Устройство комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы

Изобретение относится к медицинской технике и используется для диагностики вегетативной нервной системы. Устройство содержит персональный компьютер, датчики электродермальной активности, через усилители сигналов и фильтры связанные с аналоговым мультиплексором, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, связанный с персональным компьютером, блок гальванической развязки, источник опорного напряжения, датчик фотоплетизмографии, пьезоэлектрический дыхательный датчик, датчики электромиографии, датчики электрокардиографии, а мультиплексор выполнен встроенным в аналого-цифровой преобразователь, при этом датчик фотоплетизмографии через усилитель сигнала фотоплетизмографии и фильтр сигнала фотоплетизмографии подключен к мультиплексору, пьезоэлектрический дыхательный датчик через усилитель сигнала дыхания и фильтр сигнала дыхания подключен к мультиплексору, датчики электромиографии через усилители сигналов биоэлектрической активности мышц и фильтр сигнала биоэлектрической активности мышц подключены к мультиплексору, датчики электрокардиографии через усилители сигналов биоэлектрической активности сердечной мышцы и фильтр сигнала биоэлектрической активности сердечной мышцы подключены к мультиплексору; блок гальванической развязки соединен с микроконтроллером и с преобразователем интерфейса, соединенного с персональным компьютером, а источник опорного напряжения подключен к блоку питания прибора, который, в свою очередь, подключен к персональному компьютеру через USB порт. Устройство позволяет повысить точность оценки функционального состояния пациента, обеспечивает возможность проведения исследования в режиме мониторинга и использование его в стационарном и мобильном режимах. 2 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике и используется для диагностики вегетативной нервной системы.

Известно устройство комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы, содержащее персональный компьютер, датчики электродермальной активности, через усилители биопотенциалов и фильтр связанные с аналоговым мультиплексором, который связан с аналого-цифровым преобразователем, микроконтроллер, первый выход которого соединен с аналоговым мультиплексором, второй выход через первый цифроаналоговый преобразователь подключен к источнику стимулирующего тока, третий выход микроконтроллера через второй цифроаналоговый преобразователь соединен с источником звука, четвертый выход микроконтроллера через третий цифроаналоговый преобразователь соединен с источником зрительного сигнала, датчик дыхания и датчик частоты сердечных сокращений, усилитель сигнала дыхания, фильтр сигнала дыхания, усилитель сигнала частоты сердечных сокращений, фильтр сигнала частоты сердечных сокращений, датчик дыхания через усилитель сигнала дыхания и фильтр сигнала дыхания соединен со входом аналого-цифрового мультиплексора, датчик частоты сердечных сокращений и фильтр сигнала частоты сердечных сокращений подключен ко входу аналогового мультиплексора, а микроконтроллер связан с персональным компьютером (пат. №2229838 РФ. МПК⁷ А61В 5/05. Способ комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы и устройство для его осуществления. Шмелев С.И. / ООО "Нейро-Софт". Бюл. №16, 2004).

На фиг.1 изображена блок-схема данного устройства, где 1 - датчики электродермальной активности, на которых находятся вызванные кожные вегетативные потенциалы (эти датчики располагаются на поверхности рук обследуемого пациента), 2 - усилители биопотенциалов по числу датчиков 1, 3 - фильтры, 4 - аналоговый мультиплексор, на который кроме указанных сигналов поступают сигналы от датчиков температуры 5, прошедшие через усилитель сигнала температуры 6 и фильтры сигнала температуры 7, от датчика дыхания 8, прошедшие через усилитель сигнала дыхания 9 и фильтр сигнала дыхания 10, и от датчика частоты сердечных сокращений 11, прошедшие через усилитель сигнала частоты сердечных сокращений 12 и фильтр сигнала частоты сердечных сокращений 13, аналоговый мультиплексор 4 через аналого-цифровой преобразователь 14 соединен со входом микроконтроллера 15, первый цифровой выход которого соединен с управляющими входами аналогового мультиплексора 4, второй цифровой выход соединяется с первым цифроаналоговым преобразователем 16, аналоговый сигнал с выхода которого подключен к источнику стимулирующего тока 17, третий цифровой выход микроконтролера 15 через второй цифроаналоговый преобразователь 18 соединен с источником звука 19, а четвертый цифровой выход микроконтроллера 15 через третий цифроаналоговый преобразователь 20 подключен к источнику зрительного сигнала 21, микроконтроллер 15 имеет связь с персональным компьютером 22 по одному из известных интерфейсов.

После подготовки пациента и установки всех необходимых датчиков от персонального компьютера оператором подается сигнал к началу эксперимента. При этом микроконтроллер 15 вырабатывает на своем первом цифровом выходе код длительности, форм и величины токового воздействия, цифроаналоговый преобразователь 16 формирует на своем выходе аналоговый сигнал, который поступает на источник стимулирующего тока 17, размещенный на указательном пальце правой руки. Воздействуют на нервные окончания, это воздействие приводит к возбуждению нервной системы с последующими вегетативными реакциями, выраженными в виде изменения вызванных кожных вегетативных потенциалов, анализируемых датчиками электродермальной активности 1. Сигналы с датчиков, размещенных на руках и ногах пациента, обрабатываются усилителями биопотенциалов 2 и фильтрами 3. На вход аналогового мультиплексора 4 кроме указанных поступают сигналы от датчика температуры 5, датчика дыхания 8, датчика частоты сердечных сокращений 11, прошедшие через свои усилители 6, 9 и 11, а также через свои фильтры 7, 10, 13. Аналоговый мультиплексор, получая через первый цифровой выход сигнал управления от микроконтроллера 15, последовательно коммутирует указанные аналоговые сигналы на вход аналогового преобразователя 14, который оцифровывает сигналы измерения и подает их на вход микроконтроллера 15. Тот, в свою очередь, накапливает информацию и передает ее в персональный компьютер 22. Последовательно с данным стимулирующим воздействием или одновременно с ним возможна подача звуковых (от источника звука 19) или зрительных (от источника зрительных сигналов 21) воздействий на обследуемого пациента с одновременной записью ответной реакции по принципу, понятному из вышесказанного. После накопления информации она обрабатывается в персональном компьютере, где определяются все параметры, перечисленные в описании способа.

Это устройство выбрано за прототип.

Данное устройство не позволяет получить данные о биоэлектрической активности скелетной мускулатуры, некоторых важных показателей дыхания (скорости вдоха и выдоха и амплитуды экскурсии грудной клетки), большинства показателей сердечной деятельности и не учитывает изменение всех исследуемых показателей во времени, что не дает достаточно точной картины состояния и динамики показателей вегетативной нервной системы. Также это устройство может работать только в стационарном режиме от сети переменного тока.

Задачей изобретения является повышение точности оценки функционального состояния пациента, возможность проведения исследования в режиме мониторинга и обеспечение мобильности устройства.

Это достигается за счет того, что устройство дополнительно содержит блок гальванической развязки, источник опорного напряжения, датчик фотоплетизмографии, пьезоэлектрический дыхательный датчик, датчики электромиографии, датчики электрокардиографии, а мультиплексор выполнен встроенным в аналого-цифровой преобразователь, при этом датчик фотоплетизмографии через усилитель сигнала фотоплетизмографии и фильтр сигнала фотоплетизмографии подключен к мультиплексору, пьезоэлектрический дыхательный датчик через усилитель сигнала дыхания и фильтр сигнала дыхания подключен к мультиплексору, датчики электромиографии через усилители сигналов биоэлектрической активности мышц и фильтр сигнала биоэлектрической активности мышц подключены к мультиплексору, датчики электрокардиографии через усилители сигналов биоэлектрической активности сердечной мышцы и фильтр сигнала биоэлектрической активности сердечной мышцы подключены к мультиплексору; блок гальванической развязки соединен с микроконтроллером и с преобразователем интерфейса, соединенного с персональным компьютером, а источник опорного напряжения подключен к блоку питания прибора, который, в свою очередь, подключен к персональному компьютеру через USB порт.

Для фиг.2 введены следующие обозначения: 1 - датчики электродермальной активности, на которых наводятся вызванные кожные вегетативные потенциалы (эти датчики располагаются на поверхности рук обследуемого пациента), 2 - усилители биопотенциалов для электродермальной активности со встроенным фильтром (низких частот) НЧ, 14 - аналого-цифровой преобразователь со встроенным мультиплексором 4 и источником опорного напряжения 19, на который кроме указанных сигналов поступают сигналы от пьезоэлектрического датчика дыхания 5, прошедшие через усилитель сигнала 6 со встроенным фильтром НЧ 7, и от датчиков электрокардиографии 8 через усилитель сигнала электрокардиографии 9 со встроенным полосовым фильтром 10. Аналого-цифровой преобразователь 14 соединен со входом микроконтроллера 15, первый цифровой выход которого соединен с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя 14, а второй цифровой выход через блок гальванической развязки 20 соединен с преобразователем интерфейса 21 и персональным компьютером 22. Устройство дополнительно содержит два электромиографических датчика 11, соединенные через усилители сигнала биоэлектрической активности мышц 12, фильтры сигнала биоэлектрической активности мышц 13 и через мультиплексор 4 с аналого-цифровым преобразователем 14. Также устройство дополнительно снабжено датчиком фотоплетизмографии 16, сигнал от которого, прошедший через усилитель сигнала фотоплетизмограммы 17 со встроенным полосовым фильтром 18 через мультиплексор 4, поступает на аналогово-цифровой преобразователь 14. Блок питания прибора 23 осуществляет питание прибора и подключен через USB порт к персональному компьютеру 22. Блок гальванической развязки 20 обеспечивает безопасность испытуемого во время исследования от перенапряжения до 4 кВ.

Устройство комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы работает следующим образом: после подготовки пациента и установки всех необходимых датчиков от персонального компьютера оператором подается сигнал к началу эксперимента. При этом микроконтроллер 15 вырабатывает на своем первом цифровом выходе сигнал для включения аналогово-цифрового преобразователя 14 для работы с электродермальным датчиком, после чего ожидает завершение процесса преобразования и принимает цифровой код. Далее микроконтроллер 15 переключает аналогово-цифровой преобразователь 14 на датчик дыхания 5, ожидает завершения преобразования и принимает цифровой код и так далее последовательно со всеми остальными датчиками: электромиографическим датчиком 11, электрокардиографическим датчиком 8, датчиком фотоплетизмограммы 16. После чего накопленные данные в микроконтроллере 15 через блок гальванической развязки 20 и преобразователь интерфейса 21 передаются в персональный компьютер 22, стандарт передачи данных RS 232. Передача данных осуществляется с последующей сверкой контрольной суммы, в случае не совпадения которой, передача данных повторяется.

Далее система переходит на начальный этап, и действия повторяются. За одну секунду выполняется 2000 циклов, что обеспечивает необходимую частоту дискретизации для всех исследуемых сигналов.

Работа прибора позволяет проводить мониторинг состояния пациента в реальном режиме времени и регистрировать данные в персональном компьютере на жестком или магнитном носителе. Встроенные во входные каскады усиления фильтры сигналов позволяют существенно упростить настройку и увеличить стабильность и надежность работы комплекса. Применение АЦП со встроенным мультиплексором и источником опорного напряжения также позволило упростить принципиальную схему прибора, улучшить защиту от влияния внешних электромагнитных полей и уменьшить габариты изделия. Питание устройства осуществляется через шину USB персонального компьютера, что позволяет использовать его в стационарном режиме (питание от электрической сети) и в мобильном варианте (питание от батареи персонального компьютера (ноутбука)).

Предлагаемое устройство позволяет одновременно регистрировать показатели электрокардиографии, электромиографии, электродерматографии, фотоплетизмографии и показатели дыхания. Совокупность полученных показателей в большем объеме и более полноценно характеризует состояние вегетативной системы пациента в данный момент времени. Кроме этого, устройство дает возможность наблюдать за изменениями указанных показателей в течение продолжительного времени, что позволяет оценивать динамику состояния вегетативной нервной системы в режиме мониторинга.

Такой результат достигается за счет комплексной регистрации показателей функционального состояния пациента. Предложенное изобретение позволяет регистрировать одновременно и в режиме мониторинга показатели электродермальной активности, биоэлектрической активности мышц, электрокардиографическую активность и частоту дыхательных движений. Показатели ЭКГ, биоэлектрической активности скелетной мускулатуры и частоты дыхательных движений позволяют оценить тоническую активность вегетативной нервной системы. Электродермальная активность в большей степени характеризует фоновую активность вегетативной нервной системы.

За счет компьютерного анализа указанных показателей в единовременном режиме графики регистрируемых показателей можно видеть на мониторе компьютера, т.е. посредством предложенного прибора врач может наблюдать за функциональным состоянием пациента в течение длительного промежутка времени в единовременном режиме.

Устройство позволяет проводить мониторинг состояния пациента в реальном режиме времени и регистрировать данные в ПК на жестком или магнитном носителе. Встроенные во входные каскады усиления фильтры сигналов позволяют существенно упростить настройку и увеличить стабильность и надежность работы комплекса. Применение АЦП со встроенным мультиплексором и источником опорного напряжения также позволило упростить принципиальную схему прибора, улучшить защиту от влияния внешних электромагнитных полей и уменьшить габариты изделия.

Устройство комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы, содержащее персональный компьютер, датчики электродермальной активности, через усилители сигналов и фильтры сигналов, связанные с аналоговым мультиплексором, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, связанный с персональным компьютером, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит блок гальванической развязки, источник опорного напряжения, датчик фотоплетизмографии, пьезоэлектрический дыхательный датчик, датчики электромиографии, датчики электрокардиографии, а мультиплексор выполнен встроенным в аналого-цифровой преобразователь, при этом датчик фотоплетизмографии через усилитель сигнала фотоплетизмографии и фильтр сигнала фотоплетизмографии подключен к мультиплексору, пьезоэлектрический дыхательный датчик через усилитель сигнала дыхания и фильтр сигнала дыхания подключен к мультиплексору, датчики электромиографии через усилители сигналов биоэлектрической активности мышц и фильтр сигнала биоэлектрической активности мышц подключены к мультиплексору, датчики электрокардиографии через усилители сигналов биоэлектрической активности сердечной мышцы и фильтр сигнала биоэлектрической активности сердечной мышцы подключены к мультиплексору, блок гальванической развязки соединен с микроконтроллером и с преобразователем интерфейса, соединенного с персональным компьютером, а источник опорного напряжения подключен к блоку питания прибора, который в свою очередь подключен к персональному компьютеру через USB порт.