих параметров для каждой возрастной группы. Это значительно увеличивает количество измерений и приводит к увеличению времени диагностики.To diagnose a possible pathology of living tissues of a single organ by a known device, the parameters of the oscillatory circuit with these organs introduced in healthy people of different age groups are initially investigated and the boundaries of these parameters for each age group are established. This significantly increases the number of measurements and leads to an increase in diagnostic time.
Экспериментальные данные показали, что в каждом конкретном случае гангрены нижних конечностей любого генеза необходимо индивидуальное исследование жизнеспособности тканей и определения уровня ампутации. Поэтому экспериментальные данные, получаемые известным устройством для группы здоровых людей, могут снизить достоверность диагностики, так как имеют существенную флуктуацию относительно индивидуальных данных конкретного пациента.Experimental data showed that in each case, gangrene of the lower extremities of any genesis requires an individual study of tissue viability and determination of the level of amputation. Therefore, the experimental data obtained by the known device for a group of healthy people can reduce the reliability of diagnosis, since they have significant fluctuations relative to the individual data of a particular patient.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание устройства для исследования биологической ткани, пораженной гангреной, характеризующегося простотой выполнения и обеспечивающего необходимую достоверность данных для диагностики состояния ткани.The problem to which the proposed utility model is directed is to create a device for the study of biological tissue affected by gangrene, characterized by ease of implementation and providing the necessary reliability of the data for diagnosing the state of the tissue.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемой полезной модели, заключается в обеспечении более точного определения не устанавливаемых визуально границ поражения ткани.The technical result achieved by the implementation of the proposed utility model is to provide a more accurate determination of not visually established boundaries of tissue damage.
Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве для диагностики состояния биологической ткани, содержащем датчиковое устройство, компьютер и устройство обработки сигналов, содержащее интерфейс, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), коммутатор, при этом вход коммутатора соединен с выходом датчикового устройства, а выход коммутатора соединен с входом АЦП, компьютер и устройство обработки сигналов соединены посредством интерфейса, порт ввода/вывода которого соединен с шиной подключения дополнительных устройств компьютера, причем выход интерфейса соединен с входом ЦАП, а вход - с выходом АЦП, согласно полезной модели, датчиковое устройство содержит, по крайней мере, две пары электродов и, по крайней мере, два эталонных резистора, а устройство обработки сигналов дополнительно снабжено таймером, выходы ЦАП соединены с входами датчикового устройства, при этом один из выходов ЦАП также соединен со вторым входом коммутатора, причем один электрод из каждой пары соединен непосредственно с ЦАП, а другой - через эталонный резистор, другие выходы интерфейса соединены соответственно с входом АЦП, входом таймера и входом коммутатора, при этом выход таймера соединен со вторым входом интерфейса.This object is achieved by the fact that in the known device for diagnosing the state of biological tissue containing a sensor device, a computer and a signal processing device containing an interface, a digital-to-analog converter (DAC), an analog-to-digital converter (ADC), a switch, the input of the switch being connected to the output of the sensor device, and the output of the switch is connected to the ADC input, the computer and the signal processing device are connected via an interface whose input / output port is connected to the connection bus according to the utility model, the sensor device contains at least two pairs of electrodes and at least two reference resistors, and the signal processing device is additionally equipped with a timer, the DAC outputs are connected to the inputs of the sensor device, while one of the DAC outputs is also connected to the second input of the switch, with one electrode from each pair connected directly to the DAC, and the other through the reference hist other interface outputs are connected respectively to the ADC input, the timer input and the input switch, the timer output is connected to the second input interface.
Применение двух пар электродов позволяет осуществить совмещенное измерение значения активной и реактивной составляющей импедансов здоровой и пораженной конечности, что значительно сокращает время проведения диагностики. Применение для измерения импеданса на каждой конечности двух электродов позволяет провести измерения в диаметрально противоположных точках пересечения горизонтальной плоскости с поверхностью конечности. Это позволяет получить наиболее достоверные значения импеданса исследуемой ткани, поскольку исследуется конечность по всей ее толщине, а не локальная область на ее поверхности. При этом использование в качестве датчикового устройства двух электродов с эталонным резистором позволяет без снижения точности измерения значительно ускорить и упростить процесс измерения значений импеданса биологической ткани, необходимых для диагностики области поражения. Применение в предлагаемой полезной модели автоматизированного устройства обработки сигналов, его связь с датчиковым устройством, позволяет осуществить автоматизированные снятие и последующую передачу данных в необходимый момент времени, что обеспечивается таймером и его связью с АЦП через интерфейс. Это позволяет упростить получение исходных данных для дальнейшей диагностики и точность измерения за счет получения необходимых и достаточных данных при помощи автоматизированных вычислительных средств и, соответственно, повысить точность последующей диагностики.The use of two pairs of electrodes allows the combined measurement of the values of the active and reactive component of the impedances of a healthy and affected limb, which significantly reduces the time of diagnosis. The use of two electrodes for measuring the impedance on each limb allows measurements at diametrically opposite points of intersection of the horizontal plane with the surface of the limb. This allows you to get the most reliable values of the impedance of the investigated tissue, since the limb is examined over its entire thickness, and not the local area on its surface. Moreover, the use of two electrodes with a reference resistor as a sensor device makes it possible to significantly accelerate and simplify the process of measuring the biological tissue impedance values necessary for diagnosing the lesion area without reducing the measurement accuracy. The use in the proposed utility model of an automated signal processing device, its connection with the sensor device, allows for automated data acquisition and subsequent data transfer at the required time, which is provided by the timer and its communication with the ADC via the interface. This makes it possible to simplify the obtaining of initial data for further diagnostics and the measurement accuracy by obtaining the necessary and sufficient data using automated computing tools and, accordingly, to increase the accuracy of subsequent diagnostics.
В настоящем описании полезной модели используется следующая терминология.In the present description of the utility model, the following terminology is used.
Под горизонтальной плоскостью понимается плоскость, отделяющая нижележащие отделы организма человека от вышележащих, при этом она перпендикулярна сагиттальной (отделяющей правые отделы организма человека от левых) и фронтальной (отделяющей передние отделы организма человека от задних) плоскостям (см. Анатомия человека / Под ред. М.Р.Сапина, т. 1, М.: Медицина, 1987, с. 13).The horizontal plane refers to the plane that separates the lower parts of the human body from the overlying ones, while it is perpendicular to the sagittal (separating the right parts of the human body from the left) and frontal (separating the front parts of the human body from the back) planes (see Human Anatomy / Ed. M .R. Sapina, t. 1, M .: Medicine, 1987, p. 13).
Под жизнеспособным состоянием понимается состояние ткани, при котором отсутствует ее некротизация (см. Хирургическая обработка гнойной раны, режим доступа в информационной системе общего пользования Интернет в электронноцифровой форме http://lib.msmi.minsk.by/cgi-bin/showdoc file learn/330205&line 291, 11.06.2003 г.), т.е. жизнеспособность - это возможность ткани, подвергшейся воздействию поражающего фактора и находящейся в состоянии угнетения жизнедеятельности, перенести хирургическое воздействие, восстановить свои нормальные функции и привести к заживлению раны.A viable state is understood as a state of tissue in which there is no necrotization (see Surgical treatment of a purulent wound, access mode in the public information system of the Internet in electronic digital form http://lib.msmi.minsk.by/cgi-bin/showdoc file learn / 330205 & line 291, 06/11/2003), i.e. viability is the ability of a tissue that has been exposed to a damaging factor and is in a state of inhibition of vital activity to undergo surgical intervention, restore its normal functions and lead to wound healing.
Устройство для диагностики состояния биологической ткани иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг. 1 показана блок-схема устройства для диагностики состояния биологической ткани; на фиг. 2 показан вариант выполнения датчикового устройства; на фиг. 3 приведены временные зависимости напряжений на электродах.A device for diagnosing the state of biological tissue is illustrated by the following drawings, where in FIG. 1 shows a block diagram of a device for diagnosing the state of biological tissue; in FIG. 2 shows an embodiment of a sensor device; in FIG. Figure 3 shows the time dependences of the voltages at the electrodes.
Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - датчиковое устройство; 2 устройство обработки сигналов; 3 - компьютер; 4 - интерфейс; 5 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП); 6 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 7 - коммутатор; 8 - электрод; 9 - эталонный резистор; 10 - таймер; 11 - биологическая ткань.Positions in the drawings indicate the following: 1 - sensor device; 2 signal processing device; 3 - computer; 4 - interface; 5 - digital-to-analog converter (DAC); 6 - analog-to-digital Converter (ADC); 7 - switch; 8 - electrode; 9 - reference resistor; 10 - timer; 11 - biological tissue.
Устройство для диагностики состояния биологической ткани содержит датчиковое устройство 1, устройство 2 обработки сигналов и компьютер 3 (фиг. 1). Устройство 2 обработки сигналов содержит интерфейс 4, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, коммутатор 7.A device for diagnosing the state of biological tissue comprises a sensor device 1, a signal processing device 2, and a computer 3 (Fig. 1). The signal processing device 2 comprises an interface 4, a digital-to-analog converter (DAC) 5, an analog-to-digital converter (ADC) 6, a switch 7.
Выход коммутатора 7 соединен с входом АЦП 6, при этом один из входов (потенциальный) коммутатора 7 соединен с выходом датчикового устройства 1, содержащего, по крайней мере, две пары электродов 8 и, по крайней мере, два эталонных резистора 9, а второй вход (общий) коммутатора 7 соединен с одним из выходов (общим) ЦАП 5. При этом выходы ЦАП 5 соединены с входами датчикового устройства 1 следующим образом. Один электрод 8 из каждой пары соединен непосредственно с одним из выходов (общим) ЦАП 5, а другой соединен со вторым выходом (потенциальным) ЦАП 5 через эталонный резистор 9 (фиг. 1 и 2).The output of the switch 7 is connected to the input of the ADC 6, while one of the inputs (potential) of the switch 7 is connected to the output of the sensor device 1, containing at least two pairs of electrodes 8 and at least two reference resistors 9, and the second input the (common) switch 7 is connected to one of the outputs of the (common) DAC 5. The outputs of the DAC 5 are connected to the inputs of the sensor device 1 as follows. One electrode 8 from each pair is connected directly to one of the outputs (common) of the DAC 5, and the other is connected to the second output (potential) of the DAC 5 through the reference resistor 9 (Fig. 1 and 2).
Устройство 2 обработки сигналов дополнительно снабжено таймером 10, используемым для синхронизации процессов сбора данных в данной измерительной системе.The signal processing device 2 is further provided with a timer 10 used to synchronize data collection processes in a given measurement system.
Выходы интерфейса 4 соединены соответственно с входами ЦАП 5, АЦП 6, коммутатора 7 и таймера 10. Один из входов интерфейса 4 соединен с выходом АЦП 6, а второй - с выходом таймера 10.The outputs of interface 4 are connected respectively to the inputs of the DAC 5, ADC 6, switch 7, and timer 10. One of the inputs of interface 4 is connected to the output of the ADC 6, and the second to the output of timer 10.
Компьютер 3 и устройство 2 обработки сигналов соединены посредством интерфейса 4, порт ввода/вывода которого соединен с внутренней шиной компьютера 3, используемой для подключения дополнительных устройств компьютера 3 (фиг. 1 и 2).The computer 3 and the signal processing device 2 are connected via an interface 4, the input / output port of which is connected to the internal bus of the computer 3, used to connect additional devices of the computer 3 (Fig. 1 and 2).
Компьютер 3 представляет собой - IBM-совместимый персональный компьютер, с подключенными к нему периферийными устройствами (монитор, принтер, клавиатура).Computer 3 is an IBM-compatible personal computer with peripheral devices connected to it (monitor, printer, keyboard).
В качестве устройства 2 обработки сигналов может быть использована, например, плата сбора данных модели L-154 (производитель фирма L-CARD, Россия), которая является функционально полной системой сбора и вывода аналоговых и цифровых данных. Плата L-154 содержит 12-битовый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) с максимальной частотой преобразования 70 кГц, 12-битовый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), программно управляемые многоканальный коммутатор и таймеры. Соединение платы и компьютера 3 выполняется с помощью стандартного разъемаAs a signal processing device 2, for example, a data acquisition board of the L-154 model (manufacturer L-CARD, Russia), which is a functionally complete system for collecting and outputting analog and digital data, can be used. The L-154 board contains a 12-bit digital-to-analog converter (DAC) with a maximum conversion frequency of 70 kHz, a 12-bit analog-to-digital converter (ADC), software-controlled multi-channel switch and timers. The board and computer 3 are connected using a standard connector
шины ISA расположенной на материнской плате компьютера 3 через интерфейс 4, с помощью которого происходит передача данных и сигналов управления от компьютера 3 и передача данных от устройства 2 обработки сигналов в компьютер 3.ISA bus located on the motherboard of computer 3 via interface 4, through which data and control signals are transmitted from computer 3 and data is transmitted from signal processing device 2 to computer 3.
Устройство для диагностики состояния биологической ткани работает следующим образом.A device for diagnosing the state of biological tissue works as follows.
Для проведения диагностики состояния биологической ткани одна пара электродов 8 накладывается на исследуемую ткань 11 пораженной конечности, а другая пара - на исследуемую ткань 11 здоровой конечности. При этом электроды 8 необходимо располагать в диаметрально противоположных точках пересечения горизонтальной плоскости с поверхностью конечности. Пары электродов 8 располагаются равноудаленно относительно исходной точки, расположенной на теле пациента, например, пупка. В исходном состоянии напряжение на электродах отсутствует.To diagnose the state of biological tissue, one pair of electrodes 8 is superimposed on the test tissue 11 of the affected limb, and the other pair on the test tissue 11 of the healthy limb. In this case, the electrodes 8 must be located at diametrically opposite points of intersection of the horizontal plane with the surface of the limb. The pairs of electrodes 8 are equidistant relative to the starting point located on the patient’s body, for example, the navel. In the initial state, the voltage at the electrodes is absent.
В момент времени to компьютер 3 формирует 12-разрядный код управления, который через интерфейс 4 передается на ЦАП 5, формирующий соответствующее цифровому сигналу аналоговое напряжение U, после чего аналоговый сигнал поступает на датчиковое устройство 1 (фиг. 1).At time to, computer 3 generates a 12-bit control code, which is transmitted via interface 4 to the DAC 5, which forms the analog voltage U corresponding to the digital signal, after which the analog signal is sent to sensor device 1 (Fig. 1).
Так как с физической точки зрения биологическую ткань 11 можно представить в виде подключенных параллельно резистора Roe и конденсатора С0б, в момент времени to начинается переходный процесс, связанный с зарядом условной емкости биологической ткани 11. При этом напряжение Lb на первой паре электродов 8 начинает возрастать по экспоненциальному законуSince, from a physical point of view, biological tissue 11 can be represented in the form of a resistor Roe and a capacitor C0b connected in parallel, at the time instant t, a transition process begins, associated with the charge of the conditional capacity of the biological tissue 11. In this case, the voltage Lb on the first pair of electrodes 8 begins to increase along exponential law
Ro6/( R3T+Ro6)41-exp(-At/t3)), Ro6 / (R3T + Ro6) 41-exp (-At / t3)),
где 1з(Соб+Спр)( Rar+Roe) - постоянная времени цепи заряда; Rar - значение сопротивления эталонного резистора 9; Спр - паразитная емкость электрических проводов, соединяющих выходы датчикового устройства 1 с входом коммутатора 7; UUAH напряжения на выходе (потенциальном) ЦАП 5 и на входе датчикового устройства 1; - время с начала подачи импульса напряжения на электроды.where 1z (Sob + Spr) (Rar + Roe) is the time constant of the charge circuit; Rar is the resistance value of the reference resistor 9; Spr - parasitic capacitance of electric wires connecting the outputs of the sensor device 1 with the input of the switch 7; UUAH voltage at the output (potential) of the DAC 5 and at the input of the sensor device 1; - time from the beginning of the supply of the voltage pulse to the electrodes.
При отсутствии эталонного резистора 9 процесс заряда происходил бы практически мгновенно, что не позволило бы выполнить процесс измерения. При этом значение Rgr задается таким образом, чтобы общее время переходного процесса , связанного с зарядом емкости было от 0,01 до 0,1 секунд. За время tnp напряжение Lb достигает постоянного значения Ro6/( Rw+Roe) и процесс изменения Ua практически заканчивается.In the absence of a reference resistor 9, the charging process would occur almost instantly, which would not allow the measurement process to be performed. The value of Rgr is set in such a way that the total time of the transient process associated with the charge of the capacitance is from 0.01 to 0.1 seconds. During tnp, the voltage Lb reaches a constant value of Ro6 / (Rw + Roe) and the process of changing Ua almost ends.
пьютером 3 выполняет преобразование значения напряжения в цифровой 12разрядный код. Преобразование выполняется через равные интервалы времени (например, 200 мкс), что необходимо для последующей цифровой обработки данных измерения. Интервалы времени устанавливаются таймером 10 и через интерфейс 4 передаются на АЦП 6. Цифровые данные поступают через интерфейс 4 в компьютер 3, где запоминаются в оперативной памяти.computer 3 converts the voltage value into a digital 12-bit code. The conversion is performed at regular intervals (for example, 200 μs), which is necessary for subsequent digital processing of the measurement data. The time intervals are set by timer 10 and transmitted via interface 4 to the ADC 6. Digital data is transmitted through interface 4 to computer 3, where it is stored in RAM.
Через время tnp компьютер 3 устанавливает значение напряжения на выходе ЦАП 5 равным нулю () вследствие чего начинается процесс разрядки биологической ткани 11. Для обеспечения необходимой точности измерения в условиях воздействия естественных и индустриальных шумов, а также наличия эффекта поляризации электродов, процедура измерения периодически повторяется. Для этого в интервале времени от tnp до 24, выполняется разряд конденсатора путем подачи на вход измерительной цепи напряжения в момент времени . После полной разрядки в момент времени 2«tnp компьютер 3 задает цифровой код управления, который через интерфейс 4 передается на ЦАП 5, формирующий аналоговое напряжение -ицдп (фиг. 3).After tnp time, computer 3 sets the voltage value at the output of the DAC 5 to zero (), as a result of which the process of discharging biological tissue 11 begins. To ensure the necessary measurement accuracy under the influence of natural and industrial noise, as well as the presence of the polarization effect of the electrodes, the measurement procedure is repeated periodically. For this, in the time interval from tnp to 24, the capacitor is discharged by applying voltage to the input of the measuring circuit at a time. After the battery is completely discharged at time point 2 tnp, computer 3 sets a digital control code, which is transmitted via interface 4 to DAC 5, which generates an analog voltage —digital (Fig. 3).
Аналогично ранее рассмотренному случаю напряжение Ua на первой паре электродов 8 начинает возрастать по экспоненциальному закону, который описывается следующим соотношениемSimilarly to the previously considered case, the voltage Ua on the first pair of electrodes 8 begins to grow exponentially, which is described by the following relation
иэ -UuAn Коб/( Кэт+КобИ1-ехр(-Д1Д3)), где 13(Соб+Спр)КэтКоб/( Кэт+Коб); .IE -UuAn Kob / (Kat + KobI1-exp (-D1D3)), where 13 (Sob + Spr) KatKob / (Kat + Kob); .
Таким образом, закон изменения напряжения в этом случае отличается только знаком.Thus, the law of voltage change in this case differs only in sign.
При стабилизации изменения Ua аналоговый сигнал поступает с датчикового устройства 1 через коммутатор 7 на АЦП 6.When stabilizing the change in Ua, the analog signal comes from the sensor device 1 through the switch 7 to the ADC 6.
В интервале времени от до аналогично рассмотренному выше случаю происходит разряд конденсатора и далее процесс повторяется необходимое число раз для получения требуемой точности.In the time interval from to, similarly to the case considered above, the capacitor discharges and the process is repeated as many times as necessary to obtain the required accuracy.
Указанная процедура формирования двухполярного напряжения на датчиковом устройстве 1 обеспечивает нивелирование эффектов поляризации электродов 8 и компонентов живой ткани, связанных с неизбежным быстрым изменением электрических параметров под действием постоянного тока.The specified procedure for the formation of bipolar voltage on the sensor device 1 provides leveling effects of polarization of the electrodes 8 and components of living tissue associated with the inevitable rapid change in electrical parameters under the influence of direct current.
печивается за счет цифровой фильтрации данных, полученных с датчикового устройства 1.baked due to digital filtering of data received from the sensor device 1.
После снятия данных при помощи программного обеспечения компьютера 3 и стандартного математического алгоритма рассчитываются значения Коб, Соб в зоне расположения электродов 8, являющиеся активной и реактивной составляющими импеданса исследуемой биологической ткани 11. Результаты вычислений могут быть представлены в графическом и текстовом виде на экране монитора компьютера 3. Время снятия данных и вычисления измерений составляет примерно 10 секунд.After taking the data using the computer software 3 and the standard mathematical algorithm, the values of Cob, Sob in the electrode location zone 8 are calculated, which are the active and reactive components of the impedance of the studied biological tissue 11. The calculation results can be presented in graphical and text form on the computer monitor 3 The time taken to take data and calculate measurements is approximately 10 seconds.
После окончания процедуры измерения параметров тканей в зоне расположения первой пары электродов 8 цикл измерений выполняется для другой пары электродов 8.After the procedure for measuring tissue parameters in the area of the location of the first pair of electrodes 8, the measurement cycle is performed for another pair of electrodes 8.
В случае наличия двух пар электродов 8 после выполнения измерений электроды 8 необходимо расположить на других точках конечностей и провести аналогичные измерения.In the case of the presence of two pairs of electrodes 8, after performing the measurements, the electrodes 8 must be located at other points of the limbs and similar measurements should be performed.
Полученные данные измерений можно проанализировать следующими способами.The obtained measurement data can be analyzed in the following ways.
В качестве оцениваемых при диагностики величин можно использовать значения отношения реактивной составляющей импеданса к активной составляющей импеданса (А) на пораженной конечности и отношения реактивной составляющей импеданса к активной составляющей импеданса (В) на здоровой конечности. При соблюдении соотношения | В-А | В/5 диагностируют жизнеспособное состояние исследуемой ткани пораженной конечности. Для получения наиболее полной картины поражения конечности гангреной подобные исследования необходимо проводить по длине конечностей.As the values evaluated in diagnostics, one can use the values of the ratio of the reactive component of the impedance to the active component of the impedance (A) on the affected limb and the ratio of the reactive component of the impedance to the active component of the impedance (B) on the healthy limb. Subject to the ratio | VA | B / 5 diagnoses a viable state of the investigated tissue of the affected limb. To obtain the most complete picture of the defeat of the limb by gangrene, such studies must be carried out along the length of the limbs.
В качестве оцениваемых при диагностики величин также можно использовать значения реактивной составляющей импеданса на пораженной конечности и реактивной составляющей импеданса на здоровой конечности. В этом случае предложенным устройством производят измерения значений реактивной составляющей импеданса (С) на пораженной конечности и реактивной составляющей импеданса (D) на здоровой конечности и при соблюдении соотношения | D-C | D/5 диагностируют жизнеспособное состояние исследуемой ткани пораженной конечности. Для получения наиболее полной картины поражения конечности гангреной подобные измерения также необходимо проводить по длине конечностей.The values of the reactive component of the impedance on the affected limb and the reactive component of the impedance on the healthy limb can also be used as the values estimated during diagnosis. In this case, the proposed device measures the values of the reactive component of the impedance (C) on the affected limb and the reactive component of the impedance (D) on the healthy limb and subject to the ratio | D-C | D / 5 diagnoses the viable state of the test tissue of the affected limb. To obtain the most complete picture of the defeat of the limb by gangrene, similar measurements must also be taken along the length of the limbs.
участками, которую необходимо учитывать при дальнейшем лечении, например, ампутации части пораженной конечности.areas that must be considered during further treatment, for example, amputation of part of the affected limb.
Использование устройства для диагностики состояния биологической ткани, характеризующегося простотой выполнения и обеспечивающего необходимую достоверность диагностики, позволяет более точно определять не устанавливаемые визуально границы пораженного гангреной участка конечностей. Это позволяет оставлять при ампутации максимально возможную здоровую часть пораженной конечности и, таким образом, увеличить количество людей, сохранивших опорную функцию конечности и заново получающих возможность ходить после операции по поводу различных видов гангрен.The use of a device for diagnosing the state of biological tissue, characterized by ease of implementation and providing the necessary reliability of diagnosis, allows you to more accurately determine not visually set boundaries of the affected gangrene of the limb. This allows you to leave the largest possible healthy part of the affected limb during amputation and, thus, increase the number of people who have retained the supporting function of the limb and are again able to walk after surgery for various types of gangrene.
ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИUSEFUL MODEL FORMULA
Устройство для диагностики состояния биологической ткани, содержащее датчиковое устройство, компьютер и устройство обработки сигналов, содержащее интерфейс, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), коммутатор, при этом вход коммутатора, соединен с выходом датчикового устройства, а выход коммутатора соединен с входом АЦП, компьютер и устройство обработки сигналов соединены посредством интерфейса, порт ввода/вывода которого соединен с шиной подключения дополнительных устройств компьютера, причем выход интерфейса соединен с входом ЦАП, а вход - с выходом АЦП, отличающееся тем, что датчиковое устройство содержит, по крайней мере, две пары электродов и, по крайней мере, два эталонных резистора, а устройство обработки сигналов дополнительно снабжено таймером, выходы ЦАП соединены с входами датчикового устройства, при этом один из выходов ЦАП также соединен со вторым входом коммутатора, причем один электрод из каждой пары соединен непосредственно с ЦАП, а другой через эталонный резистор, другие выходы интерфейса соединены соответственно с входом АЦП, входом таймера и входом коммутатора, при этом выход таймера соединен со вторым входом интерфейса.A device for diagnosing the state of biological tissue containing a sensor device, a computer and a signal processing device containing an interface, a digital-to-analog converter (DAC), an analog-to-digital converter (ADC), a switch, the input of the switch being connected to the output of the sensor device, and the output of the switch connected to the input of the ADC, the computer and the signal processing device are connected via an interface, the input / output port of which is connected to the bus connecting additional devices of the computer, and the output of the interface is connected to the input of the DAC, and the input is to the output of the ADC, characterized in that the sensor device contains at least two pairs of electrodes and at least two reference resistors, and the signal processing device is additionally equipped with a timer, the outputs of the DAC are connected with the inputs of the sensor device, while one of the outputs of the DAC is also connected to the second input of the switch, with one electrode of each pair connected directly to the DAC and the other through a reference resistor, the other outputs of the interface are connected respectively with ADC input, timer input and switch input, while timer output is connected to the second input of the interface.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИDEVICE FOR DIAGNOSIS OF THE STATE OF BIOLOGICAL TISSUE
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003119715/20U RU32381U1 (en) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | Device for diagnosing the state of biological tissue |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003119715/20U RU32381U1 (en) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | Device for diagnosing the state of biological tissue |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU32381U1 true RU32381U1 (en) | 2003-09-20 |
Family
ID=36048179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003119715/20U RU32381U1 (en) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | Device for diagnosing the state of biological tissue |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU32381U1 (en) |
-
2003
- 2003-06-30 RU RU2003119715/20U patent/RU32381U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104363824B (en) | The measurement of real-time QRS duration in electrocardiogram | |
EP1909642A1 (en) | Index determination | |
US5339827A (en) | Acupuncture system and method | |
JPH1014898A (en) | Bioelectric impedance measuring device | |
CN101194834A (en) | Bio-electrical impedance measuring method and apparatus | |
JP3947379B2 (en) | Electrical property measuring device | |
US20220160248A1 (en) | Micro device for measuring tissue impedance | |
CN110464351B (en) | System and method for monitoring muscle fatigue | |
Dutt et al. | Wearable bioimpedance for continuous and context-aware clinical monitoring | |
CN103340639A (en) | Bioelectrical impedance based urge incontinence recognition method | |
CN107928636B (en) | Pulse diagnosis instrument with temperature compensation function | |
RU32381U1 (en) | Device for diagnosing the state of biological tissue | |
CN116035553A (en) | Human body composite parameter measurement and photoelectric treatment integrated diagnosis and treatment equipment | |
RU2251969C2 (en) | Method and device for diagnosing biological object condition | |
Panerai et al. | Principal component analysis of multiple noninvasive blood flow derived signals | |
CN107714039A (en) | A kind of method and system based on electronic scale detection human body artery vascular sclerosis | |
RU2664633C2 (en) | Device for measuring electrical impedance in parts of body | |
Khan et al. | A highly integrated computing platform for continuous, non-invasive bp estimation | |
JP2001276008A (en) | Instrument and method for measuring adipocyte | |
RU2134533C1 (en) | Device for determination of cutaneous blood flow | |
RU2182814C2 (en) | Electromagnetic resonance impedancemetry method and device for examining living tissues of a biological object | |
Ibrahim et al. | Multi-source multi-frequency bio-impedance measurement method for localized pulse wave monitoring | |
JP3947385B2 (en) | Cardiology measuring device | |
US20220330846A1 (en) | Method for measuring the impedance of a biological load using low power direct current | |
RU2470580C1 (en) | Method of determining electric resistance of internal tissues of part of biological object body and rheoanalyser |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20040701 |