Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ БИОПОТЕНЦИАЛОВ - Патент РФ 2053710
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ БИОПОТЕНЦИАЛОВ
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ БИОПОТЕНЦИАЛОВ

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ БИОПОТЕНЦИАЛОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для усиления биоэлектрических сигналов различного характера в полосе частот от 0 до 100 Гц, например сигналов сверхмедленной электрической активности головного мозга, кожно-гольванического рефлекса, фиксации точки взора по корне - ретинальным потенциалам и др., в основном при биотелеметрических исследованиях. Изобретение обеспечивает получение сведений о постоянной и переменной составляющих нескольких одновременно исследуемых биосигналов в многоканальном режиме при сохранении быстродействия одноканального режима. Многоканальный усилитель биопотенциалов включает коммутатор входных цепей 2 и блок 4 компенсации постоянной составляющей сигнала, выход 5 которого является выходом усилителя по переменной составляющей сигнала. Выход 5 соединен с входом компаратора 7, выход которого соединен через схему совпадения 10 с управляющим входом управляемого генератора 12. Выход генератора соединен с входом записи зипоминающего устройства 21 и с входом цифроаналогового преобразователя 28, выход которого соединен с управляющим входом блока 4 компенсации постоянной составляющей сигнала и является выходом усилителя по постоянной составляющей сигнала. Выход блока 16 управления коммутацией каналов соединен с адресными входами коммутатора каналов 2 и запоминающего устройства 21. В усилителе имеется синхронизирующий генератор 13 последовательностей импульсов. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2053710
Класс(ы) патента: A61B5/04
Номер заявки: 5032571/14
Дата подачи заявки: 03.02.1992
Дата публикации: 10.02.1996
Заявитель(и): Уральский государственный экономический университет
Автор(ы): Туров А.И.; Поводатор А.М.
Патентообладатель(и): Уральский государственный экономический университет
Описание изобретения: Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для съема и усиления биоэлектрических сигналов различного характера в полосе частот 0-100 Гц, например сигналов сверхмедленной электрической активности головного мозга, кожно-гальванического рефлекса, фиксации точки взора по корнео-ретинальным потенциалам и др. в основном при биоэлектрических исследованиях.
Известен многоканальный усилитель биопотенциалов ЭКГ с последовательным опросом каналов, включающий последовательно соединенные коммутатор каналов, усилительный каскад и емкостной блок компенсации постоянной составляющей сигнала, выход которого является выходом переменной составляющей сигнала. Недостатками такого усилителя являются отсутствие возможности пропускания нулевой частоты биосигнала и пониженное быстродействие схемы компенсации постоянной составляющей вследствие использования емкостно-резистивных цепей.
Прототипом изобретения является многоканальный усилитель биопотенциалов, имеющий несколько (две) входных цепей, одна из которых через предварительный усилитель соединена с входом блока компенсации постоянной составляющей, выход которого является выходом усилителя по переменной составляющей сигнала и соединен с входом компаратора, выход которого соединен с первым входом схемы совпадения, выход схемы совпадения соединен с входом управляемого генератора кодов, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход последнего является выходом усилителя по постоянной составляющей сигнала и соединен с управляющим входом блока компенсации постоянной составляющей сигнала, а также генератор последовательностей импульсов (таймер), один из выходов которого соединен с синхронизирующим входом управляемого генератора кодов.
В указанном усилителе обеспечивается вывод постоянной и переменной составляющих биосигнала, но только для одного из исследуемых сигналов, отсутствует возможность получения этих данных для нескольких одновременно исследуемых сигналов.
Задача изобретения состоит в получении сведений о постоянной и переменной составляющих нескольких одновременно исследуемых биосигналов в многоканальном режиме при сохранении быстродействия одноканального режима.
Для решения указанной задачи в многоканальный усилитель биопотенциалов, имеющий несколько входных цепей, включающий блок компенсации постоянной составляющей, выход которого является выходом усилителя по переменной составляющей сигнала и соединен с входом компаратора, выход которого соединен с первым входом схемы совпадения, выход схемы совпадения соединен с управляющим входом управляемого генератора кодов, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход последнего является выходом усилителя по постоянной составляющей сигнала и соединен с управляющим входом блока компенсации постоянной составляющей сигнала, а также генератор последовательностей импульсов, первый выход которого соединен с входом синхронизации управляемого генератора кодов, введены запоминающее устройство, коммутатор каналов и блок управления коммутацией каналов, управляемый генератор кодов выполнен с возможностью установки начального состояния, выход запоминающего устройства соединен с входом установки начального состояния управляемого генератора кодов, выход которого дополнительно соединен с входом записи запоминающего устройства, адресный вход запоминающего устройства соединен с выходом блока управления коммутацией каналов, который соединен также с адресным входом коммутатора каналов, выход которого соединен со входом блока компенсации постоянной составляющей, первый выход генератора последовательностей импульсов дополнительно соединен с входом блока управления коммутацией каналов, второй выход соединен с вторым входом схема совпадения, а третий выход с входом синхронизации запоминающего устройства.
Эффективным путем регистрации полезного биосигнала в полосе частот менее 0,1 Гц является использование усилителей постоянного тока с компенсацией постоянной составляющей, как указано в прототипе изобретения.
На практике требуется обеспечить одновременную регистрацию биосигналов в полосе частот от 0 Гц и выше, различных по природе, отличающихся величиной постоянной составляющей, в том числе на порядок. Если ввести в прототип только коммутатор каналов, то при переключении с одной входной цепи на другую, т. е. при переходе от одного сигнала к другому, отличающемуся величиной постоянной составляющей, требуется увеличенное время на ее компенсацию. Это требует уменьшения частоты опроса каналов, что ведет к потере части информации об исследуемых сигналах. Если ввести блок компенсации постоянной составляющей в каждый канал, это вызовет многократное увеличение объема, веса и потребления энергии, удорожание аппаратуры и неприемлемо для портативных и телеметрических многоканальных систем.
Введение в прототип известных по отдельности блоков при ранее неизвестном их соединении друг с другом и с имеющимися в прототипе блоками обеспечивает как запоминание уровня действующей в каждой из входных цепей (т.е. в каждом канале) постоянной составляющей сигнала, так и введение этого уровня в цепь компенсации постоянной составляющей при последующем включении коммутатором каналов этой входной цепи. Это является первичным техническим результатом, появившимся в предложенной новой совокупности существенных признаков, который позволяет решить поставленную задачу.
На фиг. 1 изображена блок-схема многоканального усилителя биопотенциалов; на фиг. 2 диаграммы сигналов на элементах блок-схемы, где t время, Uх сигнал на входе (выходе) элемента блок-схемы, имеющем номер "х", а N номер одного из каналов усилителя.
Многоканальный усилитель потенциалов содержит (фиг. 1) n сигнальных входных цепей (каналов) 1, соединенных с сигнальными входами коммутатора 2 каналов, сигнальный выход которого соединен с сигнальным входом 3 блока 4 компенсации постоянной составляющей сигнала. Выход 5 блока компенсации постоянной составляющей сигнала является выходом многоканального усилителя по переменной составляющей сигнала (U~). Выход 5 усилителя соединен с входом 6 компаратора 7, выход 8 которого соединен с входом 9 схемы совпадения 10, выход последней соединен с управляющим входом 11 управляемого генератора кодов 12.
Многоканальный усилитель содержит также генератор 13 последовательностей импульсов, первый выход 14 которого соединен с входом 15 синхронизации управляемого генератора кодов 12 и со входом блока 16 управления коммутацией каналов (входных цепей) 1. Второй выход 17 генератора 13 последовательностей импульсов соединен с входом 18 схемы совпадения 10. Третий выход 19 генератора 13 соединен с входом синхронизации 20 запоминающего устройства 21. Выход блока 16 управления коммутацией каналов соединен с адресным входом 22 коммутатора 2 каналов и с адресным входом 23 запоминающего устройства 21. Сигнальный выход 24, например четырехзарядная шина, запоминающего устройства 21 соединен с входом 25 установки начального состояния управляемого генератора кодов 12, выход 26 которого (также четырехзарядная шина) соединен как с входом 27 цифроаналогового преобразователя 28, так и с входом записи 29 запоминающего устройства 21. Выход 30 цифроаналогового преобразователя 28 соединен с входом 31 блока 4 компенсации постоянной составляющей сигнала и является выходом многоканального усилителя по постоянной составляющей (смещению) сигнала (U=).
Блок 4 компенсации постоянной составляющей сигнала содержит, например, предварительный дифференциальный усилитель 32, вход которого является входом 3 блока 4, а выход соединен через резистор 33 с входом компенсирующего усилителя 34. Вход усилителя 34 через резистор 35 соединен с входом 31 блока 4 компенсации постоянной составляющей, в цепи обратной связи усилителя 34 имеется резистор 36, а выход усилителя 34 является выходом 5 блока 4, т.е. выходом многоканального усилителя по переменной составляющей сигнала U~ Усилитель 32 может отсутствовать при достаточном уровне сигнала с выхода коммутатора 2.
На кафедре Информатики СвердИНХа апробировано предлагаемое устройство на 4 канала с полосой 0-100 Гц с частотой опроса каждого канала 500 1/с. Усилитель 32 выполнен на микросхеме типа 284УД1А. Усилитель 34 на микросхеме 154УД1. В качестве коммутатора 2 каналов используется микросхема 561КП1, блока 16 управления коммутацией каналов 561ИЕ10; запоминающего устройства 21 564ИР11, цифроаналогового преобразователя 28 572ПА1 и 154УД1А.
Компаратор 7 в данном примере выполнения имеет, кроме входа 6, еще вход 37 (установка верхнего предела сравнения, Umax) и вход 38 (установка нижнего предела сравнения, Umin). Вход 6 компаратора 7 соединен с первыми входами 39 и 40 дифференциальных усилителей 41 и 42, с вторыми входами 43, 44 которых соединены, соответственно, входы 37 и 38 компаратора 7. Каждый из выходов 45, 46 дифференциальных усилителей 41, 42 соединен, соответственно, с одним из входов схемы совпадения 47, выход которой является выходом 8 компаратора 7, соединенным с входом 9 схемы совпадения 10. Усилители 41 и 42 выполнены на микросхемах типа 154УД1А, а схемы совпадения 10 и 47 на микросхемах 561ЛА7.
В рассматриваемом примере выполнения выход 45 усилителя 41 соединен также с знаковым входом 48 управляемого генератора кодов 12. При этом генератор кодов 12 выполнен в виде реверсивного счетчика на микросхеме типа 564ИЕ11 и работает быстрее, чем если бы он был выполнен в виде нереверсивного счетчика без знакового входа.
Генератор 13 последовательностей импульсов выполнен в виде кварцованного источника импульсов 49 (на микросхемах 561ЛА7), выход 50 которого соединен с входом распределителя импульсов 51 (микросхема 561ИЕ8). Три из выходов распределителя импульсов 51 являются выходами 14, 17 и 19 генератора 13. На указанных выходах распределителя импульсов 50 и генератора 13 действуют последовательности импульсов, сдвинутые друг относительно друга на требуемые интервалы времени (фиг. 2).
Выходы 5 и 30 многоканального усилителя могут быть соединены с устройствами для регистрации выходных сигналов или для передачи их по телеметрическому каналу.
Рассмотрим работу устройства в установившемся режиме. На выходе 50 источника импульсов 49 действует последовательность импульсов U50 (фиг. 2), из которой в распределителе импульсов 51 формируются требуемые на выходах 14, 17 и 19 генератора 13 последовательности импульсов, синхронизирующие работу блоков многоканального усилителя. В частности, каждый из импульсов последовательности U14 задает момент начала опроса одного из каналов (входных цепей) усилителя. На фиг. 2 приведены диаграммы сигналов, действующих на элементах схемы при опросе трех каналов с порядковыми номерами: N 1, N, N + 1. Появление импульса U14на входе блока 16 управления коммутатором 2 вызывает появление на входе 22 коммутатора 2 и входе 23 запоминающего устройства 21 адреса соответствующего канала (см. U22(23) на фиг. 2). При этом ко входу 3 блока 4 компенсации постоянной составляющей сигнала подключается соответствующая входная цепь, а на выходе запоминающего устройства 21 появляется код числа, соответствующего уровню постоянной составляющей сигнала в этой входной цепи, определенному при предыдущем опросе данного канала. При первом после включения схемы опросе любого канала на выходе запоминающего устройства 21 может появиться нулевой код.
Появление импульса U14 на входе 15 управляемого генератора 12 кодов обеспечивает занесение кода числа с выхода 24 запоминающего устройства 21 в генератор кодов 12 и установку таким образом его начального состояния при данном опросе входной цепи. Это начальное состояние генератора 12 кодов соответствует уровню постоянной составляющей входной цепи, действовавшей в ней при предыдущем ее опросе (или нулю при первом после включения схемы опросе). Указанное значение кода передается с выхода 26 генератора 12 на вход 27 цифроаналогового преобразователя 28 и появляется в виде постоянного напряжения U30 на управляющем входе 31 блока 4 компенсации постоянной составляющей и на выходе 30 усилителя.
Усиленное в предварительном усилителе 32 значение полезного сигнала входной цепи, прошедшее через компенсирующий усилитель 34, появляется на выходе 5 усилителя и на входе 6 компаратора 7. Далее могут иметь место три варианта работы схемы, в зависимости от того, находится ли напряжение U5 в заданных пределах между Umin Umax, выше или ниже этих пределов.
Если в N 1 канале (время опроса t1 t4) значение U5 находится в заданных пределах, компаратор 7 не срабатывает, на его выходе 8 сигнал U8 равен нулю, т. е. равно нулю и напряжение на входе 9 схемы совпадения 10. В этом случае при любом сигнале на другом входе 18 схемы совпадения 10 будет отсутствовать импульс на ее выходе и на входе 11 управляемого генератора кодов 12. Значение кода на выходе 26 этого генератора не будет изменено, останется постоянным значение напряжения U30 на управляющем входе 31 блока компенсации постоянной составляющей и значение полезного сигнала на выходе 5 усилителя. При этом не играет роли величина напряжения U45 на знаковом входе 48 управляемого генератора кодов 12. Появление импульсов сигналов U17, U19 в момент времени t2, t3 в данном случае не ведет к изменениям сигналов схемы.
Если в N канале (время опроса t4 t7) значение сигнала U5превышает значение Umax, действие этого напряжения на входах 39 и 40 компаратора 7 вызывает появление на выходе 8 компаратора положительного напряжения U8, действующего на входе 9 схемы совпадения 10. На другом ее входе 18 в момент времени t5 появляется импульс U17 с выхода 17 генератора 13 последовательностей импульсов. Тогда на выходе схемы совпадения 10 и на управляющем входе 11 управляемого генератора кодов 12 появляется импульс U11, вызывающий изменение (увеличение) значения кода на выходе 26 генератора 12 на заранее заданную величину. Направление изменения кода генератора определяется величиной напряжения U45 с выхода 45 дифференциального усилителя 41, поступающего на знаковый вход 48 управляемого генератора кодов 12, которое здесь принимает максимальное значение и соответствует увеличению кода генератора 12. Увеличение значения кода на входе 27 цифроаналогового преобразователя вызывает соответствующее увеличение напряжение смещения U30 на его выходе и, соответственно, на управляющем входе 31 блока компенсации постоянной составляющей. В результате этого напряжение U5 (U ) на выходе блока компенсации и усилителя уменьшается и входит в заданные пределы. В общем случае, при большом выходе полезного сигнала на заданные пределы, особенно при включении схемы, ввод его в заданные пределы может происходить за несколько опросов данного входного сигнала.
Далее, в момент времени t6, на выходе 19 генератора 13 последовательностей импульсов и на входе 20 синхронизации запоминающего устройства 21 появляется импульс U19, разрешающий запись в запоминающее устройство нового значения кода с выхода 26 генератора 12. Это новое значение кода сохраняется до следующего опроса данного N канала.
В N + 1 канале (время опроса t7 и далее) значение сигнала U5 ниже значения Umin, действие этого напряжения на входах 39 и 40 компаратора 7 вызывает появление на выходе 8 компаратора также положительного напряжения U8, действующего на входе 9 схемы совпадения 10. На другом ее входе 18 в момент времени t8 появляется импульс U17 с выхода 17 генератора 13 последовательностей импульсов. На выходе схемы совпадения 10 и на управляющем входе 11 управляемого генератора кодов 12 появляется импульс U11, вызывающий изменение (уменьшение) значение кода на выходе 26 генератора 12 на заранее заданную величину. Направление изменения кода генератора определяется величиной напряжения U45 с выхода 45 дифференциального усилителя 41, поступающего на знаковый вход 48 управляемого генератора кодов 12, которое в данном случае принимает минимальное значение и соответствует уменьшению кода генератора 12. Уменьшение значения кода на входе 27 цифроаналогового преобразователя вызывает соответствующее уменьшение напряжения смещения U30 (U0) на его выходе и значит на управляющем входе 31 блока компенсации постоянной составляющей. В результате этого напряжение U5 на выходе 5 блока компенсации и усилителя увеличивается и входит в заданные пределы. При достаточно большом выходе полезного сигнала на заданные пределы ввод его в них также может происходить за несколько опросов сигнала.
В момент времени t9 на выходе 19 генератора 13 последовательностей импульсов и на входе 20 синхронизации запоминающего устройства 21 появляется импульс U19, разрешающий запись в запоминающее устройство нового значения кода с выхода 26 генератора 12, которое сохраняется до следующего опроса данного N + 1 канала.
Таким образом, на выходе 5 усилителя в каждом канале действует переменная составляющая входного сигнала U~ c поддержанием амплитуды сигнала в заданных пределах. Измерение переменной составляющей производится по окончании процесса компенсации постоянной составляющей. На выходе 30 усилителя фиксируются значения постоянной составляющей входного сигнала U0 также для всех каналов многоканального усилителя.
Использование изобретения обеспечивает возможность при многоканальном режиме регистрации действие как переменной составляющей сигнала, так и его постоянной составляющей.
Формула изобретения: МНОГОКАНАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ БИОПОТЕНЦИАЛОВ, имеющий несколько входных цепей, включающий блок компенсации постоянной составляющей сигнала, выход которого является выходом усилителя по переменной составляющей сигнала и соединен с входом компаратора, выход которого соединен с первым входом схемы совпадения, выход которой соединен с управляющим входом управляемого генератора кодов, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразавателя, выход последнего является выходом усилителя по постоянной составляющей сигнала и соединен с управляющим входом блока компенсации постоянной составляющей сигнала, а также генератор последовательностей импульсов, первый выход которого соединен с входом синхронизации управляемого генератора кодов, отличающийся тем, что в него введены запоминающее устройство, коммутатор входных цепей и блок управления коммутацией входных цепей, управляемый генератор кодов выполнен с возможностью установки начального состояния, выход запоминающего устройства соединен с входом установки начального состояния управляемого генератора кодов, выход которого дополнительно соединен с входом записи запоминающего устройства, адресный вход запоминающего устройства соединен с выходом блока управления коммутацией входных цепей, который соединен также с адресным входом коммутатора входных цепей, выход которого соединен с сигнальным входом блока компенсации постоянной составляющей, первый выход генератора последовательностей импульсов дополнительно соединен с входом блока управления коммутацией входных цепей, второй выход этого генератора соединен с вторым входом схемы совпадения, а третий - с входом синхронизации запоминающего устройства.