Биоусилитель с контролем качества наложения электродов Советский патент 1987 года по МПК A61B5/02 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в мониторных системах наблюдения за состоянием больного при контроле за различными физиологическими про- цессами, отражающими биоэлектрическую активность отдельных органов тела, при одновременном контроле качества наложения электродов.

Целью изобретения является обес- печение оперативного и однозначного определения места нарушения контакта электродов с телом пациента.

На чертеже изображена структурная схема биоусилителя.

Биоусилитель содержит дифференциальный потенциометрический усилитель 1 с дифференциальным и синфазным выходами и входным резистивным дели- телам, дифференциальный усилитель 2, генератор 3 измерительного сигнала, первый полосовой фильтр 4, первый компаратор 5, второй полосовой фильтр 6, фазочувствительный детектор 7, второй компаратор 8, третий компаратор 9, источник 10 разнополярного опорного напряжения, элемент ИЛИ-НЕ 11, элемент И 12 и блок 13 сигнализации.

Дифференциальный потенциометрический усилитель 1 содержит, в свою очередь, дифференциальные усилители 14- 16 и резисторы 17-20. Резисторы 17 и 18 образуют входной резистивный дели- тель, синфазным выходом усилителя 1 является общая точка резисторов 19 и 20, а дифференциальным выходом - выход дифференциального усилителя 16.

Устройство работает следующим об- разом.

Напряжение биосигнала,, снимаемое с помощью электродов, наложенных на тело пациента, подается на входы усилителей 14 и 15 и далее на дифферен- циальный усилитель 16, с выхода которого поступает на внешнее регистрирующее устройство (на схеме не показано) .

Со средней точки резисторов 19 и 20 синфазная составляющая входных сигналов (в том числе и напряжение синфазной помехи, действующей на входе биоусилителя) поступает на инвертирующий вход дифференциального уси- лителя 2, на инвертирующий вход которого одновременно подается напряжение с генератора 10 измерительного сигнала. Таким образом, на выходе

5

5 0

0

5

0 5

усилителя 2, подключенном к неьтраль- ному электроду, действуют два напряжения: компенсирующее напряжение синфазной помехи и измерительный сигнал, воздействующий (через тело naipieHTa) на входы биоусилителя как синфазный сигнал.

В результате при полной симметрии биоусилителя и его входных цепей сигнал синфазной помехи и измерительный сигнал на входе усилителя 1 равны и на выходе дифференциального усилителя 16 сигналы полностью отсутствуют.

В том числе, если один из электродов, (сигнальньш или нейтральньй) начинает смещаться или отклеиваться переходное сопротивление электрод - кожа в этом месте начинает увеличиваться, что приводит, в свою очередь, к уменьшению измерительного сигнала на соответствующем входе биоусилителя за счет действия делителя напряжения, состоящего из переходного сопротивления электрод - кожа и сопротивлений входных резисторов 17 или 18. В результате на средней точке резисторов 19 и 20, т.е. на синфазном выходе усилителя I аналогично изменяется величина измерительного сигнала, поступающего на инвертирующий вход усилителя 2 и далее через полосовой фильтр 4 на сигнальный вход компаратора 5.

На втором (опорном) входе компаратора 5 действует напряжение измерительного сигнала, величина которого равна выбранному порогу срабатьшания (в пересчете на предельную величину контролируемого электродного сопротивления, которое в предлагаемом устройстве равно 100 кОм), В случае превьоиения этого порога компаратор срабатьшает и на его выходе появляется напр.чжение, сигнализирующее об ухудшении контакта между одним из электродов и телом пациента.

Подобная картина характерна для любого из электродов - сигнальных или нейтрального.

Одновременно на выходе усилителя 1 при ухудшении контакта в области одного из сигнальных электродов, т.е. при нарушении с гмметрии во вход- ных цепях этого усилителя, появляется напряжение измерительного сигнала, величи}1а которого пропорциональна изменению нлпряжения на соответствующем входе этого усилителя. Фаза сигнала на выходе дифференциального усилителя 16 (относительно исходной фазы напряжния генератора 3) соответствует тому входу усилителя 1, в це- пи которого произошло нарушение контакта между электродом и телом на- циента. Например, если нарушился контакт у сигнального электрода, соединенного с входом усилителя 15, то на выходе усилителя 1 появляется сигнал, фаза которого совпадает с фазой генератора 3. Если же аналогичное изменение произойдет в цепи усилителя 14, то фаза напряжения на выходе усилителя I станет противоположной.

Поступая на вход фазочувствитель- ного детектора 7 через полосовой фильтр 6, настроенный также на частоту измерительного сигнала, этот сиг- нал вызьшает на выходе детектора появление постоянного напряжения, полярность которого-соответствует фазе пришедшего сигнала.

Далее выходной сигнал детектора 7 поступает на сигнальные входы компараторов 8 и 9, причем на опорный вход одного компаратора подается напряже- йие одной полярности, а на опорный вход второго компаратора - напряжение другой полярности. Величина этюс опорных напряжений, вырабатываемых источником 10, выбирается такой, чтобы (как и для компаратора 12) соответствовала предельному значению переход кого сопротивления электрод - кожа.

При появлении на выходе детектора 7 напряжения, величина которого превысит установленное пороговое значение компараторов 8 или 9, происходит ерабатывание того компаратора, полярност опорного напряжения которого соответствует полярности сигнала на выходе детектора 7. Подключив к выходам этих компараторов необходимые исполнительные устройства (звуковые, световые), входящие в состав блока 13 сигнализации, можно лб гко установить, какой из сигнальных электродов требует новой установки (переклейки).

Для определения факта ухудшения контакта в области нейтрального электрода в устройстве используются два логических элемента ШШ-НЕ и И (блоки 11 и 12),

В исходном состоянии, когда электроды установлены нормально и ни один из компараторов не сработал, на входах элемента ( 1 I присутствует о, а на его выходе - 1, Одновременно на одном входе элемента И 12, соединенном с компаратором 5, присутствует О, на втором - 1, соответственно на выходе элемента И 12 формируется О.

В случае ухудшения контакта в цеп одного из сигнальных электродов срабатывает компаратор 5 и один из компараторов 8 или 9. При этом на одном входе элемента ИЛИ-НЕ II появляется сигнал, соответствующий 1, что приводит к возникновению на выходе этог элемента О. Следовательно, в этой ситуации на входы элемента И 12 поступают: 1 от компаратора 5 и О от элемента ИЛИ-НЕ 11 и на выходе элемента И I2 остается по-прежнему сигнал О.

Если нарушение контакта образовалось в цепи нейтрального электрода, то срабатьшает лишь компаратор 5, а два других (8 и 9) остаются в исходном состоянии. Поэтому на обоих входах элемента ШШ-НЕ 1 1 логические О, на его выходе логическая I, а на обоих входах элемента И I2 логическая 1 и соответственно на его выходе также логическая 1.

Подключив к выходу элемента И 12 исполнительное устройство, можно установить факт ухудшения контакта в цепи нейтрального электрода.

Таким образом, усилитель позволяет, наряду с усилением биологических сигналов, однозначно определять, в каком из электродов произошло увеличение переходного сопротивления электрод - кожа.

Формула изобретения

Биоусилитель с контролем качества наложения электродов, содержащий дифференциальный потенциометрический усилитель с дифференциальным и синфазным выходами и входным резистив- ным делителем, дифференциальный усилитель, генератор и:эмернтельного сигнала, первьп1 полосовой фильтр и первый компаратор, при этом входы дифференциального потснщюметрического усшштеля подключены к сигнальным электродам,а его ди(;)ферснциальный выход является выходомбпоусилителя,неинвертирующий вход Д|;(х1)( ронциального усилителя подключен к выходу генерато513230806

pa измерительного сигнала и первомунализадии, при этом дифференциальный входу первого компаратора,второй входвыход дифференциального потенцломет- которого подключен через первый полосо-рического усилителя соединен с вхо- вой фильтр к выходу дифференциальногодом второго полосового фильтра, опор- усилителя, соединенному с нейтраль- 5 фазочувствительного детекто- ным электродом, а инвертирующий входР соединен с генератором измеритель- дифференциального усилителя соединен ого сигнала, а его выход подключен

I. ,к сигнальным входам второго и третьес синфазным выходом дифференциального

го компараторов, вьгходы которых сое- потенциометрического усилителя, о тш динены соответственно с первым и вто- личающийся тем, что, с це-1

рым входами элемента ИЛИ-НЕ, выход лью обеспечения оперативного и однокоторого подключен к первому входу

значного определения места нарушения элемента И, второй вход которого контакта электродов с телом пациента, соединен с выходом первого компарато- в него дополнительно введены последо-fs pa, выходы элемента И и второго и вательно соединенные второй полосовой третьего компараторов подключены к фильтр и фазочувствительиьш детектор, входам блока сигнализации, а опорные второй и третий компараторы, источник входы второго и третьего кокйтараторов разнополярного опорного напряжения, соединены с выходами источника раз- элемент ИЛИ-НЕ, элемент И и блок сиг-20 нополярного опорного напряжения.

Биоусилитель (БУ) содержит дифференциальный потенциометрический усилитель 1 с дифференциальным и синфазным выходами и входным резис- тивным делителем, дифференциальный усилитель 2, генератор 3 измерительного сигнала, полосовые фильтры 4 и 6, кo fflapaтopы 5, В и 9, фазочувст- вительный детектор 7, источник 10 разнополярного опорного напряжения, элемент ИЛИ-НЕ 1I, элемент И 12 и блок 13 сигнализации. В БУ предусмотрена возможность контроля качества наложения электродов (3). Цель изобретения - обеспечение оперативного и однозначного определения места нарушения контакта электродов с телом пациента. При полной симметрии БУ И его входных цепей сигналы синфазной помехи и измерительный равны и на выходе усилителя 1 сигнал отсутствует. Если один из Э сместился или отклеился, то переходное сопротивление Э - кожа в этом месте увеличится, что приведет к уменьшению измерительного сигнала на соответствующем входе БУ и появлению сигнализации ia блоке 13. 1 ил. с (Л к нейтраль-, нояу х ffOimryrj 00