Измерительная система для оценки электрических параметров биоткани

Внедрение: 2010 г.

На кафедре информационно-измерительной техники Уфимского государственного авиационного технического университета решались задачи получения достоверной информации об электрических параметрах зон на кожном покрове человека [1].

Особенностью разработанной измерительной системы (рисунок 1) является то, что в ней применен вольтамперометрический метод получения информации о состоянии исследуемой зоны, который реализован с помощью измерительного генератора заданной электрической мощности (ИГЗМ), обеспечивающего постоянное значение рассеиваемой электрической мощности в исследуемом объекте.

Подключение ИГЗМ 1 к исследуемому объекту 3 осуществлялось посредством металлических электродов 2. С помощью датчика усилия, жестко скрепленного с измерительным электродом 5, получалась информация об уровне внешнего механического воздействия на исследуемый объект. Для расчета текущего значения сопротивления исследуемого объекта измерялись значения напряжения и тока на измерительных электродах в каждый момент времени. Для преобразования сигнала на выходе датчика усилия и сигналов с ИГЗМ в унифицированный сигнал стандартного диапазона 0‑5 В использовались нормирующие преобразователи 4. Для отображения значений измеряемых параметров 6 применялись цифровые вольтметры DT832. Для более точного измерения параметров состояния объекта использовалось устройство сбора, обработки и передачи информации 7 на базе модуля АЦП E‑154, с помощью которого собирались данные в персональный компьютер. Использовалось ПО LGraph2, MS Excel, DPlot.

Рисунок 1. Структура системы измерения электрических свойств сложного многокомпонентного объекта: 1 – ИГЗМ; 2 – электроды; 3 – исследуемый объект; 4 – нормирующие преобразователи; 5 – датчик усилия; 6 – цифровые вольтметры; 7 – устройство обработки и передачи данных в ПЭВМ; 8 – ПЭВМ.

Разработанная информационно-измерительная система (ИИС) позволяет проводить оценку электрических свойств исследуемого участка биоткани при известных уровнях механического и электрического воздействий. Ее макет представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Реализация макета разработанной ИИС: 1 – переключатель режимов заданной мощности; 2 – разъемы для подключения измерительных электродов; 3 – цифровые вольтметры; 4 – устройство обработки и передачи данных в ПЭВМ; 5 – ПЭВМ; 6 – разъемы для подключения цифровых вольтметров; 7 – измерительный электрод с датчиком, оценивающим уровень усилия.

При обработке результатов, полученных электрическими методами, многие исследователи не учитывают влияние таких факторов, как уровень рассеиваемой в исследуемом объекте электрической мощности, полярность диагностического напряжения, силу нажатия точечным электродом. Однако эти факторы оказывают существенное влияние на получаемые результаты. Далее приводятся количественные оценки влияния вышеперечисленных факторов на электрические свойства биоткани. Нулевой электрод располагался на запястье левой руки. Это электрод большой площади – более 20 см².

Рисунок 3. Локальные зоны кожного покрова, параметры которых оценивались в процессе экспериментов.

С помощью точечного электрода (площадью 2 мм²) проводилось исследование локальных зон, расположенных на различных участках тела (рисунок 3). Проведено исследование влияния механического воздействия на свойства биоткани. Через объект измерений пропускался электрический ток заданной мощности, но к измерительному электроду в процессе эксперимента прикладывались различные значения механического усилия.

Рисунок 4. Воздействие различными значениями заданной мощности: (а) – первая точка; (б) – вторая точка; (в) – третья точка; (г) – четвертая точка.

Как видно из результатов проведенных экспериментов, измеряемые значения электрического сопротивления биоткани зависят от уровня электрической мощности диагностического воздействия (рисунок 4).

Разработанная измерительная система позволяет получать информацию об электрических параметрах зон поверхности кожного покрова. Информационным параметром служит электрическое сопротивление локального участка биообъекта, которое оценивается при постоянстве мгновенного значения электрической мощности, рассеиваемой в объекте при оценке его состояния в конкретной зоне.

Экспериментальная оценка электрических параметров локальных зон на кожном покрове показала, что при электрических мощностях взаимодействия P=8…110 мкВт электрическое сопротивление участка биоткани может меняться в зависимости от значения электрической мощности, рассеиваемой на исследуемом участке. Установлено, что имеется экстремум мощности, воздействующей на биообъект, при котором значение электрического сопротивления исследуемого участка минимально. Его значение различно для различных зон на поверхности кожного покрова и может находиться в диапазоне от 15 до 35 мкВт. Гипотетически по этому параметру биоткани можно оценивать состояние локальных зон и получать дополнительную диагностическую информацию.

Источник:
Мустафин Т.Н. Технические средства для оценки электрических параметров зон поверхности кожного покрова: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Уфа. – 2010. – 19 с.

Разработчик: Мустафин Т.Н. (ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»)