Устройство для исследованияэлектрических характеристик биоло-гических тканей

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сетоз Советсммн

Сецмалмстмчесммк

Реслублмм

<»8458 (6l ) Дополнительное к авт. свмд-ву— (22) Заявлено 23. 07. 79 (21) 2801854/28-13 с присоединением заявки И (23) Приоритет (5! )М. Кл.

5/04

А61В твеудйрстееннык кемнтет

СССР ве девам нзебретеннй н отарытнй

Опубликовано 15. 07. 81. Бюллетень Рй 26

Дата опубликования опмсания 15,07. 8 1 (53) УДК 61 (О.471

8.8) (72) Авторы изобретения

Р, К. Мумладэе и Н. К. Чемерис

Институт биологической физики Академии H »ÕÛ:Є

I 4!я(„! т а и Специальное конструкторское бюро би о м На к СССР (7E) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ триа. риэфотоки

Изобретение относится к медицинс кой технике, а именно к устройствам

Р для функциональной диагностики.

Известно устройство для исследования электрических характеристик биологических. тканей, которое содержит ячейку с потенциальным, токовым и индифферентным электродами, при этом потенциальный электрод последовательно соединен с повторителем потенциала, дифференциальным усилитетО лем, и токовым электродом, регистрирующий прибор, соединенный через измеритель тока с индифферентным электро-дом, генератор опорных сигналов, 15 соединенный со вторым входом дифференциального усилителя ) )1.

Недостатком данного устройства является низкая точность стабилизации напряжения на объекте, что в

20 конечном итоге приводит к низкой точности измерений, а также к низкой устойчивости устройства. Устойчивость устройства и точность стабилизации напряжения на объекте определяют как электрическими параметрами у ройства, так и характеристиками меняемых электродов. В процессе измерений сопротивление электрод меняется, нарушается условие кри ческого затухания и устройство м жет перейти в автоколебательный жим, что, как правило, приводит повреждению биологического объек

При работе в режиме, далеком от тического затухания, снижается точность отслеживания командного сигнала. Кроме того, для обеспеч ния высокой точности стабилизаци напряжения на объекте величину к фициента усиления устройства стр мятся увеличить, а так как в ре ных операционных усилителях, на рых построено устройство, с рост ускпения уменьшается частота сре. амплитудно-частотной характерист то это приводит к снижению устой вости, быстродействия устройства

845823 4 тока и преобразователь 7 напряжение-ток, который с коэффициентом преобразования с6 преобразует напряжение, поступающее íà его вход, в ток, проходящий через токовый электрод 3, мембрану биологического объекта и индифферентный электрод

4, причем этот ток, пропорциональный сигналу ошибки, не зависит от элект10 рических параметров токового электрода и биологического объекта.

25! где k

° (\

35 с М

G Ct

45

3 следовательно, к снижению и точности измерения электрических параметров объекта. !

Цель изобретения — повышение стабильности и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введен преобразователь напряжение-ток, вход которого соединен с выходом дифференци ального усилителя, а выход — с токо вым электродом, На чертеже изображена структурная схема устройства для исследования электрических характеристик биологических тканей.

Устройство содержит ячейку 1 с потенциальными электродами 2, токовым электродом 3, индифферентным электродом 4, повторитель S потенциала, вхо ды которого соединены с потенциальными электродами, дифференциальный усилитель 6, преобразователь 7 напряжение-ток, выход которого соединен с токовым электродом, генератор 8 опорного напряжения, регистрирующий прибор 9 напряжения и регистрирующий прибор 10 тока. Выход повторителя 5 потенциала соединен с регистрирующим прибором 9 и с первым входом дифференциального усилителя 6. Второй вход дифференциального усилителя 6 соединен с генератором 8, а выход— с регистрирующим прибором 10 тока и входом преобразователя 7 напряжениеток. Индифферентный электрод 4 заземлен.

Устройство работает следующим образом.

В ячейку, заполненную токопроводящим физиологическим раствором, помещают биологический объект (нервная, мьгиечная или какая-либо другая клетка) и через полупроницаемую мембрану, ограничивающую клетку, внутрь нее вводят потенциальный и токовый элек-, троды 2 и 3. При подаче с генератора

8 сигнала в цепи возникает ток, образуя разность потенциалов на мембране клетки, которая измеряется повторителем 5 потенциала. Результат измерения поступает на регистрирующий прибор 9 и один из sxppoa дифференциального усилителя б, на второй вход которого поступает сигнал с генератора 8. Напряжение ошибки (разность между напряжением мембраны н опорным напряжением)„ усиленное дифференциальным усилителем б, поступает на регистрирующий прибор 1О

Дифференциальное уравнение, которому подчиняется процесс измерения, 15 осуществляемый устройством, позвопяет оценить особенности устройства в части устойчивости, быстродействия и точности измерения параметров объекта, Вычисления, проведенные известным методом, приводят к следующему выраже- нию коэффициент передачи устройства по напряжению с постоянной времени ь постоянная времени биологического объекта; сопротивление мембраны; емкость мембраны; комнатный сигнал; напряжение на мембране. где и — коэффициент преобразования напряжение-ток.

Следовательно, условие критического затухания для описываемого устройства

В устройстве точность отслеживания мембраной командного сигнала зависит от произведения k.< и повышать точность можно, увеличивая коэффициент

50 преобразования ОЬ напряжение-ток, величина которого не зависит от

Как следует из уравнения (2), увеличение Оь способствует не только повышению точности устройства, но и

55 расширению частотного диапазона сигналов, для которых выполняется критерий критического затухания, т.е, повышению быстродействия, Коэффициент ой

Формула изобретения тор род ом

ВНИИП11 Заказ 5260/1 Тираж 687 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4

5 8458 передачи устройства k при этом может оставаться в пределах десяти.

Таким образом, устройство обладает повышенной устойчивостью, так как условие устойчивой работы (уравнение (2) )рассматриваемого устройства не зависит от сопротивления токового электрода к, а это означает, что в процессе длительного эксперимента (при изменении сопротивления токо-, ного электрода в широких пределах) устойчивость не нарушается.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения параметров мембраны.В известных устройствах для .обеспечения высокой точности отслеживания командного сигнала на биологическом обьекте величину коэффициента передачи системы k стремятся увеличить (5000-10000), а так щ как в реальных системах с ростом k растет и величина Ь, удовлетворить требованию устойчивости при высокой точности поддержания потенциала мембраны черезвычайно сложно. 25

Кроме того, данное устройство можно использовать для построения много23 б канальна систем, обладающих высо точностью и быстродействием.

Устройство для исследования эл рических характеристик биологичес тканей, содержащее последовательн соединенные ячейку, потенциальные элетроды, повторитель потенциала дифференциальный усилитель, генер опорного напряжения, токовый элек и регистрирующие приборы тока и

;пряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения стаб ности н точности измерения, в нег введен преобразователь напряжение ток, вход которого соединен с вых дифференциального усилителя, а в ход — с токовым электродом.

Источники информации, принятые во внимание при эксперти

I. Авторское свидетельство ССС

Ф 586899, кл. А 6.1 В 5/04, 1977..