[go: up one dir, main page]

WO2015133921A1 - Device for measuring electrical parameters of portion of human body - Google Patents

Device for measuring electrical parameters of portion of human body Download PDF

Info

Publication number
WO2015133921A1
WO2015133921A1 PCT/RU2014/000139 RU2014000139W WO2015133921A1 WO 2015133921 A1 WO2015133921 A1 WO 2015133921A1 RU 2014000139 W RU2014000139 W RU 2014000139W WO 2015133921 A1 WO2015133921 A1 WO 2015133921A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
human body
microcontroller
measuring
electrodes
input
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2014/000139
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Игорь Леонидович МИСЮЧЕНКО
Михаил Семенович РУБИН
Евгений Львович СОКОЛОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OBSHCHESTVO S OGRANICHENNOY OTVETSTVENNOSTYU "HILBI"
Original Assignee
OBSHCHESTVO S OGRANICHENNOY OTVETSTVENNOSTYU "HILBI"
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 OBSHCHESTVO S OGRANICHENNOY OTVETSTVENNOSTYU "HILBI" filed Critical OBSHCHESTVO S OGRANICHENNOY OTVETSTVENNOSTYU "HILBI"
Priority to PCT/RU2014/000139 priority Critical patent/WO2015133921A1/en
Publication of WO2015133921A1 publication Critical patent/WO2015133921A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
    • A61B5/053Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0531Measuring skin impedance

Definitions

  • the invention relates to the field of measurements for diagnostic purposes, in particular to measuring devices using electric current, and can be used in human life monitoring systems.
  • a system for measuring the impedance of a portion of a human body includes two main electrodes that are connected to the differential inputs of a DC amplifier. Filters are connected to the input of the amplifier. From the output of the amplifier, the signal is supplied to the processing device.
  • This system is intended to measure only the impedance of a body part, and is not intended to measure other electrical parameters of a part of the human body, for example, the active resistance of human skin or the potential difference between parts of the human body skin.
  • the patent CN 102579033 (publication July 18, 2012, IPC A43B5 / 0402, A61B5 / 053) describes a system for measuring the electrical resistance of a part of the human body, containing electrodes, amplifiers and a microprocessor.
  • the electrodes are connected to the input of the DC amplifier, the output of the amplifier through a parallel RC filter is connected to the input of the analog-to-digital converter of the microprocessor.
  • This system is designed to measure only one parameter - the electrical resistance of a portion of the human body - and is not suitable for measuring other electrical parameters of a portion of the human body.
  • the closest analogue is the device and method for measuring the impedance of a portion of the human body, described in patent US 8089283 (publication 03.01.2012, IPC A61B5 / 053).
  • the device contains electrodes placed on the human body, a DC amplifier and a microprocessor. Electrodes connected to the input of the amplifier, from the output of which signals with impedance characteristics are recorded. A number of filters are also connected to the amplifier inputs, switching of which is carried out by a microprocessor.
  • This system is designed to measure only one parameter - impedance - and is not suitable for measuring other electrical parameters of a portion of the human body.
  • the technical problem to which the claimed invention is directed is to create a simple device with which it is possible to measure various electrical parameters of a part of the human body, in particular, the impedance of a part of the human body, the active resistance of human skin and the potential difference between the parts of the human body skin.
  • a device for measuring electrical parameters of a portion of a human body includes two conductive electrodes placed on the human body, an operational amplifier and a microcontroller.
  • the microcontroller is configured to operate in three modes - in the mode of measuring the impedance of a portion of the human body, in the mode of measuring the active resistance of the human skin and in the mode of measuring the potential difference between the sections of the skin of the human body.
  • Conducting electrodes are included in the negative feedback circuit of the operational amplifier, the non-inverting input of the operational amplifier is connected to zero potential, and the output of the operational amplifier is connected to the input of the analog-to-digital converter of the microcontroller.
  • the inverting input of the operational amplifier through a resistor is connected to the input / output port of the microcontroller.
  • the microcontroller at the output of the input-output port provides a signal of a given frequency at which the impedance of the portion of the human body is measured.
  • the microcontroller at the output of the input-output port provides the formation of a constant voltage signal.
  • the microcontroller provides the disconnection of the input-output port.
  • the inclusion of electrodes in the negative feedback circuit (OOS) of the operational amplifier allows for given electrical parameters to the output of the input / output port of the microcontroller, to which the inverting input of the operational amplifier is connected through a resistor, as well as the ratios of the resistances in the input circuit, the OOS circuit and the currents in these circuits, known for operational amplifiers, to determine by the value of the output voltage of the operational amplifier supplied to the input of the analog the digital converter (ADC) of the microcontroller, the impedance value, the active resistance of the body area between the electrodes or the potential difference between the skin areas to which are applied electrodes.
  • ADC analog the digital converter
  • the use of a microcontroller ensures the formation of the required electrical parameters at the output of the I / O port that specify the measurement mode.
  • the device in accordance with the present invention allows you to measure various electrical parameters of a portion of the human body, such as impedance, resistance, and even the potential difference between the skin areas.
  • all parameters are measured using the same electrodes placed on the human body, and one simple non-tunable electrical circuit, the control of which is also simple and is carried out through a microcontroller.
  • the frequency of the signal generated by the microcontroller in the mode of measuring the impedance of a portion of the human body for measurements for diagnostic purposes can be from 1 kHz to 4 MHz.
  • the device may have a holder in which are placed the components of the electrical circuit of the device, including conductive electrodes, an operational amplifier and a microcontroller.
  • the holder is made with the possibility of fixing around the wrist of a person so that the electrodes are adjacent to the wrist.
  • Each of the electrodes is made sectional with the possibility of separately connecting sections, and sections of the first and second electrodes are alternately arranged in the same row on the inner surface of the holder.
  • This embodiment of the device allows you to use it to measure the indicated electrical parameters of the human body in the wrist.
  • the execution of the electrodes sectional and their location alternately in the same row can improve the stability of the recorded signal and the sensitivity of the device. This is due to an increase in the reliability of the contact of electrodes with human skin, as well as an increase in the area of electrodes and optimization of the current path through the body section between the electrode sections. Due to the fact that each of the sections is made with the possibility of separate connection (that is, inclusion in the composition of the corresponding electrode), the potential difference between the individual points of the wrist and the average potential difference can be measured.
  • each electrode may be at least three, and each section of both electrodes may have a contact area of at least 1 cm 2 .
  • the holder can be made in the form of a flexible tape fixed to the wrist with a fastener, such as Velcro.
  • the holder may be made in the form of a bracelet having sections pivotally connected to each other.
  • the holder can be made in the form of a tight wrist cuff.
  • the device can be additionally equipped with a transceiver for controlling the microcontroller and transmitting the measured electrical parameters of a portion of the human body, while the transceiver is placed in a holder.
  • the invention is illustrated by the following graphic materials.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an apparatus for measuring electrical parameters of a portion of a human body in accordance with the present invention.
  • FIG. Figure 2 shows an equivalent diagram of a portion of the human body in the impedance measurement mode.
  • FIG. Figure 3 shows an equivalent diagram of a human skin site in the mode of measuring active resistance.
  • FIG. Figure 4 shows an equivalent diagram of a portion of the human body in the mode of measuring the potential difference between parts of the skin of the human body.
  • FIG. Figure 5 shows the equivalent wiring of the microcontroller I / O port in three measurement modes.
  • FIG. 6 shows a perspective view of an example embodiment of a device for measuring electrical parameters of a portion of a human body in accordance with the present invention with a holder in the form of a flexible tape with a fastener.
  • FIG. 7 schematically shows the fastening of the device to the wrist.
  • FIG. 8 shows the location of the sections of the conductive electrodes on the holder and the electrical connection of the sections of the first and second electrodes of the device shown in FIG. 6.
  • FIG. 9 shows a view of FIG. 8 is a section AA of the holder in the region of one of the electrode sections.
  • FIG. 10 shows another example of a holder design with a cavity for accommodating components of an electrical circuit of a device in accordance with the present invention.
  • FIG. 11 shows a diagram of the electrical connection of the sections of the first and second electrodes with the formation of the first and second electrodes of the device.
  • FIG. 12 illustrates the direction of electric currents between the electrode sections of a device in accordance with the invention.
  • FIG. 1 includes two - the first and second - conductive electrodes 5 and 6, respectively, placed on the human body, an operational amplifier 2 and a microcontroller 1.
  • the electrodes 5 and 6 can be fixed in different places of the human body using a holder, for example, made in the form of a tape with a fastener fastened to the wrist, as shown in FIG. 7.
  • the electrodes 5 and 6 are included in the OOS circuit of the operational amplifier 2 between its inverting input and output. Accordingly, when the electrodes are mounted on the human body and have electrical contact with the body, a portion 3 of the human body (or skin surface) is turned on in the OOS circuit of the operational amplifier between the electrodes 5 and 6.
  • the non-inverting input of the operational amplifier 2 is connected to zero potential.
  • the output of the operational amplifier 2 is connected to the port of the analog-to-digital converter (ADC) of the microcontroller 1, and the inverting input of the operational amplifier 2 through a resistor 4 is connected to the input-output port L of the microcontroller 1.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the microcontroller 1 can switch on the input-output port L in one of three modes, as shown in the equivalent circuit (Fig. 5).
  • the connection of the input-output port L of the microcontroller 1 is conditionally represented by a switch 14 having three positions: the first is the leftmost position - corresponds to the mode of measuring the impedance of a part of the human body, the second - central - corresponds to the mode of measuring the active resistance of the skin, and the third - rightmost - corresponds to the mode of measuring the potential difference between the skin areas.
  • port L of microprocessor 1 switches to the output, and a probe signal of frequency F is applied from the output of port L in the range from 1 kHz to 4 MHz. In FIG. 5, this corresponds to the leftmost position of the switch 14.
  • An equivalent circuit of the portion 3 of the human body in this mode is shown in FIG. 2. It includes an active resistance 7 and a parallel-connected circuit including a capacitance 9 and a resistance 8.
  • U ex is the voltage of the sounding signal with a frequency of F from the output L of the microcontroller 1;
  • R4 is the resistance of the resistor 4.
  • U ebix is the voltage at the output of the operational amplifier 2, supplied to the input of the ADC of the microcontroller 1;
  • the port L of the microcontroller 1 is switched to the input and connected through the resistor 13 (usually called the "pull-up" resistor and available in the microcontroller 1) to a voltage source of voltage E.
  • the resistor 13 usually called the "pull-up" resistor and available in the microcontroller 1
  • this corresponds to the central position of the switch 14.
  • An equivalent circuit of the human body portion 3 in the mode of measuring skin resistance is shown in FIG. 3 and includes resistance 10.
  • E is the supply voltage of the microcontroller 1
  • R4 is the resistance of the resistor 4.
  • R 13 is the resistance of the resistor 13
  • R3 the active resistance of the skin of a portion of the body of 3 people
  • R 3 (R 4 + R i3 ) - (u eblx / u.
  • the input / output port L of the microcontroller 1 switches to input and a high resistance is provided at its output.
  • this corresponds to the extreme right position of the switch 14.
  • the equivalent circuit of the human body portion 3 for this case is shown in FIG. 4 and includes resistance 1 1 and voltage source 12.
  • the current flowing through the resistor 4 and, accordingly, the current flowing through the portion 3 of the human body are equal to zero (the voltage at the inverting input of the operational amplifier 2 is also equal to zero), then the voltage U o at the output of the operational amplifier 2 will be equal to potential differences between electrodes 5 and 6, that is, the measured potential difference between areas of human skin.
  • the device is transferred to any of the three described modes of measuring the electrical parameters of a portion of the human body.
  • the described device without any changes is suitable for measuring both the impedance in a wide range of frequencies, and for measuring both types of human skin-galvanic reaction.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an example embodiment of a device for measuring electrical parameters of a portion of a human body in accordance with the present invention.
  • the device 16 includes a holder 17 with a first electrode 5 and a second electrode 6 mounted on it (Fig. 8), which are made in the form of separate sections 18 and 19, respectively.
  • the holder 17 of the electrodes 5 and 6 is made in the form of a flexible tape with a fastener 20 such as Velcro, which allows you to fix it tightly around the wrist 22, as shown in FIG. 7.
  • the holder 17 of the electrodes can be made of plastic and other materials that ensure the holder is wrapped around the wrist 22.
  • the holder of the electrodes can have a different design, for example, can be made in the form of a bracelet having sections pivotally connected to each other, or in the form of a cuff tightly worn on the wrist (these options are not shown in the drawings).
  • the electrodes 5 and 6, made in the form of separate sections 18 and 19, respectively, are placed on the inside of the holder 17, so that when putting the device 16 on the wrist 22 sections 18 and 19 of the electrodes 5 and 6 are adjacent to the wrist 22.
  • Sections 18 and 19 of both electrodes 5 and 6 are arranged alternately on the holder 17 in a row. That is, section 18 of electrode 5 is followed by section 19 of electrode 6, then again section 18 of electrode 5, followed by section 19 of electrode 6, and so on.
  • FIG. 6, FIG. 8, FIG. 10 - FIG. 12 sections 18 of the electrode 5 are marked with the letter "a", and sections 19 of the electrode 6 are marked with the letter "b".
  • each electrode 5 and 6 contains four sections of each electrode 5 and 6.
  • the contact area of each section 18, 19 is at least 1 cm 2 .
  • the shape of the sections 18 and 19 of the electrodes 5 and 6 can be varied, for example, rectangular, as shown in FIG. 6, or round, as shown in FIG. 10. All sections 18 are interconnected, as shown in FIG. 8 and FIG. 1 1 forming electrode 5, as well as all sections 19 are electrically connected to each other, forming electrode 6.
  • sections 18, 19 of the electrodes 5, 6 can be switched using switches 26 and 27, as shown in FIG. I.
  • the potential difference can be measured between two sections 18 and 19, for this, using one switch 26, the corresponding section 18 is included in the electrode 5 (the remaining switches 26 are open), and with one switch 27 the corresponding section 19 is included in the composition electrode 6 (the remaining switches 27 are open).
  • switches 26, 27 jumpers or various electronic circuits, for example, field-effect transistors, can be used.
  • the average potential difference can also be measured when all switches 26 and 27 connect sections 18 and 19 to the respective electrodes 5 and 6.
  • the components of the electrical circuit of the device 16 are installed in the form of a flexible printed circuit board 21 (Fig. 9 and Fig. 10), or a printed circuit board in the form of separate sections (not shown) connected by flexible conductors. On the printed circuit board 21 can also be placed the power elements of the device.
  • the device can be additionally equipped with a transceiver with an antenna for controlling the microcontroller and transmitting the measurement results to an external device, while the transceiver is also placed in a holder (not shown in the drawings).
  • the device 16 is fixed around the wrist 22, while the contact surfaces of the sections 18 and 19 of the electrodes 5 and 6 are tightly attached to the skin of the wrist 22.
  • the implementation of the electrodes 5 and 6 section provides reliable contact with the skin at least at least two sections 18 and 19 of the electrodes 5 and 6 for any hand movements. Due to the fact that the electrodes are sectional and each section has an area of at least 1 cm 2 , the total area of each electrode, for example, when it is made of four sections, is at least 4 cm 2 , which increases the reliability of the contact of the electrodes 5 and 6 with skin and device sensitivity.
  • the arrangement of sections 18 and 19 alternately (Fig.
  • Such a structural embodiment of the device provides improved measurement accuracy in the three described modes. This is due to increasing the reliability of the contact of the electrodes with human skin, increasing the contact area of the electrodes and optimizing the current path between the electrode sections. Based on this device, it is possible to create systems for continuous monitoring of various parameters of human life.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

The device allows for measuring the impedance of a portion of the body, and for measuring the active resistance and the potential difference between areas of skin. The device includes two electrodes positioned on a human body, an operational amplifier and a microcontroller. The conductive electrodes are connected to a negative feedback circuit of the operational amplifier, a non-inverting input of which is connected to a zero potential, an output is connected to an analogue-to-digital converter of the microcontroller, and an inverting input is connected by means of a resistor to an input-output port of the microcontroller. In a mode for measuring the impedance of a portion of the human body, the microcontroller forms a signal of a given frequency at the output of the input-output port; in a mode for measuring the active resistance of human skin, the microcontroller forms a DC voltage signal at the output of the input-output port; and in a mode for measuring the potential difference between areas of skin on the human body, the microcontroller provides for the disabling of the input-output port. The device is characterized in having a simple design and in being easy to control when measuring various electrical parameters of a portion of the human body.

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  DEVICE FOR MEASURING ELECTRICAL

ПАРАМЕТРОВ УЧАСТКА ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ  PARAMETERS HUMAN BODY AREA TECHNOLOGY AREA

Изобретение относится к области измерений для диагностических целей, в частности к устройствам измерения с помощью электрического тока, и может быть использовано в системах мониторинга жизнедеятельности человека.  The invention relates to the field of measurements for diagnostic purposes, in particular to measuring devices using electric current, and can be used in human life monitoring systems.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ BACKGROUND

Известны различные устройства для измерения электрических параметров участка тела человека.  Various devices are known for measuring the electrical parameters of a portion of the human body.

Так, в патенте KR 2008028651 (публикация 01.04.2008, МПК А61В5/0424) описана система для измерения импеданса участка тела человека. Система включает два основных электрода, которые подключены к дифференциальным входам усилителя постоянного тока. На входе усилителя подключены фильтры. С выхода усилителя сигнал подается на устройство обработки. Данная система предназначена для измерении только импеданса участка тела, и не предназначена для измерения других электрических параметров участка тела человека например, активного сопротивления кожи человека или разности потенциалов между участками кожи тела человека.  So, in the patent KR 2008028651 (publication 01.04.2008, IPC A61B5 / 0424) a system for measuring the impedance of a portion of a human body is described. The system includes two main electrodes that are connected to the differential inputs of a DC amplifier. Filters are connected to the input of the amplifier. From the output of the amplifier, the signal is supplied to the processing device. This system is intended to measure only the impedance of a body part, and is not intended to measure other electrical parameters of a part of the human body, for example, the active resistance of human skin or the potential difference between parts of the human body skin.

В патенте CN 102579033 (публикация 18.07.2012, МПК А43В5/0402, А61В5/053) описана система измерения электрического сопротивления участка тела человека, содержащая электроды, усилители и микропроцессор. Электроды подключены ко входу усилителя постоянного тока, выход усилителя через параллельный RC фильтр подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя микропроцессора. Данная система предназначена для измерения только одного параметра - электрического сопротивления участка тела человека - и не приспособлена для измерения других электрических параметров участка тела человека.  The patent CN 102579033 (publication July 18, 2012, IPC A43B5 / 0402, A61B5 / 053) describes a system for measuring the electrical resistance of a part of the human body, containing electrodes, amplifiers and a microprocessor. The electrodes are connected to the input of the DC amplifier, the output of the amplifier through a parallel RC filter is connected to the input of the analog-to-digital converter of the microprocessor. This system is designed to measure only one parameter - the electrical resistance of a portion of the human body - and is not suitable for measuring other electrical parameters of a portion of the human body.

Наиболее близким аналогом является устройство и способ измерения импеданса участка тела человека, описанные в патенте US 8089283 (публикация 03.01.2012, МПК А61В5/053). Устройство содержит электроды, размещаемые на теле человека, усилитель постоянного тока и микропроцессор. Электроды подключены ко входу усилителя, с выхода которого регистрируются сигналы с характеристиками импеданса. Ко входам усилителя подключен также ряд фильтров, переключение которых осуществляется микропроцессором. Данная система предназначена для измерения только одного параметра - импеданса - и не приспособлена для измерения других электрических параметров участка тела человека. The closest analogue is the device and method for measuring the impedance of a portion of the human body, described in patent US 8089283 (publication 03.01.2012, IPC A61B5 / 053). The device contains electrodes placed on the human body, a DC amplifier and a microprocessor. Electrodes connected to the input of the amplifier, from the output of which signals with impedance characteristics are recorded. A number of filters are also connected to the amplifier inputs, switching of which is carried out by a microprocessor. This system is designed to measure only one parameter - impedance - and is not suitable for measuring other electrical parameters of a portion of the human body.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание простого устройства, с помощью которого можно измерять различные электрические параметры участка тела человека, в частности, импеданс участка тела человека, активное сопротивление кожи человека и разность потенциалов между участками кожи тела человека.  The technical problem to which the claimed invention is directed is to create a simple device with which it is possible to measure various electrical parameters of a part of the human body, in particular, the impedance of a part of the human body, the active resistance of human skin and the potential difference between the parts of the human body skin.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ SUMMARY OF THE INVENTION

В соответствии с настоящим изобретением устройство для измерения электрических параметров участка тела человека включает два токопроводящих электрода, размещаемых на теле человека, операционный усилитель и микроконтроллер. Микроконтроллер выполнен с возможностью работы в трех режимах - в режиме измерения импеданса участка тела человека, в режиме измерения активного сопротивления кожи человека и в режиме измерения разности потенциалов между участками кожи тела человека. Токопроводящие электроды включены в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя, неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к нулевому потенциалу, а выход операционного усилителя подключен ко входу аналого- цифрового преобразователя микроконтроллера. Инвертирующий вход операционного усилителя через резистор подключен к порту ввода-вывода микроконтроллера. В режиме измерения импеданса участка тела человека микроконтроллер на выходе порта ввода-вывода обеспечивает формирование сигнала заданной частоты, на которой измеряют импеданс участка тела человека. В режиме измерения активного сопротивления кожи человека микроконтроллер на выходе порта ввода-вывода обеспечивает формирование сигнала постоянного напряжения. В режиме измерения разности потенциалов между участками кожи тела человека микроконтроллер обеспечивает отключение порта ввода-вывода.  In accordance with the present invention, a device for measuring electrical parameters of a portion of a human body includes two conductive electrodes placed on the human body, an operational amplifier and a microcontroller. The microcontroller is configured to operate in three modes - in the mode of measuring the impedance of a portion of the human body, in the mode of measuring the active resistance of the human skin and in the mode of measuring the potential difference between the sections of the skin of the human body. Conducting electrodes are included in the negative feedback circuit of the operational amplifier, the non-inverting input of the operational amplifier is connected to zero potential, and the output of the operational amplifier is connected to the input of the analog-to-digital converter of the microcontroller. The inverting input of the operational amplifier through a resistor is connected to the input / output port of the microcontroller. In the mode of measuring the impedance of a portion of the human body, the microcontroller at the output of the input-output port provides a signal of a given frequency at which the impedance of the portion of the human body is measured. In the mode of measuring the active resistance of human skin, the microcontroller at the output of the input-output port provides the formation of a constant voltage signal. In the mode of measuring the potential difference between the parts of the skin of the human body, the microcontroller provides the disconnection of the input-output port.

Включение электродов в цепь отрицательной обратной связи (ООС) операционного усилителя позволяет при заданных электрических параметрах на выходе порта ввода-вывода микроконтроллера, к которому через резистор подключен инвертирующий вход операционного усилителя, а также известных для операционных усилителей соотношениях сопротивлений во входной цепи, цепи ООС и токов в этих цепях, определять по значению выходного напряжения операционного усилителя, поступающего на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) микроконтроллера, значение импеданса, активного сопротивления участка тела между электродами или разность потенциалов между участками кожи, к которым приложены электроды. Использование микроконтроллера обеспечивает формирование на выходе порта ввода-вывода требуемых электрических параметров, задающих режим измерения. The inclusion of electrodes in the negative feedback circuit (OOS) of the operational amplifier allows for given electrical parameters to the output of the input / output port of the microcontroller, to which the inverting input of the operational amplifier is connected through a resistor, as well as the ratios of the resistances in the input circuit, the OOS circuit and the currents in these circuits, known for operational amplifiers, to determine by the value of the output voltage of the operational amplifier supplied to the input of the analog the digital converter (ADC) of the microcontroller, the impedance value, the active resistance of the body area between the electrodes or the potential difference between the skin areas to which are applied electrodes. The use of a microcontroller ensures the formation of the required electrical parameters at the output of the I / O port that specify the measurement mode.

Таким образом, устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяет измерять различные электрические параметры участка тела человека, такие как импеданс, активное сопротивление и даже разность потенциалов между участками кожи. При этом все параметры измеряются при помощи одних и тех же электродов, размещенных на теле человека, и одной простой не перестраиваемой электрической схемы, управление которой также простое и осуществляется через микроконтроллер.  Thus, the device in accordance with the present invention allows you to measure various electrical parameters of a portion of the human body, such as impedance, resistance, and even the potential difference between the skin areas. In this case, all parameters are measured using the same electrodes placed on the human body, and one simple non-tunable electrical circuit, the control of which is also simple and is carried out through a microcontroller.

В частности, частота сигнала, формируемого микроконтроллером в режиме измерения импеданса участка тела человека, для проведения измерений в диагностических целях может составлять от 1 кГц до 4 МГц.  In particular, the frequency of the signal generated by the microcontroller in the mode of measuring the impedance of a portion of the human body for measurements for diagnostic purposes can be from 1 kHz to 4 MHz.

Кроме того, устройство может иметь держатель, в котором размещены компоненты электрической схемы устройства, включая токопроводящие электроды, операционный усилитель и микроконтроллер. При этом держатель выполнен с возможностью закрепления вокруг запястья человека так, чтобы электроды примыкали к запястью. Каждый из электродов выполнен секционным с возможностью раздельного подключения секций, причем секции первого и второго электродов расположены попеременно в один ряд на внутренней поверхности держателя.  In addition, the device may have a holder in which are placed the components of the electrical circuit of the device, including conductive electrodes, an operational amplifier and a microcontroller. Moreover, the holder is made with the possibility of fixing around the wrist of a person so that the electrodes are adjacent to the wrist. Each of the electrodes is made sectional with the possibility of separately connecting sections, and sections of the first and second electrodes are alternately arranged in the same row on the inner surface of the holder.

Такое выполнение устройства позволяет использовать его для измерения указанных электрических параметров тела человека в области запястья. Выполнение электродов секционными и расположение их попеременно в один ряд позволяет повысить устойчивость регистрируемого сигнала и чувствительности устройства. Это связано с увеличением надежности контакта электродов с кожей человека, а также увеличением площади электродов и оптимизацией пути прохождения тока через участок тела между секциями электродов. За счет того, что каждая из секций выполнена с возможностью раздельного подключения (то есть включения в состав соответствующего электрода), может измеряться разность потенциалов между отдельными точками запястья и усредненная разность потенциалов. This embodiment of the device allows you to use it to measure the indicated electrical parameters of the human body in the wrist. The execution of the electrodes sectional and their location alternately in the same row can improve the stability of the recorded signal and the sensitivity of the device. This is due to an increase in the reliability of the contact of electrodes with human skin, as well as an increase in the area of electrodes and optimization of the current path through the body section between the electrode sections. Due to the fact that each of the sections is made with the possibility of separate connection (that is, inclusion in the composition of the corresponding electrode), the potential difference between the individual points of the wrist and the average potential difference can be measured.

Кроме того, число секций каждого электрода может составлять по меньшей мере три, а каждая секция обоих электродов может иметь контактную площадь по меньшей мере 1 см2. In addition, the number of sections of each electrode may be at least three, and each section of both electrodes may have a contact area of at least 1 cm 2 .

В частном случае держатель может быть выполнен в виде гибкой ленты, закрепляемой на запястье с помощью застежки, например застежки-липучки.  In the particular case, the holder can be made in the form of a flexible tape fixed to the wrist with a fastener, such as Velcro.

В другом частном случае держатель может быть выполнен в виде браслета, имеющего секции, шарнирно соединенные между собой.  In another particular case, the holder may be made in the form of a bracelet having sections pivotally connected to each other.

В другом частном случае держатель может быть выполнен в виде обтягиваемой запястье манжеты.  In another particular case, the holder can be made in the form of a tight wrist cuff.

Устройство может быть дополнительно снабжено приемо-передающим устройством для управления микроконтроллером и передачи измеряемых электрических параметров участка тела человека, при этом приемо-передающее устройство размещено в держателе.  The device can be additionally equipped with a transceiver for controlling the microcontroller and transmitting the measured electrical parameters of a portion of the human body, while the transceiver is placed in a holder.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Изобретение поясняется следующими графическими материалами.  The invention is illustrated by the following graphic materials.

На Фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема устройства для измерения электрических параметров участка тела человека в соответствии с настоящим изобретением.  In FIG. 1 is a circuit diagram of an apparatus for measuring electrical parameters of a portion of a human body in accordance with the present invention.

На Фиг. 2 приведена эквивалентная схема участка тела человека в режиме измерения импеданса.  In FIG. Figure 2 shows an equivalent diagram of a portion of the human body in the impedance measurement mode.

На Фиг. 3 приведена эквивалентная схема участка кожи человека в режиме измерения активного сопротивления.  In FIG. Figure 3 shows an equivalent diagram of a human skin site in the mode of measuring active resistance.

На Фиг. 4 приведена эквивалентная схема участка тела человека в режиме измерения разности потенциалов между участками кожи тела человека.  In FIG. Figure 4 shows an equivalent diagram of a portion of the human body in the mode of measuring the potential difference between parts of the skin of the human body.

На Фиг. 5 приведена эквивалентная схема подключения порта ввода-вывода микроконтроллера в трех режимах измерения.  In FIG. Figure 5 shows the equivalent wiring of the microcontroller I / O port in three measurement modes.

На Фиг. 6 показан в аксонометрии пример выполнения устройства для измерения электрических параметров участка тела человека в соответствии с настоящим изобретением с держателем в виде гибкой ленты с застежкой. На Фиг. 7 схематично показано закрепление устройства на запястье. In FIG. 6 shows a perspective view of an example embodiment of a device for measuring electrical parameters of a portion of a human body in accordance with the present invention with a holder in the form of a flexible tape with a fastener. In FIG. 7 schematically shows the fastening of the device to the wrist.

На Фиг. 8 показано расположение секций токопроводящих электродов на держателе и электрическое соединение секций первого и второго электродов устройства, изображенного на Фиг. 6.  In FIG. 8 shows the location of the sections of the conductive electrodes on the holder and the electrical connection of the sections of the first and second electrodes of the device shown in FIG. 6.

На Фиг. 9 показан вид указанного на Фиг. 8 сечение А-А держателя в области одной из секций электрода.  In FIG. 9 shows a view of FIG. 8 is a section AA of the holder in the region of one of the electrode sections.

На Фиг. 10 показан другой пример конструкции держателя с полостью для размещения компонентов электрической схемы устройства в соответствии с настоящим изобретением.  In FIG. 10 shows another example of a holder design with a cavity for accommodating components of an electrical circuit of a device in accordance with the present invention.

На Фиг. 11 показана схема электрического соединения секций первого и второго электродов с образованием первого и второго электродов устройства.  In FIG. 11 shows a diagram of the electrical connection of the sections of the first and second electrodes with the formation of the first and second electrodes of the device.

На Фиг. 12 проиллюстрировано направление электрических токов между секциями электродов устройства в соответствии с изобретением.  In FIG. 12 illustrates the direction of electric currents between the electrode sections of a device in accordance with the invention.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Устройство для измерения электрических параметров участка тела человека Device for measuring electrical parameters of a human body

(Фиг. 1) включает два - первый и второй - токопроводящих электрода 5 и 6 соответственно, размещаемых на теле человека, операционный усилитель 2 и микроконтроллер 1. Электроды 5 и 6 могут быть закреплены в различных местах тела человека с помощью держателя, например, выполненного в виде ленты с застежкой, закрепляемой на запястье, как это показано на Фиг. 7. (Fig. 1) includes two - the first and second - conductive electrodes 5 and 6, respectively, placed on the human body, an operational amplifier 2 and a microcontroller 1. The electrodes 5 and 6 can be fixed in different places of the human body using a holder, for example, made in the form of a tape with a fastener fastened to the wrist, as shown in FIG. 7.

Электроды 5 и 6 (Фиг. 1) включены в цепь ООС операционного усилителя 2 между его инвертирующим входом и выходом. Соответственно, когда электроды закреплены на теле человека и имеют электрический контакт с телом, в цепи ООС операционного усилителя между электродами 5 и 6 оказывается включенным участок 3 тела (или поверхности кожи) человека. Неинвертирующий вход операционного усилителя 2 подключен к нулевому потенциалу. Выход операционного усилителя 2 подключен к порту аналого-цифрового преобразователя (АЦП) микроконтроллера 1, а инвертирующий вход операционного усилителя 2 через резистор 4 подключен к порту ввода-вывода L микроконтроллера 1.  The electrodes 5 and 6 (Fig. 1) are included in the OOS circuit of the operational amplifier 2 between its inverting input and output. Accordingly, when the electrodes are mounted on the human body and have electrical contact with the body, a portion 3 of the human body (or skin surface) is turned on in the OOS circuit of the operational amplifier between the electrodes 5 and 6. The non-inverting input of the operational amplifier 2 is connected to zero potential. The output of the operational amplifier 2 is connected to the port of the analog-to-digital converter (ADC) of the microcontroller 1, and the inverting input of the operational amplifier 2 through a resistor 4 is connected to the input-output port L of the microcontroller 1.

Микроконтроллер 1 может переключаться по порту ввода-вывода L в один из трех режимов, как это показано на эквивалентной схеме (Фиг. 5). Здесь условно подключение порта ввода-вывода L микроконтроллера 1 представлено переключателем 14, имеющим три положения: первое - крайнее левое положение - соответствует режиму измерения импеданса участка тела человека, второе - центральное - соответствует режиму измерения активного сопротивления кожи, а третье - крайнее правое - соответствует режиму измерения разности потенциалов между участками кожи. The microcontroller 1 can switch on the input-output port L in one of three modes, as shown in the equivalent circuit (Fig. 5). Here, the connection of the input-output port L of the microcontroller 1 is conditionally represented by a switch 14 having three positions: the first is the leftmost position - corresponds to the mode of measuring the impedance of a part of the human body, the second - central - corresponds to the mode of measuring the active resistance of the skin, and the third - rightmost - corresponds to the mode of measuring the potential difference between the skin areas.

В первом режиме - измерения импеданса участка тела человека - порт L микропроцессора 1 переключается на выход, и с выхода порта L подается зондирующий сигнал частоты F в диапазоне от 1 кГц до 4 МГц. На Фиг. 5 это соответствует крайнему левому положению переключателя 14. Эквивалентная схема участка 3 тела человека в данном режиме показана на Фиг. 2. Она включает активное сопротивление 7 и параллельно включенную цепочку, включающую емкость 9 и сопротивление 8.  In the first mode — measuring the impedance of a portion of the human body — port L of microprocessor 1 switches to the output, and a probe signal of frequency F is applied from the output of port L in the range from 1 kHz to 4 MHz. In FIG. 5, this corresponds to the leftmost position of the switch 14. An equivalent circuit of the portion 3 of the human body in this mode is shown in FIG. 2. It includes an active resistance 7 and a parallel-connected circuit including a capacitance 9 and a resistance 8.

Учитывая известные свойства операционных усилителей (бесконечно большое входное сопротивление и соответственно нулевой входной ток и нулевое значение разности потенциалов на входах) и принимая во внимание, что неинвертирующий вход операционного усилителя 2 подключен к нулевому потенциалу, в данном включении переменный ток, протекающий через резистор 4, равен току, протекающему через участок 3 тела человека между электродами 5 и 6. Это равенство может быть записано как: Considering the known properties of operational amplifiers (infinitely large input impedance and, accordingly, zero input current and zero potential difference at the inputs) and taking into account that the non-inverting input of operational amplifier 2 is connected to zero potential, in this inclusion an alternating current flowing through resistor 4, equal to the current flowing through section 3 of the human body between the electrodes 5 and 6. This equality can be written as:

Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0001

где: Uex - напряжение зондирующего сигнал частотой F с выхода L микроконтроллера 1 ; where: U ex is the voltage of the sounding signal with a frequency of F from the output L of the microcontroller 1;

R4 - сопротивление резистора 4;  R4 is the resistance of the resistor 4;

Uebix -напряжение на выходе операционного усилителя 2, поступающее на вход АЦП микроконтроллера 1 ; U ebix is the voltage at the output of the operational amplifier 2, supplied to the input of the ADC of the microcontroller 1;

Z3 - импеданс участка 3 тела человека. Z 3 - the impedance of section 3 of the human body.

Поскольку U вх и R4 известны, то, измерив напряжение Ueblx на выходе операционного усилителя 2, можно определить значение импеданса участка 3 тела человека: Since U I and R4 are known, then, by measuring the voltage U eblx at the output of the operational amplifier 2, we can determine the impedance value of the portion 3 of the human body:

Z3 = R^U^x /U^ ) . Z 3 = R ^ U ^ x / U ^).

Во втором режиме - измерения активного сопротивления кожи человека - порт L микроконтроллера 1 переключается на ввод и через резистор 13 (называемый обычно резистором "подтяжки" и имеющийся в микроконтроллере 1) подключается к источнику питания напряжением Е . На Фиг. 5 это соответствует центральному положению переключателя 14. Эквивалентная схема участка 3 тела человека в режиме измерения активного сопротивления кожи показана на Фиг. 3 и включает сопротивление 10. In the second mode - measuring the active resistance of human skin - the port L of the microcontroller 1 is switched to the input and connected through the resistor 13 (usually called the "pull-up" resistor and available in the microcontroller 1) to a voltage source of voltage E. In FIG. 5, this corresponds to the central position of the switch 14. An equivalent circuit of the human body portion 3 in the mode of measuring skin resistance is shown in FIG. 3 and includes resistance 10.

Так же, как и в случае измерения импеданса, в данном включении постоянный ток, протекающий через резистор 4 и резистор 13, равен току, протекающему через участок 3 тела человека между электродами 5 и 6. Это равенство может быть записано как:  As in the case of measuring impedance, in this inclusion, the direct current flowing through resistor 4 and resistor 13 is equal to the current flowing through section 3 of the human body between electrodes 5 and 6. This equality can be written as:

E/(R4 + Rl3 ) = Ueblx /R3 , E / (R 4 + R l3 ) = U eblx / R 3 ,

где: Е - напряжение питания микроконтроллера 1 ; where: E is the supply voltage of the microcontroller 1;

R4 - сопротивление резистора 4;  R4 is the resistance of the resistor 4;

R13 - сопротивление резистора 13; R 13 is the resistance of the resistor 13;

U вых -напряжение на выходе операционного усилителя 2, поступающее на вход АЦП микроконтроллера 1 ; U O -voltage on the output of the operational amplifier 2 supplied to the ADC input of microcontroller 1;

R3 - активное сопротивление кожи участка тела 3 человека.  R3 - the active resistance of the skin of a portion of the body of 3 people

Поскольку Е , R4 и R13 известны, то, измерив напряжение U вых на выходе операционного усилителя 2, можно определить значение активного сопротивления кожи участка 3 тела человека: Since E, R4 and R 13 are known, then, by measuring the voltage U o at the output of the operational amplifier 2, it is possible to determine the value of the active resistance of the skin of section 3 of the human body:

R3 = (R4 + Ri3)-(ueblx/u . R 3 = (R 4 + R i3 ) - (u eblx / u.

В третьем режиме - измерения разности потенциалов между участками кожи человека - порт ввода-вывода L микроконтроллера 1 переключается на ввод и на его выходе обеспечивается высокое сопротивление. На Фиг. 5 это соответствует крайнему правому положению переключателя 14. Эквивалентная схема участка 3 тела человека для данного случая показана на Фиг. 4 и включает сопротивление 1 1 и источник напряжения 12.  In the third mode - measuring the potential difference between areas of the human skin - the input / output port L of the microcontroller 1 switches to input and a high resistance is provided at its output. In FIG. 5, this corresponds to the extreme right position of the switch 14. The equivalent circuit of the human body portion 3 for this case is shown in FIG. 4 and includes resistance 1 1 and voltage source 12.

Поскольку при таком включении ток, протекающий через резистор 4, и, соответственно, ток, протекающий через участка 3 тела человека, равны нулю (напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 2 также равно нулю), то напряжение U вых на выходе операционного усилителя 2 будет равно разности потенциалов между электродами 5 и 6, то есть измеряемой разности потенциалов между участками кожи человека. Таким образом, за счет простого переключения режимов микроконтроллера, без смены электродов и их положения на теле человека, устройство переводится в любой из трех описанных режимов измерения электрических параметров участка тела человека. Since with this inclusion, the current flowing through the resistor 4 and, accordingly, the current flowing through the portion 3 of the human body are equal to zero (the voltage at the inverting input of the operational amplifier 2 is also equal to zero), then the voltage U o at the output of the operational amplifier 2 will be equal to potential differences between electrodes 5 and 6, that is, the measured potential difference between areas of human skin. Thus, due to the simple switching of the microcontroller modes, without changing the electrodes and their position on the human body, the device is transferred to any of the three described modes of measuring the electrical parameters of a portion of the human body.

Описанное устройство без каких-либо изменений пригодно для измерения как импеданса в широком диапазоне частот, так и для измерения обоих типов кожно-гальванической реакции человека.  The described device without any changes is suitable for measuring both the impedance in a wide range of frequencies, and for measuring both types of human skin-galvanic reaction.

На Фиг. 6 показан в аксонометрии пример выполнения устройства для измерения электрических параметров участка тела человека в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 16 включает держатель 17 с установленными на нем первым электродом 5 и вторым электродом 6 (Фиг. 8), которые выполнены в виде отдельных секций 18 и 19 соответственно. В данном примере держатель 17 электродов 5 и 6 выполнен в виде гибкой ленты с застежкой 20 типа застежки- липучки, что позволяет закрепить его плотно вокруг запястья 22, как это показано на Фиг. 7. Держатель 17 электродов может быть выполнен из пластмассы и других материалов, обеспечивающих оборачивание держателя вокруг запястья 22. Для специалиста понятно, что держатель электродов может иметь различную конструкцию, например, может быть выполнен в виде браслета, имеющего секции, шарнирно соединенные между собой, или в виде манжеты, плотно надеваемой на запястье (на чертежах эти варианты не показаны).  In FIG. 6 is a perspective view showing an example embodiment of a device for measuring electrical parameters of a portion of a human body in accordance with the present invention. The device 16 includes a holder 17 with a first electrode 5 and a second electrode 6 mounted on it (Fig. 8), which are made in the form of separate sections 18 and 19, respectively. In this example, the holder 17 of the electrodes 5 and 6 is made in the form of a flexible tape with a fastener 20 such as Velcro, which allows you to fix it tightly around the wrist 22, as shown in FIG. 7. The holder 17 of the electrodes can be made of plastic and other materials that ensure the holder is wrapped around the wrist 22. It is understood by a person skilled in the art that the holder of the electrodes can have a different design, for example, can be made in the form of a bracelet having sections pivotally connected to each other, or in the form of a cuff tightly worn on the wrist (these options are not shown in the drawings).

Электроды 5 и 6, выполненные в виде отдельных секций 18 и 19 соответственно, размещены с внутренней стороны держателя 17, так что при надевании устройства 16 на запястье 22 секции 18 и 19 электродов 5 и 6 примыкают к запястью 22. Секции 18 и 19 обоих электродов 5 и 6 расположены на держателе 17 в ряд попеременно. То есть, за секцией 18 электрода 5 следует секция 19 электрода 6, затем - снова секция 18 электрода 5, следом - секция 19 электрода 6, и т. д. На Фиг. 6, Фиг. 8, Фиг. 10 - Фиг. 12 секции 18 электрода 5 обозначены буквой "а", а секции 19 электрода 6 - буквой "Ь".  The electrodes 5 and 6, made in the form of separate sections 18 and 19, respectively, are placed on the inside of the holder 17, so that when putting the device 16 on the wrist 22 sections 18 and 19 of the electrodes 5 and 6 are adjacent to the wrist 22. Sections 18 and 19 of both electrodes 5 and 6 are arranged alternately on the holder 17 in a row. That is, section 18 of electrode 5 is followed by section 19 of electrode 6, then again section 18 of electrode 5, followed by section 19 of electrode 6, and so on. FIG. 6, FIG. 8, FIG. 10 - FIG. 12 sections 18 of the electrode 5 are marked with the letter "a", and sections 19 of the electrode 6 are marked with the letter "b".

Опытным путем установлено, что близкий к оптимальному вариант выполнения устройства 16 содержит по четыре секции каждого электрода 5 и 6. Контактная площадь каждой секции 18, 19 составляет по меньшей мере 1 см2. Форма секций 18 и 19 электродов 5 и 6 может быть разнообразной, например, прямоугольной, как показано на Фиг. 6, или круглой, как показано на Фиг. 10. Все секции 18 соединены между собой, как это показано на Фиг. 8 и Фиг. 1 1, образуя электрод 5, так же, как и все секции 19 электрически соединены между собой, образуя электрод 6. It has been experimentally established that a close to optimal embodiment of the device 16 contains four sections of each electrode 5 and 6. The contact area of each section 18, 19 is at least 1 cm 2 . The shape of the sections 18 and 19 of the electrodes 5 and 6 can be varied, for example, rectangular, as shown in FIG. 6, or round, as shown in FIG. 10. All sections 18 are interconnected, as shown in FIG. 8 and FIG. 1 1 forming electrode 5, as well as all sections 19 are electrically connected to each other, forming electrode 6.

В режиме измерения разности потенциалов между участками кожи тела человека может производится коммутация секций 18, 19 электродов 5, 6 с помощью переключателей 26 и 27, как это показано на Фиг. И. Например, разность потенциалов может быть измерена между двумя секциями 18 и 19, для этого с помощью одного переключателя 26 соответствующая секция 18 включается в состав электрода 5 (остальные переключатели 26 разомкнуты), и с помощью одного переключателя 27 соответствующая секция 19 включается в состав электрода 6 (остальные переключатели 27 разомкнуты). В качестве переключателей 26, 27 могут быть использованы перемычки или различные электронные схемы, например на полевых транзисторах. Также может быть измерена усредненная разность потенциалов, когда все переключатели 26 и 27 подключают секции 18 и 19 к соответствующим электродам 5 и 6.  In the mode of measuring the potential difference between sections of the skin of the human body, sections 18, 19 of the electrodes 5, 6 can be switched using switches 26 and 27, as shown in FIG. I. For example, the potential difference can be measured between two sections 18 and 19, for this, using one switch 26, the corresponding section 18 is included in the electrode 5 (the remaining switches 26 are open), and with one switch 27 the corresponding section 19 is included in the composition electrode 6 (the remaining switches 27 are open). As switches 26, 27, jumpers or various electronic circuits, for example, field-effect transistors, can be used. The average potential difference can also be measured when all switches 26 and 27 connect sections 18 and 19 to the respective electrodes 5 and 6.

Внутри держателя 17 устанавливаются компоненты электрической схемы устройства 16 в виде гибкой печатной платы 21 (Фиг. 9 и Фиг. 10), или печатная плата в виде отдельных секций (не показано), соединенных гибкими проводниками. На печатной плате 21 также могут быть размещены элементы электропитания устройства.  Inside the holder 17, the components of the electrical circuit of the device 16 are installed in the form of a flexible printed circuit board 21 (Fig. 9 and Fig. 10), or a printed circuit board in the form of separate sections (not shown) connected by flexible conductors. On the printed circuit board 21 can also be placed the power elements of the device.

Устройство может быть дополнительно снабжено приемо-передающим устройством с антенной для управления микроконтроллером и передачи во внешнее устройство результатов измерения, при этом приемо-передающее устройство также размещено в держателе (на чертежах не показаны).  The device can be additionally equipped with a transceiver with an antenna for controlling the microcontroller and transmitting the measurement results to an external device, while the transceiver is also placed in a holder (not shown in the drawings).

Благодаря выполнению держателя 17 в виде гибкой ленты и застежки 20 устройство 16 закрепляется вокруг запястья 22, при этом контактные поверхности секций 18 и 19 электродов 5 и 6 плотно прилегают к коже запястья 22. Выполнение электродов 5 и 6 секционными обеспечивает надежный контакт с кожей по меньшей мере двух секций 18 и 19 электродов 5 и 6 при любых движениях руки. Благодаря тому, что электроды выполнены секционными и каждая из секций имеет площадь по меньшей мере 1 см2, суммарная площадь каждого электрода, например в случае, когда он выполнен из четырех секций, составляет по меньшей мере 4 см2, что повышает надежность контакта электродов 5 и 6 с кожей и чувствительность устройства. Расположение секций 18 и 19 попеременно (Фиг. 12) обеспечивает прохождение электрического тока 25 (показан пунктирными стрелками) через мягкие ткани 23 запястья 22, при этом токи от отдельных секций 18 и 19 суммируются. При таком расположении секций 18 и 19 ток не проходит через кости 24 руки, которые обладают большим электрическим сопротивлением, чем кровенасыщенные мягкие ткани 23, что также влияет на чувствительность устройства в сторону ее повышения. Due to the implementation of the holder 17 in the form of a flexible tape and a fastener 20, the device 16 is fixed around the wrist 22, while the contact surfaces of the sections 18 and 19 of the electrodes 5 and 6 are tightly attached to the skin of the wrist 22. The implementation of the electrodes 5 and 6 section provides reliable contact with the skin at least at least two sections 18 and 19 of the electrodes 5 and 6 for any hand movements. Due to the fact that the electrodes are sectional and each section has an area of at least 1 cm 2 , the total area of each electrode, for example, when it is made of four sections, is at least 4 cm 2 , which increases the reliability of the contact of the electrodes 5 and 6 with skin and device sensitivity. The arrangement of sections 18 and 19 alternately (Fig. 12) ensures the passage of electric current 25 (shown by dashed arrows) through the soft tissue 23 of the wrist 22, while the currents from the individual sections 18 and 19 are summed. With this arrangement of sections 18 and 19, the current does not pass through the bones 24 of the arm, which have greater electrical resistance than blood-saturated soft tissues 23, which also affects the sensitivity of the device in the direction of its increase.

Такое конструктивное выполнение устройства обеспечивает повышение точности измерения в трех описанных режимах. Это происходит за счет повышения надежности контакта электродов с кожей человека, увеличения площади контакта электродов и оптимизации пути прохождения тока между секциями электродов. На основе данного устройства возможно создание систем для непрерывного мониторинга различных параметров жизнедеятельности человека.  Such a structural embodiment of the device provides improved measurement accuracy in the three described modes. This is due to increasing the reliability of the contact of the electrodes with human skin, increasing the contact area of the electrodes and optimizing the current path between the electrode sections. Based on this device, it is possible to create systems for continuous monitoring of various parameters of human life.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM 1. Устройство для измерения электрических параметров участка тела человека, включающее два токопроводящих электрода, размещаемых на теле человека, операционный усилитель и микроконтроллер, выполненный с возможностью работы в режиме измерения импеданса участка тела человека, в режиме измерения активного сопротивления кожи человека и в режиме измерения разности потенциалов между участками кожи тела человека, при этом упомянутые электроды включены в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к нулевому потенциалу, выход подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, а инвертирующий вход через резистор подключен к порту ввода-вывода микроконтроллера, при этом в режиме измерения импеданса участка тела человека микроконтроллер на выходе порта ввода-вывода обеспечивает формирование сигнала заданной частоты, на которой измеряют импеданс, в режиме измерения активного сопротивления кожи человека микроконтроллер на выходе порта ввода- вывода обеспечивает формирование сигнала постоянного напряжения, а в режиме измерения разности потенциалов между участками кожи тела человека микроконтроллер обеспечивает отключение порта ввода-вывода. 1. A device for measuring the electrical parameters of a portion of the human body, including two conductive electrodes placed on the human body, an operational amplifier and a microcontroller configured to measure the impedance of a portion of the human body, in the mode of measuring the active resistance of the human skin and in the mode of measuring the difference potentials between areas of the skin of the human body, while the above electrodes are included in the negative feedback circuit of the operational amplifier, the non-inverting input of which connected to the zero potential, the output is connected to the input of the analog-to-digital converter of the microcontroller, and the inverting input through the resistor is connected to the input-output port of the microcontroller, while in the mode of measuring the impedance of a portion of the human body, the microcontroller at the output of the input-output port provides a signal of a given frequency on which the impedance is measured, in the mode of measuring the active resistance of human skin, the microcontroller at the output of the input-output port provides a constant voltage, and in the mode of measuring the potential difference between areas of the skin of the human body, the microcontroller ensures the shutdown of the input-output port. 2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что частота сигнала, формируемого микроконтроллером в режиме измерения импеданса участка тела человека, составляет от 1 МГц до 4 МГц. 2. The device according to claim 1, characterized in that the frequency of the signal generated by the microcontroller in the mode of measuring the impedance of a portion of the human body is from 1 MHz to 4 MHz. 3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что имеет держатель, в котором размещены компоненты электрической схемы устройства, включая упомянутые первый и второй токопроводящие электроды, операционный усилитель и микроконтроллер, при этом держатель выполнен с возможностью закрепления вокруг запястья человека так, чтобы электроды примыкали к запястью, каждый из электродов выполнен секционным с возможностью раздельного подключения секций, причем секции первого и второго электродов расположены попеременно в один ряд на внутренней поверхности держателя. 3. The device according to claim 1, characterized in that it has a holder in which the components of the device’s electrical circuitry are located, including the aforementioned first and second conductive electrodes, an operational amplifier and a microcontroller, the holder being adapted to be fastened around the human wrist so that the electrodes Adjacent to the wrist, each of the electrodes is made sectional with the possibility of separately connecting sections, and the sections of the first and second electrodes are alternately arranged in the same row on the inner surface the eternity of the holder. 4. Устройство по п. 3, характеризующееся тем, что число секций каждого электрода составляет по меньшей мере три. 4. The device according to p. 3, characterized in that the number of sections of each electrode is at least three. 5. Устройство по п. 3, характеризующееся тем, что каждая секция обоих электродов имеет контактную площадь по меньшей мере 1 см2. 5. The device according to p. 3, characterized in that each section of both electrodes has a contact area of at least 1 cm 2 . 6. Устройство по п. 3, характеризующееся тем, что держатель выполнен в виде гибкой ленты, закрепляемой на запястье с помощью застежки. 6. The device according to p. 3, characterized in that the holder is made in the form of a flexible tape fixed to the wrist with a fastener. 7. Устройство по п. 3, характеризующееся тем, что держатель выполнен в виде браслета, имеющего секции, шарнирно соединенные между собой. 7. The device according to p. 3, characterized in that the holder is made in the form of a bracelet having sections pivotally connected to each other. 8. Датчик по п. 3, характеризующееся тем, что держатель выполнен в виде обтягиваемой запястье манжеты. 8. The sensor according to claim 3, characterized in that the holder is made in the form of a tightened wrist cuff. 9. Устройство по п. 3, характеризующееся тем, что дополнительно снабжено приемо-передающим устройством для управления микроконтроллером и передачи измеряемых электрических параметров участка тела человека, при этом приемо- передающее устройство размещено в держателе. 9. The device according to claim 3, characterized in that it is additionally equipped with a transceiver for controlling the microcontroller and transmitting the measured electrical parameters of a portion of the human body, while the transceiver is located in the holder.
PCT/RU2014/000139 2014-03-04 2014-03-04 Device for measuring electrical parameters of portion of human body Ceased WO2015133921A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2014/000139 WO2015133921A1 (en) 2014-03-04 2014-03-04 Device for measuring electrical parameters of portion of human body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2014/000139 WO2015133921A1 (en) 2014-03-04 2014-03-04 Device for measuring electrical parameters of portion of human body

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015133921A1 true WO2015133921A1 (en) 2015-09-11

Family

ID=54055617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000139 Ceased WO2015133921A1 (en) 2014-03-04 2014-03-04 Device for measuring electrical parameters of portion of human body

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2015133921A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111227848A (en) * 2020-01-20 2020-06-05 北京津发科技股份有限公司 Skin resistance measuring device based on multiple channels
CN114287905A (en) * 2021-12-28 2022-04-08 合肥华科电子技术研究所 Skin resistance watch

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1683481A1 (en) * 2005-01-24 2006-07-26 Tanita Corporation Bioelectrical impedance measuring device and body composition measuring apparatus
US20110071419A1 (en) * 2008-05-26 2011-03-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Location indicating device
US8089283B2 (en) * 2007-08-10 2012-01-03 Consolidate Research, Inc. Apparatus and method for high-speed determination of bioelectric electrode impedances

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1683481A1 (en) * 2005-01-24 2006-07-26 Tanita Corporation Bioelectrical impedance measuring device and body composition measuring apparatus
US8089283B2 (en) * 2007-08-10 2012-01-03 Consolidate Research, Inc. Apparatus and method for high-speed determination of bioelectric electrode impedances
US20110071419A1 (en) * 2008-05-26 2011-03-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Location indicating device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111227848A (en) * 2020-01-20 2020-06-05 北京津发科技股份有限公司 Skin resistance measuring device based on multiple channels
CN111227848B (en) * 2020-01-20 2021-11-23 北京津发科技股份有限公司 Skin resistance measuring device based on multiple channels
CN114287905A (en) * 2021-12-28 2022-04-08 合肥华科电子技术研究所 Skin resistance watch

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110035694B (en) Electrode strip device for measuring biometric signals
ES2543967T3 (en) Method for performing impedance measurements on a subject
US10660575B2 (en) Ultra high impedance sensor with applications in neurosensing
Ng et al. A low noise capacitive electromyography monitoring system for remote healthcare applications
ES2791050T3 (en) Portable device and method for measuring electromyographic signals of a user
US9445740B1 (en) Patient signal sensing device
WO2003017834A1 (en) Biological signal sensor and device for recording biological signals incorporating the said sensor
US11579106B2 (en) High accuracy impedance measurement
US20170065200A1 (en) Electrode assembly
CN106572800A (en) Simultaneous impedance testing method and apparatus
WO2015133921A1 (en) Device for measuring electrical parameters of portion of human body
US20090247858A1 (en) "bulls-eye" surface electromyographic electrode assembly
RU2522949C1 (en) Device for measuring electric parameters of individual's body area
RU2519955C1 (en) Sensor for measuring impedance of human body section
CN112450940A (en) Electrocardio detection device, chip, method and wearable electronic equipment
JP4671490B2 (en) Body impedance measuring device
WO2021171833A1 (en) Electric signal measurement device and electric signal measurement system
KR20140066376A (en) Signal processing device without mechanical switch for on/off operation
JP4671467B2 (en) Impedance measuring device
RU2016137936A (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRICAL IMPEDANCE IN BODY PARTS
Siwiec et al. BioSoC: Highly integrated System-on-Chip for health monitoring
KR101947500B1 (en) Electrode cable apparatus for eit
CN223513274U (en) Medical electrical equipment differential mode input impedance testing device
JP3103023U (en) Moisture detection sensor and same moisture detection device
WO2015133922A1 (en) Device for registering human pulse wave signals and respiratory cycle signals

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14884979

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14884979

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1