УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОЛОВНОГО МОЗГА

Устройство относится к медицинской технике, в частности, к электронным приборам для регистрации электрических свойств головного мозга и может быть использовано для проведения нейрофизиологических исследований, оценки состояния мозгового кровообращения, обнаружения злокачественных новообразований и других объемных процессов.
Известно устройство (АС СССР №880241), которое содержит блок отводящих электродов, коммутационную панель, многоканальный предварительный усилитель, выходы которого подключены к регистратору. Недостатками данного устройства являются отсутствие возможности измерения внутричерепного импеданса и контроля импеданса электродов, что существенно снижает диагностические возможности прибора. Указанные недостатки устранены в устройстве для исследования электрической активности мозга (патент РФ №2076625), принятом за прототип. Данное устройство содержит блок отводящих электродов, коммутационную панель, выполненную в виде изображения головы с гнездами для подключения отводящих электродов, многоканальный предварительный усилитель и соединенные с его выходами селектор отведений, блок контроля импеданса электродов, многоканальный селективный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и ЭВМ. Подводящие электроды подключены к обследуемому, а сигнал с них подается на вход предварительного многоканального усилителя и после усиления через селектор каналов и многоканальный селективный усилитель подается на аналоге - цифровой преобразователь и затем передается в ЭВМ. Одновременно от блока контроля импеданса на электроды подается слабый переменный электрический ток и измеряется паденение напряжения на электроде. Это позволяет в реальном времени контролировать качество наложения электродов.
Недостатком прототипа является то, что это устройство не позволяет проводить измерения пассивных электрических свойств головного мозга - в частности, электрического сопротивления. Возможность оценки электрического сопротивления тканей головного мозга позволяет расширить диагностические возможности оборудования.
Техническая задача полезной модели - расширение функциональных свойств устройства за счет введения дополнительных узлов, обеспечивающих многоканальное
измерение электрического импеданса тканей головного мозга. Функциональная схема устройства приведена на рисунке.
Поставленная задача решается тем, что, как и в прототипе устройство для оценки электрических свойств головного мозга, содержит блок отводящих электродов, коммутационную панель с гнездами для подключения, многоканальный предварительный усилитель, входы которого соединены с соответствующими гнездами подключения коммутационной панели, а выходы с соответствующими входами многоканального аналогового коммутатора, аналого-цифровой преобразователь, блок управления и блок памяти на основе микроконтроллера и блок сопряжения с ЭВМ, в отличие от прототипа в него введены многоканальный преобразователь напряжение-ток, цифро-аналоговый преобразователь и многоканальный аналоговый коммутатор, входы многоканального преобразователя напряжение-ток подключены через дополнительно введенный многоканальный аналоговый коммутатор к выходу цифро-аналогового преобразователя, выходы многоканального преобразователя напряжение-ток подключены к входам многоканального предварительного усилителя, а вход цифро-аналогового преобразователя подключен к блоку управления.
В дальнейшем сущность полезной модели поясняется описанием и чертежом, на котором приведена функциональная схема устройства для оценки электрических свойств головного мозга.
В состав устройства входят: коммутационная панель 1 с гнездами для подключения отводящих электродов Э1-Э16 и референтного электрода Эреф, многоканальный предварительный усилитель 2, состоящий из дифференциальных усилителей ДУ1-ДУ16, многоканальный преобразователь напряжение-ток 3, состоящий из стабилизаторов переменного тока I1-I16, многоканальные аналоговые коммутаторы 5, 6, аналого-цифровой преобразователь 7, цифро-аналоговый преобразователь 8, блок управления 9, блок гальванической развязки 10 и ЭВМ 11.
Устройство работает следующим образом. Электроды Э1-Э16, Эреф подключены к обследуемому в соответствии с международной схемой «10/20» (Н.Н. Jasper. The ten-twenty electrode system of the International Federation. // Electroencephalographic Clinical Neurophysiology. - 1958. - №10. - pp.371-375). Шестнадцать электродов Э1-Э16 предназначены для регистрации собственной электрической активности головного мозга относительно референтного электрода Эреф, который размещается в точке с потенциалом, близким к нулю (на мочке уха, интраназально и т.д.). На эти электроды подается зондирующий ток от стабилизаторов переменного тока I1-I16. Блок управления 9, выполненный на микроконтроллере, в соответствии с программой выбирает один из
токовых каналов путем установки номера канала на цифровом входе многоканального аналогового коммутатора 5. Затем выбирается измерительный канал путем установки номера канала на цифровом входе коммутатора 6. Далее блок управления 9 начинает генерировать последовательность команд управления ЦАП 8, которые устанавливают заданный уровень напряжения на выходе ЦАП 8. Через многоканальный аналоговый коммутатор 5 в зависимости от номера выбранного токового канала сигнал с выхода ЦАП 8 подается на многоканальный преобразователь напряжение-ток 3 и подается на один из стабилизаторов переменного тока I1-I16. На выходе стабилизатора переменного тока формируется ток, который линейно зависит от величины входного напряжения. Этот ток подается на электрод, подключенный к данному стабилизатору. Электрод подключается непосредственно к биологическому объекту и подводимый ток проходит через область исследования, создавая в ней электрическое поле. Разность потенциалов этого поля регистрируется в измерительном канале относительно референтного электрода Эреф. Сигнал с измерительного электрода подается на соответствующий вход многоканального предварительного усилителя 2 и попадает на вход соответствующего дифференциального усилителя. На другой вход подается сигнал от общего референтного электрода Эреф. Дифференциальный усилитель преобразует разность входных напряжений в униполярное выходное напряжение. Через многоканальный аналоговый коммутатор 6 усиленная разность потенциалов поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 7. По сигналу блока управления 9 осуществляется однократное аналого-цифровое преобразование и выходной сигнал АЦП 7 в виде двоичного кода поступает на вход блока управления 9. Далее этот сигнал через устройство гальванической развязки 10 передается в ЭВМ 11.
Таким образом осуществляется одно измерение. Далее цикл измерений повторяется для всех шестнадцати измерительных каналов, в результате получается одна проекция. После проведения шестнадцати измерений выбирается новый номер токового канала и снова проводится цикл измерений для всех шестнадцати измерительных каналов. Таким образом формируется один кадр, который состоит из 256 измерений. После получения кадра токовые каналы отключают и проводят один цикл из шестнадцати измерений собственной электрической активности мозга. Для этого блок управления 9 подает на вход многоканального аналогового коммутатора 5 сигнал отключения и последовательно подключает выходы многоканального предварительного усилителя 2 к входу АЦП. Так как амплитуда сигнала собственной электрической активности головного мозга составляет максимум один милливольт (мВ), а разность потенциалов от зондирующего тока находится в пределах от 10 мВ до 100 мВ, то дифференциальные усилители, применяемые
в многоканальном предварительном усилителе, имеют коэффициент усиления зондирующего тока 50, а коэффициент усиления собственной электрической активности мозга 2500. В результате удается одновременно регистрировать как собственную электрическую активность мозга, так и электрический импеданс.
Блок управления 9 накапливает отсчеты АЦП 7 и при получении полного кадра и 16 измерений электрической активности мозга осуществляет перекодирование сигнала с целью увеличения помехозащищенности и формирует синхронизирующие сигналы для ЭВМ 11. После получения заданного количества кадров блок управления 9 останавливает процесс измерения и передает накопленные данные в ЭВМ 11 через блок гальванической изоляции 10. В ЭВМ специализированное программное обеспечение обеспечивает прием данных, обратное декодирование и восстановление схемы коммутации.
Дополнительные введенные цифро-аналоговый преобразователь 8, многоканальный аналоговый коммутатор 5 и многоканальный преобразователь напряжение-ток 2 позволяют проводить одновременные многоканальные измерения как собственной электрической активности головного мозга, аналогично прототипу, так и пассивных электрических свойств, в частности, электрического импеданса тканей головы.