УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ПОСТОЯННОГО ПОТЕНЦИАЛА ГОЛОВНОГО МОЗГА И ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ

Область применения полезной модели.
Заявленная полезная модель относится к устройствам для измерения биоэлектрических сигналов головного мозга и может быть использовано для измерения уровня постоянного потенциала (УПП) головного мозга (Ω-потенциалов) и электроэнцефалограммы (ЭЭГ).
Предшествующий уровень техники
Известен, выбранный в качестве ближайшего аналога, энцефалограф, содержащий источник питания биоэлектроды, соединенные с усилителями, которые соединены с блоком преобразования информации, соединенным с блоком управления, при этом блок преобразования информации соединен с передатчиком электромагнитного сигнала, а блок управления соединен с приемником электромагнитного сигнала (патент РФ №2071720, кл. МПК А61В 5/0476, опубл. 20.01.1997)
В данном энцефалографе на сигналы, поступающие от биоэлектродов через усилители на блок преобразования информации оказывают воздействия шумы от блока управления электрически соединенного с блоком преобразования информации. Кроме того, от биоэлектродов через усилители на блок преобразования информации, поступают посторонние сигналы, находящиеся вне спектра ЭЭГ. Данные помехи не позволяют с удовлетворительной точностью измерять ЭЭГ. Кроме того, на точность измерения УПП головного мозга оказывает влияние качество наложения биоэлектродов. При недостаточном контакте биоэлектродов с поверхностью кожного покрова пациента точность измерения существенно снижается. Таким образом, недостатком указанного энцефалографа является то, что при его работе в сигналы, поступающие от биоэлектродов через усилители на блок преобразования информации, включаются помехи, что приводит к невозможности измерения УПП головного мозга.
Краткое описание полезной модели
Технической задачей заявленной полезной модели является создание устройства для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы, при работе которого возможные помехи в сигналах, поступающие от биоэлектродов через усилители на блок преобразования информации, были бы снижены до уровня, при котором стало бы возможно измерение УПП головного мозга и ЭЭГ.
Техническим результатом, который может быть получен в заявленной полезной модели, является создание устройства для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы позволяющего получать достоверные результаты измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы содержащем источник питания биоэлектроды, соединенные с усилителями, блок преобразования информации, блок управления, при этом в нем введен референтный биоэлектрод соединенный с каждым усилителем, кроме того, на выходе каждого усилителя установлен фильтр нижних частот соединенный с блоком преобразования информации, а на выходе источника питания установлен источник опорного напряжения, соединенный с блоком преобразования информации, при этом блок управления выполнен с возможностью взаимодействия с блоком преобразования информации посредством оптронной развязки.
А также тем, что блок управления снабжен соединителем, выполненным с возможностью подключения к внешнему устройству отображения информации, и который может быть выполнен в виде контроллера USB шины соединенного с блоком управления и снабженного USB разъемом, который может быть соединен с источником питания для осуществления его зарядки.
А также тем, что блок управления может быть выполнен в виде микроконтроллера.
А также тем, что в нем дополнительно введен генератор тестирующего сигнала, соединенный с биоэлектродами и взаимодействующий с блоком управления посредством оптронной развязки.
Описание поясняющих фигур
Заявленное устройство для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы представлено на фиг.1-2.
При этом на фиг.1 представлена схема устройства для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы, а на фиг.2 представлена схема устройства для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы, снабженного соединителем и генератора тестирующего сигнала.
На фиг.1-2 приняты следующие обозначения:
- биоэлектроды К1-KN;
- референтный биоэлектрод Kref;
- усилитель 1;
- фильтр нижних частот 2;
- блок преобразования информации 3;
- источник опорного напряжения 4;
- блок управления 5;
- оптронная развязка 6;
- источника питания 7;
- соединитель 8;
- контроллер USB шины 9;
- USB разъем 10;
- генератор тестирующего сигнала 11;
- экранирующий корпус 12.
Подробное описание полезной модели
Заявленное устройство для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы содержит биоэлектроды К1-KN, референтный биоэлектрод Kref, усилители 1, выполненные в виде усилителей постоянного тока, фильтры 2 нижних частот, блок 3 преобразования информации, источник 4 опорного напряжения, блок 5 управления, оптронную развязку 6 и источник 7 питания, который может быть выполнен в виде вторичной батареи.
Каждый биоэлектроды К1-KN соединен с отдельным усилителем 1, а референтный биоэлектрод Kref соединен с каждым усилителем 1. На выходе каждого усилителя 1 установлен фильтр 2 нижних частот соединенный с блоком 3 преобразования информации. Блок 3 преобразования информации может быть выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя и соединен с источником 4 опорного напряжения, который соединен с источником 7 питания. Управление устройством для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы осуществляется посредством блока 5 управления, взаимодействующего с блоком 3 преобразования информации посредством оптронной развязки 6.
Для повышения помехоустойчивости устройства для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы усилители 1, фильтры 2 нижних частот, блок 3 преобразования информации, источник 4 опорного напряжения, блок 5 управления, оптронная развязка 6 и источник 7 питания устанавливаются в экранирующий корпус 12, выполненный из стали в виде параллелепипеда с толщиной стенки сотавляющей 0,5-3 мм. Экранирующий корпус 12 защищает усилители 1, фильтры 2 нижних частот, блок 3 преобразования информации, блок 5 управления, оптронную развязку 6 и источник 4 опорного напряжения от воздействия внешних электромагнитных волн.
Блок 5 управления может быть автономным и снабженным органами управления (например, клавиатурой), средствами отображения информации (например, монитором) и источником питания, однако более предпочтительно выполнять блок 5 управления в виде микроконтроллера. В этом случае блок 5 управления должен быть снабжен соединителем 8, выполненным с возможностью подключения к внешнему устройству отображения информации, например, к компьютеру. Соединитель 8 может быть PS разъемом или любым другим разъемом для подключения к компьютеру. Предпочтительно, чтобы соединитель 8 был выполнен в виде контроллера 9 USB шины, снабженного USB разъемом 10. При этом контроллер 9 USB шины, соединен с блоком 5 управления.
Для проверки качества наложения электродов К1-KN и Kref на кожный покров пациента в устройство для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы может быть дополнительно введен генератор 11 тестирующего сигнала соединенный с указанными биоэлектродами и взаимодействующий с блоком 5 управления посредством оптронной развязки 6.
Заявленное устройство для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы работает следующим образом.
Перед началом измерения у пациента уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы располагают биоэлектроды К1-К(М-1) вдоль сагиттальной линии - в лобной, центральной, затылочной областях, а также в правом и левом височных отделах, биоэлектрод KN располагают на мочке уха пациента, а референтный биоэлектрод Kref располагают на запястье руки пациента. При этом биоэлектрод Kref может быть вмонтирован в ремень или жгут.
Затем на блок 5 управления подают команду на начало работы. Команду на начало работы на блок 5 управления могут подавать через орган управления, в том случае если блок 5 управления автономен, и снабжен указанным органом управления, или через компьютер, если блок 5 управления подключен к нему посредством соединителя 8.
Блок 5 управления через оптронную развязку 6 передает на блок 3 преобразования информации команду на прием электрических потенциалов от биоэлектродов К1-K(N-1) с чередованием относительно биоэлектрода KN и биоэлектрода Kref. Прием электрических потенциалов от биоэлектродов К1-K(N-1) относительно биоэлектрода KN позволяет измерять ЭЭГ, а прием электрических потенциалов от биоэлектродов К1-К(М-1) относительно биоэлектрода Kref позволяет измерять УПП головного мозга пациента. При этом оптронная развязка 6 отсекает шумы блока 5 управления от блока 3 преобразования информации, что повышает достоверность результатов измерения ЭЭГ и УПП головного мозга. Источник 4 опорного напряжения, получающий электрическую энергию от источника 7 питания, обеспечивает стабильность работы блока 3 преобразования информации. При этом автономность источника 4 опорного напряжения позволяет устранить помехи, возникающие в цепи от перепадов напряжения, что повышает достоверность результатов измерения ЭЭГ и УПП головного мозга.
Электрические потенциалы относительно биоэлектродов KN и Kref снимаются с поверхности головы пациента с помощью биоэлектродов К1-К(N-1) и передаются на усилители 1, где указанные потенциалы усиливаются и далее передаются на фильтры 2 нижних частот, в которых ослабляются помехи вне спектра ЭЭГ, что увеличивает достоверность результатов измерения ЭЭГ. Из фильтров 2 нижних частот результаты измерений поступают на блок 3 преобразования информации где значения указанных потенциалов преобразуются в цифровой код и посредством оптронной развязки передаются на блок 5 управления.
Блок 5 управления выводит полученные результаты измерения на средство отображения информации, в том случае если блок 5 управления автономен, и снабжен указанным средством, или передает указанные результаты на компьютер через соединитель 8, если блок 5 управления подключен к компьютеру посредством соединителя 8. При этом блок 5 управления oбеспечивает поддержку верхних протокольных уровней USB интерфейса, если соединитель 8 выполнен в виде контроллера 9 USB шины, снабженного USB разъемом 10, в этом случае поддержку нижних протокольных уровней осуществляет контроллер USB шины 8.
Для осуществления контроля качества наложения биоэлектродов К1-KN и Kref в заявленном устройстве для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы введен генератор 11 тестирующего сигнала, соединенный с биоэлектродами К1-KN и Kref и взаимодействующий с блоком 5 управления посредством оптронной развязки 6, при этом один из биоэлектродов К1-KN и Kref соединен с землей. Генератор 11 тестирующего сигнала во время работы устройства для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы постоянно подает на каждый биоэлектрод К1-KN и Kref переменный ток синусоидальной формы частотой, например, 55 Гц и амплитудой, например, 10-9 А (полный размах), который не превышает фоновый уровень внешних электромагнитных помех. Указанный ток создает на входах усилителей 1 напряжение пропорциональное сопротивлению между биоэлектродами К1-KN и Kref и указанным биоэлектродом соединенным с землей, например, при сопротивлении электрода 10 кОм амплитуда сигнала составит 10 мкВ. Полученные значения напряжений передаются от усилителей 1 через фильтры 2 нижних частот и блок 3 преобразования информации, посредством оптронной развязки 6 на блок 5 управления.
Блок 5 управления сравнивает указанные значения напряжений с заданными и определяет достаточно ли хорошо контактируют биоэлектроды К1-KN и Kref с кожным покровом пациента. При этом если отклонение указанных значений напряжений от заданных не превышает, например 10%, то блок 5 управления определяет, что качество наложения биоэлектродов К1-KN и Kref является удовлетворительным. Если отклонение указанных значений напряжений от заданных превышает, например 10%, то блок 5 управления определяет, что качество наложения биоэлектродов К1-KN и Kref не является удовлетворительным. В этом случае блок 5 управления выдает на средство отображения информации сигнал о том, что какой-либо из биоэлектродов К1-KN и Kref имеет неудовлетворительный контакт с кожным покровом пациента. Таким образом, за счет введения в устройство для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы генератора 11 тестирующего сигнала можно оперативно выявить и устранить некачественное наложение какого-либо из биоэлектродов К1-KN и Kref на кожный покров пациента, что позволяет устранить получение недостоверных результатов измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы.
Таким образом, за счет того, что в устройстве для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы введен референтный биоэлектрод соединенный с каждым усилителем, кроме того, на выходе каждого усилителя установлен фильтр нижних частот соединенный с блоком преобразования информации, а на выходе источника питания установлен источник опорного напряжения, соединенный с блоком преобразования информации, при этом блок управления выполнен с возможностью взаимодействия с блоком преобразования информации посредством оптронной развязки, а также за счет того, что в устройстве для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы введен генератор тестирующего сигнала, соединенный с биоэлектродами и взаимодействующий с блоком управления посредством оптронной развязки, устройство для измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы позволяет получать достоверные результаты измерения уровня постоянного потенциала головного мозга и электроэнцефалограммы.