УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 1995 года по МПК A61H39/00 A61B5/05 

Изобретение относится к медицинской технике, оно может быть использовано в системах и устройствах, где для реализации их функций используется воздействие на тело человека электрическим током, в частности в мониторинговых системах для контроля психофизиологического состояния человека-оператора.

Известны применяемые в системах "человек - машина - среда" для контроля функционального состояния человека-оператора непосредственно во время выполнения алгоритмов деятельности способы и устройства для съема физической составляющей электрического сопротивления кожи (по методике Фере), в которых на электроды подается напряжение 1 В ± 0,1 и, тем самым, происходит воздействие электрическим током на организм оператора в течение длительного времени.

Недостатком рассмотренных указанных способов и устройств является то, что при наложении электродов на тело человека под ними могут оказаться биологически активные точки (БАТ), длительное воздействие на которые электрическим током может оказать негативное влияние на здоровье человека.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее блок управления, активный и пассивный электроды, измеритель сопротивления, регулятор тока и источник электропитания.

Недостатком указанного способа и устройства является недостаточная защищенность БАТ при поиске с применением электрического тока.

Цель изобретения - защита БАТ при мониторинге психофизиологических параметров человека.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый коммутатор 1, измеритель 2 сопротивления, блок 3 управления, блок 4 ключей, активный и пассивный электроды 5, второй коммутатор 6, регистр 7 сегментов, блок 8 сравнения, блок 9 умножения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10, регистр 11 порога, вход 12 запуска устройства; вход-выход 13 устройства для подключения к мониторинговой системе.

При этом первый выход первого коммутатора 1 соединен с входом измерителя 2 сопротивления, электроды 5 соединены со вторым входом-выходом блока 4 ключей, вход которого соединен с выходом второго коммутатора, первый вход которого соединен с выходом регистра 7 сегментов, первый вход которого соединен с выходом блока 8 сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока 9 умножения, вход которого соединен с выходом регистра 11 порога, выход аналого-цифрового преобразователя 10 соединен с вторым входом блока 8 сравнения и с первым входом регистра 11 порога, выход измерителя 2 сопротивления соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя 10, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока 3 управления соединены соответственно с первым входом первого коммутатора 1 и вторыми входами второго коммутатора 6, регистра 7 сегментов, регистра 11 порога и аналого-цифрового преобразователя 10, второй вход-выход первого коммутатора 1 является входом-выходом устройства, вход блока 3 управления является входом устройства.

Устройство работает следующим образом.

На вход 12 блока 3 управления (БУ) поступает сигнал запуска устройства. После этого с второго выхода БУ 3 через второй коммутатор 6 на вход блока 4 ключей поступает управляющий код, активизирующий все сегменты электродов 5, выполненных многосегментными с изолированными между собой сегментами. С первого выхода БУ 3 на вход первого коммутатора 1 поступает управляющий сигнал, подключающий к первому входу-выходу блока 4 ключей измеритель 2 сопротивления, производится измерение сопротивления между электродами, результат которого поступает на АЦП 10, преобразуется в цифровую форму по сигналу с пятого выхода БУ 3 и записывается в регистр 11 порога по сигналу с четвертого выхода БУ 3. В регистре 11 порога записанный код хранится в течение всего цикла работы устройства.

С выхода регистра 11 порога код поступает на вход блока 9 умножения, где умножается на коэффициент, зависящий от числа сегментов электродов и подается на первый вход блока 8 сравнения.

После процедуры определения порога с второго выхода БУ 3 через второй коммутатор 6 на вход блока 4 ключей поступает управляющий код, активизирующий все сегменты пассивного электрода и первый сегмент активного электрода. По сигналу с первого выхода БУ 3 к электродам подключается измеритель 2 сопротивления и производится измерение. Результат измерения сопротивления по сигналу с пятого выхода БУ 3 преобразуется в цифровой код, поступает с выхода АЦП 10 на второй вход блока 8 сравнения, который фоpмирует "1", если результат измерения превысил пороговое значение, или "0" в противном случае. Результат сравнения по сигналу с третьего выхода БУ 3 записывается в регистр 7 сегментов, представляющий собой сдвиговый регистр.

Таким же образом производится измерение сопротивления, сравнение с пороговой величиной и запись в регистр 7 порога для каждого сегмента активного электрода при полностью подключенном пассивном электроде, при этом изменяется лишь управляющий код, подаваемый на блок 4 ключей с второго выхода БУ 3. После этого та же операция проделывается для каждого сегмента пассивного электрода при полностью подключенном активном электроде.

По окончании измерения в регистре 7 сегментов сформирован маскирующий код, который по сигналу с второго выхода БУ 3 через второй коммутатор поступает на управляющий вход блока 4 ключей.

Таким образом, формируется рабочая конфигурация электродов, причем "рабочие" сегменты включаются параллельно. Одновременно с первого выхода БУ 3 на второй вход первого коммутатора поступает сигнал, разрешающий соединение первого входа-выхода блока 4 ключей с входом-выходом 13 устройства.

Блок 3 управления может быть реализован в виде генератора кодов на базе ПЗУ, который будет устанавливать на выходе каждый следующий управляющий код после прихода импульса с тактового генератора, причем временной интервал между двумя соседними импульсами достаточен для проведения измерения сопротивления и сравнения с пороговым значением. Разрядность управляющего кода 11, например, определяется по формуле
N=5+2n, где n - число сегментов каждого электрода.

Разрядность управляющего кода при четырех сегментных пассивном и активном электродах будет равна 13. Запуск тактового генератора осуществляется сигналом запуска через вход 12 устройства.

Блок 4 ключей может быть реализован как набор управляемых электронных ключей, число которых равно числу сегментов на двух электродах. Все управляющие входы ключей соединены с соответствующими выходами второго коммутатора, все входы соединены с входом-выходом первого коммутатора, а все выходы - с соответствующими сегментами электродов.

Блок 8 сравнения может быть реализован в виде цифрового компаратора.

Для выбора коэффициента умножения блока 9 умножения используется следующая методика. Пусть электрод содержит n сегментов равной площади, которые контактируют с соответствующими зонами участка тела человека. Известно, что при пропускании через тело человека электрического тока его силовые линии распределяются по тканям в зависимости от их электропроводности. Так, хорошими проводниками являются кровь, лимфа, потовые железы, а плохими и очень плохими - сальные железы, подкожная жировая клетчатка и эпидермис. Силовые линии тока проходят через кожу, главным образом через потовые, и в меньшей степени через сальные, железы, затем устремляются в межклеточные пространства, заполненные проводящей ток жидкостью. Направление тока в организме не всегда совпадает с кратчайшим путем между электродами. Таким образом, определяющим в механизме электрокожного сопротивления является количество на участке кожи потовых желез, работающих как параллельно включенные проводники.

Зоны участка кожи равной площади, не содержащие БАТ (которые имеют аномально высокую проводимость), имеют примерно одинаковое сопротивление, а сопротивление всего участка кожи из зон будет примерно в n раз меньше. Те зоны, которые содержат БАТ, будут иметь заведомо меньшее сопротивление, т. е.

r_БАТ < n_˙ R, где R - сопротивление всего участка кожи, а для зон, не содержащих БАТ, справедливо
r≥n R.

В случае, когда под электродами не окажется БАТ, по данному критерию могут быть отсеяны несколько зон с наибольшей проводимостью, что не противоречит цели изобретения.

Таким образом, коэффициент умножения выбирается равным числу сегментов электрода.

Устройство для исследования состояния человека обеспечивает защиту биологически активных точек. Оно содержит активный и пассивный электроды 5, блок 3 управления, измеритель 2 сопротивления, и отличается тем, что в него введены коммутатор 1, первый выход которого соединен со входом измерителя сопротивления, блок 4 ключей, первый вход-выход которого соединен с первым входом-выходом первого коммутатора, второй коммутатор 6, регистр 7 сегментов, блок 8 сравнения, блок 9 умножения, аналого-цифровой преобразователь 10, регистр 11 порога, при этом электроды соединены со вторым входом-выходом блока ключей, вход которого соединен с выходом второго коммутатора, первый вход которого соединен с выходом регистра сегментов, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока умножения, вход которого соединен с выходом регистра порога, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым входом блока сравнения и с первым входом регистра порога, выход измерителя сопротивления соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, первый выход блока управления соединен с первым входом первого коммутатора, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока управления соединены соответственно со вторыми входами второго коммутатора, регистра сегментов, регистра порога и аналого-цифрового преобразователя, вход блока управления является входом устройства, второй вход-выход первого коммутатора является входом-выходом устройства. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА, содержащее измеритель сопротивления, блок управления и активный и пассивный электроды, отличающееся тем, что, с целью защиты биологически активных точек при мониторинге психофизиологических параметров человека путем измерения электрокожного сопротивления, в него введены последовательно соединенные первый коммутатор, второй вход-выход которого подключен к мониторинговому входу-выходу устройства, и блок ключей, выход которого соединен с активным и пассивным электродами, выполненными многосегментными с изолированными между собой сегментами, также последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого через измеритель сопротивления подключен к первому входу-выходу первого коммутатора, регистр порога, блок умножения, блок сравнения, регистр сегментов и второй коммутатор, выход которого подключен к управляющему входу блока ключей, при этом вход блока управления соединен с входом запуска устройства, а первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы его соединены соответственно с входами первого и второго коммутаторов, вторыми входами регистра сегментов, регистра порога и аналого-цифрового преобразователя соответственно, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с вторым входом блока сравнения.