UA34541A - Генератор для електроімпедансних вимірювань біологічних об'єктів - Google Patents

Abstract

Винахід належить до діагностичного медичного приладобудування. Генератор для електроімпедансних вимірювань біологічних об'єктів містить підсилювач зворотного зв'язку.

Description

Винахід належить до області діагностичного медичного приладобудування, зокрема до приладів, що використовують електроімпедансні вимірювання, таких як електроімпедансні томографи і термографи.

Відомо, що для електроїмпедансних вимірювань використовують складені електроди, що складаються з активного електрода у вигляді зовнішнього кільця та вимірювального внутрішнього електрода. До активного електрода вмикається генератор струму, а напруга вимірюється на вимірювальному електроді див. .). НезеїЇ апа ої. ЗКіп Ітредапсе Егот 1 Но ю 1 Ма. ІЕЕЕ Тгапв. В'єтей. Епа., Мої. 35, рр. 649-651). Це дозволяє виключити вплив імпедансу шкіри на вимірювання імпедансних характеристик підшкірних тканин. Однак прецизійні генератори струму складні у виготовленні та експлуатації.

Відомий генератор |див. СО). 2пи апа оїй. Ап Адаріїме Сшитепі Тотодгаї Овіпд Мойкаде зоцгсев. ІЄЕЕ Тгапв.

Віотеа. Епд., Мої. 40, рр. 163-168), який дозволяє встановлювати потрібну напругу на електроді і вимірювати струм електрода, що усуває необхідність застосування прецизійних генераторів струму. Генератор складається з вхідного операційного підсилювача, що задає напругу на електроді, і вимірювача струму електрода на другому операційному підсилювачі.

Недоліком цього генератора є те, що він задає напругу на активному електроді, тобто на поверхні шкіри, а не на ділянці підшкірної тканини, імпедансні характеристики якої вимірюються.

Задачею винаходу є створення генератора для електроїмпедансних вимірювань біооб'єктів, що дозволяє задавати напругу безпосередньо на досліджуваній біотканині, вимірювати цю напругу, а також струм, що проходить через активний електрод, тобто через ділянку біотканини, що прилягає до електрода. Це дозволяє окремо вимірювати як імпеданс біотканини, так і імпеданс шкіри.

Поставлена задача досягається тим, що в генераторі для електроїмпедансних вимірювань біооб'єктів, що містить вхідний підсилювач, неінвертуючий вхід якого через перший резистор ввімкнено до керуючого входу генератора, через другий резистор приєднано до корпусу, а інвертуючий вхід через третій резистор приєднано до виходу вхідного підсилювача і через четвертий резистор - до першого виходу генератора, активний і вимірювальний електроди, підсилювач вимірювача струму, неінвертуючий вхід якого приєднано до виходу вхідного підсилювача і до другого виходу генератора, а інвертуючий його вхід ввімкнено до активного електрода і через еталонний резистор ввімкнено до виходу підсилювача і до третього виходу генератора, новим є те, що введено підсилювач зворотного зв'язку, інвертуючий вхід якого приєднано до його виходу і до другого виходу генератора, а його неінвертуючий вхід ввімкнено до вимірювального електрода.

Ввімкнення підсилювача зворотного зв'язку між вимірювальним електродом і вхідним підсилювачем забезпечує негативний зворотний зв'язок між біотканиною, до якої прикладена вимірювальну напругу, і входом генератора, на який подають керуючу напругу, що дозволяє окремо вимірювати імпеданс шкіри і підшкірної біотканини.

На фіг. зображено схему генератора, що пропонується.

Генератор містить вхідний підсилювач 1, підсилювач вимірювача струму електрода 2, підсилювач зворотного зв'язку З, активний електрод 4, вимірювальний електрод 5, перший резистор 6, другий резистор 7, третій резистор 8, четвертий резистор 9 еталонний резистор 10. Опори 11 і 12 моделюють імпеданси шкіри і біотканини відповідно. Неінвертуючий вхід підсилювача 1 через резистор 6 ввімкнено до керуючого входу генератора "Вх.", через резистор 7 приєднано до корпусу, а інвертуючий вхід через резистор 8 приєднано до його виходу і через резистор 9 - до першого виходу генератора "Вих. 1". Неінвертуючий вхід підсилювача 2 ввімкнено до виходу підсилювача 1 і до другого виходу генератора "Вих. 2", а інвертуючий вхід приєднано до активного електрода 4 і через резистор 10 - до його виходу і до третього виходу генератора "Вих. 3". Інвертуючий вхід підсилювача З приєднано до його виходу і до першого виходу генератора, а неінвертуючий вхід ввімкнено до вимірювального електрода 5.

Керуюча напруга ШО подається через резистор б на неінвертуючий вхід вхідного підсилювача 1, а на інвертуючий його вхід через резистор 9 надходить напруга зворотного зв'язку О» з виходу підсилювача зворотного зв'язку 3. Різниця цих напруг підсилюється вхідним підсилювачем 1, і підсилена напруга Оз подається на неінвертуючий вхід підсилювача вимірювача струму електрода 2, інвертуючий вхід якого ввімкнено до активного електрода 4. Тому на активному електроді встановлюється напруга, що дорівнює Оз. Ця напруга ділиться між опором шкіри 11 і опором біотканини 12. Оскільки вхідний опір підсилювача зворотного зв'язку З набагато більший, ніж опір шкіри, напруга, прикладена до біотканини, передається через вимірювальний електрод 5 на неінвертуючий вхід підсилювача зворотного зв'язку 3, який є повторювачем напруги. Тому напруга

І» практично дорівнює напрузі, прикладеної до біотканини. Можна показати, що якщо НІ - НА і В2 - ВЗ, у -.76 у 2 |! "Ка (Как),

Якщо Ві»»Р», напруга Ог. - Ці. Отже, маємо можливість встановлювати напругу безпосередньо на підшкірній біотканині. Струм, що протікає через активний електрод, а отже через досліджувану біотканину, знаходимо як і щ ше ; де Во - еталонний опір, Ол і Оз - напруги, що вимірюються на третьому та другому виходах генератора відповідно. Знаючи струм, можна вирахувати опір біотканини

Кт 5 -к б -. з і у, -И, а також і опір шкіри

К- Кк, у, -0, , у, -И, де І» - напруга, що вимірюється на першому виході генератора.

Таким чином, для визначення окремо опорів шкіри і підшкірної біотканини треба виміряти напруги Ог, Оз і Ол.

Ці напруги легко вимірюються на низькоомних виходах генератора.

Кк "и. Ко - І0

І-4 4 й є 4 со шк Вих.3 12 (ВК:

Вих.2

Я) 4 | 12 7

З у 9 Вих

КІ Іо!

Вх. я к2

Фіг. 1

Claims (1)

1. Генератор для електроіїмпедансних вимірювань біологічних об'єктів, що містить вхідний підсилювач, неінвертуючий вхід якого через перший резистор ввімкнено до керуючого входу генератора, через другий резистор приєднано до корпусу, а інвертуючий вхід через третій резистор приєднано до виходу вхідного підсилювача і через четвертий резистор - до першого виходу генератора, активний і вимірювальний електроди, підсилювач вимірювача струму, неінвертуючий вхід якого приєднано до виходу вхідного підсилювача і до другого виходу генератора, а інвертуючий вхід його ввімкнено до активного електрода і через еталонний резистор - до виходу підсилювача і до третього виходу генератора, який відрізняється тим, що введено підсилювач зворотного зв'язку, інвертуючий вхід якого приєднано до його виходу і до першого виходу генератора, а неінвертуючий його вхід ввімкнено до вимірювального електрода.