Способ измерения электрокожного сопротивления и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК A61B5/53 A61B5/05 

1

(21)4256240/28-14

(22)02.06.87

(46) 07.ia.89. БЮЛ. № 37

(71)Калининский политехнический институт и Центральный научно-иссле- довательский институт рефлексотерапии

(72)Ю.Г,Быстрой, В.П.Злоказов, А.А.Малин,.и В.А.Загрядский

(53)615.475(088.8)

1

(56)Андерсоне А.А. Механизмы электродера мальных реакций. - Рига: Зи- натне, 1985, с. 59-62.

Авторское свидетельство СССР № 940742, кл. А 61 Б 5/05, 1980.

(54)БПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОКОШОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ и УСТРОЙСТВО для ЕГО

. ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57)Изобретение относится к медицине и предназначено для измерения ,

электрокожного сопротивления в автоматическом режиме исследования состояния человека в процессе трудовой деятельности. Изобретение позволяет производить измерение Электрокожного сопротивления с более высокой точ- - ностью и повторяемостью результатов измерения при сохранении морфологи-- ческой интактности при многократных измерениях с помощью автоматических устройств путем пропускания однонаправленных импульсов тока (ИТ) длительностью от 200 до 380 мс, мощностью не более 0,13 мВт, плотностью не более 36,2 мкА/см, с интервалом- следования ИТ не менее 1,2-1,32 с, измерение осуществляют в промежутке времени от 200 до 380 мс от подачи импульса. В устройстве однонаправленные ИТ формирует источник стабильного постоянного напряжения и .стабилизатор тока, к которому подключены элеко 9

(Л

С

3 1512563 троды, мощность иг и плотно сть обеспечивают элементы стабилизатора тока и площадь электродов, Формирование длительности ИТ осуществляет таймер, а интервал следования - блок формирования импульса блокировки. Реализацию алгоритма измерения в автоматическом режиме осуществляет блок

управления, а преобразование изме

0

ренного значения - аналого-цифровой преобразователь. Устройство для измерения электрокожного сопротивления содержит электроды 1 и 2, источник 3 постоянного стабильного напряжения, стабилизатор 4 тока, АЦП 5, блок 6 индикации, блок 7 формирования импульса блокировки, ключевой блок 8, блок 9 управления, таймер 10. 3 ил.

Изобретение относится к медицине и предназначено для измерения электрокожного сопротивления в автоматическом режиме исследования состояния человека в процессе трудовой деятельности. Изобретение позволяет производить измерение электрокожного сопротивления с более высокой точностью и повторяемостью результатов измерения при сохранении морфологической интактности при многократных измерениях с помощью автоматических устройств путем пропускания однонаправленных импульсов тока (ИТ) длительностью от 200 до 380 мс, мощностью не более 0,13 мВт, плотностью не более 36,2 мкА/см², с интервалом следования ИТ не менее 1,2-1,32 с, измерение осуществляют в промежутке времени от 200 до 380 мс от подачи импульса. В устройстве однонаправленные ИТ формирует источник стабильного постоянного напряжения и стабилизатор тока, к которому подключены электроды, мощность ИТ и плотность обеспечивают элементы стабилизатора тока и площадь электродов. Формирование длительности ИТ осуществляет таймер, а интервал следования-блок формирования импульса блокировки. Реализацию алгоритма измерения в автоматическом режиме осуществляет блок управления, а преобразование измеренного значения-аналого-цифровой преобразователь. Устройство для измерения электрокожного сопротивления содержит электроды 1 и 2, источник 3 постоянного стабильного напряжения, стабилизатор 4 тока, АЦП 5, блок 6 индикации, блок 7 формирования импульса блокировки, ключевой блок 8, блок 9 управления, таймер 10. 3 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к физиологии. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет того, что после наложения измерительных элементов на кожу между ними пропускают однонаправленные импульсы стабильного по амплитуде тока длительностью 200.-380 мс, мощностью не более.О,13 мВт, плотностью не более 36,2 мкА/см с интервалом следования импульсов не менее 1,2-1,32 си замеряют направление между электродами в интервале времени от 200 до 380 мс от начала имг уль са тока.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для измерения злектрокожного сопротивления; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.З - временная диаграмма, иллюстрирующая работу способа.

Устройство для измерения электро- .кожного сопротивления- (фиг.1) содержит электроды 1 и 2, последовательно соединенные источник 3 посто- янного стабильного напряжения, стабилизатор 4 тока к входу и выходу которого подключены электроды 1 и 2 соответственно, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, блок 6 индикации, также последовательно соединенные блок 7 формирования импульса блокировки и ключевой блок 8, выход которого соединен,с вторым входом источника 3, Кроме того, устройство сф держит блок 9 управления и таймер 10, соединенные с блоком 7 и АЦП 5.

АЩ1 5 (фиг.1) содержит последовательно соединенные блок 11 сравнения и формирователь 12 импульсов, также последовательно соединенные инверто 13, счетчик 14 импульсов, блок 15 ин0

5

0

5

0

5

теграторов, сумматор 6, масштабирующий усилитель 17, выходом соединенный с блоком 1I сравнения.

Блок 7 формирования импульсов блокировки содержит последовательно соединенные интегратор 18, компаратор 19, формирователь 20 импульсов.

Блок 9 управления содержит после-, довательно соединенные вход Пуск, блок 21 запуска, формирователь 22 импульсов, блок 23 запрета, RS-триггер 24,

Таймер 10 содержит последовательно соединенные кварцевый генератор 25, счетчик 26 импульсов, формирователь 27 импульсов,

Способ измерения электрокожного сопротивления осуществляют следующим образом.

Измерительные электроды устанавливают и фиксируют на поверхности кожи биообъекта (например, согласно ме- тодике по Фере),; .после чего подключа-, ют электроды к источнику тока мощностью не более 0,13 мВт (при локальном измерении электрокожного сопро- ;тивления электрод меньшей площади подключают к минусовому вьшоду источника тока} и пропускают между электродами однонаправленный стабилизированный по амплитуде импульс тока плотностью не более 36,2 мкА/см , величину которого определяют по формуле

0

5

где I

icr:

CT

s i-s (1)

амплитудное, стабилизированное значение измерительного импульса тока; плотность измерительного импульса тока, (14 36,2 мкА/см); площадь измерительного электрода с меньшей пло5,5

щадью поверхности, контактирующей с кожей. Через 200 мс после подачи на биообъект измерительного импульса тока производят измерение напряжения между электродами, причем столько раз, сколько позволяет быстродействие измерителя, и заканчивают измерение напряжения между электродами не позже 380 мс после подачи измерительного импульса тока После окончания процесса измерения или по истечении 380 мс после подачи измерительного импульса тока его отключают. Следующий цикл измерения начиназот не раньше, чем через 1,2 с - 10% после отключения измерительного импульса тока. Электрокожное сопротивление вычисляют по формуле

R Н™.

(2)

где R - электрокожное сопротивление биоо&ъекта;

и - измеренное значение напряжения между электродами, .

На временной диаграмме (фиг,4) пказаны все фазы первого цикла измерения и начала второго цикла (после проведения подготовительных работ и наложения электродов).

Пример 1, Пусть с распоряжении исследователя имеются электроды для электрокардиографии площадью 0,785 см и необходимо произвести многократные измерения электрокожного сопротивления (например, для оценки динамичности потовьщелительной функции при физической нагрузке), Максимальное значение электрокожного сопротивления в месте измерения равно МОм,

Выбирают параметры измерительно- го импульса. Для этого из предельного значения мощности измерительного импульса 0,13 мВт определяют максимальное выходное напряжение источника тока

и

махе

„ 4,6 В, -от-

Определяют I , необходимый для измерения максимального значения электрокожного сопротивления ;

1,53 мкА,

Проверяют вьшолняется ли условие плотности., для зтого находят плотность тока величиной 1,53 мкА:

5 Дет

I

2 мкА/см

Плотность тока (2 мкА/см) меньше максимально допустимой (36,2 мкА/см ) , следовательно, при таких значениях измерительного импульса для данной - площади электрода можно производить измерения электрокожного сопротивле- НИН, Эти параметры измерительного импульса выбирают исходя из макси - мальных значений мощности и плотности тока и поэтому являются предельно допустимыми. Для практического ис- пользования желательно выбирать параметры измерительного импульса тока. меньше предельно допустимых. Если в нашем примере взять IVqKc - 1 1 мкА, а ,2 мкА/см , при этом

измеренное электрокожное сопротив- ление определяется

и 1000 и.

Накладывают электроды (например, на тыльную и внешнюю стороны ладони), подают импульс тока с рассчитанньми параметрами и через 200 мс измеряют напряжение между электродами в течение 180 мс, после чего импульс тока необходимо отключить и вычисляют значение сопротивления. Через 1,2 с после отключения снова подают импульс с рассчитанными параметрами и через

200 мс производят измерение напряже- ния между электродами в течение 180 мс, после чего ток отключают и так далее в течение всего времени наблюдения за пациентом по соответствующей стандартной методике.

Предлагаемый способ позволяет повысить объективность диагностической информации, автоматизировать процесс съема параметров электродермальной

активности организма человека и про-, изводить постоянный и длительный контроль состояния человека с одновременной обработкой результатов по диагностическим алгоритмам с применением ЭВМ,

Устройство работает следующим обазом.

71512563

После включения питания устройство автоматически устанавливается в исходное положение В исходном положении сигнал присутствует только г на выходе RS-триггера 24, запрещающий работу блоков 18, 24, 26, и на выходе блока 20, схема находится в режиме ожидания, на электродах отсутствует напряжение. 10

Для измерения электронного сопротивления электроды 1 и 2 устанавливают в месте измерения и запускают устройство сигналом Пуск, кото8

Это необходимо для реализации интер вала времени до начала измерения (например, 200 мс).

Сформированный в блоках 26 и 27 через 200 мс после включения кварцевого генератора 25 ИР переключает счетчики блока 14 и блок 6 индикации в рабочее положение и их регист ры начинают заполняться ТИ до тех пор, пока цифровой выходной сигнал блока J4, проинтегрированный поразрядно в блоке 15 интеграторов, просуммированный в сумматоре 16 и прорый может формироваться либо внутрен- 15 масщтабированный в блоке 17 в виде

ним генератором, либо вручную от кнопки Пуск S2, Пусковой сигнал блока 21 запуска, сформированный в коротк-ий импульс, в формирователе 22 - импульса запуска поступает на R-вход RS-триггера 24, подключая его в рабочее состояние (Q - 1, Q- О),

На входе интегратора 18 появляется О и выходное напряжение интегвыходного напряжения блока 17, не сравняется по величине в блоке 11 сравнения с выходным сигналом блока 4i В этом момент на выходе блока 20 I1 сравнения и на выходе первого фо мирователя 12 импульсов появляется сигнал Конец измерения, который устанавливает RS-триггер 24 в исходное положение, при этом сигнал

ратора 18 равно нулю, а компаратор с выхода Q отключает ключевой блок

занимает исходное положение и на выходе формирователя 20 импульсов устанавливается логический О, блокирующий работу блока 23 запрета от повторного запуска в момент измерения электрокожного сопротивления

Одновременно с этим появляется- сигнал на входе ключевого блока 8 и он включает источник 3 стабильного напряжения, на выходе которого и на входе блока 4 устанавливается стабилизированное напряжение, и через электроды 1 и 2 и биообъект течет то со стабилизированной амплитудой, который создает падение напряжения на электродах, равное выходному напряжению стабилизатора 4 тока, которое отражает переходной процесс в ситеме электрод - ткань под действием тока и прямопропорциональное электрокожному сопротивлению

Выходной сигнал Q блока 24 одновременно снимает запрет с работы кварцевого генератора 25 и счетчика 26 импульсов. На выходе блока 25 появляется непрерывная последовательность тактовых импульсов (ТИ), которые поступают на счетный вход счетчика МЗР блока 14 счетчиков импульсов, но счетчики блока 14 начинают работу только при поступлении импульсов разрешения (ЙР) на вход V и.снятии сигнала сброса с входа R,

8

Это необходимо для реализации интервала времени до начала измерения (например, 200 мс).

Сформированный в блоках 26 и 27 через 200 мс после включения кварцевого генератора 25 ИР переключает счетчики блока 14 и блок 6 индикации в рабочее положение и их регистры начинают заполняться ТИ до тех пор, пока цифровой выходной сигнал блока J4, проинтегрированный поразрядно в блоке 15 интеграторов, просуммированный в сумматоре 16 и провыходного напряжения блока 17, не сравняется по величине в блоке 11 сравнения с выходным сигналом блока 4i В этом момент на выходе блока I1 сравнения и на выходе первого формирователя 12 импульсов появляется сигнал Конец измерения, который устанавливает RS-триггер 24 в исходное положение, при этом сигнал

0

5

0 5

0

5

8 и блок 3, а стабилизатор 4 тока прекращает подачу тока на биообъект. Одновременно выключается кварцевый генератор 25, сбрасываются в О регистры счетчика 26 импульсов, а сигналы ТИ и ИР переходят в состояние О. Б результате этого через R-вход происходит сброс счетчиков блока 14 в исходное положение, а через вход V поступает запрет на счет импульсов,

Одновременно с этим в блоке 6 индикации фиксируется число, соответствующее количеству импульсов, содержащихся в регистрах счетчиков блока 14 на момент снятия ИР на входе V блока 14 счетчиком импульсов и соответствующее численному значению измеренного сопротивления. Все блоки уст- ройства, кроме блоков 7 и 23, устанавливаются в режим ожидания, соответствующий исходному положению. Но запустить устройство в новый цикл измерения в этот момент времени невозможно, пока на вьжоде второго формирователя 20 импульсов присутствует сигнал блокировки и блок 23 запрета не разрешает работу триггера 24 от пускового импульса;

Сразу после остановки режима измерения импульсов Конец измерения сигнал выхода Q блока 24 включает интегратор 18, выходной сигнал которого достигает Ug , например, только

через 1,2 с, после чего выходным сигналом компаратора 19 и блока 20 снимается блокировка блока 23, который после этого разрешает новый цикл из- мерения. После этого все блоки устроства устанавливаются в состояние, соответствующее исходному положению, но на индикаторе блока 6 индикации фиксируется число, соответствующее измеренному электрокожному сопротивлению в интервале времени, например, от 200 до 380 мс после подачи тока на электроды 1 и 2,

Способ и устройство для измерения электрокожного сопротивления позволяет значительно повысить точность и повторяемость измеренных значений электрокожного сопротивления и обеспечивает сохранение морфологической интактности в месте измерения при многократных и продолжительных измерениях. При их применении измерение электрокожного сопротивления осуществляется с погрешностью не более 5% . и с повторяемостью не хуже 0,95 при многократных измерениях, причем нарушения морфологической интактности в месте измерения не обнаружено,

Формула изобретения

1, Способ измерения электрокожного сопротивления, включающий наложение электродов, пропускание между ними тока и вычисление электрокожного сопротивления, отличающийся тем, что, с целью повыс 10

5 2025

30

,- 256310

шения точности измерения, между электродами пропускают однонаправленные импульсы стабильного по амплг туде тока длительностью 200-380 мс, мощностью не более 0,13 мВт, плотностью не более 36,2 мкА/см с интервалом следования импульсов не менее 1,2- 1,32 с и замеряют напряжение между электродами в. интервале времени 200- 380 мс от начала импульса тока.

ii

tz 5

tfy-tf 200MC ts-t,f.n5MC

t -ts-tg-tf -1,2c

tr tc i t

7 -S