Генератор для електроімпедансних вимірювань біологічних об’єктів

Генератор для електроімпедансних 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 інвер туючий 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 вхщ 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. Винахід належить до області діагностичного медичного приладобудування, зокрема до прила-' дів, що використовують електроімпедансні вимірювання, таких як електроімпедансні томографи і термографи. Відомо, що для електроімпедансних вимірювань використовують складені електроди, що складаються з активного електрода у вигляд; зовнішнього кільця та вимірювального внутрішнього електрода. До активного електрода вмикається генератор струму, а напруга вимірюється на вимірювальному електроді [див. J. Resell and oth Skin Impedance From 1 Hz to 1 MGz. IEEE Trans. B'omed. Eng., Vol.35, pp.649-651J. Це дозволяє виключити вплив імпедансу шкіри на вимірювання імпедансних характеристик підшкірних тканин. Однак прецизійні генератори струму складні у виготовленні та експлуатації. Відомий генератор |див. Q. Zhu and oth. An Adaptive Current Tomograf Using Voltage sources. IEEE Trans. Biomed. Eng., Vol 40, pp. 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 електроімпедансних 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 електррда Це дозволяє окремо вимірювати як імпеданс біотканини, так і імпеданс шкіри. Поставлена задача досягається тим, що в генераторі для електроімпедансних 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 вимірювань t со 34541 ну напругу, і входом генератора, на який подають керуючу напругу, що дозволяє окремо вимірювати імпеданс шкіри і підшкірної біотканини На фіг. зображено схему іенератора, що пропонується Генератор містить вхідний підсилювач 1, підсилювач вимірювача струму електрода 2, підсилювач зворотного зв'язку 3, 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.З". Інвертуючий вхід підсилювача З приєднано до його виходу і до першого виходу генератора, а неінвертуючий вхід ввімкнено до вимірювального електрода 5 Керуюча напруга і) і подається через резистор 6 на неінвертуючий вхід вхідного підсилювача 1, а на інвертуючий його вхід через резистор 9 надходить напруга зворотного зв'язку Ife з виходу підсилювача зворотного зв'язку 3 Різниця цих напруг підсилюється вхідним підсилювачем 1. і підсилена напруга Ifo 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 U 3 Ця напруга ділиться між опором шкіри 11 і опором біотканини 12 Оскільки вхідний опір підсилювача зворотного зв'язку 3 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 ІЬ практично дорівнює напрузі, прикладеної до біотканини. Можна показати, що якщо R1 - R4 і R2 = R3 , rR, U, Якщо R i » p 2 , напруга ІЬ 5 Ui Отже, маємо можливість встановлювати напругу безпосередньо на підшкірній біотканині. Струм, що протікає через активний електрод, а отже через досліджувану біоткаиину, знаходимо як ,_ де Ro - еталонний опір, U* і ІЬ - напруги, що вимірюються на третьому та другому виходах генератора відповідно Знаючи струм, можна вирахувати опір біотканини а також і опір шкіри де ІІ2 • напруга, що вимірюється на першому виході генератора. Таким чином, для визначення окремо опорів шкіри і підшкірної біотканини треба виміряти напруги U2, ІЬ і U4. Ці напруги легко вимірюються на низькоомних виходах генератора. 34541 ФІГ.1 Тираж 50 екэ. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул. Гагаріма. 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03