Устройство для электроэнцефалографических исследований Советский патент 1992 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к медицине и, в частности к электроэнцефалографии.

Известны устройства для ЭЭГ-исследо- ваний, содержащие электроды, усилители биопотенциалов и блоки обработки и регистрации информации. Недостатком этих устройств является неудобство их использования в процессе проведения ЭЭГ- исследований.

Известно устройство, являющееся прототипом, у которого электроды установлены на сферическом колпаке (шлеме), надеваемом на голову пациента. Недостатком этого устройства, так же, как и аналогов, являются электрические провода, связывающие электроды с энцефалографом или другой измерительной или обрабатывающей аппаратурой, в результате чего резко ограничивается подвижность пациента, а при малейшем движении головы возникают артефакты (помехи, вызванные наводками в соединительных проводах)

Кроме того, длинные соединительные провода способствуют возникновению наводок за счет внешних электромагнитных полей, поэтому, как правило, все энцелогра- фические исследования, требующие высокой точности измерений, проводятся в специальных экранированных помещениях.

Цель изобретения - уменьшение внешних артефактов, возникающих за счет перемещения соединительных проводов, а также уменьшение влияния внешних электромагнитных полей.

Эта цель достигается тем, что в состав известного устройства, содержащего электроды, установленные в шлеме, усилители биопотенциалов, блок преобразования информации, блок обработки информации и источник питания, введены передатчик и приемник электромагнитного сигнала приЁ

ч СА -Ь

О

а

чем усилители биопотенциалов, блок преобразования информации, передатчик электромагнитного сигнала и автономный источник питания располагаются на пациенте, например, устанавливаются в шлеме, при этом выходы усилителей соединены с входами преобразователя информации, выход которого соединен с входом передатчика электромагнитного сигнала, а выход приемника соединен с входом блока обработки информации.

В свою очередь, блок преобразования информации состоит из коммутатора, АЦП, устройства управления и кодирующего устройства, причем выходы усилителей соединены с сигнальными входами коммутатора, управляющие входы коммутатора соединены с первым выходом устройства управления, а выход коммутатора соединен с измерительным входом АЦП, управляющий вход которого соединен с вторым выходом устройства управления, выходы АЦП соединены с шестым входом кодирующего устройства, выход которого соединен с входом передатчика электромагнитного сигнала.

Кодирующее устройство, входящее в состав блока преобразования информации, состоит из регистра сдвига, схемы ИЛИ и сумматора по модулю 2, при этом вход с регистра сдвига соединен с четвертым наружным входом кодирующего устройства, вход E/WR - с пятым наружным входом, входы Di... DI - с шестым наружным входом, а входы DI+I... DI+K - с первым наружным входом кодирующего устройства, выход регистра сдвига соединен с первым входом сумматора по модулю 2, первый вход схемы ИЛИ соединен с вторым наружным входом кодирующего устройства, второй вход - с третьим наружным входом, а третий вход - с четвертым наружным входом кодирующего устройства, выход схемы совпадения соединен с вторым входом сумматора по модулю 2, выход которого соединен с наружным выходом кодирующего устройства.

Устройство управления, входящее в состав блока преобразования информации, состоит из генератора тактовых импульсов, двух счетчиков и дешифратора, причем выход генератора тактовых импульсов соеди- нен с четвертым выходом устройства управления и со счетным входом первого счетчика, разрядные, выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора, а выход переполнения - со счетным входом второго счетчика, разрядные выходы которого соединены с первым наружным выходом устройства управления, нулевой выход дешифратора соединен с вторым выходом устройства управления,

второй выход - с третьим наружным выходом, а последний - с пятым наружным выходом устройства управления.

Для уменьшения влияния внешних

электромагнитных полей корпус шлема выполнен из экранирующего материала, а усилители биопотенциалов конструктивно совмещены с основными электродами. Применение в электроэнцефалографии

усилителей биопотенциалов, коммутаторов, а также аналого-цифровых преобразователей известно. Известны также и системы передачи биосигналов с помощью электромагнитного излучения, однако все эти системы предназначенные для передачи кардиосигналов, используют принцип амплитудной (или частотной) модуляции несущей частоты кардиосигналом и способны передавать на одной несущей частоте только одно значение кардиосигнала.

В электроэнцефалографии такой способ телеметрической передачи информации неприменим, так как здесь необходимо одновременно передавать большое количество

сигналов (до 64-х), а это требует применения многоканальной телеметрии.

Применение телеметрии и, в частности, многоканальной телеметрии в электроэнцефалографии неизвестно.

В предлагаемом устройстве возможность одновременной передачи большого количества сигналов обеспечивается путем последовательного опроса всех каналов, преобразованием замеренных при опросе

потенциалов в цифровой код и модуляции несущей частоты этим цифровым кодом. Таким образом, введение в состав предлагаемого устройства передатчика и приемника электромагнитного сигнала, а также размещение усилителей биопотенциалов, блока преобразования информации, передатчика электромагнитного сигнала и автономного источника питания на пациенте, например, в шлеме, а также введение новых связей

между блоками, придает устройству для ЭЭГ-иссяедований новое, неизвестное ранее свойство, в частности: уменьшение вли- яния внешних артефактов за счет исключения подвижности соединительных

проводов, а также уменьшение влияния внешних электромагнитных полей, что позволяет отказаться от экранировки помещений, где проводятся исследования, и работать в обычных помещениях со стандартным уровнем помех.

Кроме того, предлагаемое техническое решение придает свободу перемещения пациенту при проведении ЭЭГ-исследований, что особенно важно для изучения функций

мозга, обеспечивающих управление двигательными органами.

На чертеже приведена блок-схема устройства для ЭЭГ-исследований. Электроды для снятия биопотенциалов 1-11-п, конструктивно совмещенные с усилителями 21 2-п, устанавливаются на голове

пациента с помощью стандартных средств, например резиновых лент, прикрепляемых к шлему 3. Референтный электрод 1-р устанавливается на подбородке или на мочках ушей.

Внутри шлема 3 установлен блок преобразования информации 4, передатчик электромагнитного сигнала 5 с излучателем (антенной) 6 и автономный источник питания 7.

Выходы основных электродов 1-1

1-п, а также выход референтного электрода 1-р соединены с соответствующими входами усилителей 2-12-п, выходы которых

соединены с входами блока преобразования информации 4, а выход блока преобразования информации соединен с передатчиком электромагнитного сигнала 5, имеющим антенну 6. В качестве электромагнитного сигнала могут быть использованы как радиоволны, так и световые сигналы, например, в инфракрасном диапазоне.

Приемник электромагнитного сигнала 8 с приемной антенной (или фотоприемником) 9 и блок обработки и регистрации информации 10 располагаются на удалении от пациента в зоне действия канала связи между передатчиком и приемником.

Блок преобразования информации 4 включает в себя коммутатор 11, устройство управления 12, АЦП 13 и кодирующее устройство 14. Сигнальные входы Di Dn

коммутатора 11 соединены с выходами усилителей 2-1 2-п. Управляющие входы

коммутатора 11 соединены магистральной шиной с входом 1 устройства управления 12, а выход - с входом АЦП 13.

Управляющий вход с АЦП 13 соединен с выходом 2 устройства управления 12, а разрядные выходы АЦП 13 соединены шиной с входом 6 кодирующего устройства 14. Выход кодирующего устройства 14 соединен с входом передатчика электромагнитного сигнала 5.

Устройство управления 12, входящее з состав блока преобразования информации 4, состоит из генератора тактовых импульсов 15, двух счетчиков 16 и 17 и дешифратора 18. Выход генератора тактовых испульсов 15 соединен со счетным входом первого счетчика 16 и с наружным выходом 4 устройства управления 12. Разрядные выходы первого счетчика 16 соединены с разрядными входами дешифратора 18, а выход переполнения - со счетным входом второго счетчика 17, разрядные выходы которого соединены шиной с внешним выходом 1 устройства управления 12. Нулевой, второй и последний выходы дешифратора 18 соединены соответственно с вторым, третьим и пятым внешними выходами устройства управления 12. Кодирующее устройство 14,

0 также входящее в состав блока преобразования информации 4, состоит из регистра сдвига 19, схемы ИЛИ 20 и сумматора 21 по модулю 2 (ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ). Вход с регистра сдвига 19 соединен с наружным

5 входом 4 кодирующего устройства 14, а вход E/WR - с наружным входом 5. Информационные входы DI DI регистра сдвига 19

соединены шиной с наружным входом 6 кодирующего устройства 14, а информацион0 ные входы Di+1DH-K- с наружным входом

1. На информационный вход Dm регистра сдвига 19 постоянно подается логический нуль, а на информационные входы Dm-i и Dm-2 логическая единица (т - общее число

5 разрядов регистра сдвига, I - число разрядов АЦП). Входы 1, 2 и 3 схемы ИЛИ 20 соединены соответственно с наружными входами 2,3 и 4 кодирующего устройства 14. Вход 1 сумматора 21 по модулю 2 соединен

0 с наружным выходом регистра сдвига 19, а вход 2-е выходом схемы ИЛИ 20 Выход, сумматора 21 по модулю 2 соединен с наружным выходом кодирующего устройства 14.

5 Работа устройства для ЭЭГ-исследований происходит следующим образом.

С помощью эл-ектродов 1-1 .. . 1-п, установленных на голове пациента, измеряются биопотенциалы в каждой точке

0 относительно референтного электрода 1-р

и усиливаются усилителями 2-1 2-п.

Конструктивное совмещение усилителей с основными электродами обеспечивает существенное уменьшение влияния внешних

5 электромагнитных полей. Выходы усилителей 2-12-п с помощью коммутатора 11

поочередно подключаются к входу АЦП 13, который преобразует значение потенциала в параллельный двоичный код, передавае0 мый далее на вход 6 кодирующего устройства 14. Выбор соответствующего канала

проводится путем подачи на входы Ei ,

Ек параллельного двоичного кода с выхода 1 устройства управления 12. Одновременно.

5 этот же код подается на вход 1 кодирующего устройства 14 для записи номера канала в передаваемом слове. Передача информации проводится в последовательном дво- ичном коде Манчестер-2н. Для кодирования может быть использован стандартный кодер, либо упрощенное кодирующее устройство 14

Запись информации в регистр сдвига 19 проводится по команде устройства управления 12, подаваемой на вход E/WR регистра сдвига 19. Эта команда формируется в конце периода измерения каждого канала. В режиме считывания регистр сдвига 19 работает по тактовым импульсам, подаваемым на вход с.

В последнем разряде Dm регистра сдвига 19 постоянно формируется логический ноль, а в двух предпоследних разрядах Dm-i и Dm-2 - логическая единица, В сочетании с подачей на вход 2 сумматора 21 по модулю 2 двух дополнительных импульсов, это позволяет сформировать импульс нестандартной длительности, что однозначно идентифицирует начало каждого слова. Далее формируется стандартный код Манче- стер-2 путем суммирования по модулю 2 последовательного двоичного числа с выхода регистра сдвига 19с тактовыми импульсами, при этом на выходе сумматора 21 образуется последовательный двоичный код Манчестер-2 : единице соответствует сигнал в первой Половине такта, а нулю - сигнал во второй половине такта. Этими импульсами, подаваемыми с выхода кодирующего устройства 14 на вход передатчика электромагнитного сигнала 5, модулируется по амплитуде или частоте излучаемый электромагнитный сигнал.

В приемном такте 8 этот сигнал принимается приемной антенной (фототранзистором) 9, усиливается, декодируется и подается на вход обрабатывающего и регистрирующего устройства 10, в качестве которого может быть использована как стандартная ЭВМ, так и обыкновенный ЦАП, который преобразует цифровой сигнал в аналоговую форму Далее этот аналоговый сигнал может быть выведен на стандартный самописец

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство для ЭЭГ-исследований позволяет избавиться от влияния внешних артефактов, вызванных перемещением проводов, соединяющих электроды с усилителями (здесь эти провода фактически отсутствуют), уменьшить влияние внешних электромагнитных полей, а также обеспечить проведение исследований мыслительных процессов в естественных условиях, не связывая свободу перемещения пациента.

Формула изобретения

1. Устройство для электроэнцефзлографи- ческих исследований, содержащее члектро- ды для снятия биопотенциалов, устанавливаемые в шлеме, усилители биопотенциалов, входы которых соединены с выходами электродов, блок преобразования информации, блок обработки и регистрации информации и источник питания, о тличающееся тем, что, с целью уменьшения влияния артефактов, в состав устройства введены передатчик и приемник электромагнитного сигнала, причем усилители биопотенциалов, блок преобразования

информации, передатчик электромагнитного сигнала и автономный источник питания устанавливаются в шлеме, при этом выходы усилителей соединены с входами блока преобразования информации, выход которого

соединен с входом передатчика электромагнитного сигнала, а выход приемника электромагнитного сигнала соединен с входом блока обработки и регистрации информации.

2. Устройство по п. 1, отл и ч а ю ще е- с я тем, что блок преобразования информации включает в себя коммутатор, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с информационным входом кодирующего устройства, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены с соответствующими выходами устройства управления, первый выход которого, кроме того, подключен к Е-группе входов коммутатора, D-rpyn- па входов которого соединена с входной шиной блока преобразования информации, а управляющий вход аналого-цифрового преобразователя подключен к второму выходу устройства управления.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что кодирующее устройство включает в себя сумматор по модулю два, выход которого соединен с выходной шиной

блока преобразования информации, а один из входов соединен с выходом схемы ИЛИ, входы которой подключены к второму, третьему и четвертому входам кодирующего устройства, а второй вход соединен с выходом регистра сдвига, у которого группы входов С, E/WR, D подключены соответственно к четвертому, пятому, информационному и первому входам кодирующего устройства. 4 Устройство попп1и2, отличающ е е с я тем, что устройство управления включает в себя последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, первый счетчик и дешифратор, причем «-выход первого счетчика через второй счетчик соединен с первым выходом устройства управления, второй, третий и пятый выходы которого подключены к выходам дешифратора, а четвертый выход - к выходу генератора тактовых импульсов.

5. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, корпус шлема выполнен из экранирующего материала.

6. YcfpoucTBO по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что усилители биопотенциалов конструктивно совмещены с электродами.

Изобретение относится к медицине, в частности к электроэнцефалографии, Цель изобретения - снижение влияния артефактов при проведении исследований Цель достигается путем телеметрической передачи электроэнцефалографических биосигналов, введением в состав шлема, состоящего из внутренней оболочки с расположенными на ней электродами 1 и жесткого наружного корпуса, усилителей 2 биопотенциалов, коммутатора 11, устройства 12 управления, АЦП 13, кодирующего устройства 14, передатчика 5, приемника 8 и блока обработки и регистрации 10 и соответствующего соединения их в схеме. Кроме того, внутренняя оболочка шлема выполнена из эластичногб экранирующего материала 5з п ф-лы, 1 ил