Многоканальный усилитель биопотенциалов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„) 222239 А (51) 4 А 61 В 5/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Ъ, 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/ " ц

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 369470!/28-14 (22) 19.01.84 (46) 07.04.86. Бюл. ¹ 13 (71) Научно-производственное объединение по радиоэлектронной меди— цинской аппаратуре (72) Г.Л.Аранозич, В.И.Евдокимов, О.Н.Коцовский, Б.М.Орепер и В.M.Тафель (53) 615.47(088.8) (56) Патент США № 4,245.650, кл. А 61 В 5/04, 1979.

С:

М.

°

h4

h4

Ю

Ю

СФ

C© (54) (57) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

БИОПОТЕНЦИАЛОВ, содержащий биоэлектроды, соединенные с мультиплексором, последовательно включенные дифференциальный усилитель, амплитудный модулятор, выход которого соединен с входом первого блока развязки,,первый узел синхронизации, выходы которого подключены к амплитудному модулятору, счетному и установочному входам первого двоичного счетчика, выходы которого соединены с декодером, а выходы последнего подключены к входам управления мультиплексора, сигнальные входы которого соединены с биоэлектродами, усилитель, вход которого подключен к выходу первого блока развязки, а выход соединен с входом демультиплексора, к выходам которого подключены запоминающие элементы, соединенные с фильтрами низкой частоты, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к счетному входу второго двоичного счетчика и первому входу второго узла синхронизации, второй вход которого соединен с одним из выходов второго двоичного счетчика, выходы которого соединены с декодером, а выходы последнего подключены к входам управления демультиплексора, причем второй узел синхронизации соединен с входом второго блока развязки, выход которого соединен с входом первого блока синхронизации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения контроля контакта электродов, в него введены светодиоды, элемент ИЛИ-..

НЕ, выход которого соединен с катодами светодиодов, аноды которых подключены к соответствующим выходам декодера, заградительные фильтры сетевой помехи, соединенные с выходами фильтров низкой частоты, источники опорного напряжения положительной и отрицательной полярности, два компаратора, сигнальные входы которых подключены к выходу усилителя, а опорные входы - к соответствующему источнику опорного напряжения, и дополнительный биоэлектрод, соединенный с общей шиной и с инвертирующим входом дифференциального усилителя.

Изобретение относится к медицинс. кой -ехнике и предназначено для съема и усиления биоэлектрических сигналов, в частности электрокардиосигналов.

Цель изобретения — повышение надежности съема информации при наличии сетевой помехи путем контроля состояния контактов электродов с биообъектом.

На фиг, 1 и 2 представлены блоксхема и осциллограммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство содержит электроды соединенные с мультиплексором 2, управляемого декодером 3, а его выход соединен с дифференциальным усилитет..ем 4, на выходе которого устано-злен амплитудный модулятор 5, подключенный к первичной обмотке сигнального трансформатора 6. Формирователь 7 тактовых и синхронизирующих импульсов соединен с вторичной обмоткой тактируюшего трансформатора 8. Тактовый выход формирователя 7 соединен с амплитудным модулятором 5 и счетным входом двоичного счетчика 9. Питание всех указан ных блоков производится от источ. ника 10 питания, поцключенного к трансформатору 11 питания, и заземленного ис" î÷íèê,,à 12 питания. Выход усилителя 13 соединен с входом демультиплексора 14 и компараторов

l5 5и 16. Генератор 17 соединен с двоичным счетчиком 18 и формирователем 19 тактовых и синхронизирующих импульсов. Выходы декодера 20 соединены со светодиодами 21 и входами управления демультиплексора 14.

Запоминающие элементы 22 вьлолнены на конденсаторах и служат для демо-дуляции. На выходе устройства уста-новл ны фильтры 23 низкой « астоты

Элемент 24 ИЛИ-НЕ соединен с др угими электродами светодиодов 21. Формирователи 7 и 19 и трансформатор

8 образуют узел тактирования и синхронизации. Заграждающие фильтры 25 сетевой помехи включены последовательно с фильтрами 23 низкой частоты, На фиг. 2 изображены диаграммы поясняющие работу устройства при подаче на мультиплексор 2 пяти сигналов от электродов l. В первом такте Тl на выхоц модулятора 5 поступает сигнал с первого электрода 1.

Причем модуляция осушествлена таким

1222239 2 образом, что половину такта выход модулятора 5 заземлен, В четвертом такте Т4 на выходе модулятора 5 очень большой сигнал положительнбй полярности, поступающий с четвертого электрода 1. В такте Т6 осуществлена синхронизация счетчиков 9 и 18. Затем все такты повторяются.

Устройство работает следующим образом, Тактовые импульсы, вырабатываемые формирователем 7, поступают на двоичный счетчик 9. Счетчик 9 последовательно проходит все свои и состояний (количество состояний счетчика 9 больше или равно количеству входов мультиплексора 2).

Состояние счетчика 9 в двоичном коде декодируется декодером 3 и в унитарном коде поступает на и входов управления мультиплексора 2.

Поочередно, в соответствии с поступающим кодом, все и входов подключаются к входу усилителя 4. Сигнал модулируется в модуляторе 5 и через трансформатор 6 поступает на усилитель 13. Частота несущей, поступающей на модулятор 5 с формирователя 7, в два или более раза превышает частоту переключения каналов мультиплексора 2. Усиленный усилигелем 13 сигнал поступает на демультиплексор 14. Число выходов демультиплексора 14 4совпадает с числом входом мультиплексора 2. На запоминающих элементах 22 происходит демодуляция сигнала. Отфильтрованные фильтрами 23 сигналы поступают на выходь1.

2О

ЗО

4С

5Î

Синхронизация переключения каналов в мультиплексоре 2 и демультиплексоре 14 осуществляется путем синхронизации счетчиков 9 и 18, управляющих работой мультиплексора 2 и демультиплексора 14. Счетчик 18 является ведущим, а счетчик 9 ведомьп . При заполнении счетчика 18 вырабатывает импульс, устанавливающий его в нулевое состояние. Одновременно этот импульс поступает на формирователь 19. Последний вырабатывает импульс, отличный от тактовых (этот импульс может быть, например, иной амплитуды, длительности или полярности). Формирователь 7 выделит по заданному признаку импульс синхронизации и подаст его на вход установки счетчика 9.

1222239

Напряжение сетевой помехи, наводимое на биообъекте сетью переменного тока, является одинаковым для всех точек тела, в то же время биопотенциалы для каждой точки индивидуальны. Поэтому в дифференциальном усилителе 4 сигнал помехи подавляется, а биосигнал нет. Если любой

1 из электродов 1 перестанет контактировать с биообъектом, то сетевая помеха в сигнале, снимаемом с соответствующего электрода I.ïîäàâëÿòüся не будет. Так, в примере, показанном на фиг. 2, сетевая помеха снимается с четвертого электрода 1, не подавляется и сигнал в такте Т4 очень большой. Соответственно в такте Т4 сигнал на входе компаратора

16 превысит +U ä, компаратор 16 сработает и на его выходе появится

"1". На выходе элемента 26 ИЛИ-НЕ появится напряжение логического нуля ° В этот же момент времени счетчик 18 находится в четвертом состоянии и поэтому только на четвертом выходе декодера 20 имеется напряжение логической единицы. Следовательно, только через четвертый светодиод 21 в каждом цикле проходит ток, и он светится. Так как тактовая частота выбрана порядка

10 кГц, то свечение светодиода 21 воспринимается как непрерывное. В остальных тактах компараторы 15 и 16 не срабатывают и ни один светодиод

21 не загорится. Напряжение синфазной помехи — переменное напряжение, поэтому в какой-то момент времени оно станет отрицательной полярности и (-U . Сработает компаратор 15 и вновь загорится четвертый свето1О диод 21 °

Таким образом, при нарушении контакта между электродом 1 и биообъектом загорается соответствующий светодиод 21 и индицирует отсутствие контакта данного электрода

1. Этот же сигнал может. быть использован для срабатывания соответствующих автоматических устройств. В случае нарушения контакта между биообъектом и электродом 1, соединенным с общей шиной развязанной части, будут гореть все светодиоды 21, В случае, когда контакт между электродом 1 и биообъектом ухудшен настолько, что величина сетевой помехи оказывается того же порядка, что и полезный биосигнал, однако не превышает U,„(êoìïàðàòîðû 15 и 16 не сработали), заградительные фильтры 25 сетевой помехи ослабят сетевую помеху, не ослабляя полезный сигнал.

1222239

Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1633/2

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная. 4

Составитель П.Буданов

Редактор И.Савко ТехредВ.Кадар Корректор С.ЧеРни