UA144016U

UA144016U - METHOD OF COMPLEX BIOIMPEDANSOMETRY

Info

Publication number: UA144016U
Application number: UAU202001829U
Authority: UA
Inventors: Микола Федорович Терещенко; Владислав Ігорович Мартиненко; Ірина Олександрівна Яковенко
Original assignee: Микола Федорович Терещенко; Владислав Ігорович Мартиненко; Ірина Олександрівна Яковенко
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2020-08-25

Abstract

Спосіб комплексної біоімпедансометрії включає подачу через кінцівки людини в досліджувану регіональну зону організму зондуючого змінного струму з одночасним вимірюванням змінної напруги поза межами досліджуваної зони та вимірюванням падіння напруги на кінцівках, через які проходить струм, і загального падіння напруги на організмі людини. Значення напруги, що пропорційна імпедансу досліджуваної зони, отримують з різниці між загальним падінням напруги і напругою на кінцівках, до того ж напругу кінцівок вимірюють відносно відповідних кінцівок, через які не проходить струм, причому струм має дві гармонічні частотні складові. Процес вимірювання значення напруги, що пропорційне імпедансу досліджуваної зони, проводять з врахуванням значень температури в цій зоні.The method of complex bioimpedancemetry includes the supply of probing alternating current through the human limbs to the studied regional zone of the body with simultaneous measurement of alternating voltage outside the studied zone and measurement of voltage drop at the extremities through which current passes and total voltage drop in the human body. Voltage values proportional to the impedance of the test area are obtained from the difference between the total voltage drop and the voltage at the extremities, in addition, the voltage of the extremities is measured relative to the corresponding extremities through which no current passes, and the current has two harmonic frequency components. The process of measuring the voltage value, which is proportional to the impedance of the test area, is carried out taking into account the temperature values in this area.

Description

Корисна модель належить до медичної техніки, а саме до способів біоїмпедансометрії, і може бути використана в реанімації та інтенсивній терапії, в ході оперативного втручання, при діагностиці екстремальних станів, для оцінки функціональних станів, для комплексної оцінки ефективності навантажувальних засобів та лікарських проб.The useful model belongs to medical technology, namely to the methods of bioimpedance measurement, and can be used in resuscitation and intensive therapy, during surgical intervention, in the diagnosis of extreme conditions, for the assessment of functional states, for the comprehensive assessment of the effectiveness of loading agents and medicinal samples.

Відоме технічне рішення (Патент РФ на винахід Мо 2094013, Аб185/05, 1997) спосіб регіональної біоїмпедансометрії та пристрій для його здійснення, що базується на подачі через кінцівки людини в досліджувану регіональної зону організму зондуючого змінного струму з одночасним вимірюванням змінної напруги поза межами досліджуваної зони та вимірюванням падіння напруги на кінцівках, через які проходить струм, і загального падіння напруги на організмі, а значення напруги, що пропорційне імпедансу досліджуваної зони, отримують з різниці між загальним падінням напруги і напругою на кінцівках, до того ж напругу кінцівок вимірюють відносно відповідних кінцівок, через які не проходить струм, при цьому струм має дві гармонічні частотні складові.A known technical solution (RF patent for an invention No. 2094013, Ab185/05, 1997) is a method of regional bioimpedancemetry and a device for its implementation, based on the supply through human limbs to the studied regional area of the body of a probing alternating current with simultaneous measurement of alternating voltage outside the studied area and by measuring the voltage drop on the limbs through which the current passes and the total voltage drop on the body, and the value of the voltage, which is proportional to the impedance of the investigated zone, is obtained from the difference between the total voltage drop and the voltage on the limbs, in addition, the voltage of the limbs is measured relative to the corresponding limbs , through which no current passes, while the current has two harmonic frequency components.

В основу корисної моделі поставлена задача створити спосіб комплексної біоїмпедансометрії, в якому за рахунок зменшення впливу неінформативних температурних параметрів організму на значення корисного сигналу імпедансу підвищується точність вимірювання.The basis of the useful model is the task of creating a method of complex bioimpedancemetry, in which the accuracy of the measurement increases due to the reduction of the influence of uninformative temperature parameters of the body on the value of the useful impedance signal.

Поставлена задача вирішується тим, що в способі комплексної біоїмпедансометрії, що включає подачу через кінцівки людини в досліджувану регіональну зону організму зондуючого змінного струму з одночасним вимірюванням змінної напруги поза межами досліджуваної зони та вимірюванням падіння напруги на кінцівках, через які проходить струм, і загального падіння напруги на організмі людини, а значення напруги, що пропорційна імпедансу досліджуваної зони, отримують з різниці між загальним падінням напруги і напругою на кінцівках, до того ж напругу кінцівок вимірюють відносно відповідних кінцівок, через які не проходить струм, а струм має дві гармонічні частотні складові, при цьому процес вимірювання значення напруги, що пропорційна імпедансу досліджуваної зони, проводять з врахуванням значень температури в цій зоні.The problem is solved by the fact that in the method of complex bioimpedancemetry, which includes the supply through the human limbs to the studied regional zone of the organism of the probing alternating current with the simultaneous measurement of the alternating voltage outside the studied zone and the measurement of the voltage drop on the limbs through which the current passes and the total voltage drop on the human body, and the value of the voltage, which is proportional to the impedance of the investigated zone, is obtained from the difference between the total voltage drop and the voltage on the limbs, in addition, the voltage of the limbs is measured relative to the corresponding limbs through which no current passes, and the current has two harmonic frequency components, at the same time, the process of measuring the voltage value, which is proportional to the impedance of the investigated zone, is carried out taking into account the temperature values in this zone.

За рахунок такого алгоритму вимірювання, що виконується при однакових чи близьких значеннях температури в зоні виміру, враховується та зменшується вплив температурноїDue to such a measurement algorithm, which is performed at the same or similar temperature values in the measurement zone, the influence of temperature is taken into account and reduced

Зо складової неінформативних параметрів організму на величину корисного сигналу і відбувається суттєве підвищення точності вимірювання.From the component of non-informative parameters of the body, the value of the useful signal is significantly increased in the accuracy of the measurement.

За рахунок виконання мінімум двох вимірювань при однакових чи близьких значеннях температури в зоні виміру враховується та зменшується вплив температурної складової, здійснюється об'єктивна оцінка біоїмпедансних вимірювань.By performing at least two measurements at the same or similar temperature values in the measurement zone, the effect of the temperature component is taken into account and reduced, and an objective assessment of bioimpedance measurements is carried out.

Таке вимірювання напруги забезпечує можливість проведення комплексних біоїмпедансних вимірювань відносно як частини досліджуваного регіону (як приклад, правої або лівої, верхньої або нижньої частин торсу чи кінцівок), так і в комплексі всієї зони дослідження.Such a voltage measurement provides the possibility of carrying out complex bioimpedance measurements relative to both a part of the studied region (for example, the right or left, upper or lower parts of the torso or limbs), and in the complex of the entire study area.

Для скорочення часу дослідження об'ємних вмістів рідини в організмі як зондуючий змінний струм може бути використаний струм, який має дві гармонійні складові.To reduce the time of researching the volume contents of liquid in the body, a current that has two harmonic components can be used as a probing alternating current.

За рахунок використання змінного струму з двома гармонійними складовими здійснюється одночасна оцінка біоїмпедансних вимірювань на різних частотах. Тим самим підвищується оперативність визначення балансу водних секторів.Due to the use of alternating current with two harmonic components, simultaneous assessment of bioimpedance measurements at different frequencies is carried out. This increases the efficiency of determining the balance of water sectors.

Для скорочення часу проведення багатофункціональних досліджень, що включають реографічні параметри, доцільно додатково проводити вимірювання напруги щодо точки, в якій напруга дорівнює половині загального падіння напруги.In order to reduce the time of conducting multi-functional studies, which include rheographic parameters, it is advisable to additionally measure the voltage relative to the point at which the voltage is equal to half of the total voltage drop.

Таке вимірювання напруги забезпечує можливість проведення біоїмпедансних вимірювань відносно частини досліджуваної зони. Наприклад правої або лівої, верхньої або нижньої частин торсу.Such voltage measurement provides the possibility of conducting bioimpedance measurements relative to part of the investigated zone. For example, the right or left, upper or lower part of the torso.

На фіг. 1 наведена еквівалентна схема заміщення тканин організму при проведенні комплексних біоїмпедансних вимірювань, а на фіг. 2 функціональна схема пристрою для комплексних біоїмпедансних вимірювань.In fig. 1 shows an equivalent scheme for replacing body tissues when performing complex bioimpedance measurements, and in fig. 2 functional diagram of the device for complex bioimpedance measurements.

Способи комплексної біоїмпедансометрії здійснюються наступним чином: виходячи із заданого регіону досліджень, струмові електроди 1 ії 2 (фігура 1) фіксують на дистальних частинах кінцівок З і 4, які найближче прилягають до регіону 5 досліджень. Наприклад, при дослідженні органів грудної клітини, струмові електроди 1 і 2 фіксують на зап'ястях рук.The methods of complex bioimpedancemetry are carried out as follows: based on the given research region, current electrodes 1 and 2 (figure 1) are fixed on the distal parts of the limbs 3 and 4, which are closest to the research region 5. For example, when examining the chest organs, current electrodes 1 and 2 are fixed on the wrists.

Регіональні потенційні електроди 1 і 2 фіксують на зап'ястях рук. Регіональні потенційні електроди 6 і 7 фіксують відносно струмових електродів з боку основи кінцівки. Периферичні потенційні електроди 8 і 9 фіксують на дистальних частинах кінцівок 10 ї 11, за якими не проходить струм. У разі дослідження органів грудної клітини, стоячи на ногах. Температурний бо датчик 14 розміщується в межах кожної досліджуваної зони.Regional potential electrodes 1 and 2 are fixed on the wrists. Regional potential electrodes 6 and 7 are fixed relative to the current electrodes from the side of the base of the limb. Peripheral potential electrodes 8 and 9 are fixed on the distal parts of the limbs 10 and 11, through which no current passes. In the case of examination of the chest organs, standing on your feet. Because the temperature sensor 14 is placed within each investigated zone.

Проводять вимірювання падіння напруги: Шї, Ог ії Оо ії відповідно до схеми фіг.1. Значення напруги Ш; і Ог будуть відповідати падінню напруги на кінцівках З і 4, як би на умовних опорах 71 і 72 (за умови якщо вихідний опір вимірювача значно більший опору тканин тіла).Measurements of the voltage drop are carried out: Shi, Og and Oo and according to the scheme of Fig. 1. Value of voltage Ш; and Ог will correspond to the voltage drop on the limbs C and 4, as if on conventional resistances 71 and 72 (provided that the output resistance of the meter is significantly greater than the resistance of body tissues).

Визначають із загального падіння Оо напруги ШО; ї О» на кінцівках З і 4, отримують шукану величину напруги Із, пропорційну імпедансу 2з досліджуваного регіону 5.It is determined from the total drop Oo of the voltage SHO; and О" on the ends З and 4, obtain the desired value of the voltage Из, proportional to the impedance 2z of the studied region 5.

Для оцінки обсягу рідини в організмі як зондуючий сигнал використовують змінний електричний струм, що містить щонайменше суму двох гармонійних складових. Частота одного з них вибирається в нижній частині діапазону використовуваних частот, наприклад 20 кілогерц, а частота другої складової вибирається з верхньої частини діапазону, наприклад 500 кілогерц.To estimate the volume of liquid in the body, an alternating electric current containing at least the sum of two harmonic components is used as a probing signal. The frequency of one of them is selected in the lower part of the range of frequencies used, for example 20 kHz, and the frequency of the second component is selected from the upper part of the range, for example 500 kHz.

Вимірявши амплітуди 2 частотних складових, з врахуванням температурних залежностей, на підставі відомих методик, проводяться такі обчислення: обсяг загальної рідини в організмі (Мо); обсяг позаклітинної рідини в організмі (Мі); обсяг внутрішньоклітинної рідини в організмі (М»2).After measuring the amplitudes of 2 frequency components, taking into account temperature dependence, the following calculations are performed on the basis of known methods: volume of total fluid in the body (Mo); volume of extracellular fluid in the body (Mi); the volume of intracellular fluid in the body (M»2).

Дані обчислення проводяться за відомими формулами, наприклад по Томассету: бо ех 023 КІ ую Я й - ВЛ КІ ДЯ Ху В ді), де І. - ріст пацієнта в см; 71 - імпеданс лівої руки на високій частоті; 7з - імпеданс торса на високій частоті; 74 - імпеданс лівої ноги на високій частоті; 2 - імпеданс лівої руки на низькій частоті; 7" з - імпеданс торса на низькій частоті; 24 - імпеданс лівої ноги на низькій частоті; К - відносний частотний коефіцієнт.These calculations are carried out according to well-known formulas, for example, according to Thomasset: bo ех 023 КИ ую Я и - VL КИ ДЯ Ху В ди), where I. is the patient's height in cm; 71 - impedance of the left hand at high frequency; 7z - torso impedance at high frequency; 74 - impedance of the left leg at high frequency; 2 - impedance of the left hand at low frequency; 7" z - impedance of the torso at low frequency; 24 - impedance of the left leg at low frequency; K - relative frequency coefficient.

Вимірювання реографічного сигналу характеризує гемодинамічні параметри досліджуваної зони 5, здійснюється наступним чином:The measurement of the rheographic signal characterizes the hemodynamic parameters of the studied zone 5 and is carried out as follows:

На пацієнті додатково фіксують реографічний потенційний електрод 12. Даний електрод 12 розташовують в зоні, де напруга приблизно дорівнює половині величини загального падіння напруги. При дослідженні органів грудної клітини такою зоною може бути голова або шия пацієнта. Вимірювання двох реографічних сигналів проводять між кінцівками 10 і 11, на яких розташовані периферичні потенційні електроди 8 і 9, ії реографічний електрод 12. Напруга, зареєстрована таким чином, буде пропорційна реографічним складовим правої і лівої частини грудної клітки. Це обумовлено тим, що відбувається реєстрація падіння напруги на половинах досліджуваної зони через тканини організму, опір яких значно менше вхідного опоруA rheographic potential electrode 12 is additionally fixed on the patient. This electrode 12 is placed in the zone where the voltage is approximately equal to half of the total voltage drop. When examining the chest organs, such an area can be the patient's head or neck. Measurement of two rheographic signals is carried out between limbs 10 and 11, on which peripheral potential electrodes 8 and 9 are located, and rheographic electrode 12. The voltage registered in this way will be proportional to the rheographic components of the right and left parts of the chest. This is due to the fact that there is a registration of a voltage drop in the halves of the investigated zone due to the tissues of the body, the resistance of which is much less than the input resistance

Зо вимірювача.From the meter.

При дослідженні в правій або лівій половині тулуба реографічний електрод фіксується на лінії 13 в області бічної проекції діафрагми.When examining the right or left half of the body, the rheographic electrode is fixed on line 13 in the area of the lateral projection of the diaphragm.

При дослідженнях органів малого таза точку з напругою, рівною половині загального падіння напруги отримують за допомогою дільника напруги, включеного між регіональним потенційними електродами 8 і 9.When examining the pelvic organs, a point with a voltage equal to half of the total voltage drop is obtained using a voltage divider included between regional potential electrodes 8 and 9.

Температурний датчик Її "С 14 розміщується в кожній зоні дослідження при виконанні вимірів. Температури досліджуваних зон, по можливості, повинні бути одинакові чи близькі по значенню. Якщо є суттєва різниця (більше »5 "С), то в значення вимірів враховують похибку, пов'язану зі зміною температури.The Her "C 14 temperature sensor is placed in each research zone when measurements are taken. The temperatures of the investigated zones, if possible, should be the same or close in value. If there is a significant difference (more than »5 "C), then the measurement value includes an error of 'yazanu with a change in temperature.

Пристрій, що реалізує даний спосіб комплексної біоімпедансометрії, містить (фіг. 2) генератор 15 змінного струму, до якого підключені струмові електроди 1 і 2, регіональні потенційні електроди б і 7 і периферичні потенціальні електроди 8 і 9 підключення до комутатора 16. До комутатора 16 підключено послідовно сполучені між собою детектор 17, аналоговий перетворювач 18 і блок 19 обробки і індикації, вихід якого з'єднаний з керуючим входом комутатора 16. Між регіональними потенційними рефератами 6 і 7 підключений дільник напруги 20, вихід якого підключений до комутатора 16. Блок керування 21 з'єднаний з температурним датчиком 14, генератором змінного струму 15, комутатором 16 та блоком обробки і індикації 19.The device that implements this method of complex bioimpedancemetry contains (Fig. 2) an alternating current generator 15, to which current electrodes 1 and 2, regional potential electrodes b and 7 and peripheral potential electrodes 8 and 9 are connected to the switch 16. To the switch 16 a detector 17, an analog converter 18 and a processing and display unit 19 are connected in series, the output of which is connected to the control input of the switch 16. A voltage divider 20 is connected between the regional potential abstracts 6 and 7, the output of which is connected to the switch 16. The control unit 21 is connected to a temperature sensor 14, an alternating current generator 15, a switch 16 and a processing and display unit 19.

Спосіб комплексної біоїмпедансометрії реалізується наступним чином: відповідно до вибраної методики дослідження з генератора 15 (фіг. 2) на електроди 1 і 2 подають змінний зондуючий струм. Наприклад, для визначення об'ємного вмісту позаклітинної і внутрішньоклітинної рідин в тканинах організму струмовий сигнал містить суму двох гармонійних коливань з частотами 20 кГц ї 500 кГц, при цьому нижня частота 20 кГц може використовуватися для вимірювання реографічних параметрів. Електроди 6 і 9 сприймають потенціали, що виникають на поверхні шкіри пацієнта внаслідок проходження через тканини змінного зондуючого струму. Сигнал від блока 19 через комутатор 16 задає комбінації підключення електродів 6, 7, 8, 9 та виходу дільника 20 через комутатор 16 до входів детектора 17. Послідовність і комбінації підключення визначаються вибором і методикою дослідження. З метою максимального скорочення часу дослідження електроди 6, 7,8 і 9 та вихід дільника 20 через комутатор 16 можуть одночасно підключатися до входів детектора 17, який в даному випадку повинен бути багатоканальним, що дозволяє проводити паралельну обробку декількох сигналів.The method of complex bioimpedancemetry is implemented as follows: in accordance with the selected research methodology, an alternating probing current is supplied from generator 15 (Fig. 2) to electrodes 1 and 2. For example, to determine the volumetric content of extracellular and intracellular fluids in body tissues, the current signal contains the sum of two harmonic oscillations with frequencies of 20 kHz and 500 kHz, while the lower frequency of 20 kHz can be used to measure rheographic parameters. Electrodes 6 and 9 perceive the potentials arising on the surface of the patient's skin as a result of the passage of an alternating probing current through the tissues. The signal from the block 19 through the switch 16 determines the connection combinations of the electrodes 6, 7, 8, 9 and the output of the divider 20 through the switch 16 to the inputs of the detector 17. The sequence and combinations of connections are determined by the choice and research methodology. In order to maximally reduce the research time, electrodes 6, 7, 8 and 9 and the output of the divider 20 through the switch 16 can be simultaneously connected to the inputs of the detector 17, which in this case should be multi-channel, which allows parallel processing of several signals.

Детектор 17 здійснює обробку сигналів за відомим в біоіїмпедансометрії алгоритмом.Detector 17 performs signal processing according to the algorithm known in bioimpedancemetry.

Аналого-дифровий перетворювач 18 здійснює перетворення сигналів виходу детектора 17 в код, який надходить на вхід блока 19. Блок 19, використовуючи цифрові значення виміряних величин за відомими в біоїмпедансометрії методиками, проводить обчислення і індикацію отриманих фізіологічних параметрів. Періодичність обчислення і індикацію параметрів, а отже і логіка роботи комутатора 16, визначається програмним і функціональним доповненням блока 19 та сигналами з блока керування 21, які надходять на генератор змінного струму 15 при керуванні подачею, значенням, частотою та формою струму.The analog-to-digital converter 18 converts the output signals of the detector 17 into a code that enters the input of the block 19. The block 19, using the digital values of the measured values according to methods known in bioimpedancemetry, calculates and displays the obtained physiological parameters. The periodicity of the calculation and the indication of the parameters, and therefore the logic of the switch 16, is determined by the program and functional addition of the block 19 and the signals from the control unit 21, which are supplied to the alternating current generator 15 when controlling the supply, value, frequency and form of the current.

Сигнали з блока керування 21 в комутатор 16 задають алгоритм підключення потенціальних електродів 6, 7, 8, 9 та дільника 20 і їх подача через комутатор 16 в детектор 17. Сигналами з блока керування 21 задається режим роботи блока обробки та індикації 19. Температурний датчик 14 з'єднаний з блоком керування 21 та забезпечує контрольований температурний режим вимірювання. При відхиленні від нормованих значень температури через блок керування 21 задається алгоритм роботи з корекцією температурної похибки.The signals from the control unit 21 to the switch 16 set the algorithm for connecting the potential electrodes 6, 7, 8, 9 and the divider 20 and their supply through the switch 16 to the detector 17. The signals from the control unit 21 set the mode of operation of the processing and display unit 19. Temperature sensor 14 connected to the control unit 21 and provides a controlled temperature mode of measurement. When the temperature deviates from the normalized values, the control unit 21 sets the algorithm for correcting the temperature error.

Таким чином запропонований спосіб комплексної біоїмпедансометрії дозволяє підвищити точність вимірювання при проведенні біоїмпедансних досліджень, включаючи корекцію температурної похибки, та забезпечує комплексність в виконанні біоїмпедансних досліджень.Thus, the proposed method of complex bioimpedance measurement allows to increase the accuracy of measurement when conducting bioimpedance studies, including the correction of temperature error, and provides complexity in the performance of bioimpedance studies.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA A method of complex bioimpedancemetry, which includes the supply through the human limbs to the studied regional area of the body of a probing alternating current with the simultaneous measurement of the alternating voltage outside the studied area and the measurement of the voltage drop on the limbs through which the current passes and the overall voltage drop on the human body, and the value of the voltage, which is proportional to the impedance of the investigated zone, is obtained from the difference between the total voltage drop and the voltage on the limbs, in addition, the voltage of the limbs is measured relative to the corresponding limbs through which the current does not pass, and the current has two harmonic frequency components, which differs in that that the process of measuring the voltage value, which is proportional to the impedance of the investigated zone, is carried out taking into account the temperature values in this zone. F / pu schu Dt, vu ish de and Ka o; SHYH 0 ch- rt o - iga ? PD zhu leniya I I I in the forest 1" ate and shi and I B lavishly them

Fig.

! I x And they promise about the unconditional love of the young logo of the GU N? ss

4 Not outside ZE in , 35 | | . "X Z and Ki! : and | . ОН-- Z shk ) gently and ry n-i la

5. ? With and without!

Yang.