" Метод и аппаратура оценки функционального состояния организма человека " Карпухин В.А., Косоруков А.Е.

Рефлексодиагностические методы оценки функционального состояния организма человека Методы основанные на измерении теплочувствительности Акабане, В. Кайдош, Ф.Г. Портнов Методы, основанные на измерение электрокожного сопротивления Методы, основанные на измерение электрокожного сопротивления Метод Накатани (Риодораку) Метод Накатани (Риодораку) Meтoд Брату Meтoд Брату Meтoд Х. Мотоямы Meтoд Х. Мотоямы Метод ЦИТО (А.И. Нечушкин) Метод ЦИТО (А.И. Нечушкин) Meтoд Фолля Meтoд Фолля Измерительный комплекс Прогноз – А Измерительный комплекс Прогноз – А

Наименование методики ЭПД и прибора Мощность единичного тестирования в Ватах [Вт] Плотность мощности единичного тестировани я в [Вт/мм 2 ] Энергети- ческое Воздействи е в [Дж] Плотность энергии единичного тестирования в [Дж/мм 2 ] Среднее энергетическое воздействие одного диагностического цикла в [Дж] Погреш- ность измере- ния в в % H. Motoyama, (1976) Standart Type AMI (Япония) 6 мВт0,48 мВт/мм 2 0,6 мДж0,048 мДж /мм 2 16,6 мДж I. Nakatani, (1974) Ryodoraku detection (Япония) 3 мВт0,038 мВт/мм 2 9 мДж0,11 мДж /мм мДж> R. Voll (1956) Dermatron GMBH Peterling Electronic (ФРГ) 0,045 мВт0,0036 мВт/мм 2 0,45 мДж0,036 мДж /мм мДж> А.И. Нечушкин – СВТ (1977) (стандартный вегетативный тест) Тест- 1. Карат ВНИИТ(СССР) 0,06 мВт0,0048 мВт/мм 2 0,3 мДж0,024 мДж /мм 2 7,2 мДж> Метод Прогноз – технология Патент. РФ Прибор Прогноз – мини Бердский радиозавод (СССР) 0,04 мВт0,003 мВт/мм 2 0,008 мДж0,0006 мДж /мм 2 0,192 мДж

Факторы, вносящие погрешность в процесс измерения Факторы, вносящие методическую погрешность Факторы, вносящие инструментальную погрешность инструментальную погрешность Погрешностиизмерительноготракта Факторы, влияющие на влияющие наСоблюдение требований требованийморфологическойинтактностиФакторы, влияющие на соблюдение условий сохранения сохранения функционального функциональногосостояния объекта исследования Психологические факторы факторы Технические Климатические Факторы,обусловленные анатомическими анатомическими особенностями особенностями строения области измерения и расположениемэлектродов Электрические факторы факторы Механические Биологические Факторы,обусловленные электрохимическими электрохимическими реакциями в подэлектродной области области Факторы, обусловленные методом идентификации методом идентификации параметров нелинейной параметров нелинейной схемы замещения схемы замещения электрического электрического адмитанса кожи адмитанса кожи Основные факторы влияющие на точность определения параметров электрокожного адмитанса в рефлексогенных зонах

Теоретическая оценка погрешности метода измерения электрических характеристик рефлексогенных зон. Разработка нелинейной электрической схемы замещения кожи. Разработка методики измерения нелинейного электрокожного адмтанса, Разработка измерительного преобразователя нелинейного электрического адмитанса Цель работы Разработка метода и аппаратуры оценки функционального состояния организма человека Задачи

Трехмерная модель пальца а)б) Рис.2. Геометрические параметры моделей и граничные условия а) трехмерная модель пальца, б) модель области под активным электродом, где 1 – эпидермис, 2 – сосочковый слой дермы, 3 – сетчатый слой дермы, 4 – подкожная жировая клетчатка, 5 – соединительная ткань, 6 – кость, 7 – активный электрод, 8 –пассивный электрод, 9 – зона проекции точки акупунктуры., Jn=0,01 А/м 2 Таблица 1. Параметры слоев модели. ТканьТолщина слоя, ммσ, Ом -1 *м -1 Кость Соединительная ткань1, Подкожная жировая клетчатка Сетчатый слой дермы0,80.05 Сосочковый слой дермы0,50.05 Эпидермис0, Электрод1,51 Граничные условия: на активном электроде - плотность тока Jn = 0,01 А/м 2, на пассивном электроде – нулевой потенциал V = 0, на границе «кожа - воздух» - нулевой значение плотности тока n*J = 0, на внутренних границах – непрерывность плотности тока, n(J 1 – J 2 ) = 0.

Результаты численного моделирования Рис. 3 – результаты численного моделирования пространственного распределения ЭМП в биотканях пальца руки в COMSOL Multiphysics По полученным данным о распределении потенциала рассчитывалась удельная электропроводность кожи по следующим формулам: гдеdl – толщина эпидермиса, м, S акт электрода – поперечная площадь активного электрода, м 2, где J – плотность тока на активном электроде, А/м 2, U - напряжение между электродами, В, Тогда и вычислялась погрешность рассчитанного значения удельной электропроводности кожи: гдеσ з – заданная удельная электропроводность кожи, (Ом*м) -1,σ p – рассчитанная удельная электропроводность кожи, (Ом*м) -1

Погрешность расчета удельной электропроводности кожи в зависимости от толщины эпидермиса и толщины слоев тканей пальца δ – соответствует эпидермису, δ2 - сосочковому слою дермы, δ3 - сетчатому слою дермы, δ4 - жировому слою, δ5 - соединительной ткани, δ6 - кости 1.Погрешность расчета удельной электропроводности кожи монотонно возрастает при изменении толщины эпидермиса от 0,2 мм до 0,5 мм от 7,87% до 23,1 %. 2.При изменении толщины остальных рассматриваемых слоёв во всём физиологическом диапазоне погрешность расчёта удельной электропроводности не превышает 8.8%.

Зависимость погрешности расчета удельной электропроводности кожи от удельной электропроводности эпидермиса и удельной электропроводности слоев тканей δ – соответствует эпидермису, δ2 - сосочковому слою дермы, δ3 - сетчатому слою дермы, δ4 - жировому слою, δ5 - соединительной ткани, δ6 – кости 1.При изменении удельной электропроводности эпидермиса от (Ом*м) -1 до 2*10 -5 (Ом*м) -1 погрешность расчета удельной электропроводности кожи не превышает 16,5%, при изменении удельной электропроводности эпидермиса от 2*10 -5 (Ом*м) -1 до 0,1 (Ом*м) -1 увеличивается от 16,5% до 93% 2.При изменении удельной электропроводности остальных рассматриваемых слоёв во всём физиологическом диапазоне погрешность расчёта удельной электропроводности не превышает 10,5%.

Результаты исследований Погрешность расчета удельной электропроводности кожи достигает максимального значения 800% при соотношении электрода и зоны проекции точки акупунктуры, равном 4, и соотношении удельных электропроводностей кожи и зоны проекции точки акупунктуры, равном 10. При изменении соотношения площадей электрода и зоны проекции точки акупунктуры от 4 до 0,25 погрешность расчета удельной электропроводности кожи монотонно уменьшалась до 20%. Для случая соотношения площадей 0,25 и изменении соотношения удельных электропроводностей кожи и зоны проекции точки акупунктуры от 0,1 до 10 погрешность расчета удельной электропроводности кожи не превышала 20%. Погрешность расчета удельной электропроводности кожи монотонно возрастает при изменении толщины эпидермиса от 0,2 мм до 0,5 мм от 7,87% до 23,1 %. При изменении рассматриваемых слоёв во всём физиологическом диапазоне погрешность расчёта удельной электропроводности не привышает 8.8%.

Минимальная измерительная погрешность при ЭПД составляет 5,7% Оптимальное соотношение площадей измерительного и базового электродов должно быть не менее 1:50 Площадь измерительного электрода не должна превышать площади проекции зоны ТА Измерительный электрод не должен выходить из зоны ТА Оптимальный размер измерительного электрода, при котором достигается минимальная измерительная погрешность составляет 7мм2 т.е. радиус контактной площадки должен быть 1,5 мм для взрослых людей и 0,7 мм соответственно для использования в микропедиатрии Практические рекомендации

Разработка метода для измерения линейного и нелинейных компонентов электрического адмитанса кожи Нелинейная схема замещения электрического адмиттанса кожи человека Нелинейная схема замещения электрического адмиттанса кожи человека (g – нелинейная проводимость кожи, С – емкость кожи). (g – нелинейная проводимость кожи, С – емкость кожи). g0- линейный компонент ЭКП; gi- нелинейные компоненты ЭКП; U – измеряемое напряжение; i – порядковый номер элемента разложения; N - количество элементов разложения Связь между подаваемым током I и измеряемым напряжением U

Оценка погрешности метода для измерения линейного и нелинейных компонентов электрического адмитанса кожи Для численной оценки погрешности предложенной эквивалентной схемы замещения и метода идентификации её параметров в качестве источника получения диагностической информации необходимо было провести следующие исследования: определить влияние постоянной составляющей, обусловленной поляризацией электродов определить влияние постоянной составляющей, обусловленной поляризацией электродов определить влияние линейно изменяющейся составляющей, обусловленной переходными приэлектродными процессами определить влияние линейно изменяющейся составляющей, обусловленной переходными приэлектродными процессами определить влияние наводок индустриальной частоты 50 Гц определить влияние наводок индустриальной частоты 50 Гц определить влияние дискретизацией по времени тока и напряжения определить влияние дискретизацией по времени тока и напряжения определить влияние конечной разрядностью АЦП определить влияние конечной разрядностью АЦП

Оценка погрешности метода для измерения линейного и нелинейных компонентов электрического адмитанса кожи Погрешность, вызванная наличием постоянной составляющей, в измеренном напряжении в процентах от максимальной амплитуды сигнала Погрешность, вызванная наличием, линейно изменяющимся напряжением, в измеренном выходном напряжении в процентах от максимальной амплитуды сигнала

В результате исследования погрешности алгоритма идентификация параметров схемы замещения, было получено, что для обеспечения погрешности не превышающей заданной постоянная составляющая, обусловленная поляризацией электродов не должна превышать 0,03% от амплитуды измеренного напряжения постоянная составляющая, обусловленная поляризацией электродов не должна превышать 0,03% от амплитуды измеренного напряжения линейно изменяющаяся составляющая, обусловленная переходными приэлектродными процессами не должна превышать 0,03% от амплитуды измеренного напряжения линейно изменяющаяся составляющая, обусловленная переходными приэлектродными процессами не должна превышать 0,03% от амплитуды измеренного напряжения наводки индустриальной частоты 50 Гц не должны превышать 0,1% от амплитуды измеренного напряжения наводки индустриальной частоты 50 Гц не должны превышать 0,1% от амплитуды измеренного напряжения сгнал тока должен иметь не менее 2 в14, а сигнал напряжения не менее 2 в 12 уровней квантования сгнал тока должен иметь не менее 2 в14, а сигнал напряжения не менее 2 в 12 уровней квантования частота дискретизации должна обеспечивать не менее 1200 точек на измеренный сигнал частота дискретизации должна обеспечивать не менее 1200 точек на измеренный сигнал амплитуды тока должна быть не в диапазоне 25, нА амплитуды тока должна быть не в диапазоне 25, нА

Внешний вид разработанного комплекса и основные технические характеристики Возможность измерения как линейных так и нелинейных компонент нелинейного электрокожного адмитанса Возможность измерения как линейных так и нелинейных компонент нелинейного электрокожного адмитанса Диапазон измеряемых величин: Диапазон измеряемых величин: проводимость 10 нСм – 10 мкСм ±1% проводимость 10 нСм – 10 мкСм ±1% (сопротивление 100кОм – 100МОм ±1%) (сопротивление 100кОм – 100МОм ±1%) ёмкость 500 пФ – 5 мкФ ±2% ёмкость 500 пФ – 5 мкФ ±2% относительная погрешность измерения нелинейных компонентов не более 5% относительная погрешность измерения нелинейных компонентов не более 5% Площадь активного электрода 12мм2 Площадь активного электрода 12мм2 Фиксированное усилие на активном электроде 1,5 ±0,3 Н Фиксированное усилие на активном электроде 1,5 ±0,3 Н Амплитуда зондирующего воздействия 65 нА Амплитуда зондирующего воздействия 65 нА Энергия воздействия 1 измерения 8 мкДж Энергия воздействия 1 измерения 8 мкДж

Наименование методики ЭПД и прибора Мощность единичного тестирования в Ватах [Вт] Плотность мощности единичного тестировани я в [Вт/мм 2 ] Энергети- ческое Воздействи е в [Дж] Плотность энергии единичного тестирования в [Дж/мм 2 ] Среднее энергетическое воздействие одного диагностического цикла в [Дж] Погреш- ность измере- ния в в % H. Motoyama, (1976) Standart Type AMI (Япония) 6 мВт0,48 мВт/мм 2 0,6 мДж0,048 мДж /мм 2 16,6 мДж I. Nakatani, (1974) Ryodoraku detection (Япония) 3 мВт0,038 мВт/мм 2 9 мДж0,11 мДж /мм мДж> R. Voll (1956) Dermatron GMBH Peterling Electronic (ФРГ) 0,045 мВт0,0036 мВт/мм 2 0,45 мДж0,036 мДж /мм мДж> А.И. Нечушкин – СВТ (1977) (стандартный вегетативный тест) Тест- 1. Карат ВНИИТ(СССР) 0,06 мВт0,0048 мВт/мм 2 0,3 мДж0,024 мДж /мм 2 7,2 мДж> Метод Прогноз – технология Патент. РФ Прибор Прогноз – мини Бердский радиозавод (СССР) 0,04 мВт0,003 мВт/мм 2 0,008 мДж0,0006 мДж /мм 2 0,192 мДж

Эксперементальная оценка информотивности линейных и нелинейных компонентов электрокожного адмиттанса В эксперименте приняло участие 23 здоровых добровольца, студенты МГТУ им Н.Э. Баумана в возрасте 22 года, которые были разделены на основную и контрольную группы. В эксперименте приняло участие 23 здоровых добровольца, студенты МГТУ им Н.Э. Баумана в возрасте 22 года, которые были разделены на основную и контрольную группы. Воздействие осуществлялось фотоматрицей зеленого цвета (574нм) на тыльную поверхность руки в течение 4 мин. Интенсивность облучения: 20 мВт/см2 поверхности кожи. Воздействие осуществлялось фотоматрицей зеленого цвета (574нм) на тыльную поверхность руки в течение 4 мин. Интенсивность облучения: 20 мВт/см2 поверхности кожи. Регистрация ЭКС для каждого из испытуемых проводилась 3 раза: до воздействия, после воздействия и через 30 минут после воздействия. Регистрация ЭКС для каждого из испытуемых проводилась 3 раза: до воздействия, после воздействия и через 30 минут после воздействия. Измерения ЭКС производились разработанным АПК, результаты измерений занесены в базу данных Измерения ЭКС производились разработанным АПК, результаты измерений занесены в базу данных Статистическая обработка осуществлялась по критерию Фридмана Статистическая обработка осуществлялась по критерию Фридмана

Статистически значимые изменения параметров в ТА основной группы Исследуемый параметр G0G0G0G0 G1G1G1G1 G2G2G2G2 G3G3G3G3C Меридианы со статически значимыми изменениями (F1_r) (R0_r) (F1_l) (R0_l) (V67_l) (IG_l)(VB44_l)(V67_r)(V67_l) Статистически значимые изменения параметров в ТА. Сразу после воздействия Статистически значимые изменения параметров в ТА. Через 30 минут после воздействия Исследуемый параметр G0G1G2G3C Меридианы со статически значимыми изменениями (IG1_r) (F1_r) (C9_l) (R0_r) (R0_l) (RP1_r) (E45_r) (R0_r) (F1_l) (E45_l) (R0_l) (GL1_r) (R0_l)

Статистически значимые изменения параметров в ТА контрольной группы Статистически значимые изменения параметров в ТА. Сразу после имитации воздействия Статистически значимые изменения параметров в ТА. Через 30 минут после имитации воздействия Исследуемый параметрG0G1G2G3C Меридианы со статически значимыми изменениямиPL1_rPL1_rPL1_rPL1_rF1_rPL1_r Исследуемый параметрG0G1G2G3C Меридианы со статически значимыми изменениямиRP1_rE45_lVB44_lF1_lRP1_r