УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к медицинской диагностике, в частности к определению, измерению или регистрации биоэлектрических сигналов организма или его частей.

Известен измеритель точечной проводимости кожи (см. Авт. св. СССР N 1435240, кл. A 61 B 5/05, 1986), используемый для поиска биологически активных точек. Устройство содержит активный, пассивный и вспомогательный электроды, источник тока высокой частоты и блок измерения. Посредством вспомогательного электрода на исследуемый участок поверхности тела пациента воздействуют током высокой частоты. Активный и вспомогательный электроды конструктивно совмещены. Для измерения проводимости кожи активным электродом скользят по эпидермису, а пассивный электрод находится в руке пациента. В момент появления под электродом биологически активной точки значение измерительного тока должно быть выше, а сопротивление ниже окружающего его участка кожи.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не позволяет регистрировать биоэлектрические сигналы, сформированные глубокими слоями ткани, и регистрирует только биоэлектрические сигналы, формируемые на эпидермисе кожи. Это объясняется тем, что измерительный ток протекает по поверхности кожи толщиной менее 50 мкм даже при более интенсивном нажатии поисковым щупом на кожу. В отличие от более глубоких слоев ткани, параметры которых более стабильны, поверхность эпидермиса сильно зависит от его физического состояния: степени ороговения, влажности, целостности и т. д. а это снижает достоверность результатов регистрации биоэлектрических сигналов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регистрации биоэлектрических сигналов, которое содержит регистрирующий электрод, электрод сравнения, цепь для выработки стимулирующего сигнала, устройство обработки сигнала и выходной прибор. К акупунктурной точке через электрод сравнения прикладывают стимулирующее постоянное напряжение 0,5 3,0 B и одновременно регистрируют с помощью второго электрода ток отклика в различных акупунктурных точках. Временной отклик тока обрабатывается для получения полезной информации для диагностирования болезни и контроля терапевтических воздействий.

Недостаток известного устройства заключается в том, что устройство не позволяет зарегистрировать биоэлектрические сигналы глубоких слоев ткани. Известное устройство позволяет зарегистрировать биоэлектрический сигнал, сформированный верхними слоями кожного покрова, что ставит результаты измерения в зависимость от физического состояния кожного покрова (степени ороговения, влажности, целостности и т. д.), в отличие от более глубоких слоев ткани, параметры которых более стабильны, и снижает достоверность как результатов измерения, так и результатов диагностики. Кроме того, достоверность результатов регистрации тока отклика в известном устройстве зависит от точности определения местоположения акупунктурной точки, так как само устройство не предусматривает возможность определения местоположенеия акупунктурных точек и точность определения их местоположения зависит от опытности обслуживающего персонала. В результате снижается достоверность диагностики.

Таким образом, известные устройства не позволяют достичь технического результата, заключающегося в возможности регистрации биоэлектрических сигналов глубоких слоев тканей, что в свою очередь не позволяет повысить достоверность результатов регистрации биоэлектрических сигналов, а также повысить достоверность результатов диагностики с использованием зарегистрированного сигнала.

Изобретение решает задачу создания устройства для регистрации биоэлектрических сигналов, которое позволяет достичь технический результат, заключающийся в возможности регистрации биоэлектрических сигналов глубоких слоев ткани, в повышении достоверности результатов регистрации и достоверности результатов диагностики.

Технический результат изобретения возможность диагностики глубоких слоев ткани, а также возможность достоверного определения биологически активных зон (области акупунктурных точек).

Суть изобретения заключается в том, что в устройстве для регистрации биоэлектрических сигналов, содержащем устройство обработки сигнала и регистрирующий электрод, подключенный к входу устройства обработки сигнала, регистрирующий электрод выполнен в виде миниатюрной антенны. Кроме того, устройство обработки сигнала содержит усилитель, n транзисторов, n RS-триггеров, сумматор, схему ИЛИ и программируемый таймер, при этом база каждого транзистора через соответствующие резисторы подключена к источнику питания и к выходу усилителя, а коллектор каждого из транзисторов подключен через соответствующий резистор к источнику питания, кроме того коллектор каждого транзистора подключен к S-входу соответствующего RS-триггера, выходы триггеров подключены к соответствующим входам сумматора и схемы ИЛИ, выход которой подключен к управляющему входу программируемого таймера, выходы, которого подключены к R-входам триггеров соответственно, при этом вход усилителя является входом устройства обработки сигнала, выходом которого является выход сумматора.

Технический результат достигается следующим образом. Известно, что орган обладает распределенными параметрами R, L, C за счет высоких импедансных характеристик оболочек и низких импедансных характеристик внутреннего содержания (см. Пресман А. С. "Электромагнитные поля и живая природа". М. Наука. 1968). Это позволяет рассматривать его как коаксиальное тело с нелинейными параметрами, а следовательно, как параметрическую автоколебательную систему. Кроме того, поскольку любой живой орган можно представить в виде сочетания элементарных структур органа с собственными R, L, C, обладающих такой критической разницей импедансных характеристик, которая обеспечивает возможность формирования собственных элементарных колебательных процессов, то живой орган в целом можно рассматривать как сочетание его элементарных структур с собственными резонансными частотами и со свойствами, близкими к свойствам коаксиального тела с нелинейными параметрами.

Возникновение колебательных процессов в элементарных структурах органа обусловлено, во-первых, обменными процессами и циклической микроциркуляцией (работа сердца и т. д.). Это основано на определенных параметрах гомеостаза, который носит колебательный характер (Сент-Дьерри А. "Биоэнергетика" (Теория передачи энергии). М. Издательство физмат. 1960, с. 3 14). В этом случае изменяются электрические параметры R, L, C элементарных структур органа, что и приводит к возникновению новых колебательных процессов. Во-вторых, колебательные процессы в живом органе являются ответной реакцией на воздействие внешних электромагнитных полей, а именно гео- и гелиомагнитных полей, которые являются источниками низкочастотных импульсных сложно-модулированных электромагнитных колебаний. Электромагнитное поле такого вида наиболее адекватно живому органу в связи с существованием в нем характерных импульсных колебательных процессов (в том числе и биоэлектрических) (см. Кратин Ю. Г. "Принцип фильтрации и резонансной настройки циклических контуров в теории высшей нервной деятельности", т. УФН, 1986, т. 17, N 2, с. 31 56). При этом главной особенностью систем с распределенными параметрами является то, что образующиеся в результате колебательных процессов электрические и магнитные поля существуют в них не раздельно (как в "сосредоточенных" емкостях и индуктивностях), а образуют единое электромагнитное поле, связанное с токами и напряжениями в проводящих системах (Гоноровский И. С. "Радиотехнические цепи и сигналы". М. Советское радио. 1964, с. 116). Благодаря выполнению в предлагаемом устройстве для регистрации биоэлектрических сигналов регистрирующего электрода в виде миниатюрной антенны обеспечивается возможность регистрации биоэлектрических сигналов, формируемых живой тканью в виде электромагнитных колебаний. Поскольку зарегистрированные антенной и исследуемой зоне электромагнитные колебания формируют элементарные структуры органа, то в результирующем (зарегистрированном) сигнале присутствуют и электромагнитные колебания глубоких слоев ткани органа, параметры которых наносят более стабильный характер, чем поверхностные слои ткани (кожный покров). Это объясняется тем, что состояние внутренних слоев ткани определяется гомеостазом, а поверхностные слои ткани более подвержены внешнему воздействию и рецепторные системы на поверхности органа обладают высокой реактивностью. Кроме того, внутренние ткани более инертны и их время релаксации больше, чем поверхностных тканей. Возможность регистрации биоэлектрических сигналов глубоких слоев ткани обуславливает получение стабильных характеристик биоэлектрического сигнала, регистрируемого в одной и той же исследуемой зоне. В результате повышается достоверность результатов регистрации. Кроме того, поскольку параметры колебательных процессов в элементарных структурах органа зависят от происходящих в них обменных процессов и циклической микроциркуляции, то зарегистрированный с помощью предлагаемого устройства биоэлектрический сигнал содержит в себе информацию о функциональном и морфологическом состоянии исследуемого участка ткани. Причем, так как сигнал формируют глубокие слои ткани, предлагаемое устройство позволяет по зарегистрированному им биоэлектрическому сигналу диагностировать состояние не только верхних, но и более глубоких слоев ткани, что является дополнительным техническим результатом по отношению к прототипу. Предлагаемое устройство позволяет получить еще один дополнительный технический результат, заключающийся в возможности достоверного определения местоположения акупунктурных точек. Это также обеспечивается благодаря выполнению регистрирующего электрода в виде миниатюрной антенны, которая при перемещении в области акупунктурной точки фиксирует максимальное значение биоэлектрического сигнала. При этом достоверность определения акупунктурной точки обусловлена достоверностью результата регистрации биоэлектрического сигнала предлагаемым устройством.

Устройство обработки сигнала обеспечивает усиление сигнала с антенны и запоминание его уровня в течение заданного промежутка времени. Благодаря тому, что базы n транзисторов в устройстве обработки подключены через соответствующие резисторы к источнику питания, обеспечивается возможность варьирования величиной порога открывания транзисторов. При этом дискрет порога срабатывания транзисторов определяется количеством транзисторов. Поскольку усиленный сигнал с антенны поступает на входы всех транзисторов одновременно, то также одновременно открываются те из них, для которых выполняется условие отпирания. Наличие связи коллектора каждого из транзисторов с S-входом соответствующего ему RS-триггера обеспечивает фиксацию зарегистрированного сигнала на входах сумматора, который на выходе формирует соответствующий уровень напряжения. Связь выходов RS-триггеров с входами схемы ИЛИ, а выхода схемы ИЛИ с управляющим входом программируемого таймера обеспечивает возможность формирования таймером сигналов установки в исходное состояние триггеров и сумматора.

На фиг. 1 изображена электрическая схема устройства для регистрации биоэлектрических сигналов; на фиг. 2 эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство для регистрации биоэлектрических сигналов содержит регистрирующий электрод 1, выполненный в виде миниатюрной антенны, и устройство обработки сигнала 2. Регистрирующий электрод 1 подключен к входу устройства обработки сигнала 2.

Устройство обработки сигнала 2 содержит усилитель 3, транзисторы 4₁.4_n, резисторы 5₁.5_n, 6₁.6_n, 7₁.7_n, RS-триггеры 8₁.8_n, сумматор 9, схему ИЛИ 10 и программируемый таймер 11. База каждого из транзисторов 4₁.4_n через соответствующие резисторы 5₁.5_n подключена к источнику питания, а через резисторы 6₁.6_n к выходу усилителя 3. Коллекторы транзисторов 4₁.4_n подключены к источнику питания, а эмиттеры и другой выход усилителя заземлены. Коллектор каждого транзистора 4₁. 4_n подключен кроме того к S-входу соответствующего RS-триггера 8₁.8_n, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора 9 и схемы ИЛИ 10, выход которой подключен к управляющему входу программируемого таймера 11. Выходы таймера 11 подключены к R-входам триггеров 8₁.8_n соответственно. Выход сумматора 9 является выходом устройства.

Антенна может быть выполнена, например, в виде разомкнутого витка, аналогично петлевому вибратору, из материала, обладающего большой индуктивностью, например из привода "лицендрат". Диаметр провода и количество витков зависит от области ткани, с которой снимают биоэлектрический сигнал. Например, для зон Захарьена-Гедда достаточно одного полутора незамкнутых витков, диаметр витка 3 см, толщина провода вместе с изоляцией 1 мм. Для акупунктурных точек использована антенна из 3 5 незамкнутых витков, расположенных в одной плоскости, с внутренним диаметром витка 3 5 мм. При этом центр витка укажет на расположение акупунктурной точки. Минимальное расстояние между незамкнутыми концами антенны не менее 0,3 0,5 мм для всех конструкций во избежание короткозамкнутого витка.

Устройство работает следующим образом. Включают питание устройства. Исходное состояние элементов схемы: транзисторы 4₁.4_n заперты, на выходах RS-триггеров 8₁. 8_n и выходе сумматора 9 нулевой уровень напряжения. Антенну прикладывают к исследуемой поверхности живой ткани. При этом в антенне наводится ЭДС, обусловленная электромагнитными колебаниями, наведенными в живой ткани внешними электромагнитными полями, например гео- и гелиомагнитными полями, а также обусловленная колебательными процессами, возникающими в живой ткани за счет обменных процессов и циклической микроциркуляции (см. фиг. 2а). Зарегистрированный антенной сигнал поступает в усилитель 3 (см. фиг. 2б) и далее на базы транзисторов 4₁.4_n.

Транзисторы имеют различные пороги отпирания, которые установлены резисторами 5₁.5_n, и возрастают, например, от транзистора 4₁ к транзистору 4_n. Номиналы резисторов 6₁.6_n одинаковы. Эпюры напряжений (см. фиг. 2в-к) иллюстрируют случай, когда входной сигнал открыл два транзистора 4₁ и 4₂.

В этом случае сигналы с коллекторов транзисторов 4₁, 4₂ устанавливаются на входах RS-триггеров 8₁, 8₂, которые срабатывают и формируют сигналы на соответствующих входах сумматора 9 (фиг. 2в, г). Сумматор 9 формирует на выходе уровень напряжения, соответствующий зарегистрированному биоэлектрическому сигналу. Одновременно сигналы с выходов триггеров 8₁, 8₂ поступают на входы схемы ИЛИ 10, которая формирует на своем выходе управляющий сигнал для запуска программируемого таймера 11. Таймер 11 через промежуток времени, достаточный для уверенной индикации выходного сигала сумматора 9, формирует на всех своих выходах импульсы установки триггеров 8₁.8_n в исходное состояние, которое поступают на входы RS-триггеров. В данном случае в исходное состояние возвращаются триггеры 8₁.8₂, а оставшиеся сохраняют исходное состояние. На выходе сумматора 11 устанавливается нулевой уровень напряжения. Если антенна 1 оставлена в прежнем положении или перемещена в другую точку, то после снятия таймером 11 сигнала с S-входов триггеров 8₁.8_n процесс формирования выходного сигнала сумматора 11 повторяется.

Использование: изобретение относится к медтехнике и может быть использовано для регистрации биоэлектрических сигналов. Сущность изобретения: регистрирующий электрод устройства выполнен в виде миниатюрной антенны. Антенна подключена к устройству обработки сигнала и регистрирует биоэлектрические сигналы, формируемые живой тканью в виде электромагнитных колебаний. Устройство усиливает сигнал с антенны и запоминает его уровень в течение заданного промежутка времени. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для регистрации биоэлектрических сигналов, содержащее устройство обработки сигнала и регистрирующий электрод, подключенный к входу устройства обработки сигнала, отличающееся тем, что регистрирующий электрод выполнен в виде миниатюрной приемной антенны. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство обработки сигнала содержит усилитель, n транзисторов, n RS-триггеров, сумматор, схему ИЛИ и программируемый таймер, при этом база каждого транзистора через соответствующие резисторы подключена к источнику питания и к выходу усилителя, а коллектор каждого из транзисторов подключен через соответствующий резистор к источнику питания, кроме того коллектор каждого транзистора подключен к S- входу соответствующего RS-триггера, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора и схемы ИЛИ, выход которой подключен к управляющему входу программируемого таймера, выходы которого подключены к R-входам триггеров соответственно, при этом вход усилителя является входом устройства обработки, выходом которого является выход сумматора.