РЕОАНАЛИЗАТОР Российский патент 1997 года по МПК A61B5/02 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для исследования гемодинамики.

Наиболее близким по технической сущности является реограф, содержащий генератор, преобразователь сопротивление-напряжение, вспомогательный генератор, счетчик, дешифратор, фильтр высокой частоты, коммутатор и многоканальный регистратор, каждый канал которого содержит два аналоговых ключа, управляемых от соответствующего выхода дешифратора (см. описание к авторскому свидетельству СССР N 1159552, М. кл. A 61 B 5/02, 1985 г. БИ N 21). С помощью такого многоканального реографа возможны полиграфические исследования в реальном масштабе времени, к недостаткам следует отнести ограниченные функциональные возможности из-за слабой корреляции сигналов, зарегистрированных многоканальным регистратором и невысокую точность измерения реограмм из-за сильного влияния коммутационных помех.

Решаемая задача снижение уровня коммутационных помех и обеспечение оперативного изменения программы съема реосигнала.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена структурная схема заявленного реоанализатора.

На фиг. 2, 3 показаны электрические схемы варианта исполнения источника переменного тока, усилителя высокой частоты и амплитудного детектора.

На фиг.4 приведена схема коммутатора отведений.

На фиг.5 приведена схема канала усиления многоканального усилителя реосигналов.

Реоанализатор (фиг.1) содержит последовательно соединенные блок 1 электродов, коммутатор 2 отведений, усилитель 3 высокой частоты, амплитудный детектор 4, переключатель 5 аналоговый, многоканальный усилитель 6 реосигналов, коммутатор 7 аналоговый, аналоговоцифровой преобразователь (АЦП) 8, микропроцессор 9, устройство 10 обмена, ЭФМ 11 с дисплеем и принтером (на фиг.1 не показаны), последовательно соединенные генератор 12 тактовый, делитель 13 частоты, счетчик 14 и двухпортовое ЗУ 15, шины первого порта которого соединены с шинами адреса, данных и управления микропроцессора 9, а второго порта шина числа Ш2 с кодовым входом коммутатора 2, шина адреса ША 2 с кодовым входом переключателя 5, шина адреса микропроцессора ШАМ дополнительно соединена с кодовым входом коммутатора 7, генератор 12 соединен с коммутатором 2 через источник 16 переменного тока. Многоканальный усилитель 6 содержит N каналов усиления 17, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра 18 нижних частот, дифференцирующего усилителя 19 и ограничителя 20 частотного спектра.

Блок 1 предназначен для закрепления на теле пациента электродов. В элементах крепления блока 1 электроды объединяются (группируются) попарно - токовый электрод, например a₁, соответствующий ему потенциальный электрод, например b₁. Через токовые электроды к пациенту подводится ток от источника 16, через потенциальные электроды снимается индуцируемое напряжение. Подключение токовых и потенциальных электродов к выходным шинам источника 16 и входным шинам усилителя 3 осуществляется через коммутатор 2. Переключатель 5 предназначен для подключения соответствующего канала усиления 17 к выходу амплитудного детектора 4. Коммутатор 7 предназначен для последовательного подключения к выходам каналов усиления 17 с целью измерения уровня сигнала АЦП 8. Микропроцессор 9 предназначен для организации измерения уровня сигнала на каждом выходе многоканального усилителя 6 и передачи данных через устройство 10 в ЭВМ 11. ЭВМ 11 предназначена для записи электрореограмм, их анализа и документирования результатов анализа. ЗУ 15 предназначено для хранения программы подключения отведений. Через первый порт в ЗУ 15 от микропроцессора 9 записываются коды подключения входных шин усилителя 3 и выходных шин источника 16 для каждого номера канала усиления 17, через второй порт эти коды считываются для управления коммутатором 2. Генератор 12, делитель 13 и счетчик 14 предназначены для синхронизации моментов переключения коммутатора 2 и переключателя 5 с частотой тока источника 16. Переключения коммутатора 2 и переключения 5 производится в тот момент, когда ток источника 16 проходит через ноль. Благодаря этому устраняется влияние коммутационных помех на точность измерения электрореограмм. Поскольку, в каждый момент времени к выходным шинам источника 16 подключены электроды только одного отведения, исключается влияние на результаты измерения других отведений, что также повышает точность. Расширение функциональных возможностей, достигается тем, что можно оперативно изменять схему отведений и полосу пропускания каналов усиления.

Источник 16 (фиг. 2) содержит источник 21 опорного напряжения, полюсы которого с частотой генератора 12 через двухпозиционный переключатель 22 и резистор R1, подключаются к параллельному индуктивно-емкостному резонансному контуру L1, C1, и преобразователь 23 напряжение-ток, представляющий собой дифференциальный усилитель У1, неинвертируемый вход которого соединен с резонансным контуром, а инверсный через резистор R2 с нулевой шиной и через первичную обмотку трансформатора Тр1 с собственным выходом. Резонансная частота контура L1, C1 совпадает с частотой импульсов генератора 12. Такое выполнение источника 16 позволяет стабилизировать частоту, амплитуду и форму переменного тока и тем самым дополнительно повысить точность измерения электрореограмм.

Усилитель 3 (фиг.3) содержит резонансный усилитель на транзисторе Т1 с трансформаторным входом Тр2 и трансформаторным выходом Тр3. Резисторным делителем R3, R4 задается линейный режим работы, конденсатор С2 с первичной обмоткой трансформатора Тр3 образует колебательный контур, настроенный на частоту колебаний тока источника 16. Амплитудный детектор 4 реализован по схеме двухполупериодного выпрямителя. Базы транзисторов Т2 и Т3 подключены к противофазным концам вторичной обмотки трансформатора Тр3, середина которой подключена к корпусу, и имеют общую эмиттерную нагрузку. Для компенсации напряжения перехода база-эмиттер транзисторов Т2, Т3 включен транзистор противоположной полярности Т4. Выполнение амплитудного детектора 4 в виде двухполупериодного выпрямителя позволяет за счет его безинерционности дополнительно повысить точность измерения электрореограммы.

Коммутатор 2 (фиг. 4) содержит четыре аналоговых переключателя 24-1, 24-2, 24-3 и 24-4. Входы первого аналогового переключателя 24-1 подключены к токовым электродам a₁.a_m блока 1, а выход к первой выходной шине источника 16, входы второго аналогового переключателя 24-2 подключены к потенциальным электродам b₁.b_m, а выход к первой входной шине усилителя 3, входы третьего аналогового переключателя 24-3 подключены к токовым электродам , а выход ко второй выходной шине источника 16, входы четвертого аналогового переключателя 24-4 подключены к потенциальным электродам , а выход ко второй входной шине усилителя 3. Кодовые входы аналоговых переключателей 24-1 и 24-2 объединены и подключены к цепям D₀.D_k шины числа ШЧ 2 ЗУ 15, по которым передается код подключения первых шин источника 16 и усилителя 3. Кодовые входы 2⁰. 2^k аналоговых переключателей 24-3 и 24-4 объединены и подключены к цепям D_k+1.D_2k шины числа ШЧ 2 ЗУ 15, по которым передается код подключения вторых шин источника 16 и усилителя 3.

Канал усиления 17 (фиг.5) содержит последовательно соединенные фильтр 18, дифференцирующий усилитель 19 и ограничитель 20 частотного спектра. Фильтр 18 содержит интегрирующую RC цепочку (R8, C4) и развязывающий повторитель (Y2, R9), выход которого является первым выходом канала усиления 17. Дифференцирующий усилитель 20 содержит дифференцирующую RC цепочку (C5, R10) и широкополосный усилитель (Y3, R11, R12). Ограничитель реализован на микросхеме МАХ-292 (Y4) фильтре на коммутируемых конденсаторах. Контакты 3, 4 микросхемы соединены перемычкой, сигнал с выхода дифференцирующего усилителя подается на контакт 8, на контакт 1 подается импульсы типа "меандр" с таймерного выхода микропроцессора 9. Период повторения этих импульсов устанавливается в зависимости от требуемой частоты среза верхних частот и определяется из соотношения: , где T_и период повторения импульсов, f_ср частота среза верхних частот ограничителя частотного спектра.

Выходной сигнал снимается с контакта 5 микросхемы МАХ-292.

Опишем работу заявляемого реоанализатора.

Предварительно от ЭВМ 11, через устройство обмена 10 (например, интерфейс RS 232) в микропроцессор 9 записывается программа исследований, определяющая схемы отведения, последовательность съема электрореограмм, полосу пропускания многоканального усилителя 6, условия обмена и т.д. В соответствии с этой программой в ЗУ 15 через первый порт (ШЧ1, ША1) записываются коды подключенных первых и вторых шин источника 16 и усилителя 3 и на таймерном выходе микропроцессора 9 устанавливается частота повторения импульсов, соответствующая необходимой частоте среза верхних частот ограничителя 20 (F_и 100 f_ср, где F_и частота повторения импульсов на таймерном выходе, f_ср частота среза верхних частот ограничителя 20).

После этого, при выключенном питании реоанализатора устанавливают на соответствующие точки тела пациента токовые и потенциальные электроды . Электроды закрепляются на теле пациента с помощью специальных приспособлений, входящих в состав блока 1 (манжетов, шлема, присосок и т.д.). Для уменьшения сопротивления электрод-кожа перед присоединением электродов на кожу может быть нанесена специальная электропроводящая паста. После установки электродов включается вся аппаратура. Начинает работать генератор 12 и на выходе источника 16 появляется переменный ток стабильной амплитуды, частота которого равна частоте повторения импульсов генератора 12. Код, снимаемый со счетчика 14, будет определять номер канала усиления 17, подключенный к выходу переключателя 5. С шины числа ШЧ2 ЗУ 15 будет сниматься код подключения шин источника 16 и усилителя 3, соответствующий отведению для этого канала. Через определенное количество колебаний тока источника 16, которое фиксировано и определяется коэффициентом деления делителя 13 частоты, содержимое счетчика 14 изменится на единицу, к выходу амплитудного детектора 4 через переключатель 5 подключится следующий канал усиления 17, а к входным шинам усилителя 3 и выходным шинам источника 16 через коммутатор 2 подключается электроды, соответствующие отведению нового канала усиления 17. Поскольку, изменение кодов на входах управления коммутатора 2 и переключателя 5 происходят синхронно с частотой тока источника 16, а время переключения элементов делителя частоты 13, счетчика 14 и ЗУ 15 на несколько порядков выше частоты тактового генератора 12, не представляет особого труда засинхронизировать момент переключения коммутатора 12 и переключателя 5 с моментом перехода через ноль тока источника 16. Это позволяет исключить влияние коммутационных помех и повысить точность измерения реосигнала. Кроме того, точность измерения реосигнала повышается за счет того, что измерение производится по фиксированному количеству колебаний тока.

Сигнал соответствующего отведения усиливается усилителем 3, детектируется амплитудным детектором 4 и через переключатель 5 подается на фильтр низкой частоты 18 соответствующего канала, который в простейшем случае представляет собой интегрирующую RC цепочку с развязывающим усилителем (R8, C4 и Y2 на фиг.5). Постоянная времени RC-цепочки выбирается такой, чтобы частоты среза верхних частот лежала в пределах 200 250 Гц (это несколько больше высокочастотных составляющих реосигналов). Выход фильтра 18 является первым выходом канала усиления 17, с него снимается электрореограмма. Дополнительно сигнал с выхода фильтра 18 подается на вход дифференцирующего усилителя 18, который в простейшем случае состоит из дифференцирующей RC цепочки и широкополосного усилителя (C5, R10 и Y3 на фиг.5). Постоянная времени RC-цепочки выбирается таким образом, чтобы частоты среза нижних частот лежала в пределах 15 20 Гц (нижний предел частот для анализа дифференцирующих характеристик реосигнала). К выходу дифференцирующего усилителя 19 подключен ограничитель 20 частотного спектра, назначение которого формирование оптимальной полосы пропускания канала усиления 17 при анализе различных дифференциальных характеристик реосигнала. Ограничитель 20 выполнен на микросхеме МАХ-292 фильтре на коммутируемых конденсаторах. Изменение частоты повторения на входе управления позволяет оперативно изменять полосу его пропускания.

Съем электрореограммы в реальном масштабе времени осуществляется следующим образом. С помощью микропроцессора 9 и коммутатора 7 поочередно выходы многоканального усилителя 6 подключаются к входу АЦП 8 и производится измерение уровня сигнала на этом выходе. Код уровня сигнала считывается с АЦП 8 по шине данных ЩД в микропроцессор 9 и с кодом номера канала и времени измерения через устройство обмена 10 передается в ЭВМ 11, где эти коды запоминаются.

В ЭВМ 11 данные обрабатываются, производится анализ записанных электрореограмм. Записанные электрореограммы и результаты их анализа могут быть просмотрены на экране дисплея или распечатаны на принтере.

Заявленный реоанализатор в сравнении с прототипом имеет более высокую точность измерения электрореограмм за счет того, что подключение входов каналов усиления 17 производится в моменты, когда ток на выходе источника 16 равен нулю, и за счет того, что на каждый канал усиления при измерении подается одинаковое (фиксированное) количество периодов высокочастотных колебаний. Кроме того, точность измерения электрореограмм повышается за счет выполнения амплитудного детектора 4 безинерционным.

Функциональные возможности реоанализатора расширены за счет обеспечения возможности реализации большего, чем в прототипе, количества отведений, за счет обеспечения возможности оперативного изменения схемы отведений и оперативного изменения полосы пропускания многоканального усилителя 6.

Реоанализатор относится к медицинской технике и предназначен для исследования гемодинамики. Цель изобретения: повышение точности съема реограммы и расширение функциональных возможностей за счет снижения уровня коммутационных помех и обеспечения возможности оперативного изменения программы съема реосигнала. Реоанализатор содержит последовательно соединенные блок электродов 1, коммутатор отведений 2, усилитель высокой частоты 3, амплитудный детектор 4, аналоговый переключатель 5, многоканальный усилитель реосигналов 6, аналоговый коммутатор 7, АЦП 8, микропроцессор 9, устройства обмена 10, ЭВМ 11, последовательно соединенные тактовый генератор 12, делитель частоты 13, счетчик 14 и двухпортовое запоминающее устройство 15, тактовый генератор 12 соединен с коммутатором 2 через источник переменного тока 16. Точность измерения электрореограмм повышается за счет того, что подключение цепей съема реосигнала к входам многоканального усилителя реосигналов 6 осуществляется в моменты, когда ток на выходе источника 16 равен нулю. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Реоанализатор, содержащий блок электродов, источник переменного тока, тактовый генератор, счетчик, аналоговый коммутатор и многоканальный усилитель реосигналов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит коммутатор отведений, двухпортовое запоминающее устройство, последовательно соединенные усилитель высокой частоты, амплитудный детектор и аналоговый переключатель, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, устройство обмена и электронно-вычислительная машина, при этом к коммутатору отведений подключены токовые и потенциальные электроды блока электродов, первая и вторая входные шины усилителя высокой частоты, первая и вторая выходные шины источника переменного тока и шина числа второго порта двухпортового запоминающего устройства, N выходов аналогового переключателя соединены с соответствующими N входами многоканального усилителя реосигналов, каждый канал усиления которого содержит последовательно соединенные фильтр нижних частот, выход которого является первым выходом канала усиления, дифференцирующий усилитель и ограничитель частотного спектра, выход которого является вторым выходом канала усиления, 2N выходов многоканального усилителя реосигналов соединены с аналоговыми входами аналогового коммутатора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, кодовый вход аналогового переключателя соединен с кодовым выходом счетчика и шиной адреса второго порта двухпортового запоминающего устройства, шины числа, адреса и записи первого порта которого соединены соответственно с шинами данных, адреса и управления микропроцессора, кодовые входы аналогового коммутатора соединены с шиной данных микропроцессора, тактовый генератор соединен с хронирующим входом источника переменного тока и через делитель частоты со счетным входом счетчика, входы управления ограничителей частотного спектра соединены с таймерным выходом микропроцессора. 2. Реонализатор по п. 1, отличающийся тем, что источник переменного тока содержит последовательно соединенные источник опорного напряжения, двухпозиционный переключатель, вход управления которого соединен с тактовым генератором, индуктивно-емкостной параллельный резонансный контур и преобразователь напряжение ток, при этом переключаемые клеммы двухпозиционного переключателя соединены с выходными шинами источника опорного напряжения, а подключаемая клемма через согласующий резистор с резонансным контуром и входом преобразователя напряжение ток. 3. Реоанализатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что усилитель высокой частоты выполнен в виде резонансного усилителя с трансформаторным выходом, вторичная обмотка которого посередине соединена с нулевой шиной, а амплитудный детектор выполнен в виде двухполупериодного выпрямителя, подключенного к этой обмотке. 4. Реоанализатор по одному из пп. 1 3, отличающийся тем, что коммутатор отведений содержит четыре аналоговых переключателя, выход первого переключателя соединен с первой выходной шиной источника переменного тока, выход второго с первой входной шиной усилителя высокой частоты, выход третьего с второй выходной шиной источника переменного тока, выход четвертого с второй входной шиной усилителя высокой частоты, аналоговые входы первого и третьего аналоговых переключателей подключены к соответствующим токовым электродам блока электродов, аналоговые входы второго и четвертого аналоговых переключателей подключены к соответствующим потенциальным электродам блока электродов, кодовые входы первого и второго аналоговых переключателей объединены и соединены с цепями шины числа второго порта двухпортового запоминающего устройства, соответствующими коду подключения первых шин источника переменного тока и усилителя высокой частоты, кодовые входы третьего и четвертого аналоговых переключателей объединены и соединены с цепями шины второго порта двухпортового запоминающего устройства, соответствующими коду подключения вторых шин источника переменного тока и усилителя высокой частоты.