Устройство для измерения электрокожного сопротивления

 

Изобретение относится к медицинской информационно-измерительной технике и может быть использовано в специализированных информационных диагностических системах и автономных приборах для лечебно-профилактических учреждений, предназначенных для диагностических исследований по методу Р.Фолля. Устройство содержит измерительный, дополнительный и два индифферентных электрода, два усилителя, преобразователь "ток - напряжение", два сумматора, два делителя напряжения, управляемый делитель напряжения, компаратор, регистратор, блоки деления и вычитания. Изобретение обеспечивает повышение точности измерительных преобразований и достоверности регистрируемых информативных параметров "проводимости" при реализации медицинских диагностических методов, в частности метода Р.Фолля. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.

Изобретение относится к медицинской информационно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения электрокожного сопротивления, предназначенным для съема информации при диагностических исследований по параметрам кожного покрова в точках акупунктуры, используемым при реализации медицинского диагностического метода Р.Фолля, широко представленного в современной медицине.

Устройства для измерения электрокожного сопротивления, используемые для диагностики по методу Р.Фолля, должны обеспечивать контроль энергетического состояния организма, осуществляемый путем регистрации электрических параметров выбранных зон кожной поверхности с использованием линейной относительной шкалы измерения, проградуировзнной в условных единицах "проводимости" (Вернер Ф. Основы электроакупунктуры. - М.: ИМЕДИС, 1993. - 184 с. ; Крамер Ф. Учебник по электропунктуре, т. I. - М.: ИМЕДИС, 1995. - 189 с.). При этом энергетическое состояние организма определяется по степени нейтрализации организмом измерительного электрического тока, пропускаемого через кожный покров, регистрируемой по электрическому сопротивлению кожного покрова между электродами прибора при точно дозированном значении измерительного тока.

Достоверность проводимых диагностических исследований при использовании устройств для диагностики по методу Р.Фолля в значительной степени определяется точностью нелинейных преобразований электрокожного сопротивления в выходные параметры, регистрируемые в условных единицах "проводимости" по линейной шкале прибора для заданных значений электрического тока, вид нелинейности которых определяется в соответствии с "эталонной кривой" Вернера. При этом возможные несоответствия нелинейной функции преобразования электрокожного сопротивления и значений измерительного тока "эталонной кривой" Вернера определяют погрешности измерения электрокожного сопротивления и, как следствие этого, - снижение достоверности диагностических исследований. Кроме этого, погрешности измерения электрокожного сопротивления в значительной степени определяются изменением сопротивлений контакта измерительного и индифферентных электродов в процессе измерений, что дополнительно снижает достоверность диагностических исследований.

Известно устройство для диагностики по методу Р.Фолля (Voll R. Arbeitsrichtlinien fur die Eltktroakupunktur. - М.L. Verlag, Hamburg, II Teil, 1963. - 102 s.; Крамер Ф. Учебник по электропунктуре, т. I. - М.: ИМЕДИС, 1995. - 189 с.), содержащее индифферентный электрод, подключенный к входу усилителя (сетке лампового триода) и через резистор (R₁) соединенный с общей шиной электропитания, измерительный электрод, подключенный к выходу управляемого источника напряжения, вход которого соединен с выходом блока вычитания (образованы резистором R₂ н источником электропитания за счет противофазного по напряжениям подключения резистора R₁), входы которого раздельно соединены с источником эталонного напряжения (выходное напряжение которого формируется на резисторе R₃) и выходом усилителя, и регистратор, подключенный к выходу усилителя.

В известном устройстве обеспечивается преобразование электрокожного сопротивления, подключаемого к цепи между измерительным и индифферентным электродами для заданного измерительного тока в регистрируемые с помощью регистратора выходные значения параметров, определяемые в условных единицах "проводимости" в соответствии с "эталонной кривой" Вернера. При этом за счет включения резистора Ri последовательно с электрокожным сопротивлением, изменения значения напряжения, подаваемого в измерительную цепь, и выбора рабочей точки усилителя на нелинейном участке амплитудной характеристики (лампового триода) обеспечивается формирование заданной нелинейной функции преобразования электрокожного сопротивления в значения "проводимости" в соответствии с "эталонной кривой" Вернера. Использование нелинейного участка характеристики лампового триода, вид нелинейности которой для разных экземпляров ламп может быть различным, является причиной возникновения погрешностей формирования заданной нелинейной функции преобразований и заданного изменения измерительного тока, что определяет снижение точности измерения электрокожного сопротивления при использовании устройства-аналога. При этом в устройстве-аналоге в процессе настройки прибора требуется выбор рабочей точки лампового триода на нелинейном участке характеристики, что определяет сложности регулировки прибора, а также в определенной степени является причиной дополнительного снижения точности измерительных преобразований.

Кроме вышеотмеченного в устройстве-аналоге обеспечивается преобразование в выходные регистрируемые значения "проводимости" электрокожного сопротивления между измерительным и индифферентным электродами, равного сумме электрокожных сопротивлений под измерительным и индифферентным электродами, включающих сопротивления контакта электродов. В результате этого при диагностических исследованиях по параметрам точек акупунктуры на регистрируемые значения "проводимости" будет оказывать влияние электрокожное сопротивление зоны расположения индифферентного электрода и сопротивления контактов измерительного и индифферентного электродов, что является причиной появления погрешностей регистрируемых значений "проводимости" исследуемых диагностических точек акупунктуры.

Для уменьшения влияния на результаты отмеченных факторов в устройстве-аналоге в качестве информативного параметра рассматривается сумма электрокожных сопротивлений зоны точки акупунктуры и индифферентной зоны, используется индифферентный электрод с относительно большой площадью контактной поверхности и нормируется сила прижатия измерительного электрода к кожной поверхности, которая выбирается равной 5 - 6 Н.

Однако это не обеспечивает устранение влияния на результаты измерений электрокожного сопротивления индифферентной зоны и сопротивлений контакта измерительного и индифферентного электродов.

Таким образом, устройство-аналог не обеспечивает высокой точности измерительных преобразований, что определяет снижение достоверности диагностических исследований по методу Р.Фолля.

В определенной мере отмеченные недостатки устройства-аналога устранены в устройстве для поиска точек акупунктуры (патент России 2108086, МПК А 61 В 5/05, А 61 H 39/02. Устройство для поиска точек акупунктуры А.Т. Селезнев, 1998г.), которое можно использовать для диагностики по методу Р.Фолля выбранным в качестве второго устройства-аналога заявляемого устройства. Устройство содержит измерительный и два индифферентных электрода, дифференциальный усилитель, регистратор и управляемый источник напряжения, первый выход которого соединен с измерительным электродом, а второй выход - с первым входом дифференциального усилителя и общей шиной электропитания, вычитающее устройство, выход которого соединен со входом управляемого источника напряжения, первый вход соединен с источником эталонного напряжения, а второй вход - с регистратором и через амплитудный детектор - с выходом преобразователя "ток - напряжение", входы которого соединены соответственно с первым индифферентным электродом и выходом дифференциального усилителя, второй вход дифференциального усилителя подключен ко второму индифферентному электроду.

В настоящем устройстве-аналоге обеспечивается формирование нелинейной функции измерительных преобразований электрокожного сопротивления в выходное напряжение, регистрируемое регистратором. При этом выбором параметров используемых в устройстве элементов может быть в определенной мере обеспечено соответствие функции преобразования устройства "эталонной кривой" Вернера. Кроме того, в устройстве обеспечивается преобразование электрокожного сопротивления зоны расположения измерительного электрода при исключении влияния на результаты измерений электрокожного сопротивления зоны расположения индифферентного электрода, а следовательно, и сопротивления контакта индифферентных электродов. В результате этого при использовании устройства для диагностики по параметрам точек акупунктуры исключаются погрешности от влияния электрокожного сопротивления индифферентной зоны и сопротивления контакта индифферентных электродов. Отсутствие в устройстве нелинейных преобразующих элементов значительно упрощает настройку и регулировку прибора, а также обеспечивает высокую степень повторяемости заданных нелинейных характеристик преобразования электрокожного сопротивления устройства.

В то же время в устройстве не обеспечивается требуемое соответствие начальных и конечных участков характеристики преобразования электрокожного сопротивления "эталонной кривой" Вернера как по виду нелинейности преобразования электрокожного сопротивления, так и по заданным значениям измерительного тока, а также не обеспечивается исключение влияния сопротивления контакта измерительного электрода, что является причиной появления погрешностей измерений при использовании устройства-аналога, определяющих снижение достоверности диагностических исследований.

Таким образом, основными недостатками известных устройств-аналогов является недостаточная точность измерения электрокожного сопротивления в значения условных единиц "проводимости" для заданных нормированных значений измерительного тока, определяющая снижение достоверности диагностических исследований по методу Р.Фолля.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному техническому решению является устройство для измерения электрокожного сопротивления по патенту России на изобретение (патент России 2146877, МПК А 61 В 5/05, А 61 Н 39/02. Устройство для измерения электрокожного сопротивления. / А. Т. Селезнев, Н.А. Селезнева. Зарегистрирован 27-03.2000, Бюл. 9, содержащее измерительный дополнительный и два индифферентных электрода, дифференциальный усилитель, регистратор, второй дифференциальный усилитель, входы которого раздельно подключены к измерительному электроду и первому выходу источника напряжения, а выход - к дополнительному электроду, второй выход источника напряжения подключен к общей шине устройства и первому входу первого дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с первым индифферентным электродом, а выход - с первым входом преобразователя "ток-напряжение", второй вход преобразователя "ток-напряжение" соединен с вторым индифферентным электродом, а выход - с регистратором, при этом измерительный и дополнительный электроды выполнены в виде коаксиальной пары с центральным измерительным электродом, у которой расстояние между измерительным и дополнительным электродами h выбирается из условия: h < dH/(d - Н), где d - диаметр измерительного электрода; Н - минимальная толщина рогового слоя эпидермиса исследуемой зоны кожного покрова.

Названное устройство выбрано в качестве прототипа заявленного устройства как совпадающее с ним по максимальному числу признаков.

В устройстве-прототипе с помощью регистратора по выходному напряжению преобразователя "ток - напряжение" осуществляется регистрация электрокожного сопротивления в единицах электрической проводимости, в определенной мере соответствующих значениям условных единиц "проводимости", определяемых "эталонной кривой" Вернера. При этом регистрируемые значения электрической проводимости не зависят как от электрокожного сопротивления индифферентных зон, так и от сопротивлений контакта измерительного и индифферентных электродов.

В то же время регистрация электрокожного сопротивления в значениях электрической проводимости определяет значительные погрешности измерения электрокожного сопротивления в условных единицах "проводимости". При этом в устройстве-прототипе не обеспечивается заданное в соответствии с "эталонной кривой" Вернера нормирование значений измерительного тока.

Отмеченное снижает точность измерения электрокожного сопротивления и является причиной снижения достоверности диагностических исследований при использовании устройства-прототипа для реализации диагностического медицинского метода Р.Фолля.

Таким образом, недостатки известных устройств определяются недостаточной точностью измерительных преобразований электрокожного сопротивления в значения выходных параметров, регистрируемых в условных единицах "проводимости", и соответствия измерительного тока нормированным значениям, определяемым "эталонной кривой" Вернера.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения электрокожного сопротивления, содержащее измерительный, дополнительный н два индифферентных электрода, первый усилитель, вход которого подключен к измерительному электроду а выход - к дополнительному электроду, второй усилитель, первый вход которого подключен к первому выходу источника напряжения и общей шине электропитания, второй вход подключен к первому индифферентному электроду, а выход - к первому входу преобразователя "ток - напряжение", второй вход преобразователя "ток - напряжение" подключен ко второму индифферентному электроду и регистратор, при этом измерительный и дополнительный электроды выполнены в виде коаксиальной пары с центральным измерительным электродом, при выполнении которой расстояние между измерительным и дополнительным электродами выбирается из условия: h < dH/(d - H), где h - расстояние между измерительным и дополнительным электродами; d - диаметр измерительного электрода; Н - минимальная толщина рогового слоя эпидермиса исследуемой зоны кожного покрова, введен управляемый делитель напряжения, первый вход которого подключен к первому входу компаратора и второму выходу источника напряжения, второй вход подключен к выходу компаратора, а выход - ко второму входу первого усилителя и объединенным первым входам первого и второго сумматора, второй вход первого сумматора подключен к первому входу блока вычитания и через первый делитель напряжения соединен со вторым входом второго сумматора и выходом преобразователя "ток - напряжение", выход первого сумматора подключен к первому входу блока деления и через второй делитель напряжения соединен со вторым входом блока вычитания, выход блока вычитания подключен ко второму входу блока деления, к выходу которого подключен регистратор, выход второго сумматора подключен ко второму входу компаратора.

При этом для обеспечения соответствия измерительного тока и измеряемых значений электрокожного сопротивления в условных единицах "проводимости" "эталонной кривой" Вернера выходное напряжение источника напряжения выбирается равным 3,9 В, коэффициент передачи преобразователя "ток - напряжение" равным 330 В/А, коэффициенты передачи первого и второго делителей напряжения равными 0,424 и 0,191 соответственно, а коэффициенты передачи сумматоров и блока вычитания равными единице.

При таком выполнении устройства для измерения электрокожного сопротивления за счет введения двух сумматоров, блоков вычитания и деления, двух делителей напряжения, управляемого делителя напряжения и компаратора обеспечивается возможность измерения электрокожного сопротивления в условных единицах "проводимости" при высокой степени соответствия регистрируемых значений и значений измерительного тока значениям "эталонной кривой" Вернера, что определяет высокую точность измерения, а следовательно, и высокую достоверность диагностических исследований при реализации медицинского диагностического метода Р.Фолля.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - разрез используемого в устройстве датчика с измерительным и дополнительным электродами.

Устройство содержит объект исследований (участок кожного покрова), представленный в виде узла 1 (схемы замещения кожного покрова, учитывающей сопротивления контакта электродов), дополнительный электрод 2, измерительный электрод 3, второй 4 и первый 5 индифферентные электроды, преобразователь 6 "ток - напряжение", второй усилитель 7, первый усилитель 8, первый 9 и второй 10 сумматоры, первый 11 и второй 12 делители напряжения, управляемый делитель 13 напряжения, компаратор 14, регистратор 15, блок 16 деления, блок 17 вычитания и источник 18 напряжения.

Схема 1 замещения кожного покрова представлена в виде модели Филиппсона без учета сопротивления подкожных тканей (см. Macs Phillippe. Изучение нмпеданса кожи человека для низкочастотных токов. - These, dat. Ing. Univ. Nancy, 1973. - 96 р.), где R_x, R₁, R₂ - электрокожные сопротивления в точках расположения измерительного электрода 2, второго 4 и первого 3 индифферентных электродов соответственно, R_к1 - R_к4 - сопротивления контакта, дополнительного 2, измерительного 3, второго индифферентного 4 и первого индифферентного 5 электродов соответственно.

Настоящая схема замещения справедлива при условии выбора минимального расстояния между точками расположения дополнительного 2 и измерительного 3 электродов и удалении точек расположения индифферентных электродов 3, 4 друг от друга и от точек расположения дополнительного 2 и измерительного 3 электродов на расстояние, значительно превышающее толщину Н рогового слоя эпидермиса кожного покрова исследуемой зоны (см. Селезнев А.Т. Влияние составляющей поверхностного тока на погрешность измерения электрокожного сопротивления. Воронеж. Гос. пед. ун-т. - Воронеж, 1996. - 8 с. Рук. Деп. в ВИНИТИ 16.04.96, 1234 - В96).

Дополнительный 2 и измерительный 3 электроды (фиг. 2) представляют собой коаксиальную пару и выполнены в виде эквивалентного измерительного электрода со сферической контактной поверхностью диаметром 3 мм, аналогичного измерительным электродам, используемым в известных устройствах для диагностики по методу Р. Фолля. При реализации устройства дополнительный 2 и измерительный 3 электроды изготавливались из латуни с внешним диаметром D дополнительного электрода, равным 3 мм, диаметром d измерительного электрода 3, равным 0,5, мм и расстоянием h между дополнительным 2 и измерительным 3 электродами, равным 0.05 мм.

Второй индифферентный электрод 4 выполнен в виде фиксируемого латунного электрода небольшой площади (порядка 2 10 см²) со специальным фиксирующим приспособлением. Первый индифферентный электрод 5 представляет собой отрезок лагунной трубы диаметром 20 мм и длиной 110 мм.

Преобразователь 6 "ток - напряжение" предназначен для выработки напряжения, пропорционального протекающему току в цепи между выходом усилителя 7 и вторым индифферентным электродом 4. Он выполнен в виде точного резистора и масштабного дифференциального усилителя, выполненного на микросхеме типа К154УД1.

Второй усилитель 7 представляет собой дифференциальный усилитель постоянного тока с большим входным сопротивлением (100 МОм и более) и предназначен для формирования потенциала общей точки соединения электрокожных сопротивлений R_х, R₁, R₂, равного потенциалу общей шины электропитания, за счет подключения второго индифферентного электрода через преобразователь "ток - напряжение" к выходу второго усилителя 7, а первого индифферентного электрода 5 ко второму (инвертирующему) входу второго усилителя 7 и подаче потенциала общей шины электропитания на первый (неинвертирующий) вход. Второй усилитель 7 может быть выполнен на микросхемах К140УД12 и К154УД1 в виде масштабного дифференциального усилителя.

Первый усилитель 8 предназначен для поддержания равенства потенциала измерительного электрода 3 выходному потенциалу управляемого делителя 13 напряжения.

Первый усилитель 8 выполнен в виде дифференциального усилителя постоянного тока с большим входным сопротивлением аналогично второму усилителю 7. Первый 9 и второй 10 сумматоры предназначены для формирования выходного напряжения, равного сумме напряжений, подаваемых на их входы. Первый 9 и второй 10 сумматоры выполнены аналогично в виде суммирующих усилителей постоянного тока на микросхемах типа К154УД1.

Первый 11 и второй 12 делители напряжения предназначены для формирования выходных напряжений, пропорциональных с соответствущими коэффициентами передачи входным напряжениям. Для обеспечения соответствия измеряемых параметров и значений измерительного тока "эталонной кривой" Вернера коэффициенты передачи первого 11 и второго 12 делителей напряжения выбираются равными 0,424 и 0,191 соответственно.

Управляемый делитель 13 напряжения предназначен для изменения напряжения, подаваемого на второй вход первого усилителя 8 для формирования заданного изменения измерительного тока. Управляемый делитель напряжения выполнен на полевом транзисторе типа КП303В и постоянном резисторе.

Компаратор 14 предназначен для сравнения выходного напряжения второго сумматора 10 с выходным напряжением U₀ источника 18 напряжения и выработки выходного напряжения для управления управляемым делителем 13 напряжения. Компаратор 14 выполнен на микросхеме типа К154УД1.

Регистратор 15 предназначен для регистрации измеряемого параметра в условных единицах N "проводимости" по выходному напряжению, подаваемому на регистратор 15 с выхода блока 16 деления. В качестве регистратора может быть использован стрелочный микроамперметр типа М42103.

Блок 16 деления предназначен для формирования выходного напряжения, пропорционального частному от деления выходного напряжения блока 17 вычитания на выходное напряжение первого сумматора 9. Блок 16 деления можно выполнить на микросхеме MRY-100 фирмы Burr-Brown или AD534 фирмы Analog Devices, а также в виде блока деления, рассмотренного в заявке на выдачу патента на изобретение (Заявка 2000110760/14 (011060) от 2.5.04.2000, МПК А 61 В 5/05, А 61 Н 39/02. Устройство для электропунктурной диагностики по методу Р. Фолля. / Н.М. Плахова, А.Т. Селезнев).

Блок 17 вычитания предназначен для формирования выходного напряжения, пропорционального разности выходных напряжений первого 11 и второго 12 делителей напряжения. Блок 17 вычитания может быть выполнен на микросхеме К154УД1 в виде масштабного вычитающего усилителя.

Источник 18 напряжения предназначен для формирования заданного постоянного напряжения U₀, подаваемого на первые входы управляемого делителя 13 напряжения и компаратора 14. Он может быть выполнен в виде стабилизированного источника напряжения. Для обеспечения заданного изменения измерительного тока выходное напряжение источника 18 напряжения необходимо выбирать равным 3,9 В.

Устройство для измерения электрокожного сопротивления работает следующим образом.

Индифферентные электроды 4, 5 фиксируются в выбранных индифферентных областях кожного покрова 1, а конструктивно объединенные дополнительный 2 и измерительный 3 электроды прижимаются контактными поверхностями к кожному покрову в исследуемой зоне точки акупунктуры. При этом в электрической цепи между дополнительным 2 и вторым индифферентным электродом 4 будет протекать измерительный ток I, замыкаемый с выхода первого усилителя 8 через преобразователь "ток - напряжение" на выход второго усилителя 7. Последовательная цепь прохождения измерительного тока включает сопротивление контакта R_к1 дополнительного электрода 2, электрокожное сопротивление R_x зоны расположения точки акупунктуры, электрокожное сопротивление R₁ зоны расположения второго индифферентного электрода 4 и сопротивление контакта R_к4 второго индифферентного электрода 4.

С некоторыми допущениями можно считать, что потенциал измерительного электрода 3 при высоком входном сопротивлении первого усилителя 8 будет определяться падением напряжения на участке рогового слоя эпидермиса кожного покрова под измерительным электродом 3 от измерительного тока, замыкаемого из зоны расположения дополнительного электрода 2, по поверхностной части рогового слоя эпидермиса на электрокожное сопротивление зоны точки акупунктуры. Справедливость такого предположения очевидна при выборе измерительного электрода 3 с минимальным (технологически реализуемым при изготовлении датчика) диаметром d и расстоянием h между измерительным 3 и дополнительным 2 электродами.

Учитывая, что при использовании первого усилителя с высоким входным сопротивлением электрический ток в цепи измерительного электрода 3 практически будет отсутствовать, то потенциал измерительного электрода 3 будет равен потенциалу общей точки соединения электрокожного сопротивления R_х и сопротивлений контакта R_к1 дополнительного электрода 2 и R_к2 измерительного электрода 3. При этом, поскольку измерительный электрод 3 подключен к первому (инвертирующему) входу первого усилителя 8, выход которого подключен к дополнительному электроду 2, то потенциал измерительного электрода 3 за счет изменения выходного напряжения первого усилителя 8 всегда будет определяться потенциалом второго (неинвертирующего) входа первого усилителя 8, который относительно общей шины устройства равен выходному напряжению U₁ управляемого делителя 13 напряжения.

Аналогично рассмотренному выше при большом входном сопротивлении второго усилителя 7 при равенстве нулю тока в цепи первого индифферентного электрода 5 потенциал общей точки соединения электрокожных сопротивлений R_х, R₁, R₂ будет определяться потенциалом второго (инвертирующего) входа второго усилителя 7, который в свою очередь будет равен потенциалу общей шины электропитания.

В результате этого к электрокожному сопротивлению R_х будет приложено напряжение, равное выходному напряжению U₁ управляемого делителя 13 напряжения, под действием которого между дополнительным электродом 2 и вторым индифферентным электродом 4 будет протекать измерительный ток I, значение которого на основании закона Ома для участка однородной цепи можно представить в виде Пропорционально току I на выходе преобразователя 6 "ток - напряжение" сформируется напряжение U₂, равное: где К₁ - коэффициент передачи преобразователя 6 "ток - напряжение".

На выходе второго сумматора 10 в зависимости от входных напряжений U₁ и U₂ при коэффициенте передачи второго сумматора, равном К₂, сформируется напряжение U₃ U₃=K₂(U₁+U₂) (3) Выходное напряжение U₃ второго сумматора 10 будет воздействовать на второй вход компаратора 14, к первому входу которого приложено выходное напряжение U₀ источника 18 напряжения. Пропорционально разности входных напряжений на выходе компаратора 14 будет выделяться напряжение, которое будет воздействовать на управляющий вход управляемого делителя 13 напряжения.

В результате этого коэффициент деления управляемого делителя 13 напряжения будет изменяться, пропорционально изменению которого также будет изменяться выходное напряжение U₁ управляемого делителя 13 напряжения. Процесс изменения коэффициента деления управляемого делителя 13 напряжения и напряжения U₁ будет происходить до тех пор, пока напряжение U₃ не станет равным напряжению U₀, т.е.

U₃=U₀ (4) Подставляя в выражение (4) значения выражений (2), (3), получим: или

Подставляя выражение (5) в (1), получим выражение, определяющее изменение измерительного тока I в зависимости от изменения электрокожного сопротивления

Выходное напряжение U₂ преобразователя 6 "ток - напряжение" на выходе первого делителя 11 напряжения сформирует напряжение U₄, которое при коэффициенте передачи К₃ первого делителя 11 напряжения будет равно
U₄=К₃U₂ (7)
На выходе первого сумматора 9 в зависимости от напряжений U₁ и U₄ сформируется напряжение U₅
U₅=К₄(U₁+U₄), (8)
где К₄ - коэффициент передачи первого сумматора 9.

Пропорционально напряжению U₅ на выходе второго делителя 12 напряжения будет сформировано напряжение U₆, которое с учетом коэффициента передачи К₅ второго делителя 12 напряжения будет равно
U₆=K₅U₅ (9)
На выходе блока 17 вычитания при коэффициенте передачи K₆ блока 17 вычитания в зависимости от напряжений U₄ и U₆ сформируется выходное напряжение U₇, равное
U₇=K₆(U₄-U₆) (10)
На регистратор 15 будет подаваться выходное напряжение U₃ блока 16 деления, которое можно представить в виде

где К₇ - коэффициент передачи блока 16 деления.

С учетом выражений (7) - (10) выходное напряжение U₃ блока 16 деления можно представить в виде

Подставляя в выражение (11) выражение (2, и преобразовывая, для напряжения U₈ получим

Напряжение U₃ воздействует на регистратор 15, с помощью которого пропорционально значению напряжения U₃ регистрируются измеряемые параметры электрокожного сопротивления. При этом регистратор 15 имеет линейную шкалу, проградуированную в относительных значениях N условных единиц "проводимости", значения N которых можно представить в виде

где U₈₀ - выходное напряжение блока 16 деления при значении электрокожного сопротивления R_х = 0, которое согласно выражению (12) будет равно

Подставляя выражения (12), (14) в выражение (13), для результата измерений N выраженного в условных единицах "проводимости" получим

Выражения (6) и (15) определяют значения измерительного тока I и регистрируемого с помощью регистратора 15 измеряемого параметрам "проводимости" для соответствующих значений электрокожного сопротивления R_x. Выбором параметров K₁, К₂, К₃, K₄, K₅ и U₀ при конкретной реализации устройства можно обеспечить максимальное соответствие значений величин N и I "эталонной кривой" Вернера.

Путем проведенных исследований установлено, что максимальное соответствие значений величин N и I "эталонной кривой" Вернера будет обеспечиваться при выборе следующих значений параметров элементов устройства: K₁= 330 В/А; К₂ = 1; К₃ = 0,424; К₄ = 1; К₅=0,191; U₀ = 3,9 В.

С учетом полученных значений параметров устройства выражения (6) и (15) примут вид


Для иллюстрации возможностей получения высокой точности измерения электрокожного сопротивления при высокой точности нормирования значений измерительного тока в табл. 1 и 2 приведены полученные по результатам вычислений в соответствии с выражениями (16), (17) значения измерительного тока I и выходного измеряемого параметра N "проводимости" в зависимости от измеряемых значений электрокожного сопротивления R_х.

Здесь же для сравнения приведены значения измерительного тока I₀ и "проводимости" N₀, определяемые "эталонной кривой" Вернера, а также абсолютных _I, _N и относительных _I, _N погрешностей значений измерительного тока I и измеряемого параметра N "проводимости" для нормированных значений электрокожного сопротивления R_x.

Как видно из приведенных таблиц, предлагаемое устройство обеспечивает высокую точность измерений и соответствие значений измерительного тока I и измеряемых параметров N "проводимости" соответствующим значениям I₀, N₀ "эталонной кривой" Вернера:
- относительная погрешность значений измерительного тока в измерительном диапазоне электрокожных сопротивлений не превышает 4,5%, а при исключении участка диапазона (при R_x=45 кОм) составляет не более 2%;
- относительная погрешность измерения электрокожного сопротивления в условных единицах "проводимости" в пределах измерительного диапазона электрокожных сопротивлений не превышает 3,8%.

В соответствии с выражениями (12), (15), (17) регистрируемое устройством электрокожное сопротивления в условных единицах "проводимости" не зависит как от сопротивлений контактов R_к1, R_к2, R_к3, R_к4 дополнительного, измерительного и индифферентных электродов, так и от электрокожных сопротивлений R₂, R₃ индифферентных зон, что обеспечивает высокую точность измерений при использовании предлагаемого устройства. Выполнение принятых выше условий, определяющих работоспособность заявляемого устройства, обеспечивается при выборе определенных соотношений между размерами используемых дополнительного 2 и измерительного 3 электродов.

Для определения этих соотношений будем считать, что потенциал точки соединения электрокожного сопротивления R_x и сопротивлений контакта электродов r_к1, R_к2, равный потенциалу точек кожной поверхности под краем измерительного электрода 3, определяется падением напряжения от поверхностного тока, проходящего в пределах толщины Н рогового слоя эпидермиса в горизонтальном направлении (параллельно кожной поверхности) между дополнительным 2 и измерительным 3 электродами и замыкаемым в вертикальном направлении через роговой слой эпидермиса кожи под краем измерительного электрода, т.е., падением напряжения в последовательной цепи, состоящей из поверхностного сопротивления R_xп и электрокожного сопротивления R_x зоны точки акупунктуры.

Для этого случая за поверхностное сопротивление R_xп примем сопротивление рогового слоя в радиальном направлении от центра измерительного электрода 3 в пределах кольца поверхностного слоя высотой Н со средним диаметром, равным d + h, и толщиной h (в пределах зоны кожной поверхности между дополнительным 2 и измерительным 3 электродами), а за электрокожное сопротивление R_x - сопротивление кожной поверхности в вертикальном направлении, рассматриваемой в виде кольца с наружным диаметром d, внутренним диаметром d - 2h и толщиной Н. Роговой слой кожного покрова в пределах исследуемой зоны будем считать электрически однородным с удельным сопротивлением, равным .

С учетом отмеченного поверхностное сопротивление R_xп и электрокожное сопротивление R_x можно представить в виде
R_xп=h/(d+h)H; (18)
R_x = H/[d²/4 - (d - 2H)²/4], (19)
где (d + h)H - площадь поперечного сечения кольца, определяющая поверхностное сопротивление R_xп; Н - высота кольца; (d + h) - средняя длина образующей кольца; h - толщина кольца; [d²/4 - (d - 2H)²/4] - площадь кольца, определяющего электрокожное сопротивление; H - толщина рогового слоя эпидермиса - высота кольца, определяющая электрокожное сопротивление R_xп.

Чтобы потенциал точки соединения электрокожного сопротивления R_x и сопротивлений контакта электродов R_к1, R_к2 максимально приближался к потенциалу измерительного электрода 3 (ток в цепи измерительного электрода 3 считаем равным нулю), необходимо обеспечить выполнение условия
R_xп < R_x (20)
Подставляя выражения (18), (19) в выражение (20), получим
ph/(d + h)Н < H/[d²/4 -(d - 2H)²/4]
Преобразуем полученное выражение
h/(d +h)Н < H/[d²/4 - d²/4 + dH - Н²]
Пренебрегая небольшим значением произведения Н², получим

Выражение (21) определяет условия реализуемости принятых выше допущений и может быть использовано для выбора диаметра d измерительного электрода 3 и расстояния h между измерительным 3 и дополнительным 2 электродами при практической реализации устройства.

Диаметр d измерительного электрода целесообразно выбирать минимальным из условия возможности изготовления датчика устройства. Используя значения толщины Н рогового слоя эпидермиса, которая составляет для разных пациентов н разных зон кожной поверхности 0,02 - 0,6 мм (см. П.П. Слынько. Основы низкочастотной кондуктометрии в биологии. - М.: Наука, 1972. -131 с.), по выбранному значению d в соответствии с выражением (21) можно рассчитать значение h.

Внешний диаметр D дополнительного электрода 2 выбирается в соответствии с диаметром измерительных электродов, используемых в известных приборах для диагностики по методу Р.Фолля (например, D = 3 мм).

При выборе d = 0,5 мм, Н = 0,05 мм значение h будет меньше 0.056 мм, что соответствует условию (21). На практике получение такого значения h достаточно затруднительно и поэтому его можно выбирать в соответствии с минимальным предельно достижимым значением. При этом будет изменяться относительное изменение потенциала в зоне расположения измерительного электрода 3 по отношению к зоне расположения дополнительного электрода 2. А т.к. в устройстве потенциал дополнительного электрода 2 определяется потенциалом первого выхода первого усилителя 8, то увеличение значения h в небольших пределах относительно рекомендуемого значения практически не будет сказываться на работе устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает точное измерение электрокожного сопротивления в условных единицах "проводимости" при высокой степени соответствия значений измерительного тока и независимости результатов измерений от электрокожного сопротивления индифферентных зон и сопротивлений контакта электродов, что определяет высокую достоверность диагностических исследований и является основой для эффективного использования медицинских диагностических методов.

При этом обеспечивается снижение требований к условиям прижатия измерительного электрода, что дополнительно упрощает использование устройства при реализации медицинского диагностического метода Р.Фолля.

Устройство может быть использовано для совершенствования известных и разработки новых вариантов приборов, предназначенных для диагностических исследований по методу Р.Фолля.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения электрокожного сопротивления, содержащее измерительный, дополнительный и два индифферентных электрода, первый дифференциальный усилитель, вход которого подключен к измерительному электроду, а выход - к дополнительному электроду, второй дифференциальный усилитель, первый вход которого подключен к первому выходу источника напряжения и к общей шине электропитания, второй вход подключен к первому индифферентному электроду, а выход - к первому входу преобразователя "ток - напряжение", второй вход которого подключен ко второму индифферентному электроду, и регистратор, при этом измерительный и дополнительный электроды выполнены в виде коаксиальной пары с центральным измерительным электродом, в котором расстояние между измерительным и дополнительным электродами выбрано из условия h<dH/(d - Н), где h - расстояние между измерительным и дополнительным электродами; d - диаметр измерительного электрода; Н - минимальная толщина рогового слоя эпидермиса исследуемой зоны кожного покрова, отличающееся тем, что в устройство введены компаратор, блоки деления и вычитания, два сумматора, два делителя напряжения и управляемый делитель напряжения, первый вход которого подключен к первому входу компаратора и второму выходу источника напряжения, второй вход подключен к выходу компаратора, а выход - ко второму входу первого дифференциального усилителя и объединенным первым входам первого и второго сумматора, второй вход первого сумматора подключен к первому входу блока вычитания и через первый делитель напряжения соединен со вторым входом второго сумматора и выходом преобразователя "ток - напряжение", выход первого сумматора подключен к первому входу блока деления и через второй делитель напряжения соединен со вторым входом блока вычитания, выход которого подключен ко второму входу блока деления, к выходу которого подключен регистратор, выход второго сумматора подключен ко второму входу компаратора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выходное напряжение источника напряжения равно 3,9 В, коэффициент передачи преобразователя "ток - напряжение" равен 330 В/А, а коэффициент передачи второго сумматора равен единице.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что коэффициенты передачи первого и второго делителей напряжения равны 0,424 и 0,191 соответственно, а коэффициенты передачи первого сумматора и блока вычитания равны единице.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3