Устройство для автоматической поверки электроэнцефалографа

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для поверки электроэнцефалографов, и может быть использовано для проверки и регулировки параметров электроэнцефалографов.
(
Известна система для электроэнцефалографического обнаружения несоответствия между состоянием пациента, помещенного под вентиляционную опору, и настройкой аппарата, используемого для этой опоры, и использование этого обнаружения для регулировки настройки патент США №9808169В2, МПК А61В 5/04, А61В 5/048, опубл. 07.11.2017), содержащая  вентиляционную опорную установку, в которой используется система электроэнцефалографического обнаружения неправильной регулировки, установка включает в себя механический вентилятор и систему для обнаружения неправильной регулировки вентилятора, блок управления, соединенный с блоком регулировки, и включающий в себя выход, способный обеспечить сигнал начала дыхания, соответствующий началу вдоха пациента, электроэнцефалограф, средство для сбора электроэнцефалографического сигнала, средство фильтрации и усиления, средство дискретизации для оцифровки сигнала, компьютерное средство для хранения значений выборки, связанных с их соответствующими моментами выборки, средство для задания полосы частот, компьютерный интерфейс ввода и блок для обработки измеренного электроэнцефалографического сигнала.
Недостатком данной системы для электроэнцефалографического обнаружения несоответствия между состоянием пациента, помещенного под вентиляционную опору, и настройкой аппарата, используемого для этой опоры, и использование этого обнаружения для регулировки настройки является невозможность формирования эталонных электроэнцефалографических сигналов, необходимых для поверки электроэнцефалографа.
(
Известно автоматизированное программируемое устройство патент РФ на полезную модель №178128, МПК А61В 5/0476, А61В 5/0484, опубл. 23.03.2018, бюл. № 9), в состав которого входят микроконтроллер, плата управления, внутренняя аккумуляторная батарея или химический источник тока на 9В, жидкокристаллический графический дисплей, сигнализатор окончания программы стимуляции, регуляторы жидкокристаллического графического дисплея, регуляторы частоты звуковых генераторов; регуляторы уровня размаха сигнала меток каналов, миниатюрный громкоговоритель, разъемы для подключения светового стимулятора, устройства отображения значимых/незначимых знаков-стимулов, разъем для присоединения через кабель к ЭЭГ-регистратору.
Недостатком данного автоматизированного программируемого устройства является отсутствие возможности формирования эталонных электроэнцефалографических сигналов, необходимых для поверки электроэнцефалографа и отсутствие возможности работы от электросети ~220 В.
Известна система автоматической поверки электроэнцефалографа (патент США №4219028, МПК А61В 5/04, опубл. 26.08.1980), содержащая микрокомпьютер, блок логики, панель управления, блок усиления, блок преобразования сигнала и мультиплексирования, память, входные и выходные интерфейсы, усилитель, контрольные панели каналов, инструментальные контрольные панели, электроды и моторы управления пером. В данной системе автоматической поверки электроэнцефалографа задание контрольных импульсов тестовых сигналов обеспечивается на выделенном канале оператором с кнопочной клавиатуры на панели управления.
Недостатком данной системы автоматической поверки электроэнцефалографа является отсутствие возможности формирования эталонных электроэнцефалографических сигналов, необходимых для поверки электроэнцефалографа, что снижает точность контроля технического состояния электроэнцефалографа.
Известен функциональный генератор ГФ-05 (http://nd-gsi.ru/grsi/110xx/11789-89.pdf), в состав которого входят генератор тактовых импульсов, интерполятор и блок питания. Функциональный генератор ГФ-05 предназначен для исследования, настройки, испытаний, поверки систем и приборов, используемых в медицине, радиоэлектронике, автоматике, приборостроении и биофизике, и позволяет выставлять временные и амплитудные параметры выходного сигнала независимо друг от друга. Принцип работы генератора основан на последовательном считывании значений заданной функции в двоичном коде, записанных в постоянных запоминающих устройствах (ПЗУ), их преобразовании в аналоговую форму с кусочно-линейной интерполяцией и масштабированием по уровню и времени. Генератор позволяет формировать вспомогательные тестовые сигналы для реализации специфических методик поверок, заложенных разработчиками при проектировании электроэнцефалографов, и сохраненные в постоянных запоминающих устройствах.
Недостатком генератора функционального ГФ-05 является отсутствие критериев изменения временных и амплитудных параметров тестового сигнала специальной формы ЭЭГ. Поскольку испытательный сигнал специальной формы должен иметь медицинскую подтвержденную практику, то его невозможно свободно трактовать и изменять, а характеристики могут изменяться только путем замены сигнала один на другой (записанные в прилагающихся к генератору набору постоянных запоминающих устройств), а также отсутствует возможность загрузки испытательных сигналов с ЭВМ. Алгоритм работы данного функционального генератора подразумевает ручной способ сравнения тестового сигнала с полученным сигналом на выходе, при помощи дополнительных средств измерения (используется ограниченное число реперных точек, расположенных в пиковых значениях тестового сигнала).
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является генератор функциональный «Диатест-4» (ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ «ДИАТЕСТ-4». Руководство по эксплуатации ВКФУ.468789.109РЭ, 2008г., 69 стр., https://www.rudshel.ru/pdf/Diatest-4.pdf), предназначенный для формирования прецизионных калибровочных сигналов для первичной и периодической поверки электрокардиографических (в том числе ЭКГ-каналов мониторов медицинских), электроэнцефалографических, электромиографических, реографических приборов отечественного и зарубежного производства, и состоит из микроконтроллера, клавиатуры, жидкокристаллического дисплея, источника питания (батарея), преобразователя питания, усилителя-формирователя, программируемого аттенюатора, цепей согласования. В основе формирования сигнала генератора функционального «ДИАТЕСТ-4» лежит прецизионное цифро-аналоговое преобразование кодового образа, находящегося в постоянном запоминающем устройстве микроконтроллера.
Недостатком генератора функционального «ДИАТЕСТ-4» является отсутствие возможности выбора формы испытательных сигналов (форма сигнала может быть изменена только путем смены ПЗУ производителем), отсутствие возможности проводить серии испытаний, где необходимо использовать специфические методики поверок, заложенные производителем электроэнцефалографов (в рамках проведения контроля технического состояния и поверок), а также отсутствие возможности загрузки испытательных сигналов с компьютера. Алгоритм работы данного функционального генератора подразумевает «ручной» способ сравнения тестового сигнала с полученным сигналом на выходе при помощи дополнительного средства измерения – линейки (используется ограниченное число реперных точек, расположенных в пиковых значениях тестового сигнала).
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в разработке устройства для автоматической поверки электроэнцефалографа, обеспечивающего автоматизированное сравнение разных видов эталонных тестовых сигналов, сформированных ЭВМ, с сигналом на выходе электроэнцефалографа, и автоматический анализ отличия эталонного и тестового сигналов при помощи микроконтроллера без дополнительных средств измерений.
Технический результат - увеличение точности контроля технического состояния электроэнцефалографов.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для автоматической поверки электроэнцефалографа, содержащее микроконтроллер, клавиатуру, подключенную к входу микроконтроллера, цифроаналоговый преобразователь и жидкокристаллический дисплей, подключенные к выходам микроконтроллера, источник питания, при этом дополнительно снабжено интерфейсной платой, инвертором и суммирующим устройством, к первому входу которого через инвертор подсоединен выход цифроаналогового преобразователя, ко второму входу подсоединен электроэнцефалограф, причем выход цифроаналогового преобразователя подключен к входу электроэнцефалографа, выход суммирующего устройства соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера, на третий вход микроконтроллера подается сигнал от компьютера через интерфейсную плату, а электропитание всех блоков осуществляется от сетевого источника питания.
Сущность предлагаемого устройства для автоматической поверки электроэнцефалографа заключается во введении в него инвертора и суммирующего устройства, на выходе которого получается сумма инвертированного тестового сигнала, формируемого микроконтроллером и цифроаналоговым преобразователем, и выходным сигналом электроэнцефалографа, аналого-цифрового преобразователя, преобразующего сумму сигналов в цифровую форму, жидкокристаллического дисплея, на который выводятся результаты поверки, интерфейсной платы, через которую осуществляется подключение компьютера для управления устройством для поверки электроэнцефалографа задания произвольной формы тестовых сигналов,  что позволит сформировать эталонные тестовые электроэнцефалографические сигналы, необходимые для проведения поверки электроэнцефалографа, при этом повышается точность контроля технического состояния электроэнцефалографа, и сетевого блока питания.
На фиг.1 приведена структурная схема устройства для автоматической поверки электроэнцефалографа. На фиг. 2 приведен пример одного из тестовых сигналов, формируемый микроконтроллером и цифроаналоговым преобразователем. На фиг. 3 приведен результат автоматического сравнения входного и выходного сигналов, и их оценка (на экране компьютера).
На структурной схеме показано устройство для автоматической поверки электроэнцефалографа 1, в состав которого входит микроконтроллер 2, к первому входу которого подсоединена клавиатура 3, к первому выходу микроконтроллера 2 присоединен цифроаналоговый преобразователь 4, выход цифроаналогового преобразователя 4 через инвертор 5 подсоединен к первому входу суммирующего устройства 6, а его выход соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 7, выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера 2, ко второму выходу микроконтроллера 2 присоединены жидкокристаллический дисплей 8, к третьему входу микроконтроллера 2 подсоединена интерфейсная плата 9 для организации связи с компьютером 10, электропитание на все блоки устройства для поверки электроэнцефалографа 1 подается от сетевого источника питания 11, выход цифроаналогового преобразователя 4 подсоединен к входу электроэнцефалографа 12, а выход электроэнцефалографа 12 подсоединен ко второму входу суммирующего устройства 6.
Устройство для автоматической поверки электроэнцефалографа работает следующим образом.
При подключении сетевого источника питания 11 к электросети переменного тока ~220 В на его выходе появляется стабилизированное постоянное напряжение, которое подается на все блоки устройства для поверки электроэнцефалографа 1. Клавиатура 3 соединена с микроконтроллером 2 и предназначена для управления работой микроконтроллера 2, с первого выхода которого на вход цифроаналогового преобразователя 4 подается сформированный тестовый сигнал, который цифроаналоговый преобразователь 4 превращает в аналоговый тестовый сигнал заданной формы, один из вариантов которого представлен на фиг. 2, и который затем поступает на вход электроэнцефалографа 12, и с его выхода - на первый вход суммирующего устройства 6. Также с выхода цифроаналогового преобразователя 4 сформированный тестовый сигнал поступает на инвертор 5, инвертируется, и поступает на второй вход суммирующего устройства 6. На выходе суммирующего устройства 6 получается сумма сигналов, поступающих с выхода электроэнцефалографа 12, и инвертированного сигнала с выхода цифроаналогового преобразователя 4. Полученная сумма сигналов с выхода суммирующего устройства 6 подается на аналого-цифровой преобразователь 7, где входной аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму, с выхода аналого-цифрового преобразователя 7 сигнал подается на второй вход микроконтроллера 2, обрабатывается, и результаты поверки выводятся на жидкокристаллический дисплей 8. Формирование разных видов эталонных тестовых электроэнцефалографических сигналов обеспечивает увеличение точности контроля технического состояния электроэнцефалографов.
Формирование разных видов эталонных тестовых электроэнцефалографических сигналов и управление устройством для поверки электроэнцефалографа также возможно при помощи компьютера 10, подключаемого к устройству для поверки электроэнцефалографа 1 через интерфейсную плату 9, что дает возможность применять специфические методики поверок, заложенные производителем электроэнцефалографов.
Таким образом, предложенное устройство для автоматической поверки электроэнцефалографа, содержащее микроконтроллер с клавиатурой, цифро-аналоговый преобразователь, инвертор, суммирующее устройство, аналого-цифровой преобразователь, интерфейсную плату, жидкокристаллический дисплей и сетевой источник питания обеспечивает увеличение точности поверки электроэнцефалографа.