RU57578U1 - BIOIMPEDANCE ANALYZER - Google Patents
BIOIMPEDANCE ANALYZER Download PDFInfo
- Publication number
- RU57578U1 RU57578U1 RU2006121905/22U RU2006121905U RU57578U1 RU 57578 U1 RU57578 U1 RU 57578U1 RU 2006121905/22 U RU2006121905/22 U RU 2006121905/22U RU 2006121905 U RU2006121905 U RU 2006121905U RU 57578 U1 RU57578 U1 RU 57578U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- outputs
- inputs
- current
- potential
- switching unit
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано при исследованиях распределения жидкостей в организме, состава тела, а также при диагностике некоторых заболеваний. Биоимпедансный анализатор содержит генератор (1) переменного тока, блок (2) коммутации, токовые электроды (3-1...3-М), соответственно, потенциальные электроды (4-1...4-N), первый детектор (5), аналого-цифровой преобразователь (7), блок (8) обработки и индикации, второй детектор (6). Для обеспечения измерения активной и реактивной составляющих импеданса детекторы (5, 6) выполнены синхронными, а генератор (1) переменного тока выполнен с возможностью формирования на своих первом и втором выходах синхронизации периодических импульсных последовательностей, различающихся по фазе. Для уменьшения погрешностей измерения блок 2 коммутации выполнен с возможностью измерения активной и реактивной составляющих импедансов между токовыми и потенциальными электродами. Ил.1 л.The invention relates to the field of medical equipment and can be used in studies of the distribution of fluids in the body, body composition, as well as in the diagnosis of certain diseases. The bio-impedance analyzer contains an alternating current generator (1), a switching unit (2), current electrodes (3-1 ... 3-M), respectively, potential electrodes (4-1 ... 4-N), a first detector (5 ), analog-to-digital converter (7), processing and indication unit (8), second detector (6). To ensure the measurement of the active and reactive components of the impedance, the detectors (5, 6) are made synchronous, and the alternator (1) of the alternating current is configured to generate periodic pulse sequences differing in phase at their first and second synchronization outputs. To reduce measurement errors, the switching unit 2 is configured to measure the active and reactive components of the impedances between current and potential electrodes. Fig. 1 l.
Description
Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано при исследованиях распределения жидкостей в организме, состава тела, а также при диагностике заболеваний.The invention relates to the field of medical equipment and can be used in studies of the distribution of fluids in the body, body composition, as well as in the diagnosis of diseases.
Известен биоимпедансный анализатор, содержащий генератор переменного тока, токовые электроды и блок коммутации, входы которого соединены с потенциальными электродами, а выход через детектор и аналого-цифровой преобразователь соединен с блоком обработки и индикации, выход которого соединен с входом управления блока коммутации (Патент РФ №2094013 от 29.04.96, А 61 В 5/05).A known bio-impedance analyzer containing an alternator, current electrodes and a switching unit, the inputs of which are connected to potential electrodes, and the output through a detector and an analog-to-digital converter is connected to a processing and indication unit, the output of which is connected to the control input of the switching unit (RF Patent No. 2094013 from 04.29.96, A 61 V 5/05).
Недостатком известного устройства является невозможность измерять активную и реактивную составляющие импеданса.A disadvantage of the known device is the inability to measure the active and reactive components of the impedance.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является биоимпедансный анализатор, содержащий генератор переменного тока, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым токовыми входами блока коммутации, соответственно, с 1-го по М-й токовые выходы которого соединены с 1-го по М-й токовыми электродами, соответственно, с 1-го по N-й потенциальные входы блока коммутации соединены с 1-го по N-й потенциальными электродами, соответственно, а первый и второй потенциальные выходы соединены с первым и вторым входами первого детектора, соответственно, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен со входом блока обработки и индикации, первый выход которого соединен с входом управления блока коммутации (Патент РФ №1826864, 29.04.90, А 61 В 5/05).The closest in technical essence to the claimed device is a bio-impedance analyzer containing an alternator, the first and second outputs of which are connected to the first and second current inputs of the switching unit, respectively, from the 1st to the Mth current outputs of which are connected from the 1st on the Mth current electrodes, respectively, from the 1st to the Nth potential inputs of the switching unit are connected from the 1st to the Nth potential electrodes, respectively, and the first and second potential outputs are connected to the first and second inputs of the first- detector, respectively, the output of which via an analog-digital converter connected to the input processing and indicating unit, a first output connected to the control input of the switching unit (RF Patent №1826864, 29.04.90, A 61 B 5/05).
Недостатком и этого известного устройства является невозможность измерения активной и реактивной составляющих импеданса.The disadvantage of this known device is the inability to measure the active and reactive components of the impedance.
Техническим результатом является обеспечение возможности измерения активной и реактивной составляющих импеданса биообъекта. Дополнительным техническим результатом является уменьшение погрешностей измерения благодаря учету импедансов между токовыми и потенциальными электродами.The technical result is the ability to measure the active and reactive components of the impedance of a biological object. An additional technical result is the reduction of measurement errors by taking into account the impedances between current and potential electrodes.
Для достижения указанного технического результата в биоимпедансный анализатор, содержащий генератор переменного тока, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым токовыми входами блока коммутации, соответственно, с 1-го по М-й токовые выходы которого соединены с 1-го по М-й токовыми электродами, соответственно, с 1-го по N-й потенциальные входы блока коммутации соединены с 1-го по N-й потенциальными электродами, соответственно, а первый и второй его потенциальные выходы соединены, соответственно, с первым и вторым входами первого детектора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен со входом блока обработки и индикации, первый выход которого соединен с входом управления блока коммутации, введен второй детектор, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым потенциальными выходами блока коммутации, соответственно, причем первый и второй детекторы выполнены синхронными, а их входы синхронизации соединены, соответственно, с первым и вторым выходами синхронизации генератора переменного тока, при этом аналого-цифровой преобразователь выполнен двухканальным, и его второй вход соединен с выходом второго детектора.To achieve the technical result, a bio-impedance analyzer containing an alternator, the first and second outputs of which are connected to the first and second current inputs of the switching unit, respectively, from the 1st to the Mth current outputs of which are connected from the 1st to the M- current electrodes, respectively, from the 1st to the Nth potential inputs of the switching unit are connected from the 1st to the Nth potential electrodes, respectively, and its first and second potential outputs are connected, respectively, to the first and second inputs of the first the second detector, the output of which through an analog-to-digital converter is connected to the input of the processing and display unit, the first output of which is connected to the control input of the switching unit, a second detector is introduced, the first and second inputs of which are connected to the first and second potential outputs of the switching unit, respectively, the first and second detectors are made synchronous, and their synchronization inputs are connected, respectively, with the first and second synchronization outputs of the alternator, while the analog-to-digital conversion The spreader is made two-channel, and its second input is connected to the output of the second detector.
Кроме того, блок обработки и индикации выполнен с возможностью вычисления и индикации активной и реактивной составляющих измеряемого импеданса.In addition, the processing and display unit is configured to calculate and display the active and reactive components of the measured impedance.
Помимо этого, в биоимпедансном анализаторе блок коммутации содержит коммутатор токов, и коммутатор потенциалов, входы управления которых соединены с входом управления блока коммутации, причем с 1-го по М-й выходы коммутатора токов соединены с соответствующими токовыми выходами блока коммутации, с 1-го по N-й входы коммутатора потенциалов соединены In addition, in the bio-impedance analyzer, the switching unit contains a current switch and a potential switch, the control inputs of which are connected to the control input of the switching unit, and from the 1st to the Mth outputs of the current switch are connected to the corresponding current outputs of the switching unit, from the 1st on the Nth inputs of the potential switch are connected
с соответствующими потенциальными входами блока коммутации, а (N+1)-й и (N+2)-й входы коммутатора потенциалов соединены, соответственно, с первым и вторым токовыми входами блока коммутации.with the corresponding potential inputs of the switching unit, and the (N + 1) -th and (N + 2) -th inputs of the potential switch are connected, respectively, with the first and second current inputs of the switching unit.
Кроме того, блок обработки и индикации выполнен с возможностью вычисления и индикации активной и реактивной составляющих импедансов между токовыми и потенциальными электродами и учета значений этих составляющих при вычислении активной и реактивной составляющих измеряемого импеданса.In addition, the processing and display unit is configured to calculate and display the active and reactive components of the impedances between current and potential electrodes and take into account the values of these components when calculating the active and reactive components of the measured impedance.
Помимо этого, в биоимпедансном анализаторе генератор переменного тока снабжен входом управления частотой переменного тока, соединенным со вторым выходом блока обработки и индикации.In addition, in the bioimpedance analyzer, the alternator is equipped with an ac frequency control input connected to the second output of the processing and indication unit.
Кроме того, в биоимпедансном анализаторе генератор переменного тока содержит последовательно соединенные генератор цифрового синусоидального сигнала, цифроаналоговый преобразователь, фильтр нижних частот и преобразователь напряжения в ток, первый и второй выходы которого являются первым и вторым выходами генератора переменного тока, вход управления частотой которого соединен с входами управления фильтра нижних частот и генератора цифрового синусоидального сигнала, первый и второй дополнительные выходы которого являются, соответственно, первым и вторым выходами синхронизации генератора переменного тока.In addition, in a bioimpedance analyzer, the alternator contains a serially connected digital sinusoidal signal generator, a digital-to-analog converter, a low-pass filter and a voltage to current converter, the first and second outputs of which are the first and second outputs of the alternator, the frequency control input of which is connected to the inputs control of the low-pass filter and the digital sinusoidal signal generator, the first and second additional outputs of which are, respectively Of course, the first and second synchronization outputs of the alternator.
Сущность полезной модели состоит в том, что для измерения активной и реактивной составляющих импеданса используется синхронное детектирование. Кроме того, уменьшение погрешностей измерения достигается с помощью дополнительного измерения импедансов между токовыми и потенциальными электродами и учета этих импедансов при расчете измеряемого импеданса в соответствии с эквивалентной схемой измерительной цепи.The essence of the utility model is that synchronous detection is used to measure the active and reactive components of the impedance. In addition, the reduction of measurement errors is achieved by additionally measuring the impedances between the current and potential electrodes and taking these impedances into account when calculating the measured impedance in accordance with the equivalent circuit of the measuring circuit.
Сравнение предлагаемого устройства с ближайшим аналогом позволяет утверждать о соответствии критерию "новизна". Предварительные испытания позволяют судить о возможности промышленного использования.Comparison of the proposed device with the closest analogue allows us to claim compliance with the criterion of "novelty." Preliminary tests allow us to judge the possibility of industrial use.
На Фиг.1 представлена электрическая структурная схема заявляемого устройства, на Фиг.2 - эквивалентная схема измерительной цепи.Figure 1 presents the electrical structural diagram of the inventive device, Figure 2 is an equivalent circuit of the measuring circuit.
Биоимпедансный анализатор содержит генератор 1 переменного тока, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым токовыми входами блока 2 коммутации, соответственно, с 1-го по М-й токовые выходы которого соединены с 1-го по М-й токовыми электродами 3-1...3-М, соответственно, а с 1-го по N-й потенциальные входы соединены с 1-го по N-й потенциальными электродами 4-1...4-N, соответственно. Первый и второй потенциальные выходы блока 2 коммутации соединены, соответственно, с первым и вторым входами первого детектора 5, выход которого через аналого-цифровой преобразователь 7 соединен со входом блока 8 обработки и индикации, первый выход которого соединен с входом управления блока 2 коммутации. Биоимпедансный анализатор содержит также второй детектор 6, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым потенциальными выходами блока 2 коммутации, соответственно. Первый и второй детекторы 5, 6 выполнены синхронными, а их входы синхронизации соединены, соответственно, с первым и вторым выходами синхронизации генератора 1 переменного тока, который выполнен с возможностью формирования на своих первом и втором выходах синхронизации периодических импульсных последовательностей, различающихся по фазе. Аналого-цифровой преобразователь 7 выполнен двухканальным, и его второй вход соединен с выходом второго детектора 6. Блок 8 обработки и индикации выполнен с возможностью вычисления и индикации активной и реактивной составляющих измеряемого импеданса.The bio-impedance analyzer contains an alternator 1, the first and second outputs of which are connected to the first and second current inputs of the switching unit 2, respectively, from the 1st to the Mth current outputs of which are connected from the 1st to the Mth current electrodes 3- 1 ... 3-M, respectively, and from the 1st to the Nth potential inputs are connected from the 1st to the Nth potential electrodes 4-1 ... 4-N, respectively. The first and second potential outputs of the switching unit 2 are connected, respectively, with the first and second inputs of the first detector 5, the output of which through an analog-to-digital converter 7 is connected to the input of the processing and display unit 8, the first output of which is connected to the control input of the switching unit 2. The bioimpedance analyzer also contains a second detector 6, the first and second inputs of which are connected to the first and second potential outputs of the switching unit 2, respectively. The first and second detectors 5, 6 are synchronous, and their synchronization inputs are connected, respectively, with the first and second synchronization outputs of the alternator 1, which is configured to generate periodic pulse sequences of different phases at their first and second synchronization outputs. The analog-to-digital converter 7 is made two-channel, and its second input is connected to the output of the second detector 6. The processing and display unit 8 is configured to calculate and display the active and reactive components of the measured impedance.
Блок 2 коммутации может содержать коммутатор 9 токов и коммутатор 10 потенциалов, входы управления которых соединены с входом управления блока 2 коммутации. С 1-го по М-й входы коммутатора 9 токов соединены с соответствующими токовыми входами блока 2 коммутации, с 1-го по N-й входы коммутатора 10 потенциалов соединены с соответствующими потенциальными The switching unit 2 may include a current switch 9 and a potential switch 10, the control inputs of which are connected to the control input of the switching unit 2. From the 1st to the Mth inputs of the switch 9 currents are connected to the corresponding current inputs of the switching unit 2, from the 1st to the Nth inputs of the switch 10 potentials are connected to the corresponding potential
входами блока 2 коммутации, а (N+1)-й и (N+2)-й входы коммутатора 10 потенциалов соединены с первым и вторым токовыми входами блока 2 коммутации, соответственно. Блок 8 обработки и индикации при этом может быть выполнен с возможностью вычисления и индикации активной и реактивной составляющих импедансов между токовыми и потенциальными электродами и учета значений этих импедансов при вычислении активной и реактивной составляющих измеряемого импеданса.the inputs of the switching unit 2, and the (N + 1) -th and (N + 2) -th inputs of the potential switch 10 are connected to the first and second current inputs of the switching unit 2, respectively. In this case, the processing and indication unit 8 can be arranged to calculate and display the active and reactive components of the impedances between current and potential electrodes and take into account the values of these impedances when calculating the active and reactive components of the measured impedance.
Генератор 1 переменного тока может быть снабжен входом управления частотой переменного тока, соединенным со вторым выходом блока 8 обработки и индикации, который при этом может быть выполнен с возможностью формирования кода управления частотой переменного тока на своем втором выходе.The alternating current generator 1 may be provided with an AC frequency control input connected to the second output of the processing and indication unit 8, which in this case may be configured to generate an AC frequency control code at its second output.
В этом случае генератор 1 переменного тока может содержать последовательно соединенные генератор 11 цифрового синусоидального сигнала, цифроаналоговый преобразователь 12, фильтр 13 нижних частот и преобразователь 14 напряжения в ток, первый и второй выходы которого являются, соответственно, первым и вторым выходами генератора 1 переменного тока, вход управления частотой которого соединен с входами управления фильтра 13 нижних частот и генератора 11 цифрового синусоидального сигнала. Первый и второй дополнительные выходы генератора 11 соединены, соответственно, с первым и вторым выходами синхронизации генератора 1 переменного тока.In this case, the alternator 1 may comprise a series-connected digital sinusoidal signal generator 11, a digital-to-analog converter 12, a low-pass filter 13 and a voltage to current converter 14, the first and second outputs of which are, respectively, the first and second outputs of the alternator 1, the frequency control input of which is connected to the control inputs of the low-pass filter 13 and the digital sinusoidal signal generator 11. The first and second additional outputs of the generator 11 are connected, respectively, with the first and second synchronization outputs of the alternator 1.
Блок 8 обработки и индикации может быть выполнен на микропроцессоре, например, ATMega8515 фирмы Atmel, к которому подключается ЖК дисплей. Программа обработки и индикации записывается в энергонезависимое ЗУ микропроцессора, порты ввода-вывода которого при этом выполняют функции выходов и входа блока 8 обработки и индикации. Блок 8 обработки и индикации может быть также выполнен в виде персонального компьютера, снабженного платой параллельного интерфейса. Возможен вариант совместного применения микропроцессора и персонального компьютера, соединяемых, Block 8 processing and display can be performed on a microprocessor, for example, ATMega8515 from Atmel, to which an LCD display is connected. The processing and display program is recorded in a non-volatile memory of the microprocessor, the input-output ports of which at the same time serve as the outputs and inputs of the processing and display unit 8. Block 8 processing and display can also be made in the form of a personal computer equipped with a parallel interface card. The option of joint use of a microprocessor and a personal computer, connected,
например, через интерфейс USB. В этом случае входом и выходами блока 8 являются порты ввода-вывода микропроцессора, монитор персонального компьютера служит для индикации, а функции управления, вычислений и отображения распределяются между программами, выполняемыми микропроцессором и персональным компьютером.for example, via the USB interface. In this case, the input and outputs of block 8 are the input / output ports of the microprocessor, the monitor of the personal computer is used for indication, and the control, calculation, and display functions are distributed between the programs executed by the microprocessor and the personal computer.
В блоке 2 коммутации могут использоваться микросхемы аналоговых мультиплексоров. Для хранения кодов управления мультиплексорами, поступающих с блока 8 обработки и индикации, в коммутаторы 9 и 10 могут входить регистры. Коммутатор 9 токов должен обеспечивать возможность подключения первого и второго токовых входов блока 2 коммутации к любой паре его токовых выходов. Коммутатор 10 потенциалов должен обеспечивать подключение первого и второго потенциальных выходов блока 2 коммутации к любой паре его потенциальных входов. Дополнительно может обеспечиваться подключение одного из потенциальных выходов блока 2 коммутации к любому из двух его токовых входов, а другого потенциального выхода блока 2 коммутации - к любому из N его потенциальных входов. Количества токовых выходов (число М) и потенциальных входов (число N) блока 2 коммутации должны быть достаточны для обеспечения измерения импедансов всех сегментов тела. Как правило, достаточно иметь М=6 токовых выходов и N=8 потенциальных входов.In block 2 switching can be used microcircuit analog multiplexers. To store the control codes of the multiplexers coming from the processing and indication unit 8, registers 9 can be included in the switches 9 and 10. The current switch 9 should provide the ability to connect the first and second current inputs of the switching unit 2 to any pair of its current outputs. The potential switch 10 must provide the connection of the first and second potential outputs of the switching unit 2 to any pair of its potential inputs. In addition, one of the potential outputs of the switching unit 2 can be connected to any of its two current inputs, and the other potential output of the switching unit 2 to any of N potential inputs. The number of current outputs (number M) and potential inputs (number N) of the switching unit 2 should be sufficient to ensure the measurement of the impedances of all segments of the body. As a rule, it is enough to have M = 6 current outputs and N = 8 potential inputs.
Синхронные детекторы 5 и 6 могут быть выполнены, например, в виде аналоговых ключей, замыкающихся при поступлении на входы синхронизации уровней напряжения, соответствующих логической "1". Перед ключом в каждом детекторе может стоять усилитель. После ключа в каждом детекторе могут быть сглаживающий фильтр и повторитель напряжения. Вторые входы синхронных детекторов 5 и 6 при этом соединены с общей шиной.Synchronous detectors 5 and 6 can be performed, for example, in the form of analog switches, which are closed when voltage levels corresponding to logical "1" are received at the synchronization inputs. An amplifier can stand in front of the key in each detector. After the key in each detector, there can be a smoothing filter and a voltage follower. The second inputs of the synchronous detectors 5 and 6 are connected to a common bus.
В качестве аналого-цифрового преобразователя 7 может использоваться, например, микросхема AD7731 фирмы Analog Devices, представляющая собой многоканальный высокоточный АЦП. Выбор канала и запуск преобразования As analog-to-digital Converter 7 can be used, for example, an AD7731 chip from Analog Devices, which is a multi-channel high-precision ADC. Channel selection and conversion start
осуществляется подачей на АЦП управляющих кодов с блока 8 обработки и индикации. Соответствующие связи на Фиг.1 не показаны.is carried out by submitting to the ADC control codes from block 8 processing and display. Corresponding relationships in FIG. 1 are not shown.
Генератор 11 цифрового синусоидального сигнала может быть выполнен, например, в виде микропроцессора AT90S2313 производства фирмы Atmel. Программа формирования цифрового синусоидального сигнала при этом записана в энергонезависимое ЗУ микропроцессора. Для обеспечения многочастотных измерений эта программа должна включать подпрограммы формирования синусоидальных напряжений разных частот. Выбор одной из этих подпрограмм производится подачей с блока 8 обработки и индикации управляющего кода на вход управления генератора 11, образованный входным портом микропроцессора.Generator 11 of a digital sinusoidal signal can be performed, for example, in the form of a microprocessor AT90S2313 manufactured by Atmel. The program for generating a digital sinusoidal signal is recorded in the non-volatile memory of the microprocessor. To ensure multi-frequency measurements, this program should include routines for generating sinusoidal voltages of different frequencies. The selection of one of these subprograms is performed by supplying from the processing unit 8 and displaying a control code to the control input of the generator 11, formed by the input port of the microprocessor.
Цифровая аппроксимация синусоидального переменного напряжения формируется на выходе микропроцессора в виде последовательности двоичных чисел. Старший разряд выходного порта микропроцессора, определяющий полярность полуволны синусоидального напряжения, может являться первым дополнительным выходом генератора 11. Второй дополнительный выход генератора 11 может быть образован одним из разрядов выходного порта микропроцессора, на котором в соответствии с программой формируется последовательность импульсов со скважностью примерно равной «2», сдвинутых по фазе примерно на 90° относительно сигнала на первом дополнительном выходе генератора 11.A digital approximation of a sinusoidal alternating voltage is generated at the output of the microprocessor in the form of a sequence of binary numbers. The highest bit of the microprocessor output port, which determines the polarity of the half-wave of the sinusoidal voltage, can be the first additional output of the generator 11. The second additional output of the generator 11 can be formed by one of the bits of the output port of the microprocessor, on which, in accordance with the program, a pulse sequence with a duty cycle of approximately equal to “2 "Shifted in phase by about 90 ° relative to the signal at the first additional output of the generator 11.
Фильтр 13 нижних частот может быть выполнен в виде интегрирующей RC-цепи. В случае многочастотного генератора фильтр 13 также должен содержать коммутатор, включающий в RC-цепь один из набора конденсаторов. Вход управления коммутатора при этом является входом управления фильтра 13 нижних частот.The low-pass filter 13 can be made in the form of an integrating RC circuit. In the case of a multi-frequency generator, the filter 13 should also contain a switch that includes one of a set of capacitors in the RC circuit. The control input of the switch is the control input of the low-pass filter 13.
Эквивалентная схема измерительной цепи (Фиг.2) содержит генератор зондирующего тока Ig, имеющий выходной импеданс Zg, измеряемый импеданс Zi, межэлектродные импедансы Zc1 и Zc2, обусловленные напряжениями между токовыми электродами I1, I2 и соответствующими потенциальными The equivalent circuit of the measuring circuit (Figure 2) contains a probe current generator I g having an output impedance Z g , a measured impedance Z i , interelectrode impedances Z c1 and Z c2 due to voltages between current electrodes I 1 , I 2 and the corresponding potential
электродами U1, U2, входной импеданс Zm тракта измерения напряжения между потенциальными электродами на сегменте тела. Здесь жирным шрифтом показаны комплексные величины.electrodes U 1 , U 2 , the input impedance Z m of the voltage measuring path between the potential electrodes on the body segment. Complex values are shown here in bold.
Работа устройства.The operation of the device.
На теле пациента размещаются токовые электроды 3-1...3-М и потенциальные электроды 4-1...4-N. Процесс измерения состоит из измерений отдельных отведений. При измерении каждого отведения коммутатор 9 токов подключает выходы генератора 1 переменного тока к паре токовых электродов, а коммутатор 10 потенциалов соединяет входы детекторов 5 и 6 с парой потенциальных электродов. Такая схема измерений импеданса называется тетраполярной (четырехэлектродной). Эквивалентная схема получающейся при этом цепи показана на Фиг.2.Current electrodes 3-1 ... 3-M and potential electrodes 4-1 ... 4-N are placed on the patient's body. The measurement process consists of measurements of individual leads. When measuring each lead, the current switch 9 connects the outputs of the alternator 1 to a pair of current electrodes, and the potential switch 10 connects the inputs of the detectors 5 and 6 with a pair of potential electrodes. Such a scheme of impedance measurements is called tetrapolar (four-electrode). An equivalent circuit of the resulting circuit is shown in FIG. 2.
Перед началом измерения блок 8 обработки и индикации в соответствии с программой подает со своего первого выхода на вход управления блока 2 коммутации код, определяющий пару токовых и пару потенциальных электродов, используемых в данном измерении. Также блок 8 обработки и индикации подает со своего второго выхода на вход управления частотой генератора 1 переменного тока код, задающий частоту переменного тока для данного измерения.Before starting the measurement, the processing and display unit 8, in accordance with the program, supplies a code from its first output to the control input of the switching unit 2, which defines a pair of current and a pair of potential electrodes used in this measurement. Also, the processing and display unit 8 supplies from its second output to the frequency control input of the alternator 1 a code specifying the frequency of the alternating current for this measurement.
Генератор 1 переменного тока вырабатывает синусоидальный ток заданной частоты. При этом генератор 11 цифрового синусоидального сигнала формирует последовательность двоичных чисел, аппроксимирующих синусоиду. Цифроаналоговый преобразователь 12 преобразует эту последовательностью чисел в переменное напряжение ступенчатой формы. Фильтр 13 нижних частот подавляет высшие гармоники в ступенчатом напряжении, в результате чего получается синусоидальное напряжение, преобразуемое в ток преобразователем 14.Alternator 1 generates a sinusoidal current of a given frequency. In this case, the generator 11 of the digital sinusoidal signal generates a sequence of binary numbers approximating the sinusoid. The digital-to-analog converter 12 converts this by a sequence of numbers into stepwise alternating voltage. The low-pass filter 13 suppresses the higher harmonics in the step voltage, resulting in a sinusoidal voltage, which is converted into current by the converter 14.
Между двумя используемыми в данном отведении токовыми электродами через тело обследуемого пациента протекает зондирующий ток. Переменное A probe current flows between the two current electrodes used in this lead through the body of the patient being examined. Variable
напряжение, снимаемое с используемой пары потенциальных электродов, поступает на синхронные детекторы 5 и 6. На их входы синхронизации поступают периодические импульсные последовательности с выходов синхронизации генератора 1 переменного тока. На выходах синхронных детекторов 5 и 6 выделяются напряжения, зависящие от величин активной (R) и реактивной (X) составляющих измеряемого импеданса Zi. Эти напряжения преобразуются в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 7, с выхода которого данные поступают на вход блока 8 обработки и индикации, который вычисляет измеренные значения R и X.the voltage removed from the used pair of potential electrodes is supplied to synchronous detectors 5 and 6. Periodic pulse sequences from the synchronization outputs of the alternator 1 are received at their synchronization inputs. At the outputs of synchronous detectors 5 and 6, voltages are distinguished, depending on the values of the active (R) and reactive (X) components of the measured impedance Z i . These voltages are converted into digital form by an analog-to-digital converter 7, from the output of which data are fed to the input of the processing and display unit 8, which calculates the measured values of R and X.
В общем случае напряжения U5 и U6 на выходах первого и второго синхронных детекторов 5 и 6 описываются функциями двух переменныхIn the general case, the voltages U 5 and U 6 at the outputs of the first and second synchronous detectors 5 and 6 are described by the functions of two variables
Для того, чтобы U5 зависело только от R, необходимо, чтобы периодическая последовательность импульсов, поступающая на вход синхронизации первого синхронного детектора 5, точно совпадала по фазе с переменным током, протекающим через объект. Для того, чтобы U6 зависело только от X, необходимо, чтобы периодическая последовательность импульсов, поступающая на вход синхронизации второго синхронного детектора 6, была сдвинута по фазе ровно на 90° относительно переменного тока.In order for U 5 to depend only on R, it is necessary that the periodic pulse train supplied to the synchronization input of the first synchronous detector 5 exactly coincides in phase with the alternating current flowing through the object. In order for U 6 to depend only on X, it is necessary that the periodic sequence of pulses arriving at the synchronization input of the second synchronous detector 6 be phase shifted exactly 90 ° relative to the alternating current.
Указанные условия трудно выполнимы. Поэтому для нахождения R и Х в блоке 8 обработки и индикации выполняется решение системы уравнений (1) с использованием одного из известных методов. Параметры функций F (R, X) и G (R, X) определяются при калибровке прибора и вводятся в программу.These conditions are difficult to fulfill. Therefore, to find R and X in the processing and display unit 8, a solution of the system of equations (1) is performed using one of the known methods. The parameters of the functions F (R, X) and G (R, X) are determined during the calibration of the device and entered into the program.
Фазовый сдвиг между импульсными последовательностями на первом и втором выходах синхронизации генератора 1 переменного тока может отличаться от 90°. Если фазовый сдвиг по абсолютной величине находится в диапазоне от 45° до 90°, погрешность измерения активной и реактивной составляющих The phase shift between the pulse sequences at the first and second synchronization outputs of the alternator 1 may differ from 90 °. If the phase shift in absolute value is in the range from 45 ° to 90 °, the measurement error of the active and reactive components
импеданса увеличивается незначительно по сравнению со случаем фазового сдвига ровно 90°.impedance increases slightly compared with the case of a phase shift of exactly 90 °.
Как видно из эквивалентной схемы измерительной цепи (Фиг.2) при измерении тетраполярным методом возникают дополнительные погрешности, обусловленные совместным действием межэлектродных импедансов Zc1 и Zc2, выходного импеданса генератора тока Zg и выходного импеданса измерителя напряжения Zm. В идеальном случае модули импедансов Zg и Zm настолько велики, что эти импедансы не оказывают существенного влияния на результаты измерений. В реальных же измерениях влияниями Zg и Zm пренебречь нельзя. Часть зондирующего тока Ig ответвляется в Zg, а импеданс Zm шунтирует Zi. Это увеличивает погрешность измерения R и X.As can be seen from the equivalent circuit of the measuring circuit (Figure 2) when measuring by the tetrapolar method, additional errors arise due to the combined action of the interelectrode impedances Z c1 and Z c2 , the output impedance of the current generator Z g and the output impedance of the voltage meter Z m . In the ideal case, the impedance modules Z g and Z m are so large that these impedances do not significantly affect the measurement results. In real measurements, the effects of Z g and Z m cannot be neglected. Part of the probing current I g branches off into Z g , and the impedance Z m shunts Z i . This increases the measurement error of R and X.
Для уменьшения этих погрешностей в заявленном устройстве выполняется измерение межэлектродных импедансов Zc1 и Zc2. Для этого после измерения импеданса Zi блок 8 обработки и индикации переключает коммутатор 10 потенциалов так, чтобы на его выходы прошло напряжение между первым используемым токовым электродом (I1 на Фиг.2) и соответствующим ему используемым потенциальным электродом (U1 на Фиг.2). При этом выполняется измерение активной и реактивной составляющих межэлектродного импеданса Zc1. Затем блок 8 обработки и индикации переключает коммутатор 10 потенциалов так, чтобы на его выходы прошло напряжение между вторым используемым токовым электродом (I2 на Фиг.2) и соответствующим ему используемым потенциальным электродом (U2 на Фиг.2). При этом выполняется измерение активной и реактивной составляющих межэлектродного импеданса Zc2. После этого в блоке 8 обработки и индикации выполняется расчет уточненных значений активной и реактивной составляющих изменяемого импеданса Zi. Расчет выполняется на основании эквивалентной схемы по Фиг.2 с использованием известных законов и правил теории электрических цепей. Необходимые для расчета параметры импедансов Zg и Zm оцениваются при калибровке устройства и вводятся в программу вычислений в блоке 8 обработки и индикации.To reduce these errors in the claimed device, the measurement of interelectrode impedances Z c1 and Z c2 . For this, after measuring the impedance Z i, the processing and display unit 8 switches the potential switch 10 so that a voltage is applied to its outputs between the first used current electrode (I 1 in FIG. 2) and the corresponding potential electrode used (U 1 in FIG. 2 ) In this case, the active and reactive components of the interelectrode impedance Z c1 are measured. Then, the processing and indication unit 8 switches the potential switch 10 so that a voltage is applied to its outputs between the second used current electrode (I 2 in FIG. 2) and the corresponding potential electrode used (U 2 in FIG. 2). In this case, the active and reactive components of the interelectrode impedance Z c2 are measured. After that, in block 8 of the processing and display, the calculation of the updated values of the active and reactive components of the variable impedance Z i is performed. The calculation is performed based on the equivalent circuit of FIG. 2 using known laws and rules of the theory of electrical circuits. The impedance parameters Z g and Z m necessary for the calculation are evaluated during the calibration of the device and entered into the calculation program in processing and display unit 8.
При выполнении полисегментного биоимпедансного анализа после выполнения измерений на первом отведении блок 8 обработки и управления переключает коммутатор 9 токов и коммутатор 10 потенциалов для выполнения измерений на следующем отведении и далее аналогично для всех отведении.When performing a multi-segment bioimpedance analysis after performing measurements on the first lead, the processing and control unit 8 switches the current switch 9 and the potential switch 10 to perform measurements on the next lead and then similarly for all leads.
В случае многочастотного биоимпедансного анализа после завершения измерений на всех отведениях на первой частоте блок 8 обработки и индикации подает со своего второго выхода код задания следующей частоты на генератор 1 переменного тока. При этом изменяется частота цифрового синусоидального сигнала на выходе генератора 11, а частота среза фильтра 13 нижних частот устанавливается такой, чтобы выделять основную гармонику синусоидального сигнала и подавлять высшие гармоники, имеющиеся в ступенчатой аппроксимации синусоиды на новой частоте. Далее аналогично описанному выше проводятся измерения всех отведении на всех частотах.In the case of multi-frequency bio-impedance analysis, after completion of measurements on all leads at the first frequency, the processing and indication unit 8 supplies from its second output a code for setting the next frequency to the alternator 1. In this case, the frequency of the digital sinusoidal signal at the output of the generator 11 changes, and the cutoff frequency of the low-pass filter 13 is set so as to select the main harmonic of the sinusoidal signal and suppress the higher harmonics available in the stepwise approximation of the sinusoid at the new frequency. Further, as described above, measurements of all the leads at all frequencies are carried out.
Таким образом, заявленное устройство позволяет измерять активную и реактивную составляющие импеданса биообъекта. Это позволяет получать значительно больше информации о составе тела, состоянии тканей, распределении жидкостей, чем при измерении только модуля импеданса.Thus, the claimed device allows you to measure the active and reactive components of the impedance of a biological object. This allows you to get much more information about the composition of the body, the state of tissues, the distribution of fluids than when measuring only the impedance modulus.
Кроме того, заявленное устройство позволяет измерять импедансы между токовыми и потенциальными электродами. Учет этих импедансов позволяет уменьшить погрешности измерения активной и реактивной составляющих импеданса биообъекта.In addition, the claimed device allows you to measure the impedances between current and potential electrodes. Taking these impedances into account allows one to reduce the measurement errors of the active and reactive components of the impedance of a biological object.
Заявленное устройство позволяет выполнять полисегментный и многочастотный биоимпедансный анализ. В частности, заявленное устройство позволяет получать частотный спектр комплексного импеданса биообъекта.The claimed device allows you to perform multi-segment and multi-frequency bio-impedance analysis. In particular, the claimed device allows to obtain the frequency spectrum of the complex impedance of a biological object.
Все эти свойства и преимущества создают широкие перспективы применения нового биоимпедансного анализатора.All these properties and advantages create broad prospects for the use of the new bio-impedance analyzer.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006121905/22U RU57578U1 (en) | 2006-06-21 | 2006-06-21 | BIOIMPEDANCE ANALYZER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006121905/22U RU57578U1 (en) | 2006-06-21 | 2006-06-21 | BIOIMPEDANCE ANALYZER |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU57578U1 true RU57578U1 (en) | 2006-10-27 |
Family
ID=37439372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006121905/22U RU57578U1 (en) | 2006-06-21 | 2006-06-21 | BIOIMPEDANCE ANALYZER |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU57578U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532953C2 (en) * | 2009-02-20 | 2014-11-20 | Омрон Хэлткэа Ко., Лтд. | Biological information measuring device, method for measuring biological information and body composition measuring device |
-
2006
- 2006-06-21 RU RU2006121905/22U patent/RU57578U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532953C2 (en) * | 2009-02-20 | 2014-11-20 | Омрон Хэлткэа Ко., Лтд. | Biological information measuring device, method for measuring biological information and body composition measuring device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chabowski et al. | Simple wide frequency range impedance meter based on AD5933 integrated circuit | |
| JP3636826B2 (en) | Bioelectrical impedance measuring device | |
| US20060167374A1 (en) | Bioelectrical impedance measuring device and body composition measuring apparatus | |
| JP2006507057A (en) | Multi-frequency bioimpedance measurement method | |
| CN207928317U (en) | Impedance measuring equipment | |
| Noveletto et al. | Analog front-end for the integrated circuit AD5933 used in electrical bioimpedance measurements | |
| JP2003116805A (en) | Electric characteristic measuring system | |
| Hoja et al. | Portable analyzer for impedance spectroscopy | |
| RU57578U1 (en) | BIOIMPEDANCE ANALYZER | |
| Jun-an | The design of ECG signal generator using PIC24F | |
| Germer | High-precision ac measurements using the Monte Carlo method | |
| RU2432900C2 (en) | Multifrequency bioimpedance metre | |
| Robitaille et al. | A multi-frequency EIT system design based on telecommunication signal processors | |
| RU2664633C2 (en) | Device for measuring electrical impedance in parts of body | |
| CN115363557B (en) | Multi-frequency electrical impedance measurement method based on arbitrary waveform and digital phase-sensitive demodulation | |
| CN220323429U (en) | LCR measuring circuit based on codec chip | |
| Berger et al. | Personal computer as an inexpensive lock‐in analyzer operating at very low frequencies | |
| Oliveira et al. | A comparison between direct digital measurement technique and digital quadrature demodulation for complex bioimpedance measurement implementation in FPGA | |
| RU100894U1 (en) | DEVICE FOR IMPEDANCE SPECTROMETRY OF BIOLOGICAL OBJECTS | |
| CN111277266B (en) | Correction method and device for signal acquisition value based on glucometer | |
| Razaghi et al. | A New Technique to Estimate the Cole Model for Bio-impedance Spectroscopy with the High-Frequency Characteristics Estimation | |
| RU2458353C1 (en) | Apparatus for determining parameters of two-terminal device | |
| Levin et al. | Wide Frequency Impedance Meter Analysis | |
| Kaštelan et al. | A virtual instrument for bio-impedance measurement in oral cavity | |
| Chen et al. | Four-terminal scheme used in a two-terminal EIT system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120622 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20131227 |
|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20150622 |