USB-устройство регистрации электрокардиограмм Российский патент 2019 года по МПК A61B5/404 

Область техники, к которой относится изобретение:

Изобретение относится к области медицины, в частности к электрокардиографии и может быть использовано для контроля и диагностики состояния сердечно-сосудистой системы человека в медицинской, спортивной практике, а также в произвольных условиях жизнедеятельности человека.

Уровень техники:

Известен кардиомонитор CardioQvark (патент №162018 (RU). Кардиомонитор CardioQvark / Буткевич В.Х., Усанов В.А. // 20.05.2016 [ПМ]), характеризующийся тем, что выполнен в виде корпуса-чехла для мобильных устройств, содержащего датчики электрического поля, каждый из которых связан с дифференциальным усилителем и потенциометром, управляемым контроллером, связанным с криптопроцессором, источником питания, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и передающим информацию по интерфейсу USB на мобильное устройство, при этом АЦП выполнен с возможностью получения информации от дифференциального усилителя.

Недостатками кардиомонитора является невозможность регистрации иных отведений ЭКГ, кроме отведения I из-за расположения датчиков непосредственно в корпусе-чехле, а также выполненный в виде отдельного блока источник питания.

Описана ЭКГ-приставка к персональному компьютеру (патент №2284144 (RU). ЭКГ-приставка к персональному компьютеру / Жигулин А.Ю. // 27.09.2006 [РИ]), содержащая последовательно соединенные блок датчиков, коммутатор, компенсатор помех и аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с другим входом компенсатора помех, последовательно соединенные интерфейс, канал связи, выполненный в виде радиоканала, и ЭВМ. Канал связи ЭКГ-приставки может быть выполнен по USB стандарту.

Недостатком описанного устройства является то, что выработка сигналов компенсации постоянной составляющей, а также сигналов управления коммутатором и компенсатором помех осуществляется ЭВМ, а также наличие собственного источника питания и высокие энергозатраты на передачу информации по радиоканалу.

Наиболее близким по технической сущности является устройство регистрации электрокардиограмм (патент №48148 (RU). Устройство регистрации электрокардиограмм / Акопян И.Г. // 27.09.2005 [ПМ]) (прототип), содержащее интерфейсную и рабочую части, причем интерфейсная часть содержит контроллер интерфейсов, буферное оперативное запоминающее устройство и контроллер шины USB, рабочая часть содержит девять каналов аналоговой обработки, три АЦП и контроллер асинхронного канала передачи данных, который соединен с указанным контроллером интерфейсов через асинхронный канал передачи данных с гальванической развязкой, при этом устройство дополнительно содержит вторичный источник питания с гальванической развязкой, а каждый из девяти указанных каналов аналоговой обработки содержит последовательно соединенные защиту от перегрузки, буферный усилитель и фильтр низких частот. Разрядность используемых микросхем АЦП составляет 24 бита при частоте дискретизации 5 КГц на канал и диапазоне входного сигнала ±10 В.

Недостатками данного устройства является использование биполярного питания, что увеличивает габариты и энергопотребление, а также вызывает шумы за счет применения инвертирующего преобразователя.

Раскрытие изобретения:

Технический результат предложенного изобретения состоит в упрощении конструкции и уменьшении габаритов, энергопотребления и тепловыделения, снижении уровня вносимых источником питания помех, обеспечении возможности питания устройства от униполярного питания USB порта внешнего устройства (компьютера, смартфона или планшета) непосредственно или через разделительное устройство за счет применения униполярной схемы питания.

Указанный технический результат достигается за счет того, что аналоговые цепи устройства запитаны от униполярного питания USB порта внешнего устройства (компьютера, смартфона или планшета) непосредственно или через разделительное устройство, при этом вход подачи отрицательного напряжения питания аналоговых цепей соединен с выводом ОБЩ (COM, GND), положительный вход питания аналоговых цепей - с выводом +V_ШИНЫ, а общий провод аналоговых цепей — с выходом цепи формирования потенциала общего провода аналоговых цепей. Это позволяет отказаться от собственного блока питания и применения инвертирующего преобразователя (импульсных стабилизаторов) для формирования отрицательного потенциала биполярного напряжения питания. Исключенные составляющие имеют существенные габаритные размеры, их применение вызывает повышение энергопотребления и, как следствие, тепловыделения. Отсутствие импульсных устройств в составе изобретения позволяет снизить уровень вносимых источником питания помех. Использование униполярного напряжения питания также позволяет применять униполярные АЦП, например, внутренние АЦП микроконтроллера или униполярные АЦП повышенной разрядности, что позволяет упростить аналоговые цепи, заменив аналоговые фильтры цифровыми. Обеспечение возможности использования устройства с разными типами внешних устройств (компьютер, смартфон, планшет) достигается путем использования шины USB.

Краткое описание чертежей:

Фигура 1 - Структурная схема устройства

Фигура 2 - Отображение выходного диапазона аналоговых цепей на входной диапазон АЦП

Осуществление изобретения:

На фигуре 1 представлена структурная схема устройства.

USB-устройство регистрации электрокардиограмм содержит аналоговые цепи регистрации и первичной обработки ЭКГ-сигнала 1, блок формирования потенциала общего провода (V_ОБЩ) аналоговых цепей 2, блок согласования выхода аналоговых цепей с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 4, микроконтроллер с USB-интерфейсом 5, имеющий по меньшей мере один встроенный или внешний АЦП с встроенным или внешним мультиплексором, блок формирования напряжения питания микроконтроллера 3.

USB-устройство регистрации электрокардиограмм работает следующим образом. Аналоговые биопотенциалы с кардиоэлектродов, закрепленных на определенных точках тела человека, поступают на вход аналоговых цепей регистрации и первичной обработки ЭКГ-сигнала 1. Предобработанный ЭКГ-сигнал с выхода аналоговых цепей 1 приводится блоком согласования выхода аналоговых цепей с входом АЦП 4 к входному диапазону внешнего или встроенного в микроконтроллер АЦП в соответствии с фигурой 2. Выбор конкретного отведения ЭКГ-сигнала осуществляется внешним или встроенным в АЦП мультиплексором. Дальнейшая цифровая обработка и передача ЭКГ-сигнала во внешнее устройство (компьютер, смартфон или планшет) осуществляется микроконтроллером 5.

В схеме присутствуют следующие напряжения питания:

- общий провод - нулевой потенциал, соединенный с проводом нулевого потенциала шины USB, нулевым потенциалом питания микроконтроллера 5, входом отрицательного потенциала питания аналоговых цепей 1, а также нулевым потенциалом питания блока формирования потенциала VA_ОБЩ аналоговых цепей 3 и блока согласования выхода аналоговых цепей с входом АЦП 4.

- +V_ШИНЫ - потенциал питания устройства, соединенный с проводом потенциала +5 В шины USB, входом блока формирования напряжения питания микроконтроллера 3, входом положительного потенциала питания аналоговых цепей 1 и входом блока формирования потенциала VA_ОБЩ аналоговых цепей 2.

- +V_ШИНЫ/2 - срединный потенциал, подключенный к общему проводу аналоговых цепей.

- +V_МК - потенциал питания микроконтроллера 3, цифровых цепей АЦП и мультиплексора, сформированный блоком формирования напряжения питания микроконтроллера 3.

Изобретение относится к области медицины, в частности к электрокардиографии, может быть использовано для контроля и диагностики состояния сердечно-сосудистой системы человека в медицинской, спортивной практике, а также в произвольных условиях жизнедеятельности человека. USB-устройство регистрации электрокардиограмм содержит аналоговые цепи регистрации и первичной обработки ЭКГ-сигнала, блок формирования потенциала общего провода (VОБЩ) аналоговых цепей, блок согласования выхода аналоговых цепей с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), микроконтроллер с USB-интерфейсом, имеющий по меньшей мере один встроенный или внешний АЦП с встроенным или внешним мультиплексором, блок формирования напряжения питания микроконтроллера. Питание аналоговых цепей устройства осуществляется от униполярного питания USB порта внешнего устройства, такого как компьютер, смартфон или планшет непосредственно или через разделительное устройство. Вход подачи отрицательного напряжения питания аналоговых цепей соединен с выводом ОБЩ (COM, GND), положительный вход питания аналоговых цепей - с выводом +VШИНЫ, а общий провод аналоговых цепей - с выходом цепи формирования потенциала общего провода аналоговых цепей. Достигается упрощение конструкции и уменьшение габаритов, энергопотребления и тепловыделения, снижение уровня вносимых источником питания помех, обеспечение возможности использования изобретения с разными типами внешних устройств (компьютер, смартфон, планшет) непосредственно или через разделительное устройство за счет применения униполярной схемы питания. 2 ил.

USB-устройство регистрации электрокардиограмм, содержащее аналоговые цепи регистрации и первичной обработки ЭКГ-сигнала, блок формирования потенциала общего провода (VОБЩ) аналоговых цепей, блок согласования выхода аналоговых цепей с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), микроконтроллер с USB-интерфейсом, имеющий по меньшей мере один встроенный или внешний АЦП с встроенным или внешним мультиплексором, блок формирования напряжения питания микроконтроллера, отличающееся тем, что питание аналоговых цепей устройства осуществляется от униполярного питания USB порта внешнего устройства, такого как компьютер, смартфон или планшет, непосредственно или через разделительное устройство, при этом вход подачи отрицательного напряжения питания аналоговых цепей соединен с выводом ОБЩ (COM, GND), положительный вход питания аналоговых цепей - с выводом +VШИНЫ, а общий провод аналоговых цепей - с выходом цепи формирования потенциала общего провода аналоговых цепей.