Устройство для коррекции поляризационных искажений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23. 02. 81(21) 3255762/28-13 (51) М. КП.

| с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

А 61 Н 1/36

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (S3) УДК 615.471 (088. 8) Опубликовано 30.1182. Бюллетень М? 44

Дата опубликования описания 30. 11. 82 (72) Авторы изобретения

A. И. Шереметьев и Б. А. Котлик

1 ., <

4 j 3*

Д V

Московский инженерно-физический институт

Всесоюзный научно.-исследовательский и койс"врукторски9 :. институт радиоэлектронной медицинской аппаратурй "".:-..., (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ

ИСКАЖЕНИЙ

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

Известны устройства для коррекции поляризационных искажений, содержащие генератор, конденсатор, блок анализа и электроды jl j.

Недостаток данных устройств — низкая точность коррекции поляриэационных 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 f2).

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, связанный с ключом, конденсатор и электрод, введены связанные между собой формирователь тока корректирующего импульса и блок анализа, подключенный 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— со входами дифференциальных усилителей, подключенных к компаратору, формирователь строб-импульсов содержит четыре преобразователя уровня, одновнбратор, первый инвертор, первую схему ИЛИ-НЕ, последовательно соединенные второй инвертор, схему задержки, третий инвертор, вторую схему ИЛИ-НЕ, четвертый инвертор и схему И-НЕ, одновибратор связан со вторым инвертором и первым

976998

65 преобразователем уровня, второй преобразователь уровня подключен ко второй схеме ИЛИ-НЕ, первый инвертор связан с первой схемой ИЛИ-НЕ и третьим преобразователем уровня, а схема И-НЕ соединена со схемой за- S держки и четвертым преобразователем уровня.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 формирователь строб-импульсов; на 10 фиг.3 и 4 — диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит генератор 1, формирователь 2 длительности, формирователь 3 тока, конденсатор 4, 35 первый электрод 5, биоткань 6, второй электрод 7, ключ 8, формирователь

9 длительности короткого замыкания, блок 10 анализа и формирователь 11 тока корректирующего импульса. Блок

10 анализа содержит буферный каскад

12, четыре схемы 13-16 памяти, два дифференциальных усилителя 17 и 18, компаратор 19, формирователь 20 строб1 импульсов., RS-триггер 21 и имеет первый 22, второй 23 и третий 24 вхо- 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 3841 уровня, первый 42 и второй 43 двухвходовые элементы ИЛИ-НЕ, двухвходовой элемент 44 И-НЕ, одновибратор 45 и схему 46 задержки. 40

Схемы 13-16 памяти в блоке 10 анализа могут быть выполнены любым известным способом, например, в виде электронного ключа на МОП-,транзисторе с индуцированным каналом 45 р-типа и конденсаторе хранения (фиг.1). В этом случаЕ преобразователи уровня 38-41, необходимые для управления ключами на МОП-транзисторах в схемах выборки-хранения, 50 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

l3-16 памяти блока 10 анализа, .может быть выполнен, например, в виде повторителя напряжения. В этом случае коэффициенты усиления.дифференциальных усилителей 17 и 18 выбираются равными единице.

В качестве схемы 46 задержки может быть использована, например, простая интегрирующая резистивноемкостная цепочка (фиг.2), затягивающая 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-HE импульсов, запаздывающих во времени относительно момента начала импульсов на их входах, применен известный прием использования напряжения порога переключения ()„е (эпюра Вых.

46 фиг.3) 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 Пэд и выходе буферного каскада 12 равно потенциалу поляризации электродов ф„ . Напряжения на выходах дифференциальных усилителей 17 и 18 и компаратора 19 равны нулю, поскольку на всех их входах присутствует одинаковое напряжение равное Чи . Ключ 8 находится в замкнутом состоянии до момента t4 (фиг.4), верхний уровень эпюр Вых.

9, Вых.30, Вых.31, Вых. 32, Вых.33 означает разомкнутое, а нижний уровень — замкнутое состояния соответствующих ключей. Триггер 21 до момента t нахо-. дится в состоянии 0 .

Генератор 1 вырабатывает импульсы с требуемым периодом стимуляции

Т, каждый из которых в момент tо запускает формирователь 2 длительности стимула Т, (0,5-1 мс), запускающий формирователь 3 тока стимула I 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 Т „, переводящий схему 13 памяти в .режим хранения на выходе 26 напряжениями„, имевшегося на электродах до найесения стимула тока I, 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 сопротивлении 29 и нарастающего напряжения поляризации на элементах

27 и 28 из-эа заряда емкости 28 током 1 .

Через 5-10 мкс после момента t завершается формирование переднего фронта стимула и в момент t форми1 рователь 20 строб-импульсов на выходе 31 вырабатывает строб-импульс, переводящий схему 14 памяти в режим хранения на инвертирующем входе диф976998 ференциального усилителя 17 напряжения Б, практически равного напряжению на электродах Пр„ в начале стимула Тис, т.е. напряжению, развиваемому током I на сопротивлении

29 ° В момент окончания стимула

Т формирователь 20 строб-импульНс сов на выходе 32 вырабатывает стробимпульс, переводящий схему 15 памяти в режим хранения на неинвертирующем входе дифференциального усилителя 17 напряжения U<«, равного напряжению на электродах UzÄ в конце стимула Т„, 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 U „, переводит компаратор 19

-до момента Т4 в состояние максимального 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 в момент фиксируется на уровне напряженйя поляризации U„ =0 -U пс ск сн до момента t

При окончании стимула Т„ в момент

его задний фронт через вход 24

Я блока 10 анализа переводит по S-входу триггер 21 из состояния 0 в 1 . Этот перепад по выходу 25 блока 10 анализа запускает формирователь

11 тока корректирующего импульса амплитудой I, который через конденсатор 4 и электроды 5 и 7 поступает на биоткань 6, развивая на ней в течение длительности корректирующего импульса Т„„ (до момента t<), напряжение, противоположное по знаку стимулирующему напряжению и складывающееся из постоянного напряжения на сопротивлении 29 и нарастающего напряжения поляризации из-за перезаряда емкости 28 током I .

Через 5-10 мкс после момента завершается формирование заднего фронта стимула и переднего фронта корректирующего импульса, а в момент t формирователь 20 строб-им3 пульсов на выходе 33 вырабатывает строб-импульс, переводящий схему 16 памяти в режим хранения на неинвертирующем входе дифференциального усилителя 18. напряжения ()„„, практически равного напряжению на электродах U в начале корректйрующего им. 9h пульса Т к, т.е. напряжению, развиваемому током I на сопротивлении

29. В результате этого, начиная с момента tg напряжение на выходе дифференциального усилителя 18 и неинвертирующем входе компаратора

19 растет по абсолютной величине, повторяя форму напряжения Uz+, a момент t4 достигает величины напря5 жения П зафиксированного на инпс вертирующем входе компаратора 19, и переводит компаратор 19 в состояние нулевого напряжения на выходе ° . Последний перепад переводит no R-вхо10 ду триггер 21 из состояния 1 в 0, что по выходу 25 блока 10 анализа прекращает работу формирователя 11 тока корректирующего импульса, т.е. прекращает поступление корректирующего тока I y в биоткань 6. Таким образом, действие корректирующего импульса тока Tzz прекращается в момент t4, когда напряжение Uä„=U „-UK становится

;щ равным по абсолютной величине напряжению поляризации Бпс=Пск-ПСи, до которого была заряжена емкость 28 за время действия стимула Тд . Тем самым, происходит компенсация напря25 жения U .

Как известно из электрохимии, сопротивление 29 и емкость 28 поляризации нелинейны вследствие так называемого эффекта фарадеевского

З0 выпрямления: вольт-амперная характеристика системы электроды-биоткайь для отрицательного (7 ) и положительного (Тик) импульсов тока является несимметричной из-за различной химической кинетики анодных и катодных реакций. Следовате ьно, при прекращении действия корректирующего импульса Т „ в момент 4 компенсируется основная доля напряжения поляризации величиной 300-1500 мВ, 4О накопленного на емкости 28 за время действия стимула Тис. Поэтому при отсутствии ключа 8 остаточное напряжение поляризации величиной

10-50 мВ медленно релаксирует к равновесному уровню напряжения p . В результате этого становится невозможным регистрировать сигналы электроактивности биоткани величиной 2-30 мВ (на эпюре U фиг.4 такая ситуация эл

50 показана длинньм пунктиром после момента t4) .

Для ускоренного выравнивания напряжения U9 к уровню напряжения %„ имевшемуся йа электродах до нанесения стимула Т„, в момент t< одновременно с прекращением корректирующего импульса Ти„ по выходу 25 блока 10 анализа запускается формирователь 9 длительности короткого замыкания, вырабатывающий импульс длительностью Т),, замыкающий ключ 8 и

)(ф поступающий йа вход 23 блока 10 анализа. При. этом левая (фиг.1) обклад.ка конденсатора 4 замыкается с элект6S родом 7 и напряжение Uqp, быстро и

976998 плавно выравнивается в течение длительности Тк до уровня напряжения, за счет напряжения на конденсаторе 4, накопленного за время дейстния импульсов Т„ и Т„к, как показано на эпюре U фиг.4. В моэь мент t импульс T > кончается и формирователь 20 строб-импульсов вырабатывает на выходах 31-33 сигналы„ переводящие соответственно схемы 141á памяти снова в режим записи, à 1Î напряжения на выходах дифференциальных усилителей 17 и 18 становятая равными нулю, поскольку на их входах устанавливаются одинаковые напряжения. 15

В момент tg r. задержкой н несколько миллисекунд относительно момента „ формирователь 20 строб-импульсон на выходе 30 вырабатывает сигнал окончания импульса блокировки Т, ро переводящий схему 13 памяти снова в режим записи, т.е. подключает выход

26 блока 10 анализа к напряжению на электродах U > . Задержка t6-tz создает необходимйй запас на изменение

25 длительности корректирующего импульса Тц при изменении параметров эквивалентной схемы биоткани 6 Таким образом, после момента t<,ýëåêòðoстимулятор 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

U, и Вых.26 фиг.4.

Поскольку после момента t схема

13 памяти находится н режиме записи (ее ключ замкнут), то,если до окончания периода стимуляции Т по- 4Î является сигнал естественной электроактивности биоткани б, обозначенный

ЕЭА на эпюрах U и Вых.26 фиг.4, его, очевйдно, также можно регистрировать с выхода 26 блока 10 4 анализа. При приходе очередного запускающего импульса генератора 1, весь цикл работы устройства повторяется описанным выше образом.

Таким образом, устройство обес- 1О печивает автоматическую настройку длительности корректирующего импульса Т, что снижает время коррекции поляризационных искажений.

При автоматической коррекции поляризационных искажений после стимула устройство позволяет регистрировать как вызванную стимулом, так и естественную электроактивность биоткани. бО

Из электрофизиологии известно, что эффект стимуляции возбудимой биоткани, н частности сердца., зависит от интенсивности стимула, т.е. от произведения его амплитуды тока 65 на длительность. Поэтому формирователь 3 тока стимулирующих импульсов может быть выполнен управляемым по амплитуде тока нри 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 сопротивления 29 и емкости 28 поляризации эквивалентной схемы биоткани б, вызванных, например, изменением интенсивности стимула.

Таким образом, предлагаемое устройстно 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 н 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, о т л и ч а ю щ е е с 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, перную схему ИЛИ-НЕ, последовательно соединенные второй . иннертор, схему задержки, третий инвертор, вторую схему ИЛИ-НЕ, четвертый инвертор и схему И-НЕ, причем однонибратор связан со вторым инвертором и первым преобразователем уровня, втоРой преобразователь уров976998 ня подключен ко второй схеме ИЛИ-НЕ, первый инвертор связан с первой схемой ИЛИ-НЕ, второй схемой ИЛИ-НЕ и третьим преобраэователем уровня, а схема И-НЕ соединена со схемой задержки и четвертым преобразователем уровня.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе. 1. Авторское свидетельство СССР

9 556816, кл. А 61 N 1/36, 1977.

2. Патент США 9 414627, кл. A 61 N 1j36, 1978 (прототип).

976998

Дых, /

Яых.30

I3л д

0ул А и !Р /х Ю

Юих. Гб бык /у йи, 8

Фиг. g

Составитель В. Муравьева

Редактор Л.Пчелинская Техред .Бабинец Корректор Е.Potuav

Заказ 9050/7 Тираж 714

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное чае. 5)" . Уюх. 5Z

Фх. и д

Фх l7

Фх. f9 дух. Л

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