способ регистрации и обработки сигналов биопотенциалов отведений желудочно-кишечного тракта и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ регистрации и обработки сигналов биопотенциалов отведений желудочно-кишечного тракта, по которому сигналы биопотенциалов снимают поверхностными электродами, преобразуют их в цифровую форму, получают спектрограммы путем компьютерной обработки сигналов биопотенциалов отведений быстрым прямым преобразованием Фурье, отличающийся тем, что сигналы биопотенциалов отведений снимают минимум в трех удаленных от желудочно-кишечного тракта точках, две из которых располагаются на диагональных конечностях пациента (рука нога), а третью в непосредственной близости от одной из двух первых, проводят минимизацию погрешности, обусловленной кожно-гальваническим эффектом, путем вычитания дифференциального сигнала близко расположенной пары точек съема сигналов из дифференциального сигнала диагонально удаленной пары точек съема сигналов, определяют распределение модулей приведенной электрической активности по частотным диапазонам, соответствующим отделам желудочно-кишечного тракта, путем векторного суммирования спектральных составляющих с последующим приведением к диапазонам частот, формируют временные диаграммы перистальтических сокращений выбранных отделов желудочно-кишечного тракта обратным преобразованием Фурье, по спектрограммам, оценке распределения модулей приведенной электрической активности и временным диаграммам судят о патологических нарушениях моторной активности анализируемых отделов желудочно-кишечного тракта.

2. Устройство для регистрации и обработки сигналов биопотенциалов отведений желудочно-кишечного тракта, содержащее электроды, персональный компьютер и интерфейсное устройство, отличающееся тем, что в него введены три дифференциальных усилителя, фильтр нижних частот, усилитель постоянного тока, аналого-цифровой преобразователь и цифроаналоговый преобразователь, при этом входы двух дифференциальных усилителей подключены к трем электродам, выходы их подключены к входам третьего дифференциального усилителя, выход которого через фильтр нижних частот соединен с первым входом усилителя постоянного тока, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, второй вход подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, а третий вход к системе ручной установки нуля, причем входы и выходы аналого-цифрового преобразователя и цифроаналогового преобразователя через интерфейсное устройство подключены к входному порту персонального компьютера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинскому приборостроению и может быть рекомендовано при проведении диагностики моторики и параметров желудочно-кишечного тракта (ЖТК) беззондовым методом.

Известным способы и серийно выпускаемые устройства для проведения гастрографических исследований, например электрогастрограф ЭГС-4М, представляющий собой избирательный усилитель, настроенный на частоту 0,05 Гц и предназначенный для регистрации перистальтики желудка.

К недостаткам подобного устройства можно отнести следующие:

фиксированная частота настройки усилителя гастрографа не позволяет проводить регистрацию перистальтики других отделов ЖКТ;

относительно низкая чувствительность не позволяет проводить запись биопотенциалов отведений на удаленных конечностях;

малый динамический диапазон существенно усложняет предварительную настройку усилителя при наличии нескомпенсированной постоянной составляющей, обусловленной кожно-гальваническим эффектом Тарханова (Мишин А.Т. Логинов А. С. Инфранизкочастотные усилители бионапряжений с гальваническим разделением входа и выхода. М. Энергоатомиздат, 1983).

Наиболее близким к предполагаемому является способ регистрации энцелографических сигналов (заявка Японии N 2-33380, кл. А 61 В 5/0476), в котором энцефалографические сигналы преобразуются в цифровые и обрабатываются персональным компьютером по алгоритму быстрого преобразования Фурье с последующим отображением результата обработки в виде графика зависимости потенциала от частоты.

Изобретение позволяет лишь частично решить задачу регистрации биопотенциалов отведений ЖКТ с удаленных конечностей пациента, так как оно не предполагает проведения узкополосной фильтрации в частотных диапазонах, соответствующих отделам гастродуоденальной системы с последующим представлением результатов в виде временных диаграмм перистальтических сокращений различных отделов ЖКТ. Кроме того, в нем не просматривается решение задачи компенсации погрешности, обусловленной наличием кожно-гальванического эффекта.

Цель изобретения расширение эксплуатационных и повышение метрологических характеристик способа регистрации сигналов биопотенциалов отведений ЖКТ.

Цель достигается тем, что сигналы биопотенциалов отведений снимают минимум в трех точках, две из которых располагают на диагонально удаленных конечностях пациента (противоположная пара: рука нога), а третья точка расположена в непосредственной близости от одной из двух первых.

Проводят минимизацию погрешности, обусловленную кожно-гальваническим эффектом, путем вычитания дифференциального сигнала близко расположенной пары точек съема сигналов из дифференциального сигнала диагональной удаленной пары точек съема сигнала.

Графики зависимости потенциалов от частоты получают путем компьютерной обработки сигналов отведений прямым преобразованием Фурье.

Определяют распределение модулей приведенной электрической активности по частотным диапазонам, соответствующим отделам гоастродуоденальной системы, путем векторного суммирования спектральных составляющих с последующим приведением к диапазонам частот.

Формируют временные диаграммы перистальтических сокращений выбранных отделов ЖКТ путем задания граничных частот фильтрации и проведения обратного преобразования Фурье.

По графикам зависимости потенциалов от частоты, количественной оценке распределения модулей приведенной электрической активности и временным диаграмма судят о патологических нарушениях моторной активности анализируемых отделов ЖКТ.

Для осуществления вышеуказанного способа используется устройство, содержащее электроды, персональный компьютер и интерфейсное устройство, в которое введены три дифференциальных усилителя, фильтр нижних частот, усилитель постоянного тока, АЦП и ЦАП, при этом входы двух дифференциальных усилителей подключены к трем электродам, выходы их подключены к входам третьего дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом усилителя постоянного тока, выход которого подключен к входу АЦП, второй вход подключен к выходу ЦАП, а третий вход к системе ручной установки нуля; при этом выходные и входные сигналы АЦП и ЦАП через интерфейсное устройство поступают во входной порт персонального компьютера.

На чертеже дана схема предлагаемого устройства.

Здесь приняты обозначение: 1, 2 и 3 дифференциальные усилители; 4 - фильтр нижних частот; 5 усилитель постоянного тока; 6 АЦП; 7 ЦАП; 8 - интерфейсное устройство; 9 электроды.

Устройство работает следующим образом.

Входные сигналы усиливаются, при этом из информативного сигнала диагонально-удаленной пары электродов вычитается компенсационный от близко расположенной пары, полученная разность предварительно отфильтровывается в фильтре нижних частот 4 и подается через усилитель постоянного тока 5, АЦП 6 и интерфейсное устройство 8 в компьютер. Для расширения динамического диапазона работы устройства наряду с ручной системой установки нуля вводится обратная цепь преобразования, состоящая из ЦАП 7, выходной сигнал которого поступает на второй вход усилителя постоянного тока 5 изменяя уровень постоянной составляющей в необходимую сторону с тем, чтобы его пульсационная составляющая укладывалась бы в пределы динамического диапазона собственно АЦП 6.

По команде оператора происходит запись сигналов отведений во входной массив, при этом частота дискретизации определяется верхней частотой спектра интересующего диапазона, от которой зависит и частота настройки фильтра 4.

По окончании записи включается программа прямого преобразования Фурье, вычисляющая функцию спектральной плотности и строящая соответствующий график. Далее проводится определение распределения модулей приведенной электрической активности путем векторного суммирования спектральных составляющих в пределах выбранного частотного диапазона с последующим приведением их к диапазону частот.

Для получения временных диаграмм оператором выбирается необходимый частотный диапазон, соответствующий выбранному отделу ЖКТ и включается программа обратного преобразования Фурье с построением соответствующей временной диаграммы.

Преимуществом предлагаемого способа регистрации и обработки сигналов биопотенциалов отведений ЖКТ по сравнению с известными является его гибкость в части возможности оперативной перестройки границ частотных диапазонов узкополосной фильтрации, возможность применения многократной обработки исходного массива данных по различным отделам ЖКТ, проведение количественной оценки интенсивности электрической активности различных отделов ЖКТ. Устройство для реализации указанного способа обладает расширенным динамическим диапазоном и возможностью компенсации кожно-гальванического эффекта.

Клинические исследования экспериментального образца устройства, выполненного по предложенному способу, проведенные на кафедре "Неотложной хирургии" казанского ГИДУВа, позволили выявить ряд закономерностей между электрической активностью различных отделов ЖКТ и патологическими изменениями и нарушениями в них в до- и послеоперационные периоды, дающие возможность формализовать процесс диагностики патологии отделов ЖКТ.

Предлагаемое техническое решения реализовано на современной элементной базе (микросхемы серий 140, 1113, 572 и 574) и рассчитано на работу с IBM совместимым компьютером, что не исключает возможность его функционирования с бытовым компьютером, например; Электроника БК00-10-01".