СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА НА КОЖЕ ГОЛОВЫ Российский патент 2013 года по МПК A61B5/476 A61B5/478 G01R19/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится, в общем, к медицинским устройствам, в частности к медицинским устройствам для получения электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Однако следует понимать, что изобретение не ограничено данной конкретной областью применения.

Варианты осуществления разработаны, в основном, в виде способа и устройства для измерения электрического потенциала на коже головы и будут описаны ниже со ссылкой на данное применение.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Любой анализ известного уровня техники в описании ни в коем случае нельзя рассматривать как допущение, что упомянутый известный уровень техники широко известен или составляет часть обычных общеизвестных фактов в данной области.

ЭЭГ (электроэнцефалографические) сигналы обычно записывают в клинических условиях для диагностики эпилепсии и других состояний, которые проявляются в данных мозговых волн. ЭЭГ сигналы обычно измеряют с использованием группы датчиков, устанавливаемых на шлеме, закрепляемом на голове ремнями, продолжающимися от шлема и застегиваемыми под подбородком.

Установка упомянутых датчиков обычно требует разделения волосяного покрова и удаления мертвых тканей с кожи головы нанесением токопроводящего абразивного геля. Датчики соединяют со шлемом, обычно, с помощью зажима или винта так, чтобы, когда шлем надевают, он прикладывал положительное давление к датчику в направлении кожи головы. Данный способ расположения датчиков обычно допускает непрерывное измерение ЭЭГ в течение приблизительно одного часа, пока снова не потребуется выполнить подготовку кожи головы.

Альтернативное решение, например, предложенное компанией Advanced Brain Monitoring Inc, обеспечивает беспроводную сенсорную гарнитуру, которую можно носить в течение приблизительно восьми часов непрерывного использования. Однако, чтобы данное устройство обеспечивало соединение между датчиками и кожей головы в течение восьми часов, датчик выделяет токопроводящий крем через волосяной покров во время использования. Современный уровень техники обычно предлагает способы усовершенствования и поддерживания стабильного токопроводящего соединения между датчиком и кожей головы для решения упомянутой проблемы.

В данной области техники существует потребность в способе и устройстве для измерения электрического потенциала на коже головы, которые менее требовательны к электропроводности кожи головы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является создание улучшенного способа или устройства для измерения электрического потенциала на коже головы, которые можно эффективно использовать при относительно незначительной подготовке или без подготовки кожи головы.

В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается устройство для измерения электрических потенциалов на коже головы, содержащее:

множество датчиков, выполненных с возможностью получения исходного замера электрического потенциала на коже головы через волосяной покров и воздушную контактную область; при этом контактная область создает высокий и переменный импеданс связи источника с кожей головы; и

множество предусилителей, связанных с соответствующим одним из датчиков; причем каждый предусилитель выполнен с возможностью обладания входным импедансом значительно более высоким, чем импеданс, создаваемый контактной областью датчик-источник; причем предусилитель принимает исходный замер электрического потенциала на коже головы и формирует предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы для формирования предварительно усиленного замера электрического потенциала на коже головы.

Импеданс контактной области датчик-источник создается, предпочтительно, любой контактной средой, кожей головы и подлежащими тканями.

Входной импеданс является предпочтительно активным и повышается путем применения обратной связи.

Предусилитель предпочтительно содержит широкополосный высокоимпедансный вход и цепь активного смещения, выполненную с возможностью создания входного импеданса более чем 10 петаом (ПОм) в диапазоне от 0,01 Гц до 400 Гц. В частности, предусилитель содержит малошумящий операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления на полевых транзисторах с входным сигналом с размахом, равным напряжению питания, с входным импедансом 10 тераом (ТОм) и экранированной цепью обратной связи и смещения для создания входного импеданса.

В предпочтительном варианте устройство дополнительно содержит:

усилитель с фильтром синфазных помех, связанный с предусилителем, при этом фильтр синфазных помех выполнен с возможностью подавления существенной компоненты синфазного сигнала и шума, содержащихся в предварительно усиленном замере электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать, тем самым, замер электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом; и

систему подавления радиопомех для подавления радиочастотных шумов замера электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом, чтобы формировать замер электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами.

Усилитель с фильтром синфазных помех и система подавления радиопомех предпочтительно выполнены с возможностью поддержки, по существу, общего коэффициента усиления, фазы и задержки вдоль каждого тракта сигнала замера электрического потенциала на коже головы.

В предпочтительном варианте устройство дополнительно содержит:

систему дифференциального усилителя для усиления замера электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами, чтобы формировать усиленный замер электрического потенциала на коже головы; и

полосовой фильтр для фильтрации усиленного замера электрического потенциала на коже головы, чтобы, по существу, минимизировать эффекты наложения во время последующей оцифровки.

Система дифференциального усилителя и полосовой фильтр предпочтительно выполнены с возможностью поддержки, по существу, общего коэффициента усиления, фазы и задержки вдоль каждого тракта сигнала замера электрического потенциала на коже головы.

Полосовой фильтр предпочтительно имеет форму высокочастотного фильтра с подавлением низкочастотных кратковременных помех и низкочастотного фильтра защиты от наложения высоких частот. В более предпочтительном варианте полосовой фильтр выполнен с возможностью обеспечения подходящего подавления низкочастотных кратковременных помех и дополнительно выполнен с возможностью обеспечения ослабления более чем на половину уровня квантования на частоте Найквиста для предварительно заданного аналого-цифрового преобразователя. В более предпочтительном варианте полосовой фильтр является усилителем с симметричным полосовым фильтром шестого порядка, с полосой пропускания от 1 Гц до 40 Гц.

В предпочтительном варианте входной сигнал для дифференциального усилителя можно выбирать из любого из группы сигналов, содержащей общий опорный сигнал, усредненный сигнал и предварительно усиленный и буферизованный сигнал датчика.

В предпочтительном варианте устройство дополнительно содержит:

цифровой преобразователь для оцифровки, по меньшей мере, одного замера электрического потенциала на коже головы и

первый процессор для выполнения обработки сигналов, по меньшей мере, одного замера электрического потенциала на коже головы и формирования выходного сигнала.

Выходной сигнал предпочтительно передается беспроводным образом во второй процессор.

В предпочтительном варианте устройство дополнительно содержит модуль межканальной связи, выполненный с возможностью подавления межканальных радиочастотных помех между каждым трактом сигнала замера электрического потенциала на коже головы.

Модуль межканальной связи выполнен с возможностью выбора режима замера электрического потенциала на коже головы из группы, содержащей: режим канала относительно опорного канала, режим канала относительно среднего для каналов и дифференциальный межканальный режим.

В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается способ измерения электрических потенциалов на коже головы, содержащий этапы, на которых:

принимают исходный замер электрического потенциала на коже головы на датчике, при этом замер снимают через волосяной покров и воздух; и

предварительно усиливают исходный замер электрического потенциала на коже головы усилителем с высоким входным импедансом, чтобы формировать предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы.

В предпочтительном варианте способ дополнительно содержит этапы, на которых:

подавляют существенную компоненту синфазного сигнала и шума предварительно усиленного замера электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать, тем самым, замер электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом; и

подавляют радиочастотные шумы замера электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом, чтобы формировать замер электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами.

В предпочтительном варианте способ дополнительно содержит этап усиления замера электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами, чтобы формировать усиленный замер электрического потенциала на коже головы для оцифровки.

В предпочтительном варианте способ дополнительно содержит этапы, на которых:

применяют полосовую фильтрацию от кратковременных помех и наложения усиленного замера электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать сглаженный замер электрического потенциала на коже головы для оцифровки;

оцифровывают сглаженный замер электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать последовательность оцифрованных значений электрических потенциалов на коже головы;

обрабатывают последовательность оцифрованных значений электрических потенциалов на коже головы, чтобы формировать форму сигнала электрического потенциала на коже головы; и

формируют форму замера.

В предпочтительном варианте способ дополнительно содержит этап передачи выходного сигнала по беспроводному соединению для приема вторым процессором.

Принимаемый исходный замер электрического потенциала на коже головы предпочтительно измеряют через волосяной покров и воздушную контактную область; при этом контактная область создает высокий и переменный импеданс связи источника с кожей головы; и предусилитель выполнен с возможностью обладания входным импедансом значительно более высоким, чем импеданс, создаваемый контактной областью источника. В предпочтительном варианте входной импеданс является активным и повышается с помощью этапа применения обратной связи.

В соответствии с третьим аспектом изобретения предлагается способ измерения электрического потенциала на коже головы, содержащий этапы, на которых:

принимают входной сигнал исходного электрического потенциала на коже головы из множества датчиков для образования соответствующего множества каналов;

выбирают конфигурацию режима измерения из группы, содержащей: режим канала относительно опорного канала, режим канала относительно среднего для каналов и дифференциальный межканальный режим;

смещают входной сигнал при поддержке высокого входного импеданса;

согласуют коэффициент усиления канала до дифференциального получения сигнала канала;

подавляют радиочастотные помехи сигнала канала при поддержке согласования коэффициента усиления и фазы в качестве дополнительного этапа при обеспечении обработанного сигнала канала;

подавляют синфазную помеху сигнала канала в качестве дополнительного этапа при обеспечении обработанного сигнала канала;

выполняют полосовую фильтрацию сигнала канала в качестве дополнительного этапа при обеспечении обработанного сигнала канала и

оцифровывают обработанный сигнал канала для обеспечения цифрового сигнала замера электрического потенциала на коже головы, характеризующего входной сигнал, измеренный в соответствии с выбранным режимом измерения.

Высокий входной импеданс предпочтительно обеспечивают предусилителем, содержащим усилитель с высоким входным импедансом для усиления исходного замера электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы. Входной импеданс предпочтительно значительно выше, чем импеданс, связанный с контактной областью между источником и датчиком. Импеданс контактной области источника предпочтительно создан любой контактной средой, кожей головы и подлежащими тканями. В предпочтительном варианте входной импеданс является активным и повышается путем применения обратной связи. Предусилитель предпочтительно содержит широкополосный высокоимпедансный вход и цепь активного смещения, выполненную с возможностью создания входного импеданса более чем 10 ПОм в диапазоне от 0,01 Гц до 400 Гц.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения предлагается устройство для измерения электрического потенциала на коже головы, содержащее:

множество датчиков, один из которых можно считать разностным, опорным или общим, выполненных с возможностью получения исходного замера электрического потенциала на коже головы через волосяной покров и воздушную контактную область; при этом контактная область создает высокий и переменный импеданс источника в месте соединения с кожей головы; и

предусилитель, связанный с датчиками; причем предусилитель выполнен с возможностью обладания входным импедансом значительно более высоким, чем импеданс, создаваемый контактной областью источника; причем предусилитель принимает исходный замер электрического потенциала на коже головы и формирует предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже, исключительно для примера, приведено описание предпочтительного варианта осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - примерная блок-схема устройства для измерения электрического потенциала на коже головы;

фиг.2 - примерная высокоуровневая схема устройства в соответствии с фиг.1;

фиг.3 - примерная высокоуровневая схема аналоговых цепей в соответствии с фиг.2;

фиг.4 - примерная схема модуля предусилителя в соответствии с фиг.2;

фиг.5 - примерная схема модуля усилителя в соответствии с фиг.2;

фиг.6 - примерная схема интерфейсного модуля в соответствии с фиг.2;

фиг.7 - примерная схема модуля аналого-цифрового преобразования в соответствии с фиг.2;

фиг.8 - примерная схема процессорного модуля в соответствии с фиг.2;

фиг.9 - примерная схема модуля порта программирования на месте в соответствии с фиг.2;

фиг.10 - примерная схема конфигурации питания и заземления для сигналов в соответствии с фиг.2 и фиг.3; и

фиг.11 - примерная блок-схема последовательности операций способа для измерения электрического потенциала на коже головы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Предпочтительные варианты осуществления способа и устройства для измерения электрического потенциала на коже головы описаны со ссылками на чертежи.

Следующие варианты осуществления обеспечивают способ и устройство для обработки сигналов из датчика, предпочтительно имеющего форму электрода, таким образом, чтобы измерение электрических потенциалов на коже головы выполнялось при относительно незначительном объеме или отсутствии подготовки волосяного покрова и кожи. Тем самым, снижается постоянная необходимость при традиционном измерении ЭЭГ в слущивании омертвелых клеток многослойного эпителия или нанесении абразивных или токопроводящих гелей. Следует понимать, что датчик в упомянутых вариантах осуществления является, предпочтительно, электродом. Дополнительно следует понимать, что датчик может быть пассивным или активным устройством.

Как показано сначала на фиг.1, примерная блок-схема 100 варианта осуществления содержит датчики (или электроды) 110, предусилитель 120, усилитель 125 с фильтром синфазных помех, фильтр 130 подавления радиопомех, дифференциальный усилитель 140, фильтр 150 защиты от кратковременных помех и наложения, цифровой преобразователь 160, цифровой процессор 170 и дисплейное или запоминающее устройство 180. В данном варианте осуществления дифференциальный усилитель 140 усиливает разность между двумя сигналами датчиков, из которых один можно считать выбранным общим или опорным сигналом.

На фиг.2 показана высокоуровневая принципиальная схема 200 варианта осуществления, содержащего 4 входных датчика. Каждый входной датчик содержит соответствующий модуль 210 предусилителя. Эти модули предусилителей обеспечивают предусилитель и фильтр подавления радиопомех. Каждый модуль предусилителя связан с соответствующим модулем 220 усилителя.

В данном варианте осуществления каждый модуль 220 усилителя обеспечивает дифференциальный усилитель и фильтр защиты от наложения в форме полосового усилителя. В предпочтительном варианте дифференциальный усилитель селективно усиливает разность между опорным сигналом и средним значением входного сигнала или другим входным сигналом. Полосовой усилитель выполнен с возможностью выполнения фильтрации сигнала для защиты от наложения. Отдельный модуль 230 опорного предусилителя обеспечивает буферизованный опорный сигнал для системы.

Выходы упомянутых модулей 220 усилителей и модуля 230 опорного предусилителя соединены посредством интерфейсного модуля 240, который далее направляет сигналы в модуль 250 питания и аналого-цифрового преобразования. Данный интерфейсный модуль 240 обеспечивает также усилитель с обратной связью по синфазному сигналу, который возбуждает датчик 241 обратной связи по синфазному сигналу, и буфер опорного сигнала, который возбуждает датчик 242 заземления питания.

Модуль 250 питания и аналого-цифрового преобразования дискретизирует по времени и квантует каждый измеренный сигнал. Упомянутый дискретизированный по времени и квантованный сигнал подается в процессорный модуль 260. Процессорный модуль выполняет дополнительную обработку дискретизированных сигналов, чтобы формировать замеры электрических потенциалов на коже головы для вывода. Результаты, сформированные процессорным модулем, выводятся через модуль 270 Bluetooth.

Обеспечены также другие модули. Аккумуляторный модуль 280 обеспечивает стабильное питание системы и содержит систему зарядки аккумулятора. Показан также порт 290 для программирования на месте в качестве средства для программирования и связи с процессорным модулем 260.

На фиг.3 показана примерная общая схема обработки 300 аналогового сигнала. На данной высокоуровневой схеме показано, в основном, преобразование сигнала в одном канале. Аналоговая обработка, представляемая данной схемой, повторяется для сигнала каждого входного датчика.

В данном варианте осуществления сигнал входного датчика обрабатывается предусилителем 305. Сначала сигнал датчика буферизуется буфером 310 с единичным усилением и обратной связью, предназначенной для увеличения входного импеданса. В данном варианте осуществления входной импеданс является активным и повышенным благодаря введению обратной связи. Буферизованный сигнал 311 датчика подается в буфер 330 с усредняющим сумматором и RF (радиочастотным) фильтром сигнала и модуль 340 фильтра обратной связи по синфазному сигналу и усилителя. Буферизованный сигнал 311 датчика пропускается через дифференциальный фильтр 315 нижних частот для подавления сигналов радиопомех и затем буферизуется вторым буфером 320 с единичным усилением. Предварительно усиленный и буферизованный сигнал 321 подается в интерфейсный модуль как опорный сигнал 351 и передается в дифференциальный усилитель 350.

На данной схеме дополнительно показано, что все буферизованные сигналы 311 входных датчиков предпочтительно усредняются и буферизуются в буфере 330 с усредняющим сумматором и RF-фильтром сигнала, чтобы формировать усредненный сигнал 331. Упомянутый усредняющий усилитель содержит схему суммирующего RF-фильтра нижних частот, буферизованную малошумящим усилителем с единичным усилением, для формирования выходного усредненного сигнала 331, являющегося средним по всем сигналам входных датчиков. Упомянутый усредненный сигнал 331 применяется для режима измерения «межканального среднего» (далее РЕЖИМ 2). Данная схема имеет характеристики сдвигов по фазе и задержек сигналов, выбранные для согласования с дифференциальным RF-фильтром 315.

Модуль 340 фильтра обратной связи по синфазному сигналу и усилителя применяется для подавления синфазных сигналов и повышения характеристик ослабления синфазного сигнала при дифференциальном включении. Данный усилитель обратной связи содержит суммирующую схему, образующую часть фильтрующей схемы с обратной связью около усилителя. Усилитель обратной связи генерирует выходной сигнал 341 с подавлением синфазного сигнала в цепи отрицательной обратной связи с большим коэффициентом усиления, который подается в датчик 342 обратной связи по синфазному сигналу и далее продолжается как сигнал 343 канала 5 в модуль 380 аналого-цифрового преобразования.

В данном варианте осуществления буфер 345 с единичным усилением опорного сигнала/заземления питания формирует выходной сигнал 346 заземления питания, который возбуждает датчик 347 заземления питания. Тем самым завершается построение схемы внешней обратной связи, которая содержит все контактные импедансы цепи обратной связи, заземления питания и датчиков, а также подкожные импедансы тканей, внутренних относительно тканей кожи головы, и подлежащих тканей.

Предварительно усиленный и буферизованный сигнал 351 через связь по переменному току подается в дифференциальный усилитель 350. В данном варианте осуществления другой входной сигнал 352 дифференциального усилителя выбирается либо из общего опорного сигнала 353 (РЕЖИМ 1), либо усредненного сигнала 321 (РЕЖИМ 2), либо другого предварительно усиленного и буферизованного сигнала 321 (РЕЖИМ 3). Затем выбранный сигнал 352 через связь по переменному току подается в дифференциальный усилитель. Дифференциальный усилитель 350 усиливает разность между предварительно усиленным и буферизованным сигналом 351 и выбранным сигналом 352 и формирует дифференциальный сигнал 353. В данном варианте осуществления входной сигнал может выбираться из любого, по меньшей мере, одного из группы сигналов, включая общий опорный сигнал, усредненный сигнал и предварительно усиленный и буферизованный сигнал датчика.

Число сигналов может быть разным, в зависимости от выбранного режима. Данные возможности представлены в нижеприведенной таблице с учетом N входных сигналов.

Режим Сигналы с учетом результатов измерения N датчиков Режим 1 Сигнал (n), упоминаемый как SIG_REF
N возможных сигналов Режим 2 Сигнал (n), упоминаемый как усредненный сигнал
N возможных сигналов Режим 3 Сигнал (n), упоминаемый как сигнал (m)
(N-1)+(N-2)+…+1 возможных сигналов

Затем дифференциальный сигнал 353 фильтруется звеном 360 полосового фильтра для уменьшения обусловленных наложением артефактов, возникающих при последующей оцифровке сигнала. В данном варианте осуществления звено 360 фильтра содержит три последовательных звена. Звенья содержат полосовой фильтр 361, фильтр 362 нижних частот и фильтр 363 верхних частот. Затем полосовой отфильтрованный сигнал 364 подается в модуль 370 аналого-цифрового преобразования.

Буфер 370 опорного сигнала/сигнала заземления выделяет и буферизует опорный сигнал 381 с созданием, тем самым, сигнала 382 заземления, который передается в схемы полосового фильтра, дифференциального усилителя и предусилителя.

Ниже приведено более подробное описание модулей, которые входят в состав варианта осуществления.

На фиг.4 показана схема модуля 400 предусилителя. Сигнал 410 входного датчика подается последовательно в буфер 420 с единичным усилением, фильтр 430 нижних частот и буфер 440 с единичным усилением.

Экран входного датчика активно возбуждается экранным сигналом 450. Данный экранный сигнал, в основном, возбуждается выходным сигналом буфера 420 с единичным усилением.

Буфер 420 находится под напряжением смещения, прикладываемым схемой 460 обратной связи, и представляет входной импеданс 2 ГОм по постоянному току для сигнала 410 входного датчика. Входной импеданс по переменному току поддерживается схемой обратной связи с умножением на коэффициент усиления разомкнутого контура буферного усилителя. В данном варианте осуществления выбрана схема для создания импеданса минимум 1 ПОм (10¹⁵ Ом) в диапазоне от 1 Гц до 40 Гц. Данный входной импеданс по переменному току, предпочтительно, намного выше, чем импеданс контактной области источника, создаваемый любой контактной средой, кожей головы и подлежащими тканями.

Резистивная связь существует, главным образом, между кожей головы и входными датчиками. При непосредственном контакте с кожей связь имеет относительно низкий импеданс источника. Когда датчик отделен от кожи волосяным покровом, пот может формировать электролитический токопроводящий путь и, по-прежнему, создавать относительно низкий импеданс источника. Данный входной импеданс обычно возрастает, когда создается воздушным зазором между датчиком и кожей головы.

Предусилитель 420 с единичным усилением снабжен сравнительно высоким и соответственно согласованным входным импедансом, который дает возможность улучшенного детектирования сигналов на коже головы. Разработаны методы создания упомянутого высокого входного импеданса путем обеспечения точного согласования коэффициентов усиления каналов и усиления сигналов.

В предпочтительном варианте предусилитель 420 содержит широкополосный высокоимпедансный вход и цепь активного смещения, которая создает более чем 10 ПОм (10¹⁶ Ом) в диапазоне от 0,01 Гц до 400 Гц. Малошумящий операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления на полевых транзисторах с входным сигналом с размахом, равным напряжению питания, с входным импедансом 10 ТОм (10¹⁹ Ом), в сочетании с экранированной цепью обратной связи и смещения служит для создания искомого входного импеданса. Данное решение служит для ослабления эффекта, вызываемого изменчивостью импедансов источников в результате различия характеристик источников, создаваемых сочетанием факторов, включающих в себя кожу, волосяной покров и условия влажности. Данное решение обеспечивает также высокоточное согласование коэффициентов усиления предусилителей между каналами перед последующей обработкой сигналов.

В данном варианте осуществления цепь обратной связи и смещения для высокоимпедансного предусилителя использует положительную обратную связь по переменному току с единичным усилением с центральной точкой двух высокоомных резисторов смещения постоянным током. Чтобы обеспечить критерии стабильности для исключения колебаний, выполняется математический анализ. Упомянутая цепь поддерживает высокий входной импеданс в полосе частот системы, чтобы, предпочтительно, сохранять высокоточное согласование коэффициентов усиления между каналами. Положительная обратная связь с единичным усилением применяется также для возбуждения активного экранирования входов предусилителя и датчика.

В предпочтительном варианте схема 430 подавления радиопомех, в сочетании со схемным соединением 625 (показанным на фиг.6), составляет фильтр радиопомех и обеспечивает подавление как дифференциальных, так и синфазных радиопомех, при поддержке высокоточного согласования коэффициента усиления между каналами и коррекции фазовых сдвигов и задержек, присущих распространенным методам подавления радиопомех.

Как показано, данная схема подавления радиопомех использует конфигурацию типа «дельта» вместо конфигурации типа «Pi», применяемой в традиционных дифференциальных схемах. Данная конструкция облегчает подавление радиопомех в многоканальной системе без ухудшения высокоточного согласования коэффициентов усиления между каналами.

В данном варианте осуществления выходной сигнал фильтра подавления радиопомех буферизуется малошумящим буфером 440 с единичным усилением перед подачей окончательного выходного сигнала в модуль усилителя. Фазовые характеристики данной схемы построения предпочтительно согласуются со сдвигом по фазе и задержкой сигнала, вводимыми усредняющим усилителем. Схема построения данной схемы подавления радиопомех изолирует схему подавления радиопомех дифференциального типа от высокоимпедансной цепи смещения усилительного каскада и, по существу, поддерживает высокоточное согласование коэффициента усиления между каналами.

На фиг.5 показана примерная схема модуля 500 усилителя. Данный модуль усилителя подает входной сигнал 510, сформированный схемой, показанной на фиг.4, и выбранный сигнал 520 в последовательно включенные дифференциальный усилитель 530, полосовой фильтр 540, фильтр 550 нижних частот и фильтр 560 верхних частот.

Дифференциальный усилитель 530 предпочтительно содержит интегральную схему высокоточного малошумящего инструментального дифференциального усилителя с высоким коэффициентом усиления. Данный усилитель применяется для селективного усиления дифференциального сигнала при ослаблении синфазного сигнала. Высокоимпедансная цепь 535 смещения и связи по переменному току выбрана для поддержки частотной характеристики и высокоточного согласования коэффициента усиления между каналами.

В данном варианте осуществления коэффициент усиления инструментального усилителя настроен, чтобы обеспечивать ±1 мВ динамический диапазон при привязке ко входу датчика. Предполагается, что коэффициент усиления должен быть настроен так, чтобы усиленный выходной сигнал находился в пределах динамического диапазона напряжений каскада оцифровки. Поэтому коэффициент усиления промежуточного фильтра защиты от наложения следует включать в данный расчет.

Фильтрация для защиты от наложения предпочтительно выполняется трехкаскадным полосовым фильтром, состоящим из полосового фильтра 540 каскада 1, фильтра 550 нижних частот каскада 2 и фильтра 560 верхних частот каскада 3. Характеристика фильтрации нижних частот полосового фильтра ослабляет эффект наложения, вызываемый взятием дискретных временных отсчетов сигнала. В предпочтительном варианте ослабление фильтра на частоте частоты Найквиста или выше снижает уровень сигнала ниже уровня квантования следующей системы оцифровки. Поэтому характеристики фильтра защиты от наложения и системы оцифровки следует рассматривать совместно после установления проектных ограничений.

Характеристика фильтрации верхних частот полосового фильтра 540 ослабляет эффекты низкочастотных кратковременных помех, проистекающих вследствие перемещения датчика, что, в противном случае, генерировало бы сигналы больше, чем динамический диапазон каскада фильтрации и последующей оцифровки.

В данном варианте осуществления применяется усилитель с симметричным полосовым фильтром шестого порядка с полосой пропускания от 1 Гц до 40 Гц. Данный фильтр выбран, чтобы обеспечивать ослабление сильнее, чем половина уровня квантования на частоте Найквиста, которую можно легко получить с использованием маломощного аналого-цифрового преобразователя, и чтобы обеспечивать подходящее подавление низкочастотных кратковременных помех.

Буфер 570 опорного сигнала с единичным усилением обеспечивает важную изоляцию канала и разветвление сигнала заземления в каскады фильтра, дифференциального усилителя и предусилителя соответствующего канала.

На фиг.6 показана примерная схема интерфейсного модуля 600. Данная схема показывает предпочтительное сопряжение сигналов, при измерении в канале относительно опорного канала (РЕЖИМ 1), из каждого из модулей усилителей для каждого модуля 610 датчика с выходными сигналами 620 и модуля 615 опорного предусилителя. Данные выходные сигналы 620 формируют вход в аналого-цифровой преобразователь. Опорный сигнал подается из модуля 615 опорного предусилителя в каждый из модулей 610 датчиков.

В другом варианте осуществления применяются альтернативные конфигурации для реализации измерения сигнала относительно среднего для сигналов (РЕЖИМ 2) или межсигнального измерения (РЕЖИМ 3). На фиг.6 не показан буфер 330 с усредняющим сумматором и RF (радиочастотным) фильтром сигнала.

Схемное RF (радиочастотное) соединение 625, параллельное модулям 610 датчиков и модулю 615 опорного предусилителя, завершает построение дифференциального фильтра подавления радиопомех.

В данный интерфейсный модуль встроен усилитель 640 и фильтр обратной связи по синфазному сигналу. Данный усилитель 640 и фильтр обратной связи по синфазному сигналу обеспечивает выход 645 с подавлением синфазных помех, который подключается к датчику 241 обратной связи по синфазному сигналу.

В данный интерфейсный модуль входит буфер 650 опорного сигнала с единичным усилением. Данный буфер 650 опорного сигнала с единичным усилением обеспечивает изоляцию и мощность возбуждения для выхода 655 заземления питания, который подключается к датчику 242 заземления питания. Тем самым завершается построение схемы подавления синфазного сигнала.

Приведенная схема дополнительно показывает альтернативные варианты конструкций для либо жестко смонтированных, либо переключаемых входных соединений с модулем 640 обратной связи по синфазному сигналу. В данном варианте осуществления жестко смонтированный вариант снабжен только резисторами «Rn», тогда как переключаемый вариант снабжен резисторами «Rns» и последовательными переключателями. Переключаемый вариант допускает подключение выбранных входов к усилителю 640 и фильтру обратной связи по синфазному сигналу или их изоляцию от упомянутого модуля посредством включения или отключения электронного переключателя 635.

На фиг.7 показана примерная схема для модуля 700 питания и аналого-цифрового преобразования. Данный модуль содержит общую точку 705 заземления «AGND», схему 710 аналого-цифрового преобразователя, схему 720 фильтра аккумуляторного питания и схему 730 питания и опорного сигнала.

Общая точка 705 заземления «AGND» предпочтительно сформирована заземленным экраном, относящимся к аналоговой части аналого-цифрового преобразователя. В предпочтительном варианте отдельные соединения на землю независимо проведены для отрицательного полюса аккумулятора, нулевого напряжения питания аналоговой части, нулевого напряжения опорного сигнала и цифровой земли в цифровых модулях.

Схема 710 аналого-цифрового преобразователя (АЦП) осуществляет дискретизацию по времени и квантует входные сигналы 711, обеспечиваемые вышеописанным интерфейсным модулем. АЦП классифицируют по его «n»-разрядному цифровому выходу 712, который представляется в формате, который совместим с последним процессорным модулем.

В данном варианте осуществления АЦП имеет разрешающую способность в младшем двоичном разряде (LSB), по меньшей мере, 0,5 мкВ и полный диапазон ±1 мВ при привязке ко входу датчика. Чтобы обеспечить данный динамический диапазон, применяется минимум двенадцать разрядов АЦП. Выход представляется в формате последовательного периферийного интерфейса (SPI).

Поэтому, при проектировании фильтра защиты от наложения, для согласования с двенадцатиразрядным АЦП требуется ослабление, по меньшей мере, 72 дБ на частоте полосы заграждения. Фильтр Баттеруорта нижних частот третьего порядка с граничной частотой 40 Гц имеет ослабление 72 дБ на частоте 640 Гц. Для подавления наложения на граничной частоте 40 Гц требуется частота дискретизации 680 отсчетов в секунду. Для подавления наложения на частоте полосы заграждения 640 Гц требуется частота дискретизации 1280 отсчетов в секунду.

После того как сигналы оцифрованы, выполняется дополнительная обработка процессорным модулем.

На фиг.8 и 9 показан пример модулей обработки и проводных соединений в соответствии с вариантом осуществления. Процессорный модуль 800 содержит процессор 810. Данный процессор управляет аналого-цифровым преобразователем и принимает сигнал из аналого-цифрового преобразователя через интерфейс SPI 820. В данном варианте осуществления сигналы после этого могут обрабатываться и анализироваться процессором. Исходный сигнал может также передаваться во внешний процессор для хранения и дополнительной обработки. Типичная внешняя и внутренняя обработка включает в себя прореживание отсчетов, быстрые преобразования Фурье и прикладные программы. Конфигурация функций микропрограммного обеспечения может настраиваться командами.

В данном варианте осуществления процессор сообщается с другими устройствами, в том числе передает исходные и результирующие данные через порт 830 интерфейса Bluetooth или порт 840 интерфейса RS232. Порт 840 интерфейса RS232 поддерживает также программирование в рабочем режиме (ISP) для загрузки и обновления программного обеспечения.

На фиг.9 показана примерная схема для интерфейсного модуля 900 в стандарте RS232. Интерфейсный модуль 900 в стандарте RS232 облегчает преобразование логических сигналов стандартного уровня в сигналы уровня по стандарту RS-232 и обеспечивает сброс и инициирование загрузки программного обеспечение.

Схема межканальной связи облегчает получение ряда возможностей режимов измерения, а также предоставляет возможность подавления межканальных радиопомех и выбора опорного сигнала. Потенциалы на коже головы можно измерять в трех режимах:

(РЕЖИМ 1) Режим измерения в канале относительно опорного канала;

(РЕЖИМ 2) Режим измерения в канале относительно межканального среднего;

(РЕЖИМ 3) Режим дифференциального межканального измерения.

В данном варианте осуществления интерфейсный модуль, показанный на фиг.6, является жестко смонтированным только для измерения в канале относительно опорного канала (режима 1). В других вариантах осуществления интерфейсный модуль может предназначаться для других режимов, либо при отдельном жестком монтаже, либо с возможностью переключения, как показано на фиг.3.

Независимо от того, какой режим применяется для измерения сигналов, в других вариантах осуществления может применяться цифровая обработка сигналов для реконструкции сигналов в других режимах измерения.

На фиг.10 показана примерная конфигурация 1000 заземления и мощности сигналов, в частности, касающаяся аналоговой части построения системы. Главными составляющими конфигурации заземления и мощности сигналов являются модуль 1010 аналого-цифрового преобразования и модуль 1020 питания аналоговой части и опорного сигнала, состоящий из блока 1021 питания аналоговой части и блока опорного сигнала и опорного напряжения аналого-цифрового преобразования 1022, с развязкой независимых входа и выходов.

Упомянутый модуль 1010 аналого-цифрового преобразования содержит аналого-цифровой преобразователь 1011 и соответствующую его общую точку 1012 заземления, показанную как общая точка 705 заземления на фиг.7. Питание 1013 аналоговой части проходит независимо и развязано с собственным нулевым напряжением аналоговой части. Опорный сигнал 1014 проведен независимо и развязан с собственным нулевым напряжением сигнала. Данный модуль получает аналоговые сигналы «FSig» и «CMSig» 1015 из интерфейсного модуля 1050 и соединяется с процессором в цифровых модулях 1040 по цифровой шине 1016.

Аккумуляторный модуль 1030 состоит из подзаряжаемого аккумулятора 1031 и зарядной системы 1032. Положительный и отрицательный выводы аккумулятора соединены с блоком питания аналоговой части модуля 1020 питания аналоговой части и опорного сигнала и продолжаются к цифровым модулям 1040. В данном варианте осуществления блок питания цифровой части 1041 состоит из раздельных источников питания 3,3 В и 1,8 В, с развязкой независимых входа и выходов. Питание 1042 цифровой части проведено независимо в аналого-цифровой преобразователь 1011 и цифровые схемы 1043 и развязано с собственным нулевым напряжением цифровой части.

Интерфейсный модуль 1050 распределяет питание 1013 аналоговой части и опорный сигнал и опорное напряжение 1014 аналого-цифрового преобразования, независимо развязанные, каждый(ое) с собственным нулевым напряжением, в модули 1060 предусилителя и аналоговой обработки. Данный модуль также принимает опорный сигнал «RSig» 1051, сигналы «ESig» датчиков и сигнал с подавленной радиопомехой «RFS» по соединениям 1052 из модулей 1060 предусилителя и аналоговой обработки и пропускает отфильтрованные и усиленные сигналы «FSig» 1053 датчиков в каналы 1-4 аналого-цифрового преобразователя 1011 в модуле 1010 аналого-цифрового преобразования. Опорный сигнал распространяется обратно, как опорный сигнал «DSig» 1054 дифференциальных усилителей, в дифференциальные усилители 1061 в модуле 1060 предусилителей и аналоговой обработки. Сигнал 1055 обратной связи по синфазному сигналу подается в канал 5 аналого-цифрового преобразователя 1011 в модуле 1010 аналого-цифрового преобразования и обеспечивает обратную связь по синфазному сигналу через датчики 1056 обратной связи по синфазному сигналу и заземления питания.

В данном варианте осуществления модули 1060 предусилителя и аналоговой обработки состоят из четырех модулей 1061 предусилителей датчиков, спаренных с четырьмя аналоговыми модулями 1062, и отдельного модуля 1061 опорного предусилителя. Модули 1061 предусилителей датчиков содержат соединения 1063 сигнала «SSig» датчика и сигнала заземления «SGnd» с дифференциальным усилителем в спаренных аналоговых модулях 1062. Полосовой фильтр в спаренных аналоговых модулях 1062 подает отфильтрованный сигнал «FSig» 1064 в интерфейсный модуль 1050. Модуль 1061 опорного предусилителя получает опорный сигнал «SRef» 1065 из интерфейсного модуля 1050 и подает опорный сигнал «RSig» 1066 в интерфейсный модуль 1050. Модули 1061 опорного предусилителя и предусилителей датчиков подают сигналы «ESig» датчиков и сигналы с подавленными радиопомехами «RFS» по соединениям 1067 в интерфейсный модуль 1050.

В каждом из аналоговых каскадов выбор следует делать внимательно, чтобы устройство обеспечивало относительно малошумящее конструктивное исполнение, высокий коэффициент ослабления синфазного сигнала и радиопомех.

В данном варианте осуществления малошумящие компоненты подбираются для предусилителя и буферных операционных усилителей, дифференциального усилителя и аналого-цифрового преобразователя. Применяются также стратегически важные схемы сигналов, питания, заземления и развязки. Данный вариант осуществления дополнительно содержит малошумящие схемы источника питания и опорного напряжения, вместе с отдельными заземлением сигналов и заземлением питания и способами развязки источника питания. Шум от высокоимпедансных компонентов устраняется также с использованием методов эффективного ослабления шумов, вводимых упомянутыми компонентами.

В данном варианте осуществления применяется активная обратная связь для подавления синфазного сигнала, чтобы повысить коэффициент ослабления синфазного сигнала. Отрицательная обратная связь с высоким коэффициентом усиления и предыскажениями в диапазоне от 50 Гц до 60 Гц обеспечивается полосовым усилителем. Данное решение реализуется с использованием двухточечного соединения с источником, в противоположность обычному способу одного соединения с низким коэффициентом усиления и активным возбуждением.

В данном варианте осуществления обратная связь, заземление питания и датчики обычно конфигурируют с геометрической симметрией, чтобы обеспечить оптимальное подавление синфазного сигнала.

Данные варианты осуществления различных устройств для измерения электрического потенциала на коже головы содержат:

(a) согласование коэффициентов усиления каналов перед дифференциальным получением сигнала в каждом канале,

(b) смещение входного сигнала при поддержке высокого входного импеданса и согласования коэффициентов усиления,

(c) подавление радиопомех в многоканальной системе при поддержке согласования коэффициентов усиления и коррекции фазовых сдвигов и задержек сигналов,

(d) ослабление и подавление синфазного сигнала, в частности, ослабление помех питания и радиочастотных помех,

(e) разрешение при оцифровке, динамический диапазон и наложение,

(f) методы с низким уровнем шумов и ослабления шумов,

(g) встраивание конфигурации режима измерения в способ сохранения важнейших элементов.

Как показано на фиг.11, предпочтительный способ 1100 измерения электрического потенциала на коже головы в соответствии с любым из ранее описанных вариантов осуществления содержит этапы, на которых:

(a) принимают исходный замер электрического потенциала на коже головы на датчике, этап 1110;

(b) предварительно усиливают исходный замер электрического потенциала на коже головы согласованными усилителями с высоким входным импедансом, этап 1120, чтобы формировать предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы для усиления;

(c) подавляют существенную компоненту синфазного шума, этап 1130, предварительно усиленного замера электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать замер электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом;

(d) подавляют радиочастотные шумы, этап 1140, замера электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом, чтобы формировать замер электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами;

(e) усиливают, этап 1150, замер электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами, чтобы формировать усиленный замер электрического потенциала на коже головы для оцифровки;

(f) применяют полосовую фильтрацию для защиты от кратковременных помех и наложения усиленного замера электрического потенциала на коже головы, этап 1160, чтобы формировать замер электрического потенциала на коже головы с ограниченной полосой пропускания для оцифровки;

(g) оцифровывают замер электрического потенциала на коже головы с ограниченной полосой пропускания, этап 1170, чтобы формировать последовательность оцифрованных значений электрического потенциала на коже головы;

(h) обрабатывают последовательность оцифрованных значений электрического потенциала на коже головы, этап 1180, чтобы формировать форму сигнала электрического потенциала на коже головы; и

(i) формируют/сохраняют форму замера, этап 1190.

Данный способ обычно позволяет принимать исходный замер электрического потенциала на коже головы, на этапе 1110, на датчике через волосяной покров, без какой-либо подготовки кожи головы или нанесения токопроводящего геля между кожей головы и датчиком. Упомянутые исходные замеры электрического потенциала на коже головы предварительно усиливаются на этапе 1120 усилителем с, по существу, высоким входным импедансом и согласованными коэффициентом усиления, фазой и задержкой, чтобы формировать предварительно усиленные замеры электрических потенциалов на коже головы.

В предпочтительном варианте подавление на этапе 1130 существенной компоненты шума синфазного сигнала предварительно усиленных замеров электрического потенциала на коже головы формирует замеры электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом, при этом сохраняя согласованные коэффициент усиления, фазу и задержку.

Подавление радиочастотного шума на этапе 1140 замеров электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом применяется, чтобы формировать замеры электрического потенциала на коже головы с подавленными радиошумами, при этом сохраняя согласованные коэффициент усиления, фазу и задержку.

Усиление на этапе 1150 замера электрического потенциала на коже головы с подавленными радиошумами применяется, чтобы формировать усиленный замер электрического потенциала на коже головы для оцифровки.

Применение полосовой фильтрации для защиты от наложения усиленного замера электрического потенциала на коже головы на этапе 1160 применяется, чтобы формировать замер электрического потенциала на коже головы с ограниченной полосой пропускания для оцифровки.

Оцифровка замера электрического потенциала на коже головы с ограниченной полосой пропускания на этапе 1170 применяется, чтобы формировать последовательность оцифрованных значений электрического потенциала на коже головы.

Обработка последовательности оцифрованных значений электрического потенциала на коже головы на этапе 1180 применяется, чтобы формировать форму сигнала электрического потенциала на коже головы.

Формирование/сохранение формы замера на этапе 1190.

Упомянутые замеры можно снимать в течение всего срока службы соответствующего источника питания или до предела емкости запоминающего устройства соответствующего прибора для записи данных. Датчики и соответствующая электроника могут быть скрытно встроены в обычный головной убор, например бейсбольную кепку, или могут быть встроены в защитный шлем.

Точность замеров электрических потенциалов на коже головы, формируемых продемонстрированными вариантами осуществления, достаточна для того, чтобы эффективно классифицировать эталонные психические состояния. Данные замеры электрических потенциалов на коже головы считаются сравнимыми с традиционными замерами ЭЭГ, которая обычно нуждается в стабильной токопроводящей контактной области между кожей головы и датчиком для анализа некоторых психических состояний.

Анализ замеров электрических потенциалов на коже головы человека обеспечивает средство для определения утомления или сонливости человека в реальном времени. При обеспечении упомянутой системы контроля в реальном времени, которую можно носить без специальной подготовки кожи головы, упомянутая система может контролировать усталость человека во время управления оборудованием, например автомобилями или самолетным оборудованием.

Данный способ и устройство созданы для измерения электрических потенциалов на коже головы в реальном времени и в движении без помех основной работе. Следует понимать, что упомянутые способ и устройство можно применять в условиях движения или в стационарных условиях. Для обработки данных в реальном времени можно включить программное обеспечение для обработки, чтобы дополнительно обрабатывать данные измерений электрических потенциалов на коже головы. Данные и сигналы могут передаваться в исходном или обработанном состоянии проводной или беспроводной системой передачи данных. Электроэнергия для питания упомянутых устройств обеспечивается традиционными средствами с помощью аккумуляторной батареи или беспроводным способом с использованием схемы с петлей индуктивности. Специалистам в данной области техники следует дополнительно понимать, что описанные способ и устройство можно использовать в клинических условиях для исключения необходимости в этапе подготовки кожи головы и сокращения времени консультаций.

Следует понимать, что данные варианты осуществления дают возможность измерения электрического потенциала на коже головы через волосяной покров, при незначительной подготовке кожи головы или при отсутствии такой подготовки.

Выше изобретение описано со ссылкой на конкретные примеры, однако специалистам в данной области техники следует понимать, что изобретение можно осуществлять во многих других вариантах.

Интерпретация

В контексте настоящего документа термин «беспроводной» и его производные можно применять для описания схем, устройств, систем, способов, методов, каналов связи и т.п., которые могут передавать данные с использованием модулированного электромагнитного излучения через нетвердую среду. Этот термин не подразумевает, что соответствующие устройства не содержат никаких проводов, хотя, в некоторых вариантах осуществления, провода могут отсутствовать.

Если специально не указано иначе, как должно быть видно из последующего обсуждения, то следует понимать, что в тексте описания применение таких терминов как «обработка», «вычисление», «расчет», «определение» или подобных терминов относится к действию и/или процессам в компьютере или компьютерной системе, или аналогичном электронном вычислительном устройстве, которое обрабатывает и/или преобразует данные, представленные физическими, например, электронными, количественными замерами, в другие данные, сходным образом представленные физическими количественными замерами.

Аналогичным образом, термин «процессор» может относиться к любому устройству или узлу устройства, которое(ый) обрабатывает электронные данные, например, из регистров и/или памяти, для преобразования таких электронных данных в другие электронные данные, которые, например, можно сохранять в регистрах и/или памяти. Термин «компьютер» или «вычислительная машина», или «вычислительная платформа» может охватывать, по меньшей мере, один процессор.

Кроме того, некоторые варианты осуществления описаны в настоящей заявке в виде способа или комбинации элементов способа, которые могут быть исполнены процессором или компьютерной системой, или другим средством выполнения функции. Таким образом, процессор с необходимыми командами для выполнения упомянутого способа или элемента способа образует средство для выполнения способа или элемента способа. Кроме того, описанный здесь элемент варианта осуществления устройства является примером средства для выполнения функции, выполняемой элементом с целью осуществления изобретения.

В приведенном здесь описании представлено большое число конкретных деталей. Однако понятно, что варианты осуществления изобретения можно реализовать на практике без упомянутых конкретных деталей. В других случаях общеизвестные способы, конструкции и методы не представлены в подробностях, чтобы не затруднять объяснение в настоящем описании.

В тексте настоящего описания ссылка на «данный вариант осуществления», «один вариант осуществления» или «вариант осуществления» означает, что конкретный признак, конкретная конструкция или характеристика, описанный(ая) в связи с вариантом осуществления, содержится в, по меньшей мере, одном варианте осуществления настоящего изобретения. Следовательно, выражения «в одном варианте осуществления» или «в варианте осуществления», появляющиеся в различных местах в тексте настоящего описания, не обязательно относятся во всех случаях к одному и тому же варианту осуществления, но могут относиться. Кроме того, конкретные признаки, конструкции или характеристики могут объединяться любым подходящим образом в, по меньшей мере, одном варианте осуществления, что должно быть очевидно специалисту со средним уровнем компетентности в данной области техники из настоящего описания.

Для целей настоящего описания, если не указано иначе, применение прилагательных, являющихся порядковыми числительными, то есть «первый», «второй», «третий» и т.п., для описания обычного объекта означает просто, что упомянуты разные экземпляры сходных объектов, и не должно предполагать, что объекты, описанные таким образом, должны находиться в данной последовательности, во времени ли, в пространстве, по рангу или любым другим образом.

Если по контексту очевидно не требуется иного, то, в описании и формуле изобретения, слова «содержат», «содержащий» и т.п. следует толковать в охватывающем смысле, в противоположность исключительному или исчерпывающему смыслу; то есть в смысле «содержащий, но без ограничения».

Аналогично, следует отметить, что термин «связанный», при использовании в формуле изобретения, не следует интерпретировать в смысле ограничения только непосредственными соединениями. Возможно применение терминов «связанный» и «соединенный» вместе с их производными. Следует понимать, что данные термины не следует считать синонимами одного другому. Следовательно, рамки выражения «устройство A, связанное с устройством B» не должны ограничиваться устройствами или системами, в которых выход устройства A непосредственно соединен с входом устройства B. Это означает, что существует путь между выходом A и входом B, который может быть путем, содержащим другие устройства или средства. Термин «связанный» может означать что, либо, по меньшей мере, два элемента имеют непосредственный физический или электрический контакт, либо, по меньшей мере, два элемента не имеют непосредственного контакта между собой, но все-таки взаимодействуют между собой.

Таким образом, хотя вышеописанные варианты осуществления настоящего изобретения считаются предпочтительными, специалистам в данной области техники будет ясно, что в упомянутые варианты осуществления можно вносить другие и дополнительные модификации, не выходящие за пределы сущности изобретения, и предполагается притязать на все упомянутые изменения и модификации, которые находятся в пределах объема изобретения. Например, любые приведенные выше формулы всего лишь характеризуют процедуры, которые могут в них применяться. Функции можно добавлять в блок-схемы или исключать из них, и операции из числа функциональных блоков можно переставлять. Этапы можно добавлять в описанные способы или исключать из них, в пределах объема настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к медицине и медицинской технике, в частности к способам и устройствам для измерения электрического потенциала на коже головы. Устройство содержит множество датчиков, выполненных с возможностью получения исходного замера электрического потенциала на коже головы через волосяной покров и воздушную контактную область; множество предусилителей, связанных с соответствующим одним из упомянутых датчиков. Контактная область создает высокий и переменный импеданс связи источника с кожей головы. Каждый предусилитель включает в себя широкополосный высокоимпедансный вход и цепь активного смещения, выполненную с возможностью создания входного импеданса более чем 10 ПОм в диапазоне от 0,01 Гц до 400 Гц; малошумящий операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления с входным импедансом 10 ТОм и экранированную цепь обратной связи и смещения. Предусилитель выполнен с возможностью обладания входным импедансом значительно более высоким, чем импеданс, создаваемый контактной областью датчик-источник. В одном из вариантов осуществления способа измерения электрического потенциала на коже головы предусилитель принимает исходный замер электрического потенциала на коже головы и формирует предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы. Замер снимают через волосяной покров и воздух. В другом варианте осуществления способа входной сигнал исходного электрического потенциала на коже головы принимают из множества датчиков для образования соответствующего множества каналов. Далее выполняют предварительное усиление сигнала предусилителем с высоким входным импедансом, чтобы формировать предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы. После чего выбирают конфигурацию режима измерения из группы, содержащей режим канала относительно опорного канала, режим канала относительно среднего для каналов и дифференциальный межканальный режим. Далее смещают предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы при поддержке упомянутого высокого входного импеданса; согласуют коэффициент усиления канала до дифференциального получения сигнала канала. В качестве дополнительного этапа при обеспечении обработанного сигнала канала подавляют радиочастотные помехи сигнала канала при поддержке согласования коэффициента усиления и фазы, подавляют синфазную помеху сигнала канала и выполняют полосовую фильтрацию сигнала канала. Обработанный сигнал канала оцифровывают для обеспечения цифрового сигнала замера электрического потенциала на коже головы, характеризующего упомянутый входной сигнал, измеренный в соответствии с упомянутым выбранным режимом измерения. Использование группы изобретений позволит повысить эффективность измерений электрического потенциала на коже головы за счет использования предусилителей, а также позволит снизить необходимость в слущивании омертвелых клеток многослойного эпителия или нанесении абразивных или токопроводящих гелей. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство для измерения электрического потенциала на коже головы, содержащее:
множество датчиков, выполненных с возможностью получения исходного замера электрического потенциала на коже головы через волосяной покров и воздушную контактную область; при этом упомянутая контактная область создает высокий и переменный импеданс связи источника с упомянутой кожей головы;
множество предусилителей, связанных с соответствующим одним из упомянутых датчиков; причем каждый упомянутый предусилитель включает в себя:
(i) широкополосный высокоимпедансный вход и цепь активного смещения, выполненную с возможностью создания входного импеданса более чем 10 ПОм в диапазоне от 0,01 Гц до 400 Гц;
(ii) малошумящий операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления с входным импедансом 10 ТОм; и
(iii) экранированную цепь обратной связи и смещения; и
каждый упомянутый предусилитель выполнен с возможностью обладания входным импедансом, значительно более высоким, чем импеданс, создаваемый упомянутой контактной областью датчик-источник; причем упомянутый предусилитель принимает упомянутый исходный замер электрического потенциала на коже головы и формирует предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы.

2. Устройство по п.1, в котором упомянутый импеданс контактной области датчик-источник создается любой контактной средой, кожей головы и подлежащими тканями.

3. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутый входной импеданс является активным и повышается путем применения обратной связи.

4. Устройство по п.1, в котором упомянутый малошумящий операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления представляет собой усилитель на полевых транзисторах с входным сигналом с размахом, равным напряжению питания.

5. Устройство по п.1, дополнительно содержащее:
усилитель с фильтром синфазных помех, связанный с упомянутым предусилителем, при этом упомянутый фильтр синфазных помех выполнен с возможностью подавления существенной компоненты синфазного сигнала и шума, содержащихся в упомянутом предварительно усиленном замере электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать, тем самым, замер электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом; и
систему подавления радиопомех для подавления радиочастотных шумов упомянутого замера электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом, чтобы формировать замер электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами.

6. Устройство по п.5, в котором упомянутый усилитель с фильтром синфазных помех и упомянутая система подавления радиопомех выполнены с возможностью поддержки, по существу, общего коэффициента усиления, фазы и задержки вдоль каждого тракта сигнала замера электрического потенциала на коже головы.

7. Устройство по п.5 или 6, дополнительно содержащее:
систему дифференциального усилителя для усиления упомянутого замера электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами, чтобы формировать усиленный замер электрического потенциала на коже головы; и
полосовой фильтр для фильтрации упомянутого усиленного замера электрического потенциала на коже головы, чтобы, по существу, минимизировать эффекты наложения во время последующей оцифровки.

8. Устройство по п.7, в котором упомянутая система дифференциального усилителя и упомянутый полосовой фильтр выполнены с возможностью поддержки, по существу, общего коэффициента усиления, фазы и задержки вдоль упомянутого каждого тракта сигнала замера электрического потенциала на коже головы.

9. Устройство по п.7, в котором упомянутый полосовой фильтр имеет форму фильтра верхних частот для защиты от низкочастотных кратковременных помех и низкочастотного фильтра защиты от наложения высоких частот.

10. Устройство по п.7, в котором упомянутый полосовой фильтр выполнен с возможностью обеспечения подходящего подавления низкочастотных кратковременных помех и дополнительно выполнен с возможностью обеспечения ослабления более чем на половину уровня квантования на частоте Найквиста для предварительно заданного аналого-цифрового преобразователя.

11. Устройство по п.7, в котором упомянутый полосовой фильтр является усилителем с симметричным полосовым фильтром шестого порядка, с полосой пропускания от 1 Гц до 40 Гц.

12. Устройство по п.7, в котором входной сигнал для упомянутого дифференциального усилителя можно выбирать из любого из группы сигналов, содержащей общий опорный сигнал, усредненный сигнал и предварительно усиленный и буферизованный сигнал датчика.

13. Устройство по п.1, дополнительно содержащее:
цифровой преобразователь для оцифровки, по меньшей мере, одного замера электрического потенциала на коже головы; и
первый процессор для выполнения обработки сигналов упомянутого,
по меньшей мере, одного замера электрического потенциала на коже головы и формирования выходного сигнала.

14. Устройство по п.13, в котором упомянутый выходной сигнал передается беспроводным образом во второй процессор.

15. Устройство по п.1, дополнительно содержащее модуль межканальной связи, выполненный с возможностью подавления межканальных радиочастотных помех между каждым трактом сигнала замера электрического потенциала на коже головы.

16. Устройство по п.15, в котором упомянутый модуль межканальной связи выполнен с возможностью выбора режима замера электрического потенциала на коже головы из группы, содержащей:
режим канала относительно опорного канала, режим канала относительно среднего для каналов и дифференциальный межканальный режим.

17. Способ измерения электрического потенциала на коже головы, содержащий этапы, на которых:
принимают исходный замер электрического потенциала на коже головы на датчике, при этом упомянутый замер снимают через волосяной покров и воздух; и
предварительно усиливают упомянутый исходный замер электрического потенциала на коже головы предусилителем с высоким входным импедансом, чтобы формировать предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы, причем упомянутый предусилитель включает в себя:
(i) широкополосный высокоимпедансный вход и цепь активного смещения, выполненную с возможностью создания входного импеданса более чем 10 ПОм в диапазоне от 0,01 Гц до 400 Гц;
(ii) малошумящий операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления с входным импедансом 10 ТОм; и
(iii) экранированную цепь обратной связи и смещения.

18. Способ по п.17, дополнительно содержащий этапы, на которых:
подавляют существенную компоненту синфазного сигнала и шума упомянутого предварительно усиленного замера электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать замер электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом; и подавляют радиочастотные шумы упомянутого замера электрического потенциала на коже головы с подавленным синфазным сигналом, чтобы формировать замер электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами.

19. Способ по п.17 или 18, дополнительно содержащий этап усиления упомянутого замера электрического потенциала на коже головы с подавленными радиопомехами, чтобы формировать усиленный замер электрического потенциала на коже головы для оцифровки.

20. Способ по п.19, дополнительно содержащий этапы, на которых:
применяют полосовую фильтрацию от кратковременных помех и наложения упомянутого усиленного замера электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать сглаженный замер электрического потенциала на коже головы для оцифровки;
оцифровывают упомянутый сглаженный замер электрического потенциала на коже головы, чтобы формировать последовательность оцифрованных значений электрических потенциалов на коже головы;
обрабатывают упомянутую последовательность оцифрованных значений электрических потенциалов на коже головы, чтобы формировать форму сигнала электрического потенциала на коже головы; и
формируют форму замера.

21. Способ по п.17 или 18, дополнительно содержащий этап передачи выходного сигнала по беспроводному соединению для приема вторым процессором.

22. Способ по п.17 или 18, в котором упомянутый принимаемый исходный замер электрического потенциала на коже головы измеряют через волосяной покров и воздушную контактную область; при этом упомянутая контактная область создает высокий и переменный импеданс связи источника с упомянутой кожей головы; и упомянутый предусилитель выполнен с возможностью обладания входным импедансом, значительно более высоким, чем импеданс, создаваемый упомянутой контактной областью источника.

23. Способ по п.22, в котором упомянутый входной импеданс является активным и повышается с помощью этапа применения обратной связи.

24. Способ измерения электрического потенциала на коже головы, содержащий этапы, на которых:
принимают входной сигнал исходного электрического потенциала на коже головы из множества датчиков для образования соответствующего множества каналов;
выполняют предварительное усиление упомянутого сигнала исходного электрического потенциала на коже головы предусилителем с высоким входным импедансом, чтобы формировать предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы, причем упомянутый предусилитель включает в себя:
(i) широкополосный высокоимпедансный вход и цепь активного смещения, выполненную с возможностью создания входного импеданса более чем 10 ПОм в диапазоне от 0,01 Гц до 400 Гц;
(ii) малошумящий операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления с входным импедансом 10 ТОм; и
(iii) экранированную цепь обратной связи и смещения;
выбирают конфигурацию режима измерения из группы, содержащей:
режим канала относительно опорного канала, режим канала относительно среднего для каналов и дифференциальный межканальный режим;
смещают упомянутый предварительно усиленный замер электрического потенциала на коже головы при поддержке упомянутого высокого входного импеданса;
согласуют коэффициент усиления канала до дифференциального получения сигнала канала;
подавляют радиочастотные помехи упомянутого сигнала канала при поддержке согласования коэффициента усиления и фазы в качестве дополнительного этапа при обеспечении обработанного сигнала канала;
подавляют синфазную помеху упомянутого сигнала канала в качестве дополнительного этапа при обеспечении упомянутого обработанного сигнала канала;
выполняют полосовую фильтрацию упомянутого сигнала канала в качестве дополнительного этапа при обеспечении упомянутого обработанного сигнала канала; и
оцифровывают упомянутый обработанный сигнал канала для обеспечения цифрового сигнала замера электрического потенциала на коже головы, характеризующего упомянутый входной сигнал, измеренный в соответствии с упомянутым выбранным режимом измерения.

25. Способ по п.24, в котором входной импеданс упомянутого предусилителя является значительно более высоким, чем импеданс, связанный с контактной областью между источником и упомянутым датчиком.

26. Способ по п.25, в котором упомянутый импеданс контактной области источника создан любой контактной средой, кожей головы и подлежащими тканями.

27. Способ по любому из пп.25 или 26, в котором упомянутый входной импеданс является активным и повышается путем применения обратной связи.