Устройство для измерения электрического сопротивления биообъекта Советский патент 1987 года по МПК A61B5/53 A61B5/05 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам для измерения диагностических параметров биологического объекта, и может быть использовано при проведении физиологических и психологических исследований.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем компенсации низкочастотных помех.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Устройство для измерения электрического сопротивления биообъекта содержит источник 1 тока, первый электрод 2, второй электрод 3, последовательно соединенные генератор 4 импульсов, коммутатор 5, усилитель 6 тока, элемент 7 задержки, нормирующий усилитель 8, элемент 9 памяти, второй (управляющий) вход которого подключен к выходу генератора 4 импульсов, первый интерполятор 10, блок 11 коррекции и регистратор 12, измеритель 13 напряжения, вход которого соединен с выходом первого интерполятора 10, и второй интерполятор 14, выход которого подключен к второму входу блока 11 коррекции, а вход - к второму выходу коммутатора 5, второй вход которого соединен с выходом источника 1 тока, а третий и четвертый входы - соответственно с первым 2 и вторым 3 электродами.

Кроме того, в конструкции генератора 4 импульсов предусмотрены режим однократного запуска и непрерывный импульсный режим. Элемент 7 задержки имеет регулируемую задержку At, а нормирующий усилитель 8 выполнен на операционном усилителе и имеет регулируемый коэффициент усиления К. Элемент 9 памяти выполнен в виде блока аналоговой памяти замкнутого типа и имеет вход синхронизации. Блок 11 коррекции может быть выполнен, например, в виде аналогового сумматора, а первый 10 и второй 14 интерполяторы - в виде активных фильтров низкой частоты. В качестве регистратора 12 может быть использован самопишущий прибор с проградуиро- ванной щкалой.

Устройство для измерения электрического сопротивления биообъекта работает следующим образом.

Генератор 4 импульсов устанавливается в режим однократного запуска и при отсутствии сигнала на его выходе коммутатор 5 подключает к первому и второму электродам 2 и 3 параллельно источник 1 тока и второй интерполятор 14. При постоянстве измерительного тока I|, поступающего из источника 1 тока через электроды 2 и 3 в биообъект, напряжение Yfi(t), подаваемое с электродов 2 и 3 на вход второго интерполятора 14, пропорционально значению измеряемого сопротивления Ra(t) биообъекта, которое в общем случае зависит от времени t. UK(i)7x-BaCt).

Сигнал, пропорциональный сопротивлению биообъекта, фиксируется регистратором 12, проградуированным в единицах сопротивления. В режиме непрерывного измерения сопротивления функция второго интерполятора 14 заключается только в усилении сигнала.

Одновременно на электроды 2 и 3 поступает собственный ток биообъекта, вызываемый электрофизиологическими процессами, происходящими в структурах биообъекта и поляризацией тканей, наводимой измерительным током устройства. Ток биообъекта I(t) также зависит от времени, и искажает сигнал UR(t), что может привести к росту погрешности измерения сопротивления биообъекта.

Устройство осуществляет коррекцию низ0 кочастотных помех, обусловленных собственным током биообъекта, путем измерения тока биообъекта и введения поправки блоком 11 коррекции, которая формируется на основании того, что зависимости Ra(t) и I(t)

5 подобны друг другу и между ними существует определенный временной сдвиг. При подаче импульса с генератора 4 импульсов коммутатор 5 отключает электроды 2 и 3 от источника 1 тока и второго интерполятора 14 и подключает электроды 2 и 3 к

0 входу усилителя 6 тока. При этом производится измерение собственного тока биообъекта. Напряжение сигнала Ui(t) на входе усил-ителя 6 тока равно

и, (t) I(t) RBx,

где RBX - входное сопротивление усилителя 6

тока.

После усиления сигнал поступает на элемент 7 задержки, где осуществляется его фиксированный временной сдвиг At в диапазоне от 10 мс до 10 с. Далее сигнал масшта0 бируется нормирующим усилителем 8 и фиксируется элементом 9 памяти. Это значение напряжения через первый интерполятор 10 поступает на измеритель 13 напряжения и одновременно в качестве поправки подается на первый вход блока 11 коррекции,

5 где алгебраически суммируется с измеренным значением Uj(t), пропорциональным сопротивлению биообъекта.

Поправки вводятся с учетом индивидуальных особенностей исследуемого биологического объекта следующим образом.

Измерительному току I| дается единичное 10%-ное , приращение ступенчатой формы. При этом Ii±0,l , где Ьор - значение абсолютного порога чувствительности биологического объекта к токовому раздражителю.

5 Во время скачка измерительного тока регистрируется функция Ra(t) и по достижении ею 90% установивщегося значения сопротивления фиксируется момент времени ti. Тогда

0

временной сдвиг At, который необходимо выставить в элементе 7 задержки, равен

-to,

где to - момент времени подачи приращения тока.

Коэффициент передачи нормирующего усилителя 8 устанавливается численно равным отнощению

I

-1ттгAll

где All -величина скачка измерительного

тока;

измеренное значение приращения напряжения, поступившее на регистратор 12 при скачке тока величиной All.

Устройство работает в двух режимах. При компенсации постоянной и медленно меняющейся составляющей тока биообъекта производится непрерывное измерение сопротивления, а формирование поправки осуществляется при однократном (или дискретном с интервалом 10-15 мин) запуске генератора 4 импульсов. Напряжение поправки запоминается элементом 9 памяти и постоянно подается на первый вход блока 11 коррекции, где вычитается из сигнала U, поступающего с электродов 2 и 3 при измерении сопротивления.

При компенсации динамических значений тока биообъекта поправка вносится непрерывно при одновременном измерении Ra(t) и 1(1). Генератор 4 работает в непрерывном импульсном режиме, подавая на первый вход коммутатора 5 импульсы со сква- женностью I и частотой следования 10 Гц. При этом с электродов 2 и 3 снимается две последовательности амплитудно-модули- рованных импульсов URiи I/. Первая последовательность импульсов Ун,- восстанавливает ся в виде аналоговой функции вторым интерполятором 14, с выхода которого сигнал l(t)

5

поступает на второй вход блока 11 коррекции. На первый вход блока 11 коррекции подается напряжение поправки, сформированное по промасштабированной и получив- щей необходимый временной сдвиг второй последовательности импульсов If. Сигнал поправки при этом для каждого дискретного измерения запоминается элементом 9 памяти и далее через первый интерполятор 10 в виде аналогового сигнала подается на первый вход блока 11 коррекции. Работа элемента 9 памяти засинхронизирована управляющим сигналом частотой 10 Гц, поступающим с выхода генератора 4 импульсов.

Предлагаемое устройство позволяет измерять сопротивление биологического объекта с погрещностью, не превышающей 5%, в диапазоне сопротивлений 20-200 кОм.

Формула изобретения

0 Устройство для измерения электрического сопротивления биообъекта, содержащее источник тока, первый электрод, второй электрод и последовательно соединенные блок коррекции и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения путем компенсации низкочастотных помех, в него введены последовательно соединенные генератор импульсов, коммутатор, усилитель тока, элемент задержки, нормирующий усилитель, элемент памяти, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, первый интерполятор и измеритель напряжения, вход которого также подключен к первому входу блока коррекции, и второй интерполятор, выход которого соединен с вторым входом блока коррекции, а вход -

с с вторым выходом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом источника тока, а третий и четвертый входы - соответственно с первым электродом и вторым электродом.

5

0

Изобретение предназначено для измерения диагностических параметров биологического объекта при проведении физиологических и психологических исследований и позволяет повысить точность измерения путем компенсации низкочастотных помех. Устройство содержит источник 1 тока, электроды 2 и 3, генератор 4, коммутатор 5, усилители 6 и 8, элемент 7 задержки, элемент 9 памяти, интерполяторы 10 и 14, блок 11 коррекции, регистратор 12 и измеритель 13 напряжения. При работе генератора 4 в режиме однократного запуска регистратор 12 фиксирует сопротивление биообъекта. Устройство осуществляет компенсацию низкочастотных помех, возникающих из- за собственного тока биообъекта на электродах 2 и 3, путем измерения этого тока, для чего коммутатором 5 электроды 2 и 3 подклю- чаются к усилителю 6. Сигнал, пропорциональный собственному току, фиксируется элементом 9 памяти и одновременно подается на блок 11 коррекции, где суммируется с измеренным значением, пропорциональным сопротивлению биообъекта. Может осуществляться компенсация постоянной и медленно меняющейся составляющей тока биообъекта с поправкой, сформированной и занесенной в элемент 9 при однократном запуске генератора, и динамических значений тока с поправкой для каждого дискретного измерения, что позволяет снизить погрещ- ность измерения ниже 5%. 1 ил. S (Л Ю 00 00 4; со