БИОТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 1998 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится предпочтительно к медицинской технике и может быть использовано для бесконтактной передачи биологической информации.

Известна биотелеметрическая система по патенту США 4.528.987, кл. A 61 B 5/04, 1985, содержащая размещаемую на биологическом объекте переносную часть, в корпусе которой установлен первый передатчик в виде соединенных последовательно первого усилителя, подключенного входом к датчику биоинформации, и модулятора, и первый приемник, соединенный входом с первой катушкой индуктивности, подключенной к выходу модулятора первого передатчика, и стационарную часть, включающую второй передатчик в виде соединенных последовательно первого генератора и второго усилителя и второй приемник в виде демодулятора, подключенного к выходному устройству, при этом выход второго усилителя соединен со второй катушкой индуктивности с возможностью ее магнитного взаимодействия с первой катушкой индуктивности.

Однако использование устройства переменного импеданса для модуляции выходного сигнала переносной части, сопровождающееся паразитной амплитудной модуляцией, а также прием и передача сигналов переносной части на одной и той же несущей частоте не позволяют увеличить расстояние между переносной и стационарной частями и ограничивают область применения системы, в частности, не позволяют принимать биоинформацию с перемещающегося относительно стационарной части биологического объекта.

Цель изобретения устранение отмеченных недостатков, т. е. расширение области применения биотелеметрической системы.

Для этого в биотелеметрическую систему, содержащую размещаемую на биологическом объекте переносную часть, в корпусе которой установлен первый передатчик в виде соединенных последовательно первого усилителя, подключенного входом к датчику биоинформации, и модулятора, и первый приемник, соединенный входом с первой катушкой индуктивности, и стационарную часть, включающую второй передатчик в виде соединенных последовательно первого генератора и второго усилителя второй приемник в виде демодулятора, подключенного к выходному устройству, и вторая катушка индуктивности с возможностью ее магнитного взаимодействия с первой катушкой индуктивности, согласно предложению, дополнительно введены согласующий трансформатор, полосовой фильтр, второй генератор, третий усилитель и два конденсатора, выходы первого приемника соединены с входами питания первого передатчика, модулятор соединен выходами через последовательно соединенные первый конденсатор и согласующий трансформатор с первой катушкой индуктивности, а вторым входом - со вторым генератором, демодулятор соединен входом через полосовой фильтр и третий усилитель со второй катушкой индуктивности, которая соединена через второй конденсатор с выходом второго усилителя.

Упомянутые модулятор и демодулятор выполнены, в частности, частотными, а первый приемник - в виде первого диода, соединенного катодом с анодом второго диода, при этом катоды и аноды обоих диодов заземлены через конденсаторы, катод первого диода является входом, а его анод и катод второго диода - выходами первого приемника. Датчик биоинформации может быть выполнен в виде: по меньшей мере двух электродов для снятия биопотенциалов, датчиков дыхания, температуры, давления крови, насыщения крови кислородом.

Корпус переносной части может быть выполнен в виде накладной к поверхности биологического объекта пластиковой карточки, а упомянутые электроды установлены на карточке, в частности, посредством быстроразъемного соединения и быть одноразовыми, или же этот корпус выполнен с возможностью имплантирования в биологический объект, а электроды выполнены на самом корпусе. Вторая катушка индуктивности может быть выполнена в виде рамки, в частности выносной, и при этом: охватывать помещение для размещения биологического объекта, в частности, может быть установлена по периметру пола упомянутого помещения, быть установлена: на кровати пациента, выполненной из диэлектрического материала, в частности, по ее периметру; в матрасе кровати пациента, в частности, по его периметру; на выполненной из диэлектрического материала кушетке пациента, в частности, по ее периметру; на выполненной из диэлектрического материала спинке кресла пациента, в частности, по ее периметру; на операционном столе, выполненном из диэлектрического материала, в частности, по его периметру; над местом размещения биологического объекта с возможностью ее перемещения в позицию напротив и параллельно первой катушке индуктивности.

На фиг. 1 представлена блок - схема системы; на фиг. 2 и 3 - переносная часть в виде накладной пластиковой карточки с несъемными и быстросъемными электродами; на фиг. 4 - имплантированная переносная часть; на фиг. 5 - катушка индуктивности стационарной части, установленная на полу помещения для размещения биологического объекта; на фиг. 6 -то же на кровати пациента; на фиг. 7 -то же в матрасе кровати пациента; на фиг. 8 -то же на спинке кресла пациента; на фиг. 9 -тоже над местом размещения биологического объекта.

Биотелеметрическая система содержит (фиг. 1) установленную на биологическом объекте переносную часть 1, включающую передатчик 2 в виде соединенных последовательно датчика 3 биоинформации, усилителя 4 и модулятора 5, соединенного вторым входом с генератором б, приемник 7, соединенный выходом со входами питания передатчика 2, а входом - через катушку 8 индуктивности с заземленной вторичной обмоткой трансформатора, в частности автотрансформатора 9, первичная обмотка которого соединена через конденсатор 10 с выходом модулятора 5; и стационарную часть 11, включающую передатчик 12 в виде соединенных последовательно генератора 13 и усилителя 14 мощности, приемник 15 в виде соединенных последовательно полосового фильтра 16, усилителя 17 и демодулятора 18, подключенного к выходному устройству 19. Выход усилителя 14 через конденсатор 20 соединен со входом фильтра 16 и с одним концом катушки 21 индуктивности, второй конец которой заземлен.

Приемник 7 выполнен, в частности, в виде диода 22, соединенного катодом с анодом диода 23, катод диода 22 является входом, а его анод и катод диода 23 - выходами приемника 7. Вход и выходы приемника 7 через конденсаторы 24 и 25, 26 заземлены. Выходное устройство 19 состоит из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 27 и интерфейса 28 связи с ЭВМ.

Элементы переносной части 1 размещены в корпусе в виде, в частности, накладной к поверхности биологического объекта 29 пластиковой карточки 30, электроды 31 на которой выполнены непосредственно (фиг. 2) или электроды 32 установлены на карточке 33 посредством быстроразъемного соединения 34, например, типа бельевой кнопки (фиг. 3).

Корпус 35 переносной части может быть имплантирован в биологический объект 36 (фиг. 4), а электроды 37 выполнены, в частности, на корпусе 35.

Катушка 21 стационарной части может быть выполнена, в частности, в виде выносной рамки:
38, установленной, например, по периметру пола клетки 39 для размещения биологического объекта, например, подопытной крысы 40 (фиг. 5);
41, установленной на кровати 42 пациента, выполненной из диэлектрического материала, в частности, по ее периметру (фиг. 6);
43, установленной в матрасе 44 кровати 45 пациента, в частности, по периметру матраса (фиг. 7);
установленной на кушетке, выполненной из диэлектрического материала, в частности, по ее периметру (не показано);
установленной на выполненном из диэлектрического материала операционном столе, в частности, по его периметру (не показано);
46, установленной на выполненной из диэлектрического материала спинке 47 кресла пациента, в частности, по ее периметру (фиг. 8);
48, установленной над местом размещения биологического объекта, например, над операционным столом 49, и закрепленной, в частности, на подвесной жесткой рамке 50 из диэлектрического материала (фиг. 9), перемещаемой в позицию напротив и параллельно катушке 8 индуктивности переносной части.

В качестве усилителей 4, 14, 17 могут быть использованы усилители (см. Уитсон Дж. 500 практических схем на ИС - М.: Мир, 1992, рис. 2.2, 2.26, 2.1 соответственно); генератора 13 - генератор (см. 750 практических электронных схем: Справочное руководство - М.: Мир, 1986, с. 349 сверху); фильтра 16 - фильтр (Хоровиц П. и др. Искусство схемотехники: Т. 1-М.: Мир, 1993, рис. 5.16в); АЦП 27 - АЦП (см. там же, Т. 2, рис. 9.59); датчика 3 - электроды, датчики дыхания, температуры, давления крови, насыщения крови кислородом (см. Каталог фирмы HELLIGE, ФРГ, Patient Monitoring. Accessories, 1991, с. 6, 20, 18, 10, 25 соответственно); интерфейса 28 - микропроцессор, например, типа Z86E 12 фирмы ZILOG (США); генератора 6 с частотным модулятором 5 и частотного демодулятора 18 - микросхемы, например, типа MC 54/74 HC 4046 A фирмы Motorola (США).

В исходном положении для снятия, в частности, ЭКГ на биологическом объекте, например, на теле 29 пациента, установлен датчик 3 (фиг. 1) в виде одноразовых электродов 32, которые посредством быстроразъемного соединения 34 закреплены на корпусе переносной части, выполненной, например, в виде пластиковой карточки 33 (фиг. 3).

Пациент сидит в кресле 47 со спинкой из диэлектрического материала, по периметру которой установлена выполненная в виде выносной рамки 46 катушка индуктивности стационарной части (фиг. 8). Колебательный контур, образованный конденсатором 24 и катушкой 8 переносной части, и колебательный контур, образованный конденсатором 20 и катушкой 21 стационарной части, настроены на частоту F₁ генератора 13.

Биотелеметрическая система работает следующим образом.

Включают питание стационарной части 11. Колебания частотой F₁ например, 120 кГц, от генератора 13 через усилитель 14 поступают на колебательный контур (20, 21). На колебательном контуре (24, 8) переносной части 1 наводится переменное напряжение частотой F₁, которое после выпрямления посредством диодов 22, 23 и фильтрации посредством конденсаторов 25, 26 питает усилитель 4, генератор 6 и модулятор 5 передатчика 2.

Биопотенциалы сердца, снимаемые электродами 32, усиливаются усилителем 4 и модулируют модулятором 5, в частности, несущую частоту F₂ генератора 6, например, 20 кГц.

Выходной сигнал модулятора 5 частотой F₂± ΔF₂ поступает через согласующий трансформатор 9 на катушку 8 индуктивности. На катушке 21 стационарной части 11 дополнительно к сигналу частотой F₁ наводится сигнал частотой F₂± ΔF₂ , который выделяется полосовым фильтром 16, усиливается усилителем 17 и поступает в демодулятор 18 приемника 15.

Демодулятор 18 выделяет биопотенциалы сердца, которые через АЦП 27 и интерфейс 28 выходного устройства 19 поступают на ЭВМ для визуализации, распечатки ЭКГ и обработки информации. \\2 В упрощенном варианте (не показано) биопотенциалы сердца поступают с демодулятора 18 на регистратор аналоговых сигналов, например, HO 351 (РФ).

В отличие от описанного во втором варианте исполнения на биологическом объекте 36, например, под кожу подопытной крысы, имплантирована переносная часть 1, на корпусе 35 которой выполнены электроды 37 (фиг. 4). Крыса 40 помещена с возможностью свободного перемещения в клетку 39, по периметру дна которой установлена выполненная в виде рамки 38 катушка индуктивности стационарной части 11 (фиг. 5). Этот вариант позволяет снимать биоинформацию с перемещающегося биологического объекта.

В отличие от первого и второго вариантов в качестве датчика 3 могут быть использованы датчики: дыхания, температуры, давления крови, насыщения крови кислородом, питание которых, при необходимости, осуществляют от приемника 7.

Таким образом, предложение, по сравнению с прототипом, за счет работы передатчиков переносной и стационарной частей на разных частотах, а также частотной модуляции передаваемой биоинформации, позволяет увеличить дальность ее передачи, получать биоинформацию от пациента во время проведения над ним функциональных проб, например, при приседании, и от подопытного животного, свободно перемещающегося в помещении, например, в клетке, и тем самым расширить область применения биотелеметрической системы.

Предложение относится к медицинской технике, позволяет расширить область применения системы, для чего содержит размещаемую на биологическом объекте переносную часть, в корпусе которой установлен первый передачи к в виде соединенных последовательно первого усилителя, подключенного входом к датчику биоинформации, и модулятора, и первый приемник, соединенный входом с первой катушкой индуктивности, и стационарную часть, включающую второй передатчик в виде соединенных последовательно первого генератора, второго усилителя и второй приемник в виде демодулятора, подключенного к выходному устройству, и вторую катушку индуктивности с возможностью ее магнитного взаимодействия с первой катушкой индуктивности. Выходы первого приемника соединены с входами питания первого передатчика. Модулятор соединен выходом через последовательно соединенные первый конденсатор и согласующий трансформатор с первой катушкой индуктивности, а вторым входом - со вторым генератором. Демодулятор соединен входом через полосовой фильтр и третий усилитель со второй катушкой индуктивности, которая соединена через второй конденсатор с выходом второго усилителя. 27 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Биотелеметрическая система, содержащая размещаемую на биологическом объекте переносную часть, в корпусе которой установлен первый передатчик в виде соединенных последовательно первого усилителя, подключенного входом к датчику биоинформации, и модулятора, и соединенный входом с первой катушкой индуктивности первый приемник, и стационарную часть, включающую второй передатчик в виде соединенных последовательно первого генератора и второго усилителя, второй приемник в виде демодулятора, подключенного к выходному устройству, и вторую катушку индуктивности с возможностью ее магнитного взаимодействия с первой катушкой индуктивности, отличающаяся тем, что в систему дополнительного введены согласующий трансформатор, полосовой фильтр, второй генератор, третий усилитель и два конденсатора, выходы первого приемника соединены с входами питания первого передатчика, модулятор соединен выходом через последовательно соединенные первый конденсатор и согласующий трансформатор с первой катушкой индуктивности, а вторым входом с вторым генератором, демодулятор соединен входом через полосовой фильтр и третий усилитель с второй катушкой индуктивности, которая соединена через второй конденсатор с выходом второго усилителя. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые модулятор и демодулятор выполнены частотными. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что первый приемник выполнен в виде первого диода, соединенного катодом с анодом второго диода, при этом катоды и аноды обоих диодов заземлены через конденсаторы, катод первого диода является входом, а его анод и катод второго диода выходами первого приемника. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик биоинформации выполнен в виде по меньшей мере двух электродов для снятия биопотенциалов. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик биоинформации выполнен в виде датчика дыхания. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик биоинформации выполнен в виде датчика температуры. 7. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик биоинформации выполнен в виде датчика давления крови. 8. Система по п.1, отличающаяся тем, что датчик биоинформации выполнен в виде датчика насыщения крови кислородом. 9. Система по п.1, отличающаяся тем, что корпус переносной части выполнен в виде накладной к поверхности биологического объекта пластиковой карточки. 10. Система по пп.4 и 9, отличающаяся тем, что упомянутые электроды установлены на карточке. 11. Система по п.10, отличающаяся тем, что электроды выполнены одноразовыми и установлены на карточке посредством быстроразъемного соединения. 12. Система по п.1, отличающаяся тем, что корпус переносной части выполнен с возможностью имплантирования в биологический объект. 13. Система по пп.4 и 12, отличающаяся тем, что электроды выполнены на корпусе переносной части. 14. Система по п.1, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности выполнена в виде рамки. 15. Система по пп.1 и 14, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности выполнена выносной. 16. Система по п.15, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности охватывает помещение для размещения биологического объекта. 17. Система по п.16, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности установлена по периметру пола упомянутого помещения. 18. Система по п.15, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности установлена на кровати пациента, выполненной из диэлектрического материала. 19. Система по п.18, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности установлена по периметру кровати пациента. 20. Система по п.15, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности установлена в матрасе кровати пациента. 21. Система по п.20, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности установлена по периметру матраса. 22. Система по п.15, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности установлена на выполненной из диэлектрического материала кушетке пациента. 23. Система по п.22, отличающаяся тем, что катушка индуктивности установлена по периметру кушетки. 24. Система по п.15, отличающаяся тем, что катушка индуктивности установлена на выполненной из диэлектрического материала спинке кресла пациента. 25. Система по п.24, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности установлена по периметру спинки кресла пациента. 26. Система по п.15, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности установлена на операционном столе, выполненном из диэлектрического материала. 27. Система по п.26, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности установлена по периметру операционного стола. 28. Система по п.15, отличающаяся тем, что вторая катушка индуктивности установлена над местом размещения биологического объекта с возможностью ее перемещения в позицию напротив и параллельно первой катушке индуктивности.