[go: up one dir, main page]

RU2570071C2 - Bioengineering system for bioimpedance control - Google Patents

Bioengineering system for bioimpedance control Download PDF

Info

Publication number
RU2570071C2
RU2570071C2 RU2013150819/14A RU2013150819A RU2570071C2 RU 2570071 C2 RU2570071 C2 RU 2570071C2 RU 2013150819/14 A RU2013150819/14 A RU 2013150819/14A RU 2013150819 A RU2013150819 A RU 2013150819A RU 2570071 C2 RU2570071 C2 RU 2570071C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
electrode
mobile unit
electronic module
button
Prior art date
Application number
RU2013150819/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013150819A (en
Inventor
Авад Али Абдо Мохамед
Николай Алексеевич Кореневский
Сергей Алексеевич Филист
Ольга Владимировна Шаталова
Андрей Сергеевич Богданов
Кабус Дерхим Али Кассим
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Priority to RU2013150819/14A priority Critical patent/RU2570071C2/en
Publication of RU2013150819A publication Critical patent/RU2013150819A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2570071C2 publication Critical patent/RU2570071C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to medical equipment. A bioengineering system for bioimpedance control consists of a computer and a mobile unit comprising active and passive electrodes and their current leads, an electronic module, a power supply battery and a wireless interface connected to an output of the electronic module and connecting the mobile unit and computer through a radio channel. A mobile unit body is configured as a hollow cylinder covered from one side with a cone-shaped cap, and on the other side - with a cylindrical lid. The body integrates the electronic module and a membrane mounted perpendicularly with a long axis of the cylindrical body, in the middle of which there is one end of an active electrode rod attached. The other end of the active electrode is integrated into an axial hole of the cone-shaped cap. An outer surface of the body bears a passive electrode representing a current-conducting ring, a button, the above wireless interface and power supply battery, a common wire of which is connected to the passive electrode and a first output of the button.
EFFECT: using the invention is expected to improve accuracy and operational efficiency of bioimpedance studies by enabling the patient to read out the information from the skin surface by him-/herself and thereby control a pressure force of the electrode, as well as by ensuring real-time bioimpedance data transmission into telecommunication networks.
2 cl, 1 tbl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для измерения комплексного электрического сопротивления биотканей и биожидкостей, а также может использоваться в электропунктурной диагностике.The invention relates to medical equipment and is intended to measure the integrated electrical resistance of biological tissues and biofluids, and can also be used in electropuncture diagnostics.

Известно устройство для контроля биоимпеданса, включающее в себя электрод, содержащий корпус с конусообразным токопроводящим наконечником, и насадку со сквозным осевым отверстием, причем насадка может быть закреплена на наконечнике [Авторское свидетельство СССР №680740, кл. A61N 1/04, 1975].A device for monitoring bioimpedance, including an electrode comprising a housing with a conical conductive tip, and a nozzle with a through axial hole, and the nozzle can be mounted on the tip [USSR Author's Certificate No. 680740, class. A61N 1/04, 1975].

Недостатком известного электрода является то, что он конструктивно выполнен как неподвижная система. Вследствие этого в величину давления электрода на кожу вносится влияние субъективного фактора, определяемого опытом и способностями оператора.A disadvantage of the known electrode is that it is structurally designed as a fixed system. As a result, the influence of a subjective factor determined by the experience and abilities of the operator is introduced into the pressure of the electrode on the skin.

Известно другое устройство, содержащее активный и пассивный электроды, токопроводы указанных электродов, пружину и корпус активного электрода, электронный прибор и корпус электронного прибора, причем активный электрод выполнен в виде подпружиненного стержня, размещенного в осевом канале корпуса из изоляционного материала, токоподвод активного электрода соединен с пружиной, которая в свою очередь соединена со стержнем активного электрода [Авторское свидетельство СССР №1635995, кл. A61H 39/00, 1991].Another device is known that contains active and passive electrodes, current leads of these electrodes, a spring and an active electrode body, an electronic device and an electronic device body, the active electrode being a spring-loaded rod placed in the axial channel of the housing made of insulating material, the current lead of the active electrode is connected to a spring, which in turn is connected to the rod of the active electrode [USSR Author's Certificate No. 1635995, class. A61H 39/00, 1991].

Основными недостатками известного устройства является большой разброс величины давления активного электрода на кожу пациента, например, при проведении измерений электропроводности кожи или сопротивления кожи электрическому току в точках акупунктуры, а также недостаточная точность и воспроизводимость результатов измерений.The main disadvantages of the known device is the wide variation in the pressure of the active electrode on the patient’s skin, for example, when measuring skin electrical conductivity or skin resistance to electric current at acupuncture points, as well as insufficient accuracy and reproducibility of the measurement results.

Наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для электропунктурной диагностики, которое содержит активный и пассивный электроды, их токопроводы, корпус активного электрода, электронный прибор и корпус электронного прибора, активный электрод которого выполнен в виде подпружиненного стержня, причем пружина одним концом электрически соединена со стержнем, а другим - с токопроводом активного электрода. Активный электрод перемещается в осевом канале корпуса, имеющего ограничения перемещения и выполненного из изоляционного материала. В устройство введены также держатель активного электрода, чашка для размещения капиллярного электрода, капиллярный электрод, кольцевой магнит и геркон. Корпус активного электрода выполнен совмещенным с корпусом электронного прибора через влагонепроницаемую стенку, на которой жестко и герметично размещен геркон со своими электрическими выводами, причем пружина концентрически охватывает геркон. Устройство предназначено для электропунктурной диагностики в методах, использующих при обследовании точек акупунктуры измерение электропроводности (токов) или сопротивления кожных покровов электрическому току [Патент на изобретение Российской Федерации №2086176. МПК6 A61B 5/05, A61H 39/00, A61N 1/04. Устройство для электропунктурной диагностики. Опубликовано: 10.08.1997].Closest to the technical nature of the proposed device is a device for electropuncture diagnostics, which contains an active and passive electrodes, their conductors, an active electrode housing, an electronic device and an electronic device housing, the active electrode of which is made in the form of a spring-loaded rod, the spring being electrically connected at one end with the rod, and the other with the active electrode conductor. The active electrode moves in the axial channel of the housing, which has travel restrictions and is made of insulating material. An active electrode holder, a cup for accommodating a capillary electrode, a capillary electrode, a ring magnet and a reed switch are also introduced into the device. The housing of the active electrode is made combined with the housing of the electronic device through a moisture-proof wall on which the reed switch is rigidly and hermetically placed with its electrical leads, and the spring concentrically covers the reed switch. The device is intended for electropunctural diagnostics in methods that use acupuncture points to measure electrical conductivity (currents) or skin resistance to electric current [Patent for the invention of the Russian Federation No. 2086176. IPC 6 A61B 5/05, A61H 39/00, A61N 1/04. Device for electropuncture diagnostics. Published: 08/10/1997].

Основным недостатком известного устройства является отсутствие телекоммуникационной связи, что снижает оперативность и точность биоимпедансных исследований.The main disadvantage of the known device is the lack of telecommunication, which reduces the efficiency and accuracy of bio-impedance studies.

Вторым недостатком прототипа является необходимость подключения пассивного электрода, что затрудняет использование этого устройства в режиме самообследования, когда сбором данных занимается пациент без участия оператора. Режим самообследования при биоимпедансных исследованиях позволяет не только вести диагностику без участия врача, но и значительно повысить точность биоимпедансных измерений за счет того, что пациент сам может объективно оценить силу давления электрода на свое тело и тем самым значительно снизить погрешности измерений, связанные с варьированием давления электрода на поверхность кожи.The second disadvantage of the prototype is the need to connect a passive electrode, which makes it difficult to use this device in a self-examination mode, when the patient is collecting data without the operator. The self-examination mode in bio-impedance studies allows not only to diagnose without the participation of a doctor, but also to significantly increase the accuracy of bio-impedance measurements due to the fact that the patient himself can objectively evaluate the pressure force of the electrode on his body and thereby significantly reduce measurement errors associated with varying electrode pressure to the surface of the skin.

Третьим недостатком прототипа является отсутствие режима многочастотной биоимпедансометрии, что существенно снижает информативность биоимпедансных исследований.The third disadvantage of the prototype is the lack of multi-frequency bio-impedancemetry, which significantly reduces the information content of bio-impedance studies.

Технической задачей изобретения является повышение точности и оперативности биоимпедансных исследований, что осуществляется за счет возможности пациента самостоятельно снимать информацию с поверхности кожи и тем самым контролировать силу давления электрода, а также за счет передачи данных биоимпедансных исследований в телекоммуникационные сети в реальном времени.An object of the invention is to increase the accuracy and efficiency of bio-impedance studies, which is due to the patient’s ability to independently remove information from the skin surface and thereby control the pressure force of the electrode, as well as by transmitting bio-impedance research data to telecommunication networks in real time.

Поставленная задача решается посредством того, что в биотехническую систему, состоящую из ЭВМ и мобильного блока, последний дополнительно снабжен беспроводным интерфейсом, осуществляющим через радиоканал связь мобильного блока с ЭВМ. Мобильный блок содержит активный и пассивный электроды и их токоподводы, электронный модуль, беспроводный интерфейс и аккумуляторный блок питания, при этом корпус мобильного блока выполнен в виде полого цилиндра, закрытого с одной стороны конусообразным колпачком, а с другой стороны - цилиндрической крышкой, внутри которого расположены мембрана, закрепленная перпендикулярно продольной оси цилиндрического корпуса, в центре которой закреплен один из концов стержня активного электрода, при этом другой его конец установлен в осевое отверстие конусообразного колпачка, и электронный модуль. На наружной поверхности корпуса установлены пассивный электрод, выполненный в виде токопроводящего кольца, кнопка, беспроводный интерфейс и аккумуляторный блок питания, общий провод которого подключен к пассивному электроду и первому выводу кнопки.The problem is solved by the fact that in a biotechnological system consisting of a computer and a mobile unit, the latter is additionally equipped with a wireless interface that communicates through the radio channel the communication of the mobile unit with the computer. The mobile unit contains active and passive electrodes and their current leads, an electronic module, a wireless interface and a battery power supply, while the housing of the mobile unit is made in the form of a hollow cylinder, closed on one side with a cone-shaped cap, and on the other hand, with a cylindrical cap inside which are located a membrane fixed perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical body, in the center of which is fixed one of the ends of the rod of the active electrode, while the other end is mounted in an axial hole The term cone-shaped cap, and an electronic module. On the outer surface of the housing there is a passive electrode made in the form of a conductive ring, a button, a wireless interface and a battery pack, the common wire of which is connected to the passive electrode and the first output of the button.

Электронный модуль мобильного блока, содержащий усилитель, подключенный к активному электроду, последовательно соединенные резистор, первый вывод которого подключен к активному электроду, второй усилитель, микроконтроллер, второй аналоговый вход которого соединен с выходом первого усилителя, второй его цифровой порт соединен со вторым выводом кнопки, а третий цифровой порт - с беспроводным интерфейсом, цифроаналоговый преобразователь и третий усилитель, выход которого подключен ко второму выводу резистора.An electronic module of a mobile unit containing an amplifier connected to an active electrode, a resistor connected in series, the first output of which is connected to the active electrode, a second amplifier, a microcontroller, the second analog input of which is connected to the output of the first amplifier, its second digital port is connected to the second output of the button, and the third digital port - with a wireless interface, a digital-to-analog converter and a third amplifier, the output of which is connected to the second output of the resistor.

На фиг. 1 изображена структурная схема биотехнической системы.In FIG. 1 shows a structural diagram of a biotechnological system.

На фиг. 2 представлен чертеж мобильного блока биотехнической системы.In FIG. 2 is a drawing of a mobile unit of a biotechnological system.

На фиг. 3 показана схема алгоритма локальной программы (в качестве примера выбрана локальная программа А).In FIG. 3 shows a diagram of a local program algorithm (local program A is selected as an example).

На фиг. 4 показана схема расположения биоактивных точек на меридиане желудка, используемая глобальной программой диагностики риска желудочно-кишечных заболеваний для организации диалога с пациентом.In FIG. Figure 4 shows the arrangement of bioactive points on the stomach meridian used by the global program for diagnosing the risk of gastrointestinal diseases to organize a dialogue with the patient.

На фиг.5 показана схема алгоритма работы глобальной программы диагностики риска заболеваний желудочно-кишечного тракта.Figure 5 shows a diagram of the algorithm of the global program for diagnosing the risk of diseases of the gastrointestinal tract.

Биотехническая система (фиг. 1) включает мобильный модуль 1 и ЭВМ 2, соединенные посредством радиоканала.Biotechnical system (Fig. 1) includes a mobile module 1 and a computer 2, connected via a radio channel.

Мобильный модуль (фиг. 2) стоит из корпуса 3, выполненного в виде полого цилиндра, закрытого с одной стороны конусообразным колпачком 4, а с другой - крышкой 5. Внутри корпуса располагаются активный электрод 6, мембрана 7, позволяющая совместно с конусообразным колпачком 4 активному электроду 6 перемещаться в продольном направлении, и электронный модуль 8. На поверхности корпуса 3 размещены кнопка 9, пассивный электрод 10, выполненный в виде металлизированного кольца, беспроводный интерфейс 11 и блок питания 12, выводы которого подключены к соответствующим входам питания микросхем электронного блока и беспроводного интерфейса, а общий провод, кроме того, подключен к пассивному электроду 10 и первому выводу кнопки 9.The mobile module (Fig. 2) stands out of the housing 3, made in the form of a hollow cylinder, closed on one side with a conical cap 4, and on the other with a cover 5. Inside the housing there is an active electrode 6, a membrane 7, which allows the active electrode together with the conical cap 4 the electrode 6 is moved in the longitudinal direction, and the electronic module 8. On the surface of the housing 3 there is a button 9, a passive electrode 10 made in the form of a metallized ring, a wireless interface 11 and a power supply 12, the terminals of which are connected to to the input power inputs of the microchips of the electronic unit and the wireless interface, and the common wire, in addition, is connected to the passive electrode 10 and the first output of the button 9.

Электронный модуль (фиг.1) содержит последовательно соединенные резистор 13, первый вывод которого подключен к активному электроду 6, усилитель 14, микроконтроллер 15, второй цифровой порт которого соединен со вторым выводом кнопки 9, а третий цифровой порт - с беспроводным интерфейсом 11, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 16 и усилитель 17, выход которого подключен ко второму выводу резистора 13, усилитель 18, вход которого соединен с активным электродом 6, а выход - со вторым аналоговым входом микроконтроллера 15.The electronic module (Fig. 1) contains a resistor 13 connected in series, the first output of which is connected to the active electrode 6, an amplifier 14, a microcontroller 15, the second digital port of which is connected to the second output of the button 9, and the third digital port - with a wireless interface 11, digital-to-analog a converter (DAC) 16 and an amplifier 17, the output of which is connected to the second output of the resistor 13, an amplifier 18, the input of which is connected to the active electrode 6, and the output to the second analog input of the microcontroller 15.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Для работы устройство в ЭВМ 2 должна быть загружена программа глобального исследования. Программа глобального исследования подбирает (предлагает) врача-специалиста из библиотеки стандартных программ глобальных исследований или свою авторскую программу. Посредством ЭВМ 2 через беспроводный интерфейс 11 в микроконтроллер 15 осуществляется загрузка локальной программы биоимпедансных исследований. Локальная программа устанавливает протокол воздействия на биообъект зондирующим током, а также определяет формат данных для передачи их в ЭВМ 2. После того как завершена загрузка локальной программы дальнейшее управление процессом исследования осуществляется под управлением глобальной программы, которая реализует взаимодействие между пациентом и ЭВМ 2 через монитор или звуковую карту и динамики, входящие в комплект ЭВМ 2.For the device to work in computer 2, a global research program must be loaded. The global research program selects (offers) a medical specialist from the library of standard global research programs or his own program. Using a computer 2 through a wireless interface 11 in the microcontroller 15 is the loading of a local program of bio-impedance studies. The local program establishes a protocol for influencing a biological object with a probing current, and also determines the data format for transferring them to computer 2. After the local program is completed, further research process is controlled by a global program that implements the interaction between the patient and computer 2 through a monitor or sound card and speakers included in the computer kit 2.

После того как на экране монитора появилась команда «начало исследования», пациент берет мобильный блок 1 в правую руку таким образом, чтобы подушечки большого, указательного и среднего пальцев правой руки легли на кольцо электрода 10, и нажатием указательным пальцем правой руки кнопки 9 подтверждает ЭВМ 2 свою готовность к проведению исследований. При получении ЭВМ 2 сигнала готовности, она выдает на монитор координаты анатомической области, в которую необходимо установить активный электрод 6. При необходимости (в зависимости от реализации глобальной программы исследования) на экране монитора может появиться топологическая картина, позволяющая пациенту ориентироваться в анатомических особенностях дислокации заданной координаты поверхности тела. После выполнения этой команды пациент нажимает кнопку 9 подтверждения выполнения команды, и ЭВМ 2 через беспроводный интерфейс 11 приступает к обмену информацией с микроконтроллером 15, осуществляющим выполнение локальной программы, соответствующей команде пациенту, заданной глобальной программой.After the command “start of research” appeared on the screen of the monitor, the patient takes the mobile unit 1 in the right hand so that the pads of the thumb, index and middle fingers of the right hand rest on the ring of the electrode 10, and pressing the button 9 with the index finger of the right hand confirms the computer 2 their willingness to conduct research. Upon receipt of the computer 2 readiness signal, it gives to the monitor the coordinates of the anatomical region into which the active electrode 6 needs to be installed. If necessary (depending on the implementation of the global research program) a topological picture may appear on the monitor screen, allowing the patient to navigate the anatomical features of the dislocation given body surface coordinates. After executing this command, the patient presses the button 9 to confirm the execution of the command, and the computer 2 through the wireless interface 11 proceeds to exchange information with the microcontroller 15, which executes the local program corresponding to the patient’s command specified by the global program.

В задачу локальной программы входит установка зондирующего тока в биообъекте и считывание отсчетов напряжения на входе и на выходе делителя, образованного токовым резистором 13 и биообъектом, включенным в делитель через электроды 6 и 10.The task of the local program is to set the probing current in the bioobject and read the voltage samples at the input and output of the divider formed by the current resistor 13 and the bioobject included in the divider through electrodes 6 and 10.

Установка зондирующего тока выполняется микроконтроллером 15 посредством выдачи на вход ЦАП 16 кодов отсчетов напряжения зондирования. После усиления усилителем 17 это напряжение поступает на вход масштабирующего усилителя 14 и второй вывод резистора 13. С первого вывода резистора 13 зондирующее напряжение поступает на активный электрод 6 и на вход масштабирующего усилителя 18.The installation of the probing current is performed by the microcontroller 15 by issuing at the input of the DAC 16 codes of samples of the voltage sensing. After amplification by the amplifier 17, this voltage is supplied to the input of the scaling amplifier 14 and the second output of the resistor 13. From the first output of the resistor 13, a probing voltage is supplied to the active electrode 6 and to the input of the scaling amplifier 18.

Напряжения с выходов усилителей 14 и 18 поступают на соответствующие входы АЦП микроконтроллера 15. Напряжения с этих выходов дискретизируются с частотой дискретизации, задаваемой локальной программой, и обрабатываются согласно алгоритмам, реализуемым локальной программой.The voltages from the outputs of the amplifiers 14 and 18 are supplied to the corresponding inputs of the ADC of the microcontroller 15. The voltages from these outputs are sampled at the sampling frequency specified by the local program and processed according to the algorithms implemented by the local program.

После завершения отработки локальной программой команды, заданной глобальной программой, микроконтроллер 15 через беспроводный интерфейс 11 передает сообщение об этом ЭВМ 2, которая выходит на диалог с пациентом и передает ему очередную команду.After the local program completes the processing of the command specified by the global program, the microcontroller 15 sends a message about this to the computer 2 through the wireless interface 11, which goes into dialogue with the patient and gives him the next command.

На фиг.3 представлен алгоритм выполнения локальной программы. Локальная программа выполняет, как правило, одну и ту же процедуру столько раз, сколько этого «попросит» глобальная программа. Выполняемая процедура осуществляет измерение биоимпеденса в точке на поверхности кожи, заданной глобальной программой.Figure 3 presents the execution algorithm of the local program. As a rule, a local program performs the same procedure as many times as the global program “asks” it. The performed procedure measures bio-impedance at a point on the skin surface defined by the global program.

Загрузка локальной программы А в программную память микроконтроллера 15 осуществляется в блоке 19. После выполнения загрузки осуществляется запуск программы А, выполнение которой начинается с ожидания команды начала биоимпедансных измерений от ЭВМ 2. Характер биоимпедансных измерений зависит от программы А, в частности это могут быть довольно сложные биоимпедансные исследования, направленные на изучение дисперсионных свойств биоткани. Схема алгоритма, представленная на фиг.3, иллюстрирует биоимпедансные исследования, заключающиеся в определении действительной и мнимой составляющей биоимпеданса в выбранной точке на поверхности тела на фиксированной частоте и амплитуде зондирующего тока, которая задается локальной программой А.The loading of the local program A into the program memory of the microcontroller 15 is carried out in block 19. After the download is completed, program A is launched, the execution of which starts with waiting for the command to start bio-impedance measurements from the computer 2. The nature of the bio-impedance measurements depends on program A, in particular it can be quite complex bioimpedance studies aimed at studying the dispersion properties of biological tissue. The algorithm diagram presented in Fig. 3 illustrates bio-impedance studies, which consist in determining the real and imaginary components of bio-impedance at a selected point on the surface of the body at a fixed frequency and amplitude of the probing current, which is set by the local program A.

В блоке 19 осуществляется вычисление отсчетов синусоиды на периоде зондирующего тока. В программе А предусмотрено вычисление 100 отсчетов, которые записываются в память данных микроконтроллера 15. После вычисления отсчетов синусоиды зондирующего тока осуществляется установка таймера для цифроаналогового преобразователя 16. Таймер осуществляет управление вывода из регистров микроконтроллера 15 отсчетов синусоиды зондирующего тока на вход цифроаналогового преобразователя 16.In block 19, the calculation of the samples of the sinusoid on the period of the probing current. Program A provides for the calculation of 100 samples, which are recorded in the data memory of the microcontroller 15. After calculating the samples of the sine wave of the probing current, a timer for the digital-to-analog converter 16 is set. The timer controls the output from the registers of the microcontroller 15 of the samples of the sinusoid of the probing current to the input of the digital-to-analog converter 16.

В блоке 20 локальная программа ожидает команды от ЭВМ 2, подтверждающей, что глобальная программа подала команду пациенту на установку активного электрода 6 на заданную анатомическую точку на поверхности его тела.In block 20, the local program expects a command from the computer 2, confirming that the global program has instructed the patient to install the active electrode 6 at a given anatomical point on the surface of his body.

В блоке 21 локальная программа А ожидает нажатие пациентом кнопки 9, подтверждающее, что пациент выполнил предписание глобальной программы по установке активного электрода 6 в заданную анатомическую область.In block 21, the local program A expects the patient to press button 9, confirming that the patient has completed the prescription of the global program for installing the active electrode 6 in a given anatomical region.

Блоком 28 задается цикл измерения биоимпеданса в заданной анатомической области. Измерения осуществляются в течение десяти циклов частоты зондирующего тока. Процесс измерения построен таким образом, что после пяти циклов вывода отсчетов зондирующего напряжения на цифроаналоговый преобразователь 16 выполняется один цикл ввода отсчетов выходных напряжений в микроконтроллер 15. В итоге за один период зондирующего тока выполняется двадцать циклов считывания отсчетов выходного напряжения на электроде 6. Отсчеты зондирующего напряжения uk формируются в блоке 26. Управление последовательностью этих отсчетов осуществляет таймер 25, который и задает частоту зондирующего напряжения. После пяти циклов вывода отсчетов зондирующего напряжения на цифроаналоговый преобразователь 16 осуществляется считывание информации с выходов усилителей 14 и 18 (блок 27). Таким образом, формируется два массива по 200 отсчетов напряжений u 1

Figure 00000001
и u 2
Figure 00000002
, где = 1,200 ¯
Figure 00000003
.Block 28 sets the cycle of measuring bioimpedance in a given anatomical region. Measurements are carried out over ten cycles of the probe current frequency. The measurement process is structured in such a way that after five cycles of outputting the samples of the probe voltage to the digital-to-analog converter 16, one cycle of input of the samples of the output voltages to the microcontroller 15 is executed. As a result, twenty cycles of reading the samples of the output voltage at the electrode 6 are performed for one period of the probing current. u k are formed in block 26. The sequence of these samples is controlled by a timer 25, which sets the frequency of the probing voltage. After five cycles of outputting samples of the probe voltage to the digital-to-analog converter 16, information is read from the outputs of amplifiers 14 and 18 (block 27). Thus, two arrays of 200 voltage samples are formed. u one
Figure 00000001
and u 2
Figure 00000002
where = 1,200 ¯
Figure 00000003
.

В блоках 28…34 вычисляются амплитуды действительной URE и мнимой UIM составляющих напряжения на электроде 6:In blocks 28 ... 34, the amplitudes of the real URE and imaginary UIM of the voltage components on the electrode 6 are calculated:

U R E = 1 180 = 21 200 u 2 u 1

Figure 00000004
; U R E = one 180 = 21 200 u 2 u one
Figure 00000004
;

U I M = 1 180 = 21 200 u 2 u 1 5

Figure 00000005
. U I M = one 180 = 21 200 u 2 u one - 5
Figure 00000005
.

В качестве опорного напряжения используются отсчеты u 1

Figure 00000001
напряжения на выходе усилителя 14. В качестве квадратурной составляющей опорного напряжения используют смещенные на пять отсчетов (четверть периода) отсчеты u 1
Figure 00000001
опорного напряжения, снимаемого с выхода усилителя 14. Отсчеты первого периода не используются при вычислении, то есть при вычислении используются 180 последних отсчетов напряжений u 2
Figure 00000002
на выходе усилителя 18.As a reference voltage, samples are used u one
Figure 00000001
voltage at the output of amplifier 14. As a quadrature component of the reference voltage, offset samples are used by five samples (a quarter of a period) u one
Figure 00000001
reference voltage taken from the output of the amplifier 14. The samples of the first period are not used in the calculation, that is, the last 180 voltage samples are used in the calculation u 2
Figure 00000002
at the output of the amplifier 18.

Активное ZRE и реактивное ZIM сопротивления биообъекта определяются в блоке 36. В блоке 35 определяется средний ток IR1 через резистор R1 (использовался номинал 20 кОм):Active ZRE and reactive ZIM of the biological object resistance are determined in block 36. In block 35, the average current IR1 is determined through resistor R1 (a nominal value of 20 kOhm was used):

I R 1 = 1 180 R 1 = 21 200 ( u 1 u 2 )

Figure 00000006
. I R one = one 180 R one = 21 200 ( u one - u 2 )
Figure 00000006
.

Активное сопротивление биообъекта вычисляется какActive resistance of a bioobject is calculated as

Z R E = U R E I R 1

Figure 00000007
, Z R E = U R E I R one
Figure 00000007
,

Z I M = U I M I R 1

Figure 00000008
. Z I M = U I M I R one
Figure 00000008
.

После вычисления действительной и мнимой составляющих биоимпеданса микроконтроллер 15 через беспроводный интерфейс 11 осуществляет ввод их значений в ЭВМ 2 (блок 37) и подтверждает это событие сообщением «команда выполнена» (блок 38). После этого проверяется условие завершения выполнений программ А (блок 39). Если все измерения, предусмотренные программой А, выполнены, то микроконтроллер 15 выходит на завершение выполнения программы А. В противном случае осуществляется переход на блок 20, предусматривающий диалог с ЭВМ 2.After calculating the real and imaginary components of the bioimpedance, the microcontroller 15 through the wireless interface 11 enters their values into the computer 2 (block 37) and confirms this event with the message "command completed" (block 38). After that, the condition for completing the execution of programs A is checked (block 39). If all the measurements provided by program A are made, then the microcontroller 15 goes to the completion of program A. Otherwise, a transition to block 20 is carried out, providing for dialogue with computer 2.

Работу глобальной программы проиллюстрируем на задаче прогнозирования заболеваний желудочно-кишечного тракта [Кореневский Н.А., Крупчатников Р.А., Серегин С.П. Теоретические основы биофизики акупунктуры с приложением в биологии, медицине и экологии на основе нечетких моделей. Курск: ОАО «ИПП «Курск», 2010. 521 с.].We illustrate the work of the global program on the task of predicting diseases of the gastrointestinal tract [Korenevsky N.A., Krupchatnikov R.A., Seregin S.P. Theoretical foundations of the biophysics of acupuncture with applications in biology, medicine and ecology based on fuzzy models. Kursk: OJSC IPP Kursk, 2010. 521 p.].

Прогнозирование этих заболеваний ведем на основе анализа активного сопротивления в четырех биоактивных точках: Е19, Е21, Е25 и Е36.Prediction of these diseases is based on the analysis of active resistance in four bioactive points: E19, E21, E25 and E36.

Схема расположение выбранных для прогнозирования заболеваний желудка точек приведена на фиг. 4.The layout of the points selected for predicting gastric diseases is shown in FIG. four.

Для принятия решения используется процедура анализа коэффициента уверенности К У ω R

Figure 00000009
в риске заболеваний данного класса, которая представлена следующим решающим правилом продукционного типа:To make a decision, a confidence coefficient analysis procedure is used. TO At ω R
Figure 00000009
at risk of diseases of this class, which is represented by the following decisive rule of the production type:

ЕСЛИ К У ω R

Figure 00000009
>0,65, ТО «Высокий риск»,IF TO At ω R
Figure 00000009
> 0.65, TO "High risk",

ИНАЧЕELSE

ЕСЛИ К У ω R

Figure 00000009
>0,35, ТО «Средний риск»,IF TO At ω R
Figure 00000009
> 0.35, TO “Medium Risk”,

ИНАЧЕ «Нет риска». (1)ELSE "No risk." (one)

Коэффициент уверенности К У ω R

Figure 00000009
определяется также согласно продукционному правилу:Confidence coefficient TO At ω R
Figure 00000009
also determined according to the production rule:

ЕСЛИ { [ ( R E 19 > 200 кОм) И ( R E 21 > 200 кОм) И ( R E 25 > 200 кОм) ]

Figure 00000010
IF { [ ( R E 19 > 200 kOhm) AND ( R E 21 > 200 kOhm) AND ( R E 25 > 200 kOhm) ]
Figure 00000010

ИЛИ [ ( R E 19 < 80 кОм) И ( R E 21 < 80 кОм) И ( R E 25 < 80 кОм) ]

Figure 00000011
}, ТО OR [ ( R E 19 < 80 kOhm) AND ( R E 21 < 80 kOhm) AND ( R E 25 < 80 kOhm) ]
Figure 00000011
}, THEN

{ К У ω R

Figure 00000009
= k К У ¯ ¯ k ω R
Figure 00000012
}{ TO At ω R
Figure 00000009
= k TO At ¯ ¯ k ω R
Figure 00000012
}

ИНАЧЕ К У ω R

Figure 00000009
=0. (2)ELSE TO At ω R
Figure 00000009
= 0. (2)

Величина k К У ¯ ¯ k ω R

Figure 00000012
определяется путем нечеткой операции алгебраического сложения частных коэффициентов уверенности К У ¯ ¯ k ω R
Figure 00000013
:
Figure 00000014
k К У ¯ ¯ k ω R
Figure 00000012
= К У ω R ( k 1 ) + К У ¯ ¯ k ω R ( 1 К У ω R ( k 1 ) )
Figure 00000015
, (3)Value k TO At ¯ ¯ k ω R
Figure 00000012
determined by the fuzzy operation of algebraic addition of partial confidence coefficients TO At ¯ ¯ k ω R
Figure 00000013
:
Figure 00000014
k TO At ¯ ¯ k ω R
Figure 00000012
= TO At ω R ( k - one ) + TO At ¯ ¯ k ω R ( one - TO At ω R ( k - one ) )
Figure 00000015
, (3)

К У ω R ( k ) = i = 1 k К У ¯ ¯ i ω R

Figure 00000016
; k = 1,4 ¯
Figure 00000017
; TO At ω R ( k ) = i = one k TO At ¯ ¯ i ω R
Figure 00000016
; k = 1.4 ¯
Figure 00000017
;

К У ω К ( 1 ) = К У ¯ ¯ 1 ω R

Figure 00000018
, TO At ω TO ( one ) = TO At ¯ ¯ one ω R
Figure 00000018
,

Figure 00000014
К У ω К ( k ) = 0 п р и k < 1
Figure 00000019
.
Figure 00000014
TO At ω TO ( k ) = 0 P R and k < one
Figure 00000019
.

Частные коэффициенты уверенности определяются для каждой биологически активной точки в зависимости от значения активного сопротивления в ней по таблице 1. Сопротивления в биологически активных точках обозначены R E 19 , R E 21 , R E 25 , R E 36

Figure 00000020
.Partial confidence coefficients are determined for each biologically active point, depending on the value of active resistance in it according to table 1. Resistance in biologically active points are indicated R E 19 , R E 21 , R E 25 , R E 36
Figure 00000020
.

Таблица 1Table 1

Частные коэффициенты уверенности для прогнозирования заболеваний желудкаPrivate confidence factors for predicting gastric diseases

КлассClass БАТBAT Диапазоны сопротивлений, кОмResistance ranges, kOhm >500> 500 400...
500
400 ...
500
300...
399
300 ...
399
200...
299
200 ...
299
100...
199
one hundred...
199
90...
99
90 ...
99
80...
89
80 ...
89
70...
79
70 ...
79
60...
69
60 ...
69
50...
59
fifty...
59
<50<50
ωω Е19E19 0,60.6 0,50.5 0,350.35 0,20.2 00 00 0,20.2 0,30.3 0,450.45 0,550.55 0,60.6 Е21E21 0,650.65 0,60.6 0,50.5 0,250.25 00 00 0,20.2 0,350.35 0,50.5 0,60.6 0,650.65 Е25E25 0,650.65 0,60.6 0,50.5 0,250.25 00 00 0,250.25 0,50.5 0,60.6 0,650.65 0,70.7 Е36E36 0,70.7 0,60.6 0,450.45 0,20.2 00 00 0,250.25 0,50.5 0,650.65 0,80.8 0,90.9

Алгоритм принятия решения согласно этой глобальной программе представлен на фиг.5.The decision algorithm according to this global program is presented in figure 5.

В блоке 41 осуществляется загрузка локальной программы в микроконтроллер 15. Блоки 41 и 42 осуществляют диалог с пациентом при измерении в первой точке Е19. В блоке 44 происходит передача данных по первой точке от мобильного блока 1 в ЭВМ 2. Блоки 45…53 выполняют аналогичные процедуры для остальных трех точек Е21, Е25 и Е36.In block 41, the local program is loaded into the microcontroller 15. Blocks 41 and 42 carry out a dialogue with the patient when measured at the first point E19. In block 44, data is transmitted at the first point from mobile block 1 to computer 2. Blocks 45 ... 53 perform similar procedures for the remaining three points E21, E25, and E36.

В блоке 53 осуществляется определение частных коэффициентов уверенности согласно табл.1, а в блоке 55 вычисляется общий коэффициент уверенности согласно рекуррентной формуле (3).In block 53, the determination of particular confidence coefficients is performed according to Table 1, and in block 55, the total confidence coefficient is calculated according to the recurrence formula (3).

Окончательное значение коэффициента уверенности определяется согласно продукции (2) в блоке 56, а окончательный диагноз ставится согласно продукции (1) в блоке 57.The final value of the confidence coefficient is determined according to the product (2) in block 56, and the final diagnosis is made according to the product (1) in block 57.

Таким образом, используя мобильный блок биотехнической системы контроля биоимпеданса, пациент имеет возможность самостоятельно снять диагностическую информацию с поверхности кожи и посредством использования телекоммуникационных каналов оперативно получить информацию о группе предполагаемых диагнозов с соответствующими коэффициентами риска.Thus, using the mobile block of the biotechnological bioimpedance monitoring system, the patient has the opportunity to independently remove diagnostic information from the skin surface and, through the use of telecommunication channels, can quickly obtain information about the group of suspected diagnoses with corresponding risk factors.

Claims (2)

1. Биотехническая система контроля биоимпеданса, состоящая из ЭВМ и мобильного блока, содержащего активный и пассивный электроды и их токоподводы, электронный модуль, аккумуляторный блок питания и беспроводный интерфейс, подключенный к выходу электронного модуля и осуществляющий через радиоканал связь мобильного блока с ЭВМ, отличающаяся тем, что корпус мобильного блока выполнен в виде полого цилиндра, закрытого с одной стороны конусообразным колпачком, а с другой стороны - цилиндрической крышкой, внутри которого расположены мембрана, закрепленная перпендикулярно продольной оси цилиндрического корпуса, в центре которой закреплен один из концов стержня активного электрода, при этом другой его конец установлен в осевое отверстие конусообразного колпачка, и электронный модуль; а на наружной поверхности корпуса установлены пассивный электрод, выполненный в виде токопроводящего кольца, кнопка, беспроводный интерфейс и аккумуляторный блок питания, общий провод которого подключен к пассивному электроду и первому выводу кнопки.1. Biotechnological system of bioimpedance control, consisting of a computer and a mobile unit containing active and passive electrodes and their current leads, an electronic module, a battery power supply and a wireless interface connected to the output of the electronic module and communicating via a radio channel between the mobile unit and the computer, characterized in that the housing of the mobile unit is made in the form of a hollow cylinder, closed on one side with a cone-shaped cap, and on the other hand, with a cylindrical cap, inside which the membrane is located, akreplennaya perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical housing, in which center one end of the active electrode rod is fixed, while its other end is mounted in the conical axial bore of the cap, and an electronic module; and on the outer surface of the housing there is a passive electrode made in the form of a conductive ring, a button, a wireless interface and a battery pack, the common wire of which is connected to the passive electrode and the first output of the button. 2. Биотехническая система по п. 1, отличающаяся тем, что электронный модуль мобильного блока содержит первый усилитель, подключенный к активному электроду, последовательно соединенные резистор, первый вывод которого подключен к активному электроду, второй усилитель, микроконтроллер, второй аналоговый вход которого соединен с выходом первого усилителя, второй его цифровой порт соединен со вторым выводом кнопки, а третий цифровой порт - с беспроводным интерфейсом, цифроаналоговый преобразователь и третий усилитель, выход которого подключен ко второму выводу резистора. 2. The biotechnological system according to claim 1, characterized in that the electronic module of the mobile unit contains a first amplifier connected to the active electrode, a resistor connected in series, the first output of which is connected to the active electrode, a second amplifier, a microcontroller, the second analog input of which is connected to the output the first amplifier, its second digital port is connected to the second output of the button, and the third digital port is connected to a wireless interface, a digital-to-analog converter and a third amplifier, the output of which is connected n to the second terminal of the resistor.
RU2013150819/14A 2013-11-15 2013-11-15 Bioengineering system for bioimpedance control RU2570071C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013150819/14A RU2570071C2 (en) 2013-11-15 2013-11-15 Bioengineering system for bioimpedance control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013150819/14A RU2570071C2 (en) 2013-11-15 2013-11-15 Bioengineering system for bioimpedance control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013150819A RU2013150819A (en) 2015-05-20
RU2570071C2 true RU2570071C2 (en) 2015-12-10

Family

ID=53283891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013150819/14A RU2570071C2 (en) 2013-11-15 2013-11-15 Bioengineering system for bioimpedance control

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2570071C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2086176C1 (en) * 1995-10-27 1997-08-10 Тверская медицинская академия Device for galvanopuncture diagnosis
RU2402978C2 (en) * 2005-05-31 2010-11-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Method and device for inductive measurement of user's body bioimpedance
WO2011112248A2 (en) * 2010-03-08 2011-09-15 Alpha Orthopaedics, Inc. Methods and devices for real time monitoring of collagen and for altering collagen status
RU2432900C2 (en) * 2010-02-02 2011-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет Multifrequency bioimpedance metre
EP2116183B1 (en) * 2008-05-07 2012-02-01 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA Robust opto-electrical ear located cardiovascular monitoring device
WO2013030425A1 (en) * 2011-08-30 2013-03-07 Universidad De Extremadura Unit, modular system and method for measuring, processing and remotely monitoring electrical bioimpedance

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2086176C1 (en) * 1995-10-27 1997-08-10 Тверская медицинская академия Device for galvanopuncture diagnosis
RU2402978C2 (en) * 2005-05-31 2010-11-10 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Method and device for inductive measurement of user's body bioimpedance
EP2116183B1 (en) * 2008-05-07 2012-02-01 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA Robust opto-electrical ear located cardiovascular monitoring device
RU2432900C2 (en) * 2010-02-02 2011-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет Multifrequency bioimpedance metre
WO2011112248A2 (en) * 2010-03-08 2011-09-15 Alpha Orthopaedics, Inc. Methods and devices for real time monitoring of collagen and for altering collagen status
WO2013030425A1 (en) * 2011-08-30 2013-03-07 Universidad De Extremadura Unit, modular system and method for measuring, processing and remotely monitoring electrical bioimpedance

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013150819A (en) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9615766B2 (en) Impedance measurement process
KR100506084B1 (en) Apparatus and method for searching acupuncture point
EP2175776B1 (en) Impedance measurement process
KR101345640B1 (en) Bio-impedance measuring sensor comprising multi dry electrode, and sensor module and measuring system comprising the same, and method for measuring bio-impedance
JP2007527750A (en) Method and device for non-invasive measurement of quantitative information of in-vivo substances
Safronov et al. Mobile ECG monitoring device with bioimpedance measurement and analysis
EP1909642A1 (en) Index determination
KR101324560B1 (en) Multi-channel impedance measuring method and device
AU2002312721B2 (en) Method and device for detecting functional and metabolic data of a living organism
Bosnjak et al. Performance assessment of dry electrodes for wearable long term cardiac rhythm monitoring: Skin-electrode impedance spectroscopy
CN115998280B (en) Human body limb impedance measuring and electrotherapy device
Massot et al. A portable device performing continuous impedance spectroscopy for skin conductivity
RU2570071C2 (en) Bioengineering system for bioimpedance control
CN102727215A (en) Blood collection-free blood sugar measurement instrument and testing method
RU109394U1 (en) ELECTRIC IMPEDANCE TOMOGRAPH
JP2001198091A (en) Diagnostic device
WO2007113271A2 (en) The band to measure the parameters of a human body and the system to analyze the parameters of a human body
JP2001238862A (en) Electric characteristic measuring device and electric characteristic measuring probe
RU2786331C2 (en) Device for auricular diagnostics and electro-pulse therapy
CN105232043A (en) Device and system for detecting electrical characteristics of human body surface
JP2001327476A (en) Electrical property measurement device
CN220876758U (en) Bioimpedance measuring device
TWI784480B (en) Human Impedance Analyzer
RU2107487C1 (en) Method and device for performing electroacupuncture diagnosis procedure taking into account mechanical and electric properties of acupuncture points
RU178476U1 (en) MULTIELECTRODE SKIN IMPEDANCE SCANNER FOR AURICULAR DIAGNOSTICS OF BIOLOGICALLY ACTIVE HUMAN POINTS

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160118