ЭЛЕКТРОМИОГРАФИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к области медицинской техники и может быть использована в системах управления биоэлектрическими протезами верхних конечностей, а именно протезами предплечья или кисти, а также в спортивной медицине.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство получения биоэлектрических сигналов для управления протезом руки, раскрытое в RU 92963 U1, опубл. 10.04.2016. Устройство получения биоэлектрических сигналов для управления протезом руки, содержащее активный датчик и приспособление для его крепления на коже, отличающееся тем, что активных датчиков может быть несколько, а приспособление для их крепления на коже едино для всех датчиков, каждый из активных датчиков выполнен на основе миниатюрной печатной платы эллипсовидной формы, на нижней стороне которой смонтированы два оппозитно расположенных неплоских гладких электрода длиной 6-10 мм, разнесенных друг от друга на 10-15 мм и выступающих над поверхностью платы на 1-2 мм, а на верхней стороне платы смонтирована электронная схема, включающая в себя последовательно включенные дифференциальный усилитель, фильтр и детектор, причем входы дифференциального усилителя электрически связаны с соответствующими электродами, в середине платы распаян жгут электрических проводов, соединяющий цепи питания и выход детектора датчика с соответствующими контактами на электроуправляемом протезе руки, приспособление для крепления активных датчиков на коже представляет собой эластичный перфорированный рукав из непроводящего материала с одинаковыми круглыми отверстиями, диаметр которых равен или немного меньше малого диаметра эллипса платы.
Недостатком известного устройства является ограниченность его применения ввиду проводной передачи обработанных, сигналов полученных активным датчиком.
Кроме того из уровня техники известно устройство получения биоэлектрических сигналов для управления протезом руки, раскрытое в CN 104434126 А, опубл. 25.03.2015. Устройство содержит чувствительный датчик в виде электрода, блок сбора миоэлектрических данных и блок определения движения, соединенный в единый чип, блок беспроводной передачи данных, на блок обработки и источник питания.
Недостатком выше раскрытого устройства является длительность передачи сигнала и небольшое расстояние передачи сигнала.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей заявленной полезной модели является разработка электромиографического датчика, обеспечивающего определение электромиографических сигналов и сигналов движения с последующей передачей сигналов по беспроводной связи.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение получения полного набора физиологических параметров и характеристик функционального состояния человека при высокой эффективности съема сигнала и контроле динамики реабилитации, повышение скорости передачи данных на расстоянии и времени работы датчика.
Указанный технический результат достигается за счет того, что электромиографический датчик, содержащий корпус, в котором расположены две печатные платы, расположенные друг над другом и электрически связанные между собой, при этом на нижней печатной плате расположен блок усиления аналогового сигнала, содержащий последовательно расположенные предусилитель, фильтр и усилитель, каждый из которых содержит по крайней мере один усиливающий каскад, основанный на операционном усилителе, а на верхней печатной плате - инерциальный блок, блок беспроводной передачи со встроенными процессором и аналого-цифровым преобразователем (АЦП), при этом нижняя печатная плата образует нижнюю поверхность корпуса, на нижней стороне которой закреплены по крайней мере три электрода в виде пластины с титановым покрытием, электрически связанные с нижней печатной платой.
Нижняя печатная плата содержит подстроечный резистор.
Блок беспроводной передачи выполнен в виде модуля Bluetooth с поддержкой технологии передачи 4.0 и выше.
Инерциальный блок выполнен в виде трехосевых гироскопа и акселерометра.
Пластины электродов выполнены шириной 4 мм и длиной 7 мм.
Питание датчика осуществляется от аккумулятора, расположенного в корпусе или на протезе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полезная модель будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - Структурная схема устройства.
1 - первый электрод; 2 - второй электрод; 3 - блок усиления аналогового сигнала; 4 - блок беспроводной передачи; 5 - инерциальный блок; 6 - подстроечный резистор; 7 - третий электрод.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Электромиографический датчик, содержащий корпус, в котором расположены две печатные платы, расположенные друг над другом и электрически связаные между собой, при этом на нижней печатной плате расположен блок (3) усиления аналогового сигнала, содержащий последовательно расположенные предусилитель, фильтр и усилитель, каждый из которых содержит по крайней мере один усиливающий каскад, основанный на операционном усилителе, а на верхней печатной плате - инерциальный блок (5), блок (4) беспроводной передачи со встроенными процессором и АЦП, при этом нижняя печатная плата образует нижнюю поверхность корпуса, на нижней стороне которой закреплены по крайней мере три электрода (1, 2, 7) в виде пластины с титановым покрытием, электрически связанные с нижней печатной платой. Количество электродов в электромиографическом датчике может достигать 6 штук.
Нижняя печатная плата содержит подстроечный резистор (6).
Блок (4) беспроводной передачи выполнен в виде модуля Bluetooth с поддержкой технологии передачи 4.0 и выше.
Инерциальный блок (5) выполнен в виде трехосевых гироскопа и акселерометра.
Пластины электродов (1, 2, 7) выполнены шириной 4 мм и длиной 7 мм. Питание датчика осуществляется от аккумулятора, расположенного в корпусе или на протезе (вблизи корпуса датчика).
Блок (3) усиления аналогового сигнала содержит последовательно расположенные предусилитель, фильтр и усилитель, каждый из которых содержит от одного до четырех операционных усилителей.
Блок (4) беспроводной передачи может также быть выполнен в виде модуля Wi-Fi или радиоканала на различных частотах.
Электромиографический датчик работает следующим образом. Корпус датчика закрепляют на здоровой конечности человека (например, при помощи эластичного перфорированного рукава), к которой закреплен протез таким образом, чтобы электроды (1, 2, 7) в виде пластины с титановым покрытием контактировали с кожей человека. Электромиографический сигнал, образующийся между электродами (1, 2), передается от них на блок (3) усиления аналогового сигнала, в котором происходит предварительное усиление сигнала в предусилителе, содержащий по крайней мере один усиливающий каскад, основанный на операционном усилителе. Усиление сигнала в предусилителе осуществляется до уровня сигнала, достаточным для обработки в фильтре. Предварительно усиленный сигнал фильтруется в фильтре и усиливается при помощи по крайней мере одного усиливающего каскада, основанного на операционном усилителе, до необходимого уровня сигнала, а затем усиливается в усилителе при помощи по крайней мере одного усиливающего каскада, основанного на операционном усилителе, и поступает в блок (4) беспроводной передачи в виде модуля Bluetooth со встроенными процессором и АЦП. Подстроечный резистор (6) контролирует коэффициент усиления сигнала. Расположение плат в одном корпусе позволяет сократить требуемую площадь защитного электрического экрана, а расположение плат друг над другом позволяет сократить длину соединительных проводов и исключить появление дополнительных нежелательных шумов при передаче сигнала от платы к плате. Усиленный в усилителе аналоговый сигнал преобразуют в блоке (4) беспроводной передачи в цифровой при помощи АЦП. Также в блоке (4) беспроводной передачи при помощи процессора предварительно обрабатывают цифровой сигнал с целью усреднения его значения и увеличение отношения полезного сигнала к шуму. Затем сигнал при помощи Bluetooth с поддержкой технологии передачи 4.0 и выше по беспроводной связи передается на центральный процессор протеза, либо на мобильное устройство или компьютер лечащего врача. Питание датчика может осуществляться за счет аккумулятора, расположенного в корпусе или вблизи корпуса датчика при помощи проводов. Цифровой сигнал из инерциального блока (5), содержащий трехосевой гироскоп и трехосевой акселерометр, передает информацию о движении протеза на блок (4) беспроводной передачи и связанный с ним по беспроводной связи на центральный процессор, что позволяет анализировать движение протеза и корректировать управление протеза в автоматическом режиме, также данные с инерциального блока (5) передаются по беспроводной связи на мобильное устройство или компьютер лечащего врача.
Применение электродов в виде пластин обеспечивает более высокую эффективность съема сигнала за счет обеспечения поверхностью пластины увеличения амплитуды регистрируемого сигнала. Выход за рамки заявленных размеров пластин электродов приведет к недостаточной силе регистрируемого сигнала или высоким помехам, что приведет к ухудшению распознавания сигнала.
Использование электродов и инерциального блока обеспечивает получение полного набора физиологических параметров и характеристик функционального состояния человека за счет определения различных характеристик человека.
Применение покрытия из титана обеспечивает высокую прочность, электропроводность и износостойкость, не вызывая аллергических реакции у человека, что позволяет получить более высокую эффективность съема сигнала и увеличить время работы датчика, с целью получения полной картины о характеристиках человека в течение длительного времени.
Использование блока (4) беспроводной передачи за счет Bluetooth с поддержкой технологии передачи 4.0 и выше позволяет предавать информацию до 100 м, при снижении электропотребления датчика (время работы датчика увеличивается до двух месяцев без подзарядки), а также позволяет быстро передать полную картину физиологических параметров и характеристик функционального состояния человека, а также позволяет контролировать динамику реабилитации на основе полученных на расстоянии данных лечащим врачом.
Применение блока усиления аналогового сигнала с усиливающими каскадами, основанными на операционном усилителе, позволяет наиболее эффективно обработать сигнал для получения более точных данных о физиологических параметрах.
Полезная модель была раскрыта выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать ограниченной по объему только ниже следующей формулой изобретения.