Устройство для коррекции поляризационных искажений Советский патент 1982 года по МПК A61N1/36 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ

ИСКАЖЕНИЙ

Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам для коррекции поляризационных искажений.

Известны устройства для коррекции поляризационных иска кений, содержащие генератор, конденсатор, блок анализа и электроды 1.

Недостаток данных устройств - низкая точность коррекции поляризационных искажений.

Наиболее близким к. предлагаемому является устройство для коррекции поляризационных искажений, содержащее формирователь длительности короткого .замыкания, ключ, генератор, формирователь длительности,.формирователь тока, конденсатор и электрод 2.

Недостатком известного устройства является большая длительность коррекции поляризационных искажений, вызванная необходимостью постоянной ручной подстройки формирователя дли.тельности короткого замыкания.

Цель изобретения - сокращение времени поляризационных искажений.

Для достижения поставленной цели в устройство для коррекции поляризационных искажений, содержащее связанные между собой формирователь

длительности короткого замыкания ключ, а также последовательно соединенные генератор, формирователь длительности, формирователь тока, свя-эанный с ключом, конденсатор и электрод, введены связанные меткду собой формирователь тока корректирующего импульса и блок анализа, подключенный к конденсатору, форми10рователю длительности короткого замыкания, ключу и формирователю длительности, причем блок анализа содержит буферный каскад, формирователь строб-импульсов, два дифферен15циальных усилителя, связанные между . собой компаратор и триггер и четыре схемы памяти, входы которых соединены с буферным каскадом и формирователем строб-импульсов, а выходы 20со входами дифференциальных усилителей, подключенных к компаратору, формирователь строб импульсов содержит четыре преобразователя уровня, одновибратор, первый инвертор,

25 первую схему ИЛИ-НЕ, последовательно соединенные второй инвертор, схему задержки, третий инвертор, вторую схему ИЛИ-НЕ, четвертый инвертор и схему И-НЕ, одновибратор свя30зан со вторым инвертором и первым преобразователем уровня, второй пре образователь уровня подключен ко второй схеме ИЛИ-НЕ, первый инверто связан с Первой схемой ИЛИ-НЕ и тре тьим преобразователем уровня, а схема И-НЕ соединена со схемой задержки и четвертым преобразователем уровня. На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 формирователь строб-импульсов на фиг.З и 4 - диаграммы, поясняющие р боту устройства. Устройство содержит генератор 1, формирователь 2 длительности, формирователь 3 тока, конденсатор 4, первый электрод 5, биоткань 6, второй электрод 7, ключ 8, формировате 9длительности короткого замыкания, блок 10 анализа и формирователь 11 тока корректирующего импульса. Бло 10анализа содержит буферный каскад 12, четыре схемы 13-16 памяти, два дифференциальных усилителя 17 и 18, компаратор 19, формирователь 20 стр импульсов., RS-триггер 21 V имеет первый 22, второй 23 и третий 24 вх ды, первый 25 и второй 26 выходы. Эквивалентная схема контакта биоткани 6 с электродами 5 и 7 (фиг.1) имеет сопротивление 27 и емкость 28 поляризации, а также сопротивление 29 биоткани. Формирователь 20 строб-импульсов имеет первый 24, второй 25 и третий 23 входы, первый 30, третий 32 и четвертый 33 выходы и содержит (фиг,2) четыре инвертора 34-37, четыре преобразователя 38 41 уровня, первый 42 и второй 43 двухвходовые элементы ИЛИ-НЕ, двухвходовой элемент 44 И-НЕ, одновибра тор 45 и схему 46 задержки. Схемы 13-16 памяти в блоке 10 анализа могут быть выполнены любым известньм способом, например, в виде электронного ключа на МОП-;ТранSHCfope с индуцированным каналом р-типа и конденсаторе kpaHeHHH (фиг,1) . в этом случае преобразователи уровня 38-41, необходимые для управления ключами на МОП-транзисторах в схемах выборки-хранения, могут быть выполнены, например, в виде ключей на р-п-р транзисторах (фиг,2). Буферный каскад 12, который служит для развязки биоткани 6 от схем 13-16 памяти блока 10 анализа,.може быть выполнен, например, в виде пов торителя напряжения. В этом случае коэффициенты усиления-дифференциаль ных усилителей 17 и 18 выбираются равными единице. В качестве схемы 46 згадержки может быть использована, например, простая интегрирующая резистивноемкостная цепочка (фиг.2), затяпсвающая на своем выходе передние и задние фронты импульса, поступившего на ее вход. В этом случае для формирования на выходе третьего инвертора 35 и схемы 44 И-НЕ импульсов, запаздывающих во времени относительно момента начала импульсов на их входах, применен известный прием использования напряжения порога переключения (эпюра Вых. 46 фиг.З) логического элемента и затянутых фронтов входных импульсов . Устройство работает следующим образом. До прихода запускающего импульса генератора 1 в момент t, схемы 13-16 памяти находятся в режиме записи (их ключи замкнуты), напряжение на электродах 5 и 7 и выходе буферного каскада 12 равно потенциалу поляризации электродов Цу, . Напряжения на выходах дифференциальных усилителей 17 и 18 и компаратора 19 равны нулю, поскольку на всех их входах присутствует одинаковое напряжение равное ((у,. Ключ 8 находится в замкнутом состоянии до момента t (фиг.4), верхний уровень эпюр Вых. Вых.31, 9, Вых.30 Вых. 32,Вых.33. означает разомкнутое, а нижний уровень - замкнутое состояния соответствующих ключей. Триггер 21 до момента t находится в состоянии О. Генератор 1 вырабатывает импуль.сы с требуемым периодом стимуляции Т , каждый из которых в момент t запускает формирователь 2 длительности стимула . (0,5-1 мс) , запускающий формирователь 3 тока стимула Ij, и по входу 24 формирователь 20 строб-импульсов блока 10 анализа. В результате этого формирователь 20 строб-импульсов на выходе 30 вырабатывает строб-импульс длительностью Трд, переводящий схему 13 памяти в .режим хранения на выходе 26 напряженияЧу,, имевшегося на электродах до нанесения стимула тока 1, который через конденсатор 4 и электроды 5 и 7 поступает на биоткань 6. При этом на электродах 5 и 7 в течение Длительности стимула Т, развивается напряжение, складывающееся из постоянного падения напряжения на сопротивлении29 и нарастающего напряжения поляризации на элементах 27 и 28 из-за заряда емкости 28 током If, Через 5-10 мне после момента t заверщается формирование переднего фронта стимула и в момент t формирователь 20 строб-импульсов на выходе 31 вырабатывает строб-импульс/ переводящий схему 14 памяти в режим хранения на инвертирующем входе дифференциального усилителя 17 напряжения Uj., , практически равного напр жению на электродах в начале стимула T,Q, т.е. напряжению, развиваемому током Ij- на сопротивлении 29. В момент t. окончания стимула Тщ.; формирователь .20 строб-импульсов на выходе 32 вырабатывает строб импульс, переводящий схему 15 памяти в режим хранения на неинвертирую щем входе дифференциального усилите ля 17 напряжения U., равного напря жению на электродах Цдл в конце стимула Ту,(., которое равно сумме напряжения U, и напряжения поляризации U|-,, до которого заряжается емкость 28 за время длительности стимула Тис. В результате этого на выходе дифференциального усилителя 17 и инвертирующем входе компаратора 19, начиная с момента t , напряжение растет, повторяя форму напряжения f переводит компаратор 19 -до момента ,Т4. в состояние максималь ного положительного напряжения на выходе (поскольку напряжение на его неинвертирующем входе до момента t продолжает оставаться нулевым из-за равенства входных напряжений дифференциального усилителя 18), а момент t фиксируется на уровне напряжения поляризации U U -U до момента t. При окончании стимула Т, в момен t его задний фронт через вход 24 блока 10 анализа переводит по S-вхо ду триггер 21 из состояния О в . Этот перепад по выходу 25 бл ка 10 анализа запускает формировател 11 тока корректирующего импульса ам плитудой lyt, который через конденсатор 4 и электроды 5 и 7 поступает на биоткань б, развивая на ней в течение длительности корректирующего импульса Т, (до момента t) , напряжение, противоположное по знаку стимулирующему напряжению и скла дывающееся из постоянного напряжени на сопротивлении 29 и нарастающего напряжения поляризации из-за переза ряда емкости 28 током 1. Через 5-10 МКС после момента t, завершается формирование заднего фронта стимула и переднего фронта корректирующего импульса, а в момент t формирователь 20 строб-импульсов на выходе 33 вырабатывает строб-импульс, переводящий схему 16 памяти в режим хранения на неинвертиругацем входе дифференциального усилителя 18.напряжения U,, практи чески равного напряжению на электро дах в начале корректирующего им пульса Ту(ц, т.е. напряжению, развиваемому током I к на сопротивлении 29, В результате этого,начиная с момента tj/ напряжение на выходе дифференциального усилителя 18 и неинвертирующем входе компаратора 19 растет по абсолютной величине, повторяя форму напряжения , в момент t достигает величины напряжения и , зафиксированного на инвертирующем входе компаратора 19, и переводит компаратор 19 в состояние нулевого напряжения на выходе.-Последний перепад переводит по R-BXOду триггер 21 из состояния «Ч в О, что по выходу 25 блока 10 анализа прекращает работу форт-шрователя 11 тока корректирующего импульса, т.е. прекращает поступление корректирующего тока I к. в биоткань 6. Таким образом, действие корректирующего импульса тока Tj, прекращается в момент t, когда напряжение и ц иц ц-UKH становится равным по абсолютной величине напряжению поляризации (,U{.-Uj.H, до которого была заряжена емкость 28 за время действия стимула Т,,. Тем самым, происходит компенсация напряжения Uric Как известно из электрохимии/ сопротивление 29 и емкость 28 поляризации нелинейны вследствие так называемого эффекта фарадеевского выпрямления: вольт-амперная харак- теристика системы электроды-биотканЪ для отрицательного (Т) и положительного (Тц|с) импульсов тока является несимметричной из-за различной химической кинетики анодных и катодных реакций. Следовательно, при прекращении действия корректирующего импульса в момент t компенсируется основная доля напряжения поляризации величиной 300-1500 мВ, накопленного на емкости 28 за время действия ст1шула TMC Поэтому при отсутствии ключа 8 остаточное напряжение поляризации величиной 10-50 мВ медленно релаксирует к равновесному уровню напряжения . В результате этого становится невозможным регистрировать сигналы электроактивности биоткани величиной 2-30 мВ (на эпюре фиг.4 такая ситуация показана длинным пунктиром после момента Ъд.) . Для ускоренного выравнивания напряжения Цдд к уровню напряжения ipj, , имевшемуся на электродах до нанесения стимула Ту,., в момент одновременно с прекращением корректирующего импульса Т по выходу 25 блока 10 анализа запускается формирователь 9 длительности короткого замыкания, вырабатывающий импульс длительностью , замыкающий клич 8 и поступающий на вход 23 блока 10 анализа. При. этом левая (фиг.1) обкладка конденсатора 4 замыкается с электродом 7 и напряжение Ug/y быстро и плавно выравнивается в течение длительности , до уровня напряжения fy, за счет напряжения на конденсаторе 4, накопленного за время действия импульсов . и , как показано на эпюре U фиг.4. В момент tfj импульс TK кончается и формирователь 20 строб-импульсов вырабатьшает на выходах 31-33 сигналы переводящие соответственно схемы 14 16 памяти снова в режим записи, а напряжения на выходах дифференциаль ных усилителей 17 и 18 становятоя равными нулю, поскольку на их входах устанавливаются одинаковые напряжения. В момент t с задержкой в нескол ко миллисекунд относительно момента tg формирователь 20 строб-импульсов на выходе 30 вырабатьшает сигнал окончания импульса блокировки Tg, переводящий схему 13 памяти снова в режим записи, т.е. подключает выход 26 блока 10 анализа к напряжению на электродах . Задержка созд ет необходимый запас на изменение длительности корректирующего импульса TV,H при изменении параметров эквивалентной схемы биоткани б. Таким образом, после момента t ,элект стимулятор переходит в исходное состояние. При этом с выхода 26 блока 10 анализа можно снимать неискаженные стимулом и поляризационными явлениями после него сигналы вызванной стимулом электроактивности биоткани 6, обозначенные ВЭА на эпюрах и и Вых.26 фиг, 4,. Поскольку после момента t схема 13 памяти находится в режиме записи (ее ключ замкнут), то,если до окончания периода стимуляции Т появляется сигнал естественной электр активности биоткани 6, обозначенный ЕЭА на эпюрах и Вых.26 фиг.4, его, очевидно, также можно регистрировать с выхода 26 блока 10 анализа. При приходе очередного запускающего импульса генератора 1, весь цикл работы устройства повторяется описанным выше образом. Таким образом, устройство обеспечивает автоматическую настройку длительности корректирующего- импуль са Т , что снижает время коррекции поляризационных искажений. При автоматической коррекции поляризационных искажений после стиму ла устройство позволяет регистрировать как вызванную стимулом, так и естественную электроактивность биоткани. Из электрофизиологии известно, что эффект стимуляции возбудимой биоткани, в частности сердца, зависит от интенсивности стимула, т.е. от произведения его -амплитуды тока на длительность. Поэтому формирователь 3 тока стимулирующих импульсов может быть выполнен управляемым по амплитуде тока при постоянной длительности импульса или же формирователь 2 длительности может быть выполнен управляемым по длительности стимулирующего импульса при постоянной амплитуде тока. В любом случае предлагаемое устройство обеспечивает автоматическую коррекцию поляризационных искажений после стимула, несмотря на изменения параметров сопхэотивления 29 и емкости 28 поляризации эквивалентной схемы биоткани 6, вызванных, например, изменением интенсивности стимула. Таким образом, предла-гаемое устройство позволяет исключить необходимость настройки и сократить время коррекции поляризационных искажений после стимула, а также регистрировать (выделить) сигнал вызванной им электроактивности биоткани и на этой основе автоматизировать работу в процессе электростимуляции. Формула изобретения Устройство для коррекции поляризационных искажений, содержащее связанные между собой формирователь длительности короткого замыкания и ключ, а также последовательно соединенные генератор, формирователь длительности, формирователь тока, связанный с ключом, конденсатор и электрод, отлич ающеес я тем, что, с целью сокращения времени коррекции поляризационных искажений, оно снабжено связанными между собой формирователем тока корректирующего импульса и блоком анализа, подключенным к конденсатору, формирователю длительности короткого замыкания, ключу и формирователю длительности, причем блок анализа содержит буферный каскад, формирователь строб-импульсов, два дифференциальных усилителя, связанные между собой компаратор и триггер и четыре схемы памяти, входы которых соединены с буферным каскадом и формирователем строб-импульсов, а выходы - с входами дифференциальных усилителей, подключенных к компаратору, при этом формирователь стробимпульсов содержит четыре Преобразователя уровня, одновибратор, первый инвертор, первую схему ИЛИ-НЕ, последовательно соединенные второй инвертор, схему задержки, третий инвертор, вторую схему ИЛИ-НЕ, четвертый инвертор и схему И-НЕ, причем одновибратор связан со вторым инвертором и первым преобразователем уровня, второй преобразователь уровня подключен ко второй схеме ИЛИ-ЙЕ, первый инвертор связан с первой схемой ИЛИ-НЕ, второй схемой ИЛИ-НЕ и третьим преобразователем уровня, а схема И-НЕ соединена со схемой задержки и четвёртым преобразователем уровня.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

. 1. Авторское свидетельство СССР 556816, кл. А 61 N 1/36, 1977.

вх.2Ч 8x25 ж/J

8м 35

ddtx.3 бык. 42

дыхЛ

8bfx.30Bt /)(. 3/ 8ых. 52

ЛЛ.Л

(Put. Ь

+

О

+f

-,