ITTO20111024A1 - Dispositivo di misura per segnali elettromiografici ad alta risoluzione e elevato numero di canali. - Google Patents

Description

DISPOSITIVO DI MISURA PER SEGNALI ELETTROMIOGRAFICI AD ALTA RISOLUZIONE E ELEVATO NUMERO DI CANALI.

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di misura per segnali elettromiografici, indossabile dal paziente, con alta risoluzione ed elevato numero di canali.

Sono noti dispositivi di misura in grado di acquisire segnali elettromiografici i quali tramite una pluralità di canali, connessi ad altrettanti elettrodi, à ̈ in grado di effettuare misure al fine di determinare diverse informazioni sulla propagazione di tali segnali elettromiografici.

Sono noti, inoltre, dispositivi di misura indossabili in cui il numero di elettrodi, e quindi di canali, su cui vengono svolte le misurazioni, non à ̈ superiore a trentadue.

Detti dispositivi sono in grado di garantire elevata risoluzione del segnale, a patto che il numero dei canali non sia superiore al numero sopracitato.

Sono altresì noti dispositivi di misura in grado di gestire una pluralità di elettrodi, disposti sulla cute umana con una densità elevata, rispetto ai dispositivi sopracitati, sino a duecentocinquantasei canali. Tali dispositivi non sono in grado di garantire un’elevata risoluzione al segnale misurato. Tali dispositivi sono di grandi dimensioni, posti lontano dal paziente.

Ai fini della presente invenzione, con il termine elettrodi ad alta densità si intende una matrice di elettrodi con distanza interelettrodica ridotta, allo stato dell’arte sino a 5mm.

È noto che, i segnali elettromiografici sono segnali con potenze molto ridotte, infatti la tensione misurabile à ̈ dell’ordine dei µV; à ̈ quindi importante che il dispositivo di misura debba avere un’elevata risoluzione di digitalizzazione di tali segnali.

Tutti i dispositivi dell’arte nota non consentono di variare il numero effettivo di canali su cui poter effettuare la misura, in modo rapido e semplice, da parte di un tecnico del ramo. Infatti, in tali dispositivi il numero di canali utilizzabili per la misura non può essere aumentato rispetto al numero di canali per cui à ̈ stato progettato.

Inoltre, i dispositivi con numero di canali elevato, ad esempio superiori a trentadue, sono dispositivi monolitici posti ad una certa distanza dal paziente poiché il loro involucro esterno à ̈ di dimensioni tali da non consentire la portabilità o indossabilità da parte del paziente. La lontananza fra elettrodo e strumento di misura fa si che i canali atti al trasferimento dei segnali elettromiografici sono molto lunghi e possono essere corrotti da disturbi, quali ad esempio disturbi elettromagnetici. Tali disturbi possono corrompere i segnali elettromiografici, introducendo un errore, falsando la misurazione. Inoltre, tali dispositivi di misurazione risultano ingombranti con peso rilevante.

Ad ora, non sono noti dispositivi in grado di gestire un elevato numero di canali, ad esempio duecentocinquantasei canali, ad elevata risoluzione i quali abbiano un involucro esterno di ridotte dimensioni tale da poter essere tenuto dallo stesso paziente, oppure indossato.

Sono noti, inoltre, dispositivi in grado di trasmettere i dati, opportunamente condizionati, verso un dispositivo di elaborazione esterno, ad esempio un personal computer. Tale collegamento fra il dispositivo di elaborazione e il dispositivo di misura normalmente utilizza un cavo elettrico. Tale cavo elettrico recepisce i disturbi dal mondo esterno corrompendo, in taluni casi, i dati che vengono trasferiti. Inoltre, dal punto di vista della sicurezza del paziente, la presenza di un supporto fisico atto a condurre una corrente elettrica, può essere pericoloso per il paziente. Infatti, eventuali correnti di dispersione possono essere condotte dal cavo stesso verso il paziente causando, in taluni casi, anche gravi traumi.

Sono noti, inoltre, dispositivi di misura i quali sono alimentati tramite la rete elettrica nazionale. Tale tipologia di alimentazione, risulta pericolosa per il paziente. Infatti, à ̈ presente un percorso elettrico tra paziente e rete elettrica in cui può scorrere un corrente potenzialmente pericolosa per il paziente stesso. Inoltre, la connessione alla rete elettrica introduce un quantitativo di rumore a largo spettro difficilmente sopprimibile, il quale può corrompe le misure.

Sono altresì noti, dispositivi per misure EMG in cui i dati condizionati dal dispositivo di misura, vengono inviati verso un dispositivo di elaborazione dati tramite mezzi di trasmissione in grado di garantire un isolamento fra paziente e fonti di correnti potenzialmente pericolose per il paziente. Tali mezzi di trasmissione sicuri per il paziente sono, ad esempio, dispositivi wireless, oppure tramite fibre ottiche di vetro. Tali dispositivi di misura devono trasferire ridotte moli di dati non richiedendo particolari protocolli di trasmissione per trasferire gli stessi dati.

È noto che le misure di segnali elettromiografici possono essere svolte con diverse tecniche di gestione dei segnali provenienti dagli elettrodi, in particolare Monopolare, singolo differenziale e doppio differenziale ecc.

Tutti i dispositivi presenti allo stato dell’arte non sono in grado di variare la tecnica gestione dei segnali provenienti degli elettrodi. Infatti le misure vengono svolte solamente sfruttando una predeterminata tecnica di gestione del segnale su cui il dispositivo di misura à ̈ stato progettato.

È utile sottolineare come l’utilizzo dei dispositivi dell’arte nota risulta complesso per un addetto all’utilizzo poiché tali dispositivi vengono normalmente utilizzati in campo medico dove il personale non ha una completa formazione di tipo elettronico. Infatti la connessione dei canali al dispositivo stesso può essere svolta in modo errato non permettendo la corretta rilevazione dei segnali elettromiografici sul paziente.

Tutti i dispositivi dell’arte sono progettati in modo tale da non essere duttili nel loro funzionamento, in quanto non à ̈ possibile variare nessun parametro della misurazione, quale ad esempio il numero di canali ecc, rispetto a come il dispositivo di misura à ̈ stato originariamente progettato.

La presente invenzione si propone di risolvere i problemi tecnici sopracitati realizzando un dispositivo di misura modulabile, in grado di variare il numero di canali su cui svolgere la misura, mantenendo un involucro esterno di ridotte dimensioni, facilmente gestibile dall’operatore addetto.

Un aspetto della presente invenzione riguarda un dispositivo di misura per segnali elettromiografici con le caratteristiche dell’allegata rivendicazione indipendente 1.

Le caratteristiche accessorie di tale dispositivo sono presenti nelle allegate rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi del dispositivo di misurazione secondo la presente invenzione, saranno meglio chiari ed evidenti dalla seguente descrizione di almeno una forma di realizzazione e dalle tavole allegate le quali illustrano rispettivamente:

• la figura 1 mostra lo schema a blocchi del dispositivo di misura secondo la presente invenzione;

• la figura 2 illustra nel dettaglio lo schema a blocchi di un circuito di condizionamento;

• la figura 3 mostra nel dettaglio lo schema a blocchi di un circuito di conversione;

• la figura 4 illustra nel dettaglio lo schema a blocchi del circuito di trasmissione;

• la figura 5 mostra il dispositivo, secondo la presente invenzione, in una possibile applicazione, in particolare applicato ad un paziente “P†per la misurazione con elettrodi ad alta densità per la misurazione di potenziali d’azione.

Con riferimento alle citate figure, il dispositivo di misura per segnali elettromiografici 2 à ̈ atto a ricevere, tramite una pluralità di canali “C†, una pluralità di segnali elettromiografici “EMG†recepiti da una pluralità di elettrodi 3 disposti su una porzione del corpo umano di un paziente “P†, preferibilmente in una configurazione ad alta densità.

Detto dispositivo 2 comprende un circuito di condizionamento 21, atto a condizionare opportunamente i segnali elettromiografici analogici; un circuito di conversione 22, atto a convertire in digitale i segnali condizionati da detto circuito di condizionamento 21; un circuito di trasmissione 23, atto a trasmettere i segnali digitalizzati dal circuito di conversione 22 ad un’unità di controllo centrale 1, ad esempio un personal computer, a sua volta atta a elaborare i dati ricevuti. Tale unità di controllo centrale 1 à ̈ atta a ricevere i dati sui segnali “EMG†, memorizzarli su supporti di memoria, preferibilmente non volatile, e realizzare grafici in cui à ̈ possibile, ad esempio, determinare l’ubicazione di una o più terminazioni nervose o eventuali traumi muscolari del paziente “P†ecc..

L’elaborazione dei dati sui segnali “EMG†può essere svolta in tempo reale, oppure in un secondo momento quando la fase di misura sul paziente “P†à ̈ già terminata.

Detto dispositivo 2 comprende, inoltre, un involucro esterno 20, atto a racchiudere al sui interno una pluralità di schede elettroniche, su cui sono incisi i suddetti circuiti (21, 22, 23).

Inoltre, il dispositivo 2 comprende almeno una batteria “B†, racchiusa all’interno dell’involucro esterno 20, atta ad alimentare i circuiti elettrici compresi nel dispositivo 2 stesso. Preferibilmente tale batteria “B†ha le seguenti caratteristiche: 6V e 2000mAh.

I canali “C†, preferibilmente cavi elettrici a impedenza, sono ad un capo connessi ai rispettivi elettrodi 3, ed al capo opposto sono connessi al dispositivo 2. In particolare, tali canali “C†sono connessi al circuito di condizionamento 21, tramite almeno un connettore 26, posto su almeno una faccia esterna dell’involucro esterno 20.

Tale circuito di condizionamento 21 à ̈ modulabile, connettendo in cascata uno o più circuiti di condizionamento 21 a se stanti, al fine di variare il numero di canali “C†tramite cui ricevere i segnali elettromiografici “EMG†misurati sulla cute del paziente “P†.

Tale circuito di conversione 22 à ̈ modulabile, connettendo in parallelo uno o più circuiti di conversione 22 a se stanti, in funzione del numero di circuiti di condizionamento 21, al fine di variare il numero di canali “C†tramite cui ricevere i segnali elettromiografici “EMG†.

Detti uno o più circuiti di condizionamento 21 e detti uno o più circuiti di conversione 22, sono opportunamente almeno parzialmente sovrapposti, al fine di ridurre le dimensioni del dispositivo di misura 2, e di conseguenza di detto involucro esterno 20, consentendone l’indomabilità sul paziente “P†.

Ai fini della presente invenzione, con il termine circuiti opportunamente sovrapposti, s’intende che i circuiti elettronici anche se sovrapposti, anche solo in parte, non interagiscono elettromagneticamente fra loro evitando problemi d’interferenze elettromagnetiche reciproche. La non interazione elettromagnetica fra i circuiti dipende anche dalla loro conformazione strutturale come noto al tecnico del ramo.

Detti connettori 26, possono essere connettori multi -via, ad esempio a trentatré vie, i quali hanno ridotte dimensioni e permettono di connettere velocemente una pluralità di canali “C†al dispositivo 2. È possibile utilizzare tale tipologia di connettore poiché i canali “C†hanno una estensione longitudinale breve, rispetto ai canali utilizzati nell’arte nota, grazie al fatto che il dispositivo 2 à ̈ posto in prossimità del paziente “P†, preferibilmente indossato dal paziente stesso, e quindi nelle prossimità degli elettrodi 3. Inoltre, la ridotta lunghezza di tali canali rende meno probabile la corruzione del segnale “EMG†da parte di disturbi esterni, ad esempio disturbi elettromagnetici.

In una prima forma di realizzazione, ogni circuito di condizionamento 21 Ã ̈ inciso su una scheda elettronica a se stante, ed ogni circuito di conversione 22 Ã ̈ inciso su una scheda elettronica a se stante. Tali schede possono essere opportunamente parzialmente sovrapposte fra loro al fine di ridurre le dimensioni complessive del dispositivo 2.

Le schede elettroniche, ognuna destinata a supportare almeno un circuito di condizionamento 21, opportunamente interconnesse elettricamente fra loro in cascata, rendono il dispositivo 2, secondo la presente invenzione, modulare; infatti, nel dispositivo 2 può essere variato il numero di canali “C†, variando il numero di circuiti di condizionamento 21 connessi in cascata.

In egual modo, le schede elettroniche destinate a supportare, ognuna, almeno un circuito di conversione 22, opportunamente interconnesse elettricamente fra loro in cascata, rendono il dispositivo 2, secondo la presente invenzione, modulare.

Preferibilmente, ad ogni circuito di conversione 22 Ã ̈ associato almeno un circuito di condizionamento 21, preferibilmente, il numero di circuiti di conversione 22 Ã ̈ pari al numero di circuiti di condizionamento 21 compresi nel dispositivo 2, secondo la presente invenzione.

In una seconda forma di realizzazione equivalente, il circuito di condizionamento 21 ed il circuito di conversione 22, sono incisi su una scheda elettrica comune. Tali circuiti possono essere parzialmente sovrapposti, ad esempio su schede multistrato.

Ogni circuito di condizionamento 21 à ̈ in grado di condizionare i segnali elettromiografici “EMG†provenienti da almeno trentadue canali “C†connessi ad altrettanti elettrodi 3. Inoltre, come illustrato in figura 2, il circuito di condizionamento 21, per ogni canale “C†ad esso associato, comprende almeno un amplificatore 211, atto ad amplificare il segnale “EMG†in ingresso; almeno un filtro (212’, 212†), atto a filtrare predeterminate componenti in frequenza del segnale “EMG†.

Il primo stadio del circuito di condizionamento à ̈ l’amplificatore 211, il quale ha un guadagno costante sull’intera banda dei segnali “EMG†. Tale amplificatore può essere realizzato con una configurazione ad amplificatore per strumentazione, nota al tecnico del ramo.

Preferibilmente tale amplificatore 211 à ̈ un amplificatore a basso rumore con stadio di ingresso in configurazione chopper al fine di aumentare l’immunità al rumore di bassa frequenza, in particolare al rumore flicker. La configurazione sopra citata riduce ulteriormente le derive di modo comune del segnale EMG, incrementando l’efficienza della tecnica di rimozione della componente di modo comune del segnale “EMG†.

Preferibilmente, il circuito di condizionamento 21 comprende un primo filtro passa alto 212’, ed un secondo filtro passa passo 212†.

Detto primo filtro 212’ passa alto à ̈ atto a eliminare le componenti del segnale “EMG†a bassa frequenza, in particolare eliminare la componente continua del segnale. Tale filtro à ̈ preferibilmente posto in cascata a detto amplificatore 211. Preferibilmente, tale primo filtro 212’ à ̈ un filtro passivo, realizzato tramite una rete RC, almeno del secondo ordine.

Detto secondo filtro passa basso 212†à ̈ atto a ridurre le componenti ad alta frequenza del segnale “EMG†, rendendo il segnale completamente differenziale, eliminando la componente in modo comune del segnale “EMG†.

Detto secondo filtro 212†à ̈ preferibilmente realizzato con un filtro attivo, ad esempio del secondo ordine.

Tale secondo filtro 212†à ̈ preferibilmente posto come ultimo stadio del circuito di condizionamento 21, prima che i segnali “EMG†condizionati siano inviati al circuito di conversione 22.

Ogni circuito di condizionamento 21, inoltre, à ̈ atto a variare automaticamente la configurazione di misura fra monopolare, singolo differenziale e altre configurazioni per la misura di segnali elettromiografici “EMG†, tramite una pluralità di switch 25.

Detta pluralità di switch 25 à ̈ in grado di variare il percorso dei segnali “EMG†in ingresso agli amplificatori 211, al fine di consentire la misurazione degli stessi segnali “EMG†in diverse configurazioni di misura.

Ognuno di detti switch 25 Ã ̈ preferibilmente realizzato nella tecnologia CMOS SPTD.

Ai fini della presente invenzione, con il termine SPTD s’intende un commutatore a singolo polo, atto a commutare fra due contatti.

Detta pluralità di switch 25 sono controllati da almeno un’unità di gestione 11. Tale unità di gestione 11 à ̈ atta controllare la commutazione di detta pluralità di switch 25, in funzione della configurazione di misurazione selezionata dal tecnico addetto all’uso.

La selezione di una configurazione di misura, piuttosto che un’altra, può essere svolta, in una prima forma di realizzazione, tramite un selettore elettromeccanico o elettronico, non illustrati.

Ogni circuito di conversione 22 à ̈ in grado di eseguire una conversione diretta dei segnali elettromiografici “EMG†, con elevata risoluzione. Ad esempio, come illustrato in figura 3, ogni circuito di conversione 22 comprende una pluralità di circuiti di campionamento 221, ognuno atto a campionare un segnale elettromiografico “EMG†condizionato proveniente dal circuito di condizionamento 21; ed almeno un dispositivo di conversione 222, atto a convertire i segnali “EMG†, da analogico in digitale.

Preferibilmente, la risoluzione di tale circuito di conversione 22 à ̈ di almeno 24 bit, su una dinamica al massimo di 5V. In tal esempio, la risoluzione associata del bit meno significativo del segnale convertito sarà di 300 nV.

I segnali “EMG†trasferiti dal circuito di condizionamento 21, verso il circuito di conversione 22, sono pilotati in modo differenziale, al fine di massimizzare la qualità della conversione dei segnali “EMG†in digitale, aumentando la dinamica del segnale e aumentando il rapporto segnale rumore.

Detta pluralità di circuiti di campionamento 221, sono atti ad eseguire un sovra campionamento dei segnali “EMG†al fine di ridurre l’effetto aliasing. Tal effetto può essere, infatti, dannoso per la conversione, introducendo errori nel segnale convertito. Preferibilmente, il sovra campionamento à ̈ svolto ad una frequenza almeno sessantaquattro volte maggiore rispetto alla frequenza massima del segnale “EMG†, condizionato dal circuito di condizionamento 21. Preferibilmente, la frequenza di campionamento à ̈ pari a 2,4kHz oppure 2,4ksps.

Inoltre, detta pluralità di circuiti di campionamento 221 eseguono un campionamento simultaneo di tutti i segnali “EMG†condizionati da detto almeno un circuito di condizionamento 21, evitando, in tal modo, una variazione di tempo di campionamento fra i vari canali.

Infatti, i segnali campionati dai circuiti di campionamento 221 vengono inviati direttamente ad almeno un dispositivo di conversione 222. Ciò permette di non inserire un dispositivo multiplexer e un circuito di sample and hold per ogni canale, per la selezione ciclica del canale da convertire. La soluzione presentata massimizza la velocità di conversione ed elimina gli errori nella conversione dei segnali a causa delle latenze temporali dovute alla fase di selezione del canale da convertire.

Ogni dispositivo di conversione 222 à ̈ in grado di convertire almeno un segnale “EMG†, opportunamente campionati dal circuito di campionamento 221, in almeno un segale digitale su almeno 24 bit.

Tale dispositivo di conversione 222 à ̈ in grado di realizzare una conversione simultanea su una pluralità di canali, preferibilmente tredici, implementando una modulazione ∆Σ, almeno del primo ordine, in grado di eseguire una modulazione sul segnale “EMG†digitalizzato, e successivamente demodularlo, al fine di ottenere il segnale digitale di cui vengono ridotte le componenti di eventuali rumori o disturbi. Tale riduzione, almeno parziale, del rumore o dei disturbi, à ̈ svolta principalmente durante la demodulazione ∆Σ.

Preferibilmente, detto dispositivo di conversione 222, inoltre, esegue un filtraggio digitale, ad esempio lineare, sui segnali “EMG†convertiti.

Ai fini della presente invenzione, non sarà descritta nel dettaglio la conversione tramite modulazione ∆Σ poiché nota al tecnico del ramo.

Detto un circuito di trasmissione 23, à ̈ atto a ricevere i dati digitali provenienti da detti uno o più circuiti di conversione 22 e trasmetterli a detta unità di controllo 1 tramite mezzi di comunicazione 5 immuni a disturbi elettromagnetici, condotti o irradiati.

I dati provenienti da detto uno o più circuiti di conversione 22 sono inviati verso il circuito di trasmissione 23, preferibilmente, tramite almeno un bus 231 seriale, preferibilmente sincrono, full duplex al fine di garantire lo scambio bidirezionale contemporaneo dei dati.

Su tale bus 231 à ̈, preferibilmente, implementato un sistema di comunicazione SPI. Ai fini della presente invenzione non sarà descritto nel dettaglio il Bus SPI, poiché noto al tecnico del ramo.

Come illustrato, ad esempio, in figura 4, il circuito di trasmissione 23 comprende un circuito di buffering 230, atto a memorizzare temporaneamente i dati in ingresso; un circuito d’implementazione protocollo di trasmissione 233 in grado di preparare i dati, in modo tale da poter essere trasferiti verso l’unità di controllo centrale 1.

In detto un circuito di buffering 230, i dati in arrivo, da almeno un circuito di conversione 22, sono temporaneamente memorizzati su un supporto di memoria volatile, per poter essere trasmessi verso l’unità di controllo centrale 1. In particolare tali dati temporaneamente memorizzati sono inviati al circuito d’implementazione protocollo di trasmissione 233.

Detto un circuito d’implementazione protocollo di trasmissione 233 à ̈ in grado di preparare i dati, ad esempio organizzandoli in pacchetti di dati, in modo tale da poter essere trasferiti verso l’unità di controllo centrale 1 secondo un predeterminato protocollo di trasmissione. A titolo esemplificativo, un protocollo di trasmissione utilizzato à ̈ un protocollo ethernet ad almeno 10Mbps, preferibilmente un protocollo di trasmissione 10/100. Ai fini della presente invenzione, il protocollo ethernet 10/100 non sarà descritto nel dettaglio poiché noto al tecnico del ramo.

Detto circuito di trasmissione 23 comprende un ricetrasmettitore 232 atto a trasmettere i dati digitalizzati dal circuito di conversione 22, ed opportunamente organizzati dal circuito d’implementazione protocollo di trasmissione 233, in funzione del protocollo di comunicazione adottato, verso l’unità di controllo centrale 1, e ricevere eventuali dati provenienti dalla stessa unità di controllo centrale 1, utili ad esempio all’unità di gestione 11.

Detti mezzi di comunicazione 5 consentono di trasmettere i segnali “EMG†, inviati da detto ricetrasmettitore 232, preferibilmente ad una velocità di almeno 3Mbps, verso l’unità di controllo centrale 1.

In una prima configurazione, detti mezzi di comunicazione 5 utilizzano una fibra ottica, ad esempio una fibra ottica plastica. Tale soluzione permette di avere un isolamento elettrico fra paziente, su cui à ̈ applicato il dispositivo di misura 2 e l’unità di controllo centrale 1, rispettando le normative in ambito di sicurezza elettrica, quale ad esempio EN60601. Nella presente configurazione, il ricetrasmettitore 232 à ̈ un ricetrasmettitore ottico, atto ad inviare segnali ottici, tramite ad esempio un laser ottico, e ricevere i segali ottici provenienti dall’unità di controllo centrale 1, tramite un ricevitore ottico. L’utilizzo di un mezzo di comunicazione 5 a fibra ottica plastica, consente di trasmettere i dati a velocità sino a 1Gbps.

L’utilizzo di una fibra ottica plastica permette di ridurre i costi del mezzo di comunicazione 5 stesso. Infatti, oltre ad avere costo normalmente inferiore rispetto ad una fibra ottica in vetro, tali fibre ottiche plastiche non richiedono particolari tagli alla fibra ottica stessa per garantire la conduzione della luce. Inoltre, le fibre ottiche plastiche resistono a stress, quali ad esempio piegature con angoli di curvatura ridotti, che le fibre ottiche in vetro non sarebbero in grado di sopportare, sia perché tali angoli ne potrebbero causare la rottura, sia perché comporterebbe una quasi totale attenuazione del segnale trasmesso.

In una seconda configurazione equivalente, detti mezzi di comunicazione 5, utilizzano una connessione wireless. Tale soluzione permette di avere un isolamento elettrico fra paziente, su cui à ̈ applicato il dispositivo di misura 2 e l’unità di controllo centrale 1.

Nella presente configurazione, il ricetrasmettitore 232 à ̈ un ricetrasmettitore radio, il quale comprende un’antenna di ricetrasmissione.

L’utilizzo di una connessione wireless permette di ridurre i costi poiché non sono richiesti cavi di connessione fra dispositivo di misura 2 e l’unità di controllo centrale 1.

Il circuito di trasmissione 23 comprende, inoltre, un alimentatore 24 atto a generare una pluralità di tensioni predeterminate, a sua volta alimentato da detta almeno una batteria “B†, con valori di tensioni opportuni tali da fornire il corretto livello di tensione ai circuiti (21, 22, 23) compresi nel dispositivo 2.

Preferibilmente, tale alimentatore 24 Ã ̈ in grado di realizzare le seguenti tensioni:

-una tensione di alimentazione duale atta ad alimentare i circuiti di condizionamento 21;

-una tensione di alimentazione completamente differenziale per l’alimentazione dei circuiti di campionamento 221;

-una tensione di riferimento a livello costante ed accurato, a basso rumore, per il la conversione in digitale svolta dei dispositivi di conversione 222;

- una prima tensione atta all’alimentazione dei dispositivi di conversione 222;

- una seconda tensione atta ad alimentare il circuito di trasmissione 23;

- una terza tensione atta ad alimentare i dispositivi di trasmissione dati compresi nei mezzi di comunicazione 5.

Preferibilmente, il circuito di trasmissione 23 à ̈ realizzato tramite un circuito programmabile, ad esempio un circuito FPGA in grado di realizzare circuiti anche molto complessi con un’occupazione di spazio ridotta.

In particolare, il circuito di buffering 230, il circuito d’implementazione protocollo di trasmissione 233, l’alimentatore 24 e l’unità di gestione 11, sono realizzati tramite l’opportuna programmazione di detto circuito programmabile.

Preferibilmente, detto circuito programmabile à ̈ realizzato con dispositivi elettronici, quali ad esempio porte logiche, a ridotto consumo energetico. Infatti, il dispositivo 2, secondo la presente invenzione, richiede un consumo istantaneo di corrente, ad esempio, non superiore ad 350mA.

L’unità di gestione 11, compresa nel dispositivo di misura 2, à ̈ in grado di comunicare con l’unità di controllo centrale 1, al fine di trasferire e ricevere informazioni inerenti al dispositivo 2. L’unità di controllo centrale 1 à ̈ in grado di trasferire informazioni utili all’unità di gestione 11, ad esempio il numero dei circuiti di condizionamento 21 e dei circuiti di conversione 22 rispettivamente posti in cascata, la configurazione di misura con cui effettuare le successive misure dei segnali “EMG†, gestendo di conseguenza la pluralità di switch 25. Inoltre, detta unità di gestione 11 à ̈ atta a monitorare i circuiti (21, 22, 23) compresi nel dispositivo 2, secondo la presente invenzione, segnalando eventuali malfunzionamenti degli stessi circuiti all’unità di controllo centrale.

In una prima forma di realizzazione l’unità di gestione 11, durante il trasferimento dei dati sui segnali “EMG†trasferisce informazioni sulla configurazione del dispositivo 2, sfruttando lo stesso mezzo di comunicazione 5 utilizzato per il trasferimento dei segnali “EMG†digitalizzati. Tali informazioni, sono scambiate in una fase di configurazione del dispositivo 2. Tale fase di configurazione può essere svolta precedentemente ad ogni campagna di misure su un paziente “P†.

In una seconda forma di realizzazione l’unità di gestione 11 comunica con l’unità di controllo centrale 1, tramite una connessione dedicata. Tale connessione dedicata à ̈ un secondo mezzo di comunicazione, non illustrato, ad esempio un cavo elettrico. Lo scambio delle informazioni sul dispositivo 2 à ̈ svolto in una fase precedente o successiva alla fase di misura sul paziente “P†, in particolare nella condizione in cui lo stesso dispositivo 2 non à ̈ indossato o posto in prossimità del paziente “P†, e gli elettrodi 3 non sono posti sul paziente stesso e connessi allo stesso dispositivo 2.

In una forma di realizzazione, non illustrata, del dispositivo 2 secondo la presente invenzione, il circuito di trasmissione 23 comprende un circuito di memorizzazione atto a memorizzare su un supporto di memoria non volatile, almeno una porzione di dati provenienti dai circuiti di conversione 22.

Il dispositivo 2, secondo la presente invenzione, à ̈ posto in prossimità del paziente “P†, ad esempio indossato tramite almeno un elemento di fissaggio 4. In una prima forma di realizzazione, tal elemento di fissaggio 4 à ̈ ad esempio una cinghia, fissata all’involucro esterno 20, atta a cingere una porzione del corpo del paziente “P†, ad esempio un braccio, una gamba, il torace,come ad esempio illustrato in figura 5.

In una seconda forma di realizzazione equivalente, tale almeno un elemento di fissaggio 4 à ̈, ad esempio, un indumento. Tale indumento, atto ad essere indossato dal paziente “P†, comprende un alloggiamento atto ad ospitare tale dispositivo 2. Tale elemento di fissaggio 4 à ̈, ad esempio, una maglia, un paio di pantaloni, un guanto ecc..

In una terza forma di realizzazione equivalente, detto almeno un mezzo di fissaggio 4 à ̈ una porzione di materiale adesivo, ad esempio velcro, posto su una faccia dell’involucro esterno 20, la quale può aderire agli indumenti del paziente “P†.

Il dispositivo di misura 2 à ̈ realizzato in modo tale da essere immune ad eventuali interferenze elettromagnetiche, condotte o irradiate provenienti dal modo esterno. Preferibilmente, il dispositivo 2 comprende almeno una struttura metallica, opportunamente connessa al punto di massa, atta a schermare i circuiti (21, 22, 23) dalle onde elettromagnetiche esterne. Tale struttura metallica può essere compresa o fissata all’involucro esterno 20 del dispositivo 2. Eventualmente, i canali “C†possono essere dotati di un elemento di ferrite atto a eliminare eventuali disturbi elettromagnetici condotti dagli stessi canali “C†.

Il dispositivo 2, secondo la presente invenzione, consente di eseguire misurazioni su un paziente “P†con un elevato numero di canali “C†in ingresso, ad elevata risoluzione, riducendo le fonti di errore cui può essere soggetta la misura, e da eventuali interferenze elettromagnetiche. Inoltre tale dispositivo à ̈ indossabile dal paziente consentendo di ridurre la lunghezza dei canali “C†, e quindi l’attenuazione che il segnale “EMG†subisce nel transito lungo il canale “C†stesso.

Inoltre, il dispositivo 2, essendo alimentato tramite almeno una batteria “B†, à ̈ sicuro per il paziente “P†poiché à ̈ assente una connessione elettrica, fisica, fra il dispositivo 2 e una fonte di elettricità, potenzialmente pericolosa per il paziente stesso.

I circuiti compresi nel dispositivo 2 sono atti a ridurre i consumi, consentendo di eseguire campagne di misura di durata sino a sei ore consecutivamente.

Detta almeno una batteria “B†può essere sostituita una volta scarica, oppure essere ricaricata, tramite un caricabatterie, non illustrato, connesso al dispositivo 2 quando lo stesso dispositivo non sta svolgendo misurazioni su un paziente “P†.

La modularità del dispositivo 2 consente di variare il numero di canali “C†su cui fare la misura, variando in numero di circuiti di condizionamento e dei circuiti di conversione.

La presente invenzione copre tutte le possibili combinazioni di forme realizzative descritte di ogni singolo dispositivo con i restanti dispositivi.

RIFERIMENTI NUMERICI:

1 Unità di controllo centrale

11 Unità di gestione

2 Dispositivo di misura per segnali elettromiografici

20 Involucro esterno

21 Circuito di condizionamento

211 Amplificatore

212’ primo filtro passa alto

212†secondo filtro passa basso

22 Circuito di conversione

221 Circuiti di campionamento

222 Dispositivo di conversione

23 Circuito di trasmissione

230 Circuito di buffering

231 Bus

232 Ricetrasmettitore

233 Circuito d’implementazione protocollo di trasmissione

24 Alimentatore

25 Switch

26 Connettori

3 Elettrodi

4 Elemento di fissaggio

5 Mezzi di comunicazione B Batteria

C Canali

EMG Segnali elettromiografici P Paziente

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI: 1. Dispositivo di misura per segnali elettromiografici (2) atto a ricevere, tramite una pluralità di canali (C), una pluralità di segnali elettromiografici (EMG) recepiti da una pluralità di elettrodi (3), disposti su una porzione del corpo umano di un paziente (P); tale dispositivo (2) comprende - un circuito di condizionamento (21) atto a condizionare opportunamente i segnali elettromiografici analogici; - un circuito di conversione (22), atto a convertire in digitale i segnali condizionati da detto circuito di condizionamento (21); - un circuito di trasmissione (23) atto a trasmettere i segnali digitalizzati dal circuito di conversione (22) ad un’unità di controllo centrale (1), atta a elaborare i dati ottenuti; - un involucro esterno (20) atto a racchiudere al sui interno una pluralità di schede elettroniche su cui sono incisi i suddetti circuiti (21, 22, 23); tale dispositivo à ̈ caratterizzato dal fatto che: - tale circuito di condizionamento (21) à ̈ modulabile, connettendo in parallelo una o più circuiti di condizionamento (21), al fine di variare il numero di canali (C) tramite cui ricevere i segnali elettromiografici (EMG); - tale circuito di conversione (22) à ̈ modulabile connettendo in cascata uno o più circuiti di conversione (22), in funzione del numero di circuiti di condizionamento (21), al fine di variare il numero di canali (C) tramite cui ricevere i segnali elettromiografici (EMG); - detti uno o più circuiti di condizionamento (21) e detti uno o più circuiti di conversione (22), sono opportunamente almeno parzialmente sovrapposti al fine di ridurre le dimensioni di detto involucro esterno (20) consentendone l’indomabilità sul paziente (P).
2. 2. Dispositivo (2) secondo la rivendicazione 1, in cui à ̈ comprende almeno una batteria (B), racchiusa all’interno dell’involucro sterno (20), atta ad alimentare i circuiti elettrici compresi nel dispositivo (2) stesso.
3. 3. Dispositivo (2) secondo la rivendicazione 2, in cui ogni circuito di condizionamento (21), comprendendo per ogni canale (C), almeno un amplificatore (211), almeno un filtro (212’, 212†), à ̈ in grado di condizionare i segnali elettromiografici (EMG) provenienti da almeno trentadue canali (C) connessi ad altrettanti elettrodi (3).
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui il numero di circuiti di conversione (22) Ã ̈ pari al numero di circuiti di condizionamento (21).
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui ogni circuito di conversione (22), comprendendo una pluralità di circuiti di campionamento (221) ed almeno un dispositivo di conversione (222), à ̈ in grado di eseguire una conversione diretta dei segnali elettromiografici (EMG), con una risoluzione di almeno 24 bit su una dinamica al massimo di 5V.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, in cui il detta pluralità di dispositivi di campionamento (221) à ̈ atta a realizzare un sovra campionamento sui segnali condizionati, in modo simultaneo.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui ogni circuito di condizionamento (21) Ã ̈ atto a variare automaticamente la configurazione di misura fra monopolare, singolo differenziale e altre configurazioni per la misura di segnali elettromiografici (EMG), tramite almeno uno switch (25).
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui detto un circuito di trasmissione (23), comprendendo un circuito di buffering (230), atto a memorizzare temporaneamente i dati in ingresso; un circuito d’implementazione protocollo di trasmissione (233) in grado di preparare i dati, in modo tale da poter essere trasferiti verso l’unità di controllo centrale (1) tramite mezzi di comunicazione (5) immuni a disturbi elettromagnetici, condotti o irradiati.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui detti mezzi di comunicazione (5) Ã ̈ una fibra ottica plastica.
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui detti mezzi di comunicazione (5) Ã ̈ una connessione wireless.
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui il circuito di condizionamento (21) ed il circuito di conversione (22) sono compresi in un'unica scheda elettronica.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui gli elettrodi (3) sono disposti su un paziente (P) in una configurazione ad alta densità.
13. 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui à ̈ compreso un alimentatore (24) atto a generare una pluralità di tensioni stabili, da detta almeno una batteria (B), con valori di tensioni opportuni tali da fornire il corretto livello di tensione ai circuiti (21, 22, 23) compresi nel dispositivo (2).
14. 14. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, in cui il dispositivo (2) comprende un’unità di gestione (11) atta a: - comunicare con l’unità di controllo centrale (1), al fine di trasferire e recepire informazioni sul dispositivo (2); - monitorare i circuiti (21, 22, 23) compresi nel dispositivo (2), segnalando eventuali malfunzionamenti degli stessi circuiti all’unità di controllo centrale (1).