устройство комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы

Формула изобретения

Устройство комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы, содержащее активные датчики биосигналов, выбранные из ряда активных датчиков электрокардиографии, электроэнцефалографии, электромиографии, фотоплетизмографии, дыхания, кожно-гальванической реакции, датчика тремора, связанные через предусилители биосигналов с АЦП на основе синхронных сигма-дельта модуляторов, при этом АЦП соединен с микроконтроллером, связанным через блок гальванической развязки, обеспечивающим безопасность испытуемого во время исследования от перенапряжения до 4 кВ, с преобразователем интерфейса, данные с которого поступают в персональный компьютер.

Описание изобретения к патенту

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

Известно устройство комплексного исследования состояния вегетативной нервной системы, устройство 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, датчики электрокардиографии через усилители сигналов биоэлектрической активности мышц и фильтр сигнала биоэлектрической активности мышц подключены к мультиплексору 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 (Патент № 2306841, MПК А61В 5/00 (2006.01) «Устройство для комплексной диагностики состояния вегетативной нервной системы» Арутюнов С.Д., Ишутин Д.В., Соловых Е.А., Молчанов А.С., Мосолов Д.В. «ГОУ ВПО Московский государственный медико-стоматологический университет РОСЗДРАВА», Бюл. 2007).

Для фиг.1 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 - 3, 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, прошедший 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, соединенных 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 аналого-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 аналого-цифрового преобразователя 14 для работы с электродермальным датчиком, после чего ожидает завершение процесса преобразования и принимает цифровой код. Далее микроконтроллер 15 переключает аналого-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 несовпадения 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 (Патент № 2306841, МПК А61В 5/00 (2006.01) «Устройство для комплексной диагностики состояния вегетативной нервной системы» Арутюнов С.Д., Ишутин Д.В., Соловых Е.А., Молчанов А.С., Мосолов Д.В. «ГОУ ВПО Московский государственный медико-стоматологический университет РОСЗДРАВА», Бюл. 2007).

Это устройство выбрано за прототип.

Данное устройство позволяет работать только с определенным набором электродов и получать данные об изменении 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 и не позволяет исследователю менять число и сочетание электродов.

Задачей изобретения является создание универсального диагностического прибора с возможностями адаптации под разные клинические задачи и увеличение числа исследуемых функциональных параметров пациента точности их измерения, унификация (упрощение) конструкции и технологии изготовления.

Это достигается за счет того, что устройство дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь - АЦП па основе 8 синхронных сигма-дельта модуляторов, активные датчики, которые соединены с входным предусилителем сигналов, каждый из которых подключен к отдельному входу сигма-дельта модулятора АЦП, АЦП подключен к микроконтроллеру, а микроконтроллер через блок гальванической развязки соединен с преобразователем интерфейса, соединенного с персональным компьютером, источник опорного напряжения подключен к блоку питания прибора, который в свою очередь подключен к персональному компьютеру.

Для фиг.2 введены следующие обозначения: 1 - активные датчики биосигналов из ряда датчиков электромиографии, электроэнцефалографии, электрокардиографии, фотоплетизмографии, дыхания, кожногальванической реакции, датчика тремора передают электрический сигнал на предусилитель сигналов - 2, который подключен к отдельному входу АЦП на основе синхронных сигма-дельта модуляторов - 3, далее оцифрованный сигнал поступает на микроконтроллер - 5, который через блок гальванической развязки - 6 передает информацию на блок преобразователя интерфейса - 8, с него данные поступают в персональный компьютер - 9, блок питания - 7 также подключен к персональному компьютеру - 9 и обеспечивает питание всех цепей прибора, блок опорного напряжения - 4 подключен к блоку питания - 7 и к АЦП - 3 и формирует достаточной точности для функционирования АЦП. Блок гальванической развязки 6 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 с ПК подается команда на начало регистрации биосигналов. Электрический сигнал с активных датчиков через предусилители поступает на входы 8-ми каналов АЦП, в котором производится одновременно преобразование аналогового сигнала в цифровой код, после чего полученные данные передаются в микроконтроллер, который формирует пакеты данных и через блок гальванической развязки и блок интрефейса передает пакеты данных в ПК. Данные от АЦП передаются ПК с частотой, заданной методикой исследования. По команде от ПК также производится остановка циклического опроса АЦП в конце исследования.

Работа прибора позволяет проводить мониторинг различных параметров состояния пациента, в зависимости от задач клинического исследования, в реальном режиме времени и регистрировать данные в персональном компьютере на жестком или магнитном носителе. В большинстве случаев исследователю необходимо более детально наблюдать за изменениями ряда параметров регистрируемых одним и тем же электродом. Например, биоэлектрическая активность нескольких мышц, три и более отведений ЭКГ и ЭЭГ, фотоплетизмографии и т.д. Устройство позволяет единовременно подключать 8 электродов в различной комбинации, что позволяет исследователю получать информацию от биологического объекта в необходимом объеме в зависимости от конкретных задач. Использование АЦП на основе синхронных сигма-дельта модуляторов позволяет существенно упростить схему прибора, увеличить стабильность, надежность работы комплекса и дает возможность выбора регистрируемых параметров биообъекта в соответствии с клиническими задачами, без изменения схемотехники прибора, только за счет подключения необходимого числа и типа активных датчиков биосигналов. 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 в произвольной комбинации и произвольным числом (до 8-ми каналов), что позволяет получить большее число информативных показателей биообъекта в зависимости от применяемых методик диагностики. Совокупность полученных показателей в большем объеме и более детально, полноценно характеризует состояния вегетативной системы пациента в данный момент времени. Кроме этого устройство дает возможность менять сочетание и число электродов, наблюдать за изменениями изучаемых показателей в течение продолжительного времени, что позволяет оценивать динамику состояния вегетативной нервной системы в режиме мониторинга, а также следить за динамикой изучаемых параметров на фоне проводимого лечения.

Такой результат достигается за счет комплексной регистрации показателей функционального состояния пациента. Предложенное изобретение позволяет регистрировать одновременно и в режиме мониторинга показатели электродермальиой 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, возможность присоединения к прибору дополнительных активных датчиков позволяет более детально анализировать изучаемый параметр.

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 на основе синхронных сигма-дельта модуляторов позволяет существенно упростить схему прибора, увеличить стабильность, надежность работы комплекса и дает возможность выбора регистрируемых параметров биообъекта в соответствии с клиническими задачами, без изменения схемотехники прибора, только за счет подключения необходимого числа и типа активных датчиков биосигналов.