СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ УЧАСТКА ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2016 года по МПК A61B5/26 A61B5/53 

Изобретение относится к методам записи изменений сопротивления живой ткани, возникающих в результате деятельности сердечно-сосудистой системы (притока и оттока крови), а именно к способам измерения сопротивления участка тела человека с помощью реографа.

Аналогом является способ измерения сопротивления участка тела человека с помощью реографа по авторскому свидетельству СССР №119966 от 15 января 1959 г., который содержит генератор высокой частоты и электрическое силовое устройство, питающее прибор стабилизированным напряжением, в котором с целью повышения чувствительности прибора к изменениям сопротивления исследуемого участка тела, увеличения точности регистрируемой кривой, расширения области применения прибора и упрощения его конструкции, он выполнен в виде электрокардиографической приставки по принципу уравновешенного моста переменного тока, при этом исследуемый участок тела человека включается в одно из плеч моста, а регистрация кривой изменений сопротивления живой ткани осуществляется на выходе электрокардиографа.

Прототипом является способ работы датчика биологических сигналов по патенту US №6996428 от 18.02.2004, который содержит четыре плоских кольцевых потенциальных контакта, расположенных на плоскости держателя и вложенных друг в друга. Первый (имеющий самый большой диаметр) контакт и четвертый (имеющий самый маленький диаметр) контакт соединены с генератором высокочастотных сигналов и используются для создания высокочастотного тока в теле человека. Два контакта с промежуточными диаметрами, расположенные между передающими контактами, используются для измерения величины тока, наведенного передающими контактами в теле человека.

Все эти устройства и способ их работы имеют общий недостаток - низкую точность измерения пульсовой волны, обусловленную тем, что данные устройства измеряют объемное сопротивление тела человека, а сопротивление тела человека изменяется от пульсовой волны в сосудах (артериях и венах) и от изменения наполнения капилляров.

Задачей изобретения является повышение точности измерения пульсовой волны за счет обеспечения возможности записи изменения сопротивления тела человека отдельно от пульсовой волны в сосудах (артериях и венах) и от изменения наполнения капилляров.

Данная задача решается использованием двух каналов записи сопротивления тела человека: вдоль и поперек артерий и вен.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения сопротивления участка тела человека по двум каналам с помощью реографа, содержащего два четырехконтактных датчика, генератор высокочастотных сигналов, который производит измерения значений высокочастотных токов, протекающих по сигнальным выходам генератора, и выдает измеренные значения токов на информационный выход, блока обработки и отображения, который принимает и обрабатывает сигналы от информационного выхода генератора, согласно изобретению используют первый и второй синхронные детекторы, при этом первый четырехконтактный датчик измеряет сопротивление вдоль артерий и вен участка тела, а второй четырехконтактный датчик измеряет сопротивление поперек артерий и вен того же самого участка тела, генератор высокочастотных сигналов выдает напряжения на два сигнальных выхода, причем высокочастотное напряжение второго сигнального выхода генератора сдвинуто по фазе на 90 градусов относительно высокочастотного напряжения первого сигнального выхода генератора, первый сигнальный выход генератора подает напряжение на токовые контакты первого четырехконтактного датчика, второй сигнальный выход генератора подает напряжение на токовые контакты второго четырехконтактного датчика, потенциальные контакты первого четырехконтактного датчика подают напряжение на вход первого синхронного детектора, потенциальные контакты второго четырехконтактного датчика подают напряжение на вход второго синхронного детектора, вход управления первого синхронного детектора управляется первым сигнальным выходом генератора, вход управления второго синхронного детектора управляется вторым сигнальным выходом генератора, выходы синхронных детекторов подают напряжения на входы блока обработки и отображения, который подсчитывает разностный сигнал Up=U1*k-U2*(1-k) и суммарный сигнал Uc=U1*k+U2*(1-k), где U1 и U2 - выходные сигналы первого и второго синхронных детекторов, коэффициент k лежит в диапазоне от 0 до 1 и непрерывно подстраивается блоком обработки и отображения таким образом, чтобы среднее значение разностного сигнала Up за интервал времени 10 секунд было равно нулю, и при попадании коэффициента k в диапазон от 0 до 0,1 или от 0,9 до 1 блок обработки и отображения выдает сигнал о неисправности контактного датчика, блок обработки и отображения подсчитывает сопротивление тела Rв человека вдоль артерий и вен Rв=Uр/Iв и сопротивление тела Rп человека поперек артерий и вен Rп=Uс/Iп, где Iв и Iп - высокочастотные токи, протекающие по первому и второму сигнальному выходу высокочастотного генератора, блок обработки и отображения формирует двумерный график, вдоль вертикальной оси которого откладывается сопротивление человека вдоль артерий и вен Rв, вдоль горизонтальной оси откладывается сопротивление тела человека поперек артерий и вен Rп.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена блок схема реографа, реализующего предлагаемое изобретение.

На чертеже цифрами обозначены:

1 - Первый четырехконтактный датчик сопротивления участка тела человека, который измеряет сопротивление вдоль артерий и вен,

2 - Второй четырехконтактный датчик сопротивления участка тела человека, который измеряет сопротивление поперек артерий и вен,

3 - Участок тела человека, сопротивление которого измеряют первый 1 и второй 2 четырехконтактные датчики сопротивления,

4 - Генератор высокочастотных сигналов,

5 - Блок обработки и отображения,

6 - Первый синхронный детектор,

7 - Второй синхронный детектор,

8 - Первый сигнальный выход генератора 4, который соединен с токовыми контактами первого четырехконтактного датчика 1,

9 - Второй сигнальный выход генератора 4, который соединен с токовыми контактами второго четырехконтактного датчика 2,

10 - Вход управления первого синхронного детектора 6, который соединен с первым сигнальным выходом 8 генератора 4,

11 - Вход управления второго синхронного детектора 7, который соединен со вторым сигнальным выходом 9 генератора 4,

12 - Потенциальные контакты первого четырехконтактного датчика 1, которые соединены со входом первого синхронного детектора 6,

13 - Потенциальные контакты второго четырехконтактного датчика 2, которые соединены со входом второго синхронного детектора 7,

14 - Выход первого синхронного детектора 6, который соединен с входами блока обработки и отображения 5,

15 - Выход второго синхронного детектора 7, который соединен с входами блока обработки и отображения 5,

16 - Информационный выход генератора 4, выдающий значения высокочастотных токов, протекающих по первому 8 и второму 9 сигнальным выходам.

Реограф содержит первый 1 и второй 2 четырехконтактные датчики сопротивления участка 3 тела человека, имеющие токовые и потенциальные контакты 12, 13, а также блок 5 обработки и отображения, генератор 4 высокочастотных сигналов, имеющий сигнальные выходы и информационный выход 16, который соединен с блоком 5 обработки и отображения.

В реограф дополнительно введены первый 6 и второй 7 синхронные детекторы, а генератор 4 высокочастотных сигналов имеет первый 8, второй 9 сигнальные выходы и выполнен с возможностью измерения значений высокочастотных токов, протекающих по первому 8 и второму 9 сигнальным выходам, и выдачи измеренных значений токов на информационный выход 16 генератора, при этом первый четырехконтактный датчик 1 измеряет сопротивление вдоль артерий и вен участка 3 тела человека, а второй четырехконтактный датчик измеряет сопротивление поперек артерий и вен того же самого участка 3 тела человека, у генератора 4 высокочастотных сигналов высокочастотное напряжение второго сигнального выхода 9 сдвинуто по фазе на 90 градусов относительно высокочастотного напряжения первого сигнального выхода 8, первый сигнальный выход 8 генератора соединен с токовыми контактами первого четырехконтактного датчика 1, второй сигнальный выход 9 генератора соединен с токовыми контактами второго четырехконтактного датчика 2, потенциальные контакты первого четырехконтактного датчика 1 соединены с входом первого синхронного детектора 6, потенциальные контакты второго четырехконтактного датчика 2 соединены с входом второго синхронного детектора 7, вход 10 управления первого синхронного детектора 6 соединен с первым сигнальным выходом 8 генератора, вход 11 управления второго синхронного детектора 7 соединен со вторым сигнальным выходом 9 генератора, выходы первого 6 и второго 7 синхронных детекторов соединены с входами блока 5 обработки и отображения.

Работа реографа происходит следующим образом.

Отличием предлагаемого способа является то, что происходит запись изменения сопротивления тела человека отдельно от пульсовой волны в сосудах (артериях и венах) и от изменения наполнения капилляров. Высокочастотный генератор 4, соединенный проводниками с токовыми контактами первого 1 и второго 2 четырехконтактного датчика, создает высокочастотные токи на участке 3 тела человека. При этом, поскольку высокочастотное напряжение второго сигнального выхода 9 генератора 4 сдвинуто по фазе на 90 градусов относительно высокочастотного напряжения первого сигнального выхода 8 генератора 4, высокочастотные токи первого 1 и второго 2 четырехконтактного датчика также имеют сдвиг 90 градусов относительно друг друга. Это необходимо для раздельного, независимого приема сигналов от потенциальных контактов первого четырехконтактного датчика 1 и от потенциальных контактов второго четырехконтактного датчика 2.

Это возможно при использовании первого 6 и второго 7 синхронных детекторов 6, на которые приходят сигналы с потенциальных контактов 12 и 13, соответственно, первого 1 и второго 2 четырехконтактных датчиков. На входы 10 и 11 управления, соответственно, первого 6 и второго 7 синхронных детекторов, приходят сигналы от первого 8 и второго 9 сигнальных выходов генератора 4.

Первый синхронный детектор 6 выделяет сигналы U1, пропорциональные падению высокочастотного напряжения на участке 3 тела человека вдоль артерий и вен, второй синхронный детектор 7 выделяет сигналы U2, пропорциональные падению высокочастотного напряжения на участке 3 тела человека поперек артерий и вен. Выходы 14 и 15, соответственно, первого 6 и второго 7 синхронных детекторов соединены с входами блока 5 обработки и отображения и содержат значения, пропорциональные падению высокочастотного напряжения на участке 3 тела человека вдоль U1 и поперек U2 артерий и вен. Информационный выход 16 генератора 4 выдает значения высокочастотных токов, протекающих по первому 8 и второму 9 высокочастотному сигнальным выходам, равные токам, протекающим на участке 3 тела человека вдоль Iв и поперек Iп артерий и вен.

В результате, зная ток Iв и напряжение U1 можно сосчитать сопротивление участка 3 тела человека вдоль артерий и вен, аналогично зная ток Iп и напряжение U2 можно сосчитать сопротивление участка 3 тела человека поперек артерий и вен. При этом сопротивление участка 3 тела человека, которое обусловлено капиллярами, за счет сильно разветвленной структуры капилляров имеет изотропный характер, то есть сопротивление слабо зависит от направления. В то же время сопротивление участка 3 тела человека, которое обусловлено артериями и венами, сильно зависит от направления - вдоль или поперек артерий и вен: сопротивление вдоль артерий и вен меньше, чем в поперечном направлении. Поэтому, если вычесть из напряжения U1 (в котором есть вклад сопротивления артерий и вен, и сопротивление капилляров) напряжение U2 (в котором основной вклад вносят капилляры), можно получить вклад сопротивления артерий и вен, и более точно измерить вклад данного сопротивления.

Блок 5 обработки и отображения подсчитывает разностный сигнал Up=U1*k-U2*(1-k) и суммарный сигнал Uc=U1*k+U2*(1-k), где U1 и U2 - выходные сигналы первого 6 и второго 7 синхронных детекторов, коэффициент k лежит в диапазоне от 0 до 1, и непрерывно подстраивается блоком 5 обработки и отображения таким образом, чтобы среднее значение разностного сигнала Up за интервал времени 10 секунд было равно нулю. Блок 5 обработки и отображения далее подсчитывает сопротивление тела Rв человека вдоль артерий и вен Rв=Uр/Iв и сопротивление тела Rп человека поперек артерий и вен Rп=Uc/Iп. Соответственно Rв будет обусловлено, в основном, сопротивлением артерий и вен, Rп будет обусловлено сопротивлением капилляров.

Такая схема измерения имеет, по сравнению с прототипом, следующие преимущества:

- Осуществляется запись изменения сопротивления тела человека отдельно от пульсовой волны в сосудах (артериях и венах, Rв) и при изменении наполнения капилляров (Rп).

- Коэффициент k связан с соотношением сопротивлений вдоль и поперек артерий и вен, и используется для контроля качества наложения четырехконтактный датчиков 1 и 2 сопротивления участка тела, и при попадании коэффициента k в диапазон от 0 до 0,1 или от 0,9 до 1 блок обработки и отображения выдает сигнал о неисправности контактного датчика.

- Наличие двух измеряемых параметров, Rв и Rп, дает возможность построить двумерный график: вдоль вертикальной оси откладывается сопротивление человека вдоль артерий и вен Rв, вдоль горизонтальной оси откладывается сопротивление тела человека поперек артерий и вен Rп. Данный двумерный график является более информативным, по сравнению с обычными графиками зависимости Rв и Rп от времени.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ измерения сопротивления участка тела человека по двум каналам с помощью реографа имеет значительные преимущества, позволяющие значительно точнее измерять пульсовую волну, более информативен в роли измерения сопротивления артерий и вен.

Изобретение относится к медицинской технике. Способ измерения сопротивления участка тела человека по двум каналам реализуют с помощью реографа, содержащего два четырехконтактных датчика (1, 2), генератор высокочастотных сигналов (4) и блок обработки и отображения (5). При этом используют первый (6) и второй (7) синхронные детекторы. Первый датчик (1) измеряет сопротивление вдоль артерий и вен участка тела, второй датчик (2) - поперек артерий и вен того же самого участка тела. Высокочастотное напряжение второго сигнального выхода генератора (4) сдвинуто по фазе относительно высокочастотного напряжения первого сигнального выхода на 90 градусов. Первый сигнальный выход генератора (4) подает напряжение на токовые контакты первого датчика (1), второй сигнальный выход генератора (4) - на токовые контакты второго датчика (2). Потенциальные контакты первого датчика (1) подают напряжение на вход первого синхронного детектора (6), потенциальные контакты второго датчика (2) - на вход второго синхронного детектора (7). Вход управления первого синхронного детектора (6) управляется первым сигнальным выходом генератора (4), вход управления второго синхронного детектора (7) - вторым сигнальным выходом генератора (4). Выходы синхронных детекторов (6, 7) подают напряжения на входы блока обработки и отображения (5), который подсчитывает разностный Up=U1*k-U2*(1-k) и суммарный Uc=U1*k+U2*(1-k) сигналы, где U1 и U2 - выходные сигналы первого (6) и второго (7) синхронных детекторов, коэффициент k лежит в диапазоне от 0 до 1 и непрерывно подстраивается блоком обработки и отображения (5) таким образом, чтобы среднее значение сигнала Up за интервал времени 10 секунд было равно нулю. При попадании коэффициента k в диапазон от 0 до 0,1 или от 0,9 до 1 блок обработки и отображения (5) выдает сигнал о неисправности контактного датчика. Блок обработки и отображения (5) подсчитывает сопротивление тела Rв человека вдоль артерий и вен Rв=Uр/Iв и сопротивление Rп поперек артерий и вен Rп=Uс/Iп, где Iв и Iп - высокочастотные токи, протекающие по первому и второму сигнальному выходу генератора (4). Блок обработки и отображения (5) формирует двумерный график, вдоль вертикальной оси которого откладывается сопротивление Rв, вдоль горизонтальной оси - Rп. Достигается повышение точности измерения пульсовой волны за счет обеспечения возможности записи изменения сопротивления тела человека отдельно от пульсовой волны в сосудах (артериях и венах) и от изменения наполнения капилляров. 1 ил.

Способ измерения сопротивления участка тела человека по двум каналам с помощью реографа, содержащего два четырехконтактных датчика, генератор высокочастотных сигналов, который производит измерения значений высокочастотных токов, протекающих по сигнальным выходам генератора, и выдает измеренные значения токов на информационный выход, блок обработки и отображения, который принимает и обрабатывает сигналы от информационного выхода генератора, отличающийся тем, что используют первый и второй синхронные детекторы, при этом первый четырехконтактный датчик измеряет сопротивление вдоль артерий и вен участка тела, второй четырехконтактный датчик измеряет сопротивление поперек артерий и вен того же самого участка тела, генератор высокочастотных сигналов выдает напряжения на два сигнальных выхода, причем высокочастотное напряжение второго сигнального выхода генератора сдвинуто по фазе на 90 градусов относительно высокочастотного напряжения первого сигнального выхода генератора, первый сигнальный выход генератора подает напряжение на токовые контакты первого четырехконтактного датчика, второй сигнальный выход генератора подает напряжение на токовые контакты второго четырехконтактного датчика, потенциальные контакты первого четырехконтактного датчика подают напряжение на вход первого синхронного детектора, потенциальные контакты второго четырехконтактного датчика подают напряжение на вход второго синхронного детектора, вход управления первого синхронного детектора управляется первым сигнальным выходом генератора, вход управления второго синхронного детектора управляется вторым сигнальным выходом генератора, выходы синхронных детекторов подают напряжения на входы блока обработки и отображения, который подсчитывает разностный сигнал Up=U1*k-U2*(1-k), и суммарный сигнал Uc=U1*k+U2*(1-k), где U1 и U2 - выходные сигналы первого и второго синхронных детекторов, коэффициент k лежит в диапазоне от 0 до 1 и непрерывно подстраивается блоком обработки и отображения таким образом, чтобы среднее значение разностного сигнала Up за интервал времени 10 секунд было равно нулю, и при попадании коэффициента k в диапазон от 0 до 0,1 или от 0,9 до 1 блок обработки и отображения выдает сигнал о неисправности контактного датчика, блок обработки и отображения подсчитывает сопротивление тела Rв человека вдоль артерий и вен Rв=Uр/Iв и сопротивление тела Rп человека поперек артерий и вен Rп=Uс/Iп, где Iв и Iп - высокочастотные токи, протекающие по первому и второму сигнальному выходу высокочастотного генератора, блок обработки и отображения формирует двумерный график, вдоль вертикальной оси которого откладывается сопротивление человека вдоль артерий и вен Rв, вдоль горизонтальной оси откладывается сопротивление тела человека поперек артерий и вен Rп.