ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ определения составляющих импеданса биообъекта

Классы МПК:A61B5/053 измерение электрической проводимости или сопротивления части тела
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-07-04
публикация патента:

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки функционального состояния организма. Способ заключается в подаче на биообъект импульса стабилизированного тока, измерении напряжения на биообъекте в фиксированные два момента времени после начала импульса тока и дополнительном измерении амплитуды стабилизированного тока I0. Моменты времени фиксации напряжения представляют собой t1 и t2, причем t2=2t1. В качестве составляющих импеданса биообъекта определяют активное сопротивление R и эквивалентную емкость C тканей биообъекта, которые рассчитывают по формулам:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

где E - установившееся значение потенциала с постоянной времени T, причем

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

где U1 и U2 - соответственно напряжение на биообъекте в моменты времени t 1 и t2; при этом C=T/R. Способ обеспечивает повышение точности и оперативности определения составляющих комплексного сопротивления биообъекта за счет устранения методической и учета динамической погрешности, имеющих место в ближайшем аналоге изобретения. 4 ил., 1 табл.

Рисунки к патенту РФ 2509531

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531 способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531 способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531 способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

Предлагаемое изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки функционального состояния организма.

Известен способ бесконтактного измерения удельного электросопротивления [см. А.с .СССР № 1642410, МПК5 G01R 27/02, опубл. 1991 г., бюл. № 14], согласно которому измеряемый образец размещают на катушке индуктивности колебательного контура и измеряют изменение добротности контура, при этом индуктивность контура измеряют в диапазоне 135-155 МГц с помощью катушек Гельмгольца, а удельное электросопротивление образца определяют по формуле.

Данный способ обладает низкой точностью из-за изменения конструктивных параметров.

По способу измерения резистивной и емкостной составляющих комплексного сопротивления [см. Патент РФ № 2003123, МПК G01R 27/26, опубл. 1993 г., бюл. № 41-42] измеряемое сопротивление периодически подключают вначале к эталонному источнику напряжения на априорно заданное время t1, затем измеряемое сопротивление закорачивают, мгновенное значение падения напряжения U1 на сопротивлении измеряют в конце временного промежутка t1. Через априорно заданное время t2=t1 после закорачивания измеряют значение падения напряжения U2. Резистивную и емкостную составляющие вычисляют по формулам:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

Недостатком способа является низкая точность из-за существенного влияния на результаты измерения изменения режимов характеристик.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ определения составляющих импеданса биообъекта [см. А.с. СССР № 1397024, МПК А61B 5/05, опубл. 1988 г., бюл. № 19], заключающийся в том, что на биообъект подается через электроды импульс стабилизированного тока определенной полярности (например, положительной) и амплитудой I0. Вследствие емкостного характера реактивной составляющей импеданса биообъекта происходит переходной процесс нарастания напряжения на биообъекте, которое измеряется в фиксированные два момента времени t 1 и t2 после начала импульса тока, получая соответственно значения напряжения U1 и U2. Измерение в момент времени t2 производится, когда емкость тканей биообъекта заряжена полностью и переходной процесс закончился.

Величина стабилизированного тока I0 выбирается такой, чтобы за время действия импульса тока произошел полный заряд емкости тканей биообъекта. Тогда напряжение на биообъекте пропорционально величине активной составляющей импеданса биообъекта.

Активное сопротивление R биообъекта определяется по формуле (при параллельной схеме замещения биообъекта)

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

Эквивалентная емкость С тканей биообъекта вычисляется с помощью выражения

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

Недостатками прототипа являются: низкая точность из-за наличия динамической и методической погрешности и низкая оперативность, вызванные необходимостью ожидания установившегося режима ВАХ.

Технической задачей способа является повышение точности и оперативности измерения составляющих комплексного сопротивления биообъекта за счет устранения методической и динамической погрешности.

Данная техническая задача решается за счет того, что в способе определения составляющих импеданса биологического объекта, заключающемся в подаче на биообъект импульса стабилизированного тока, измерении напряжения на биообъекте в фиксированные два момента времени после начала импульса тока, в отличие от прототипа, дополнительно измеряют амплитуду стабилизированного тока I0, моменты времени фиксации напряжения представляют собой t1 и t2, причем t2=2t 1; а в качестве составляющих импеданса биообъекта определяют активное сопротивление R и эквивалентную емкость С тканей биообъекта, которые рассчитывают по следующим формулам:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

где E - установившееся значение потенциала с постоянной времени T, причем

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

где U1 и U2 - соответственно напряжение на биообъекте в моменты времени t 1 и t2;

при этом C=T/R.

Сущность предлагаемого способа поясняется на фиг.1÷4.

Для определения составляющих импеданса биологического объекта на тело пациента в месте измерения сопротивления накладывают измерительные электроды, прикладывают напряжение на измерительную ячейку, состоящую из последовательно включенных измеряемого комплексного и эталонного сопротивлений (фиг.1). После включения напряжения питания на биообъект подают через электроды импульс стабилизированного тока, измеряют его амплитуду I0 (фиг.2,б). В моменты времени t1 и t2, причем t2=2t 1, фиксируют (см. фиг.2,а) значения падений напряжения U1 и U2 соответственно на эталонном сопротивлении R0. По измеренным значениям напряжения и времени находят активное сопротивление и эквивалентную емкость тканей биообъекта через установившееся значение потенциала E с постоянной времени T.

Экспериментальная зависимость U(t)=U динамического процесса (фиг.2,а) от импульса стабилизированного тока (фиг.2,б) изменяется по экспоненциальному закону:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

Зависимость (1) связывает между собой измеряемое значение амплитуды U напряжения за время t исследования до установившегося значения Е потенциала с постоянной времени Т.

Параметры E и T однозначно определяют динамическую характеристику эксперимента по зависимости (1).

Регистрация параметров E и T организована по двум измеренным значениям амплитуды U1, U2 напряжения в два момента времени t1, t2 из системы уравнений по формуле (1) для первого и второго измерений:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

Выразим из уравнений системы t 1 и t2:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

и запишем отношение:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

Решение в явном виде получено при кратном отношении t2/t1=2 после приведения к общему знаменателю:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

Проэкспоненциируем данное уравнение и выразим параметр E:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

Для нахождения Т подставим выражение (3) в первое уравнение системы (2):

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

где U1 - напряжение на биообъекте в момент времени t1,

U2 - напряжение на биообъекте в момент времени t2.

С помощью параметров E и T определяют значение активного сопротивления:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

Это обусловлено значением тока:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

В начальный момент времени t=0, когда e=1:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

где начальный ток IH тождественен амплитуде стабилизированного тока I0.

Эквивалентная емкость тканей биообъекта в свою очередь определяется как:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

т.к. T=R·C.

Адекватность и эффективность предлагаемого способа представлены ниже.

1. Адекватность предлагаемого способа физике эксперимента доказывает математическое моделирование исследуемой Ui(t)ИДХ 1 относительно эквивалента 2 экспериментальной Uэ(t)ИДХ. По полученным значениям R и C определяется значение периода T (согласно формулы T=R·C), строятся исследуемая 1 и эквивалентная 2 ИДХ (фиг.3).

Затем проводится оценка адекватности полученных зависимостей по формуле определения относительной погрешности:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

ее оценка представлена на фиг.4.

При этом погрешность способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531 отклонения Ui(t) относительно Uэ (t) не превышает 1,5·10-13%.

2. Повышение точности за счет методической и динамической погрешности приведем на примере активного сопротивления:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

где RH=const - информативный параметр ИДХ сопротивления.

Эффективность по точности определяется нелинейностью способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531 сопротивления R относительно постоянного сопротивления RH предлагаемого способа

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

Как видно (фиг.2,в), сопротивление R=R(t) в прототипе нелинейно, изменяется по экспоненте относительно постоянного параметра RH предлагаемого способа, что обусловлено методической погрешностью.

3. Динамическая погрешность способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531 определяется нелинейностью способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531 :

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

т.е. способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531 и также растет по экспоненте (фиг.2,в) с увеличением времени t, в то время как мгновенное значение U ИДХ стремится по асимптоте к установившемуся потенциалу (фиг.2,а).

Следовательно, предлагаемый способ, в отличие от прототипа, устраняет и методическую, и динамическую погрешность.

4. Повышение оперативности предлагаемого способа оценивается эффективностью времени измерения t. В предлагаемом способе tспособ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531 T измерения не превышает постоянную времени, а для прототипа в 3-5 раз больше tn=(3-5)T для погрешности (5-1)% определения установившегося потенциала E.

Из эффективности, способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531 t=(3-5)T/T=(3-5) следует, что оперативность предлагаемого способа в 3-5 раз выше известных способов.

Значения погрешностей, возникающих в результате применения способа-прототипа и предлагаемого способа, приведены в таблице 1.

Таблица 1
РезультатыЭквивалент ПрототипПредлагаемый способ способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531 прот, %способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531 пр.сп, %
Е, мВ120114 1205 6,4·10-12
Т·10 -7, с42 21,14249,7 6,7·10-12
R, кОм34,332,6 34,35 6,5·10-12
С, пФ12365 12347,12,7·10 -13

Анализ таблицы 1 показывает, что точность предлагаемого метода на несколько порядков выше за счет учета динамической погрешности и устранения методической погрешности.

Таким образом, определение активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления согласно методике предлагаемого способа, в отличие от известных решений, повышает точность определения составляющих импеданса биологического объекта на несколько порядков за счет адекватности предлагаемого способа эксперименту при устранении методической и учете динамической погрешности.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ определения составляющих импеданса биообъекта, заключающийся в подаче на биообъект импульса стабилизированного тока, измерении напряжения на биообъекте в фиксированные два момента времени после начала импульса тока, отличающийся тем, что дополнительно измеряют амплитуду стабилизированного тока I0, моменты времени фиксации напряжения представляют собой t1 и t2, причем t2=2t1; а в качестве составляющих импеданса биообъекта определяют активное сопротивление R и эквивалентную емкость C тканей биообъекта, которые рассчитывают по следующим формулам:

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

где E - установившееся значение потенциала с постоянной времени T, причем

способ определения составляющих импеданса биообъекта, патент № 2509531

где U1 и U2 - соответственно напряжение на биообъекте в моменты времени t1 и t 2;

при этом C=T/R.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2509531

patent-2509531.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс A61B5/053 измерение электрической проводимости или сопротивления части тела

Патенты РФ в классе A61B5/053:
способ модифицированной индексной оценки резистентности твердых тканей зубов -  патент 2528645 (20.09.2014)
способ определения электродермальной активности кожи в режиме реального времени и устройство для его осуществления -  патент 2528075 (10.09.2014)
способ экспресс-оценки функционального состояния артериального сосудистого русла -  патент 2523680 (20.07.2014)
устройство для регистрации сигналов пульсовой волны и дыхательного цикла человека -  патент 2523133 (20.07.2014)
устройство для измерения электрических параметров участка тела человека -  патент 2522949 (20.07.2014)
датчик для измерения импеданса участка тела человека -  патент 2519955 (20.06.2014)
способ определения концентрации глюкозы в крови человека -  патент 2518134 (10.06.2014)
способ и устройство для наблюдения за работой автономной нервной системы пациента, находящегося под действием наркоза -  патент 2514350 (27.04.2014)
устройство для контроля анизотропии электрической проводимости биотканей -  патент 2504328 (20.01.2014)
способ диагностики отеков у беременных -  патент 2504327 (20.01.2014)


Наверх