RU11988U1

RU11988U1 - Многоканальный усилитель биопотенциалов

Info

Publication number: RU11988U1
Application number: RU99117740/20U
Authority: RU
Inventors: Э.В. Земцовский; В.А. Герасимов; Л.Б. Маркман; К.М. Матус; А.Н. Санкин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "МИКАРД-ЛАНА"
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 1999-12-16

Abstract

Многоканальный усилитель биопотенциалов, содержащий электроды для съема биопотенциалов, блок анализа и блок индикации, отличающийся тем, что в него введены девять операционных усилителей, десять резистивных делителей напряжения и формирователь тестовых импульсов частотой (8C12) Гц, при этом резистивные делители с первого по восьмой включены между выходами соответственно с первого по восьмой операционных усилителей и выходом девятого операционного усилителя, выходы резистивных делителей напряжения с первого по восьмой соединены с инвертирующими входами соответственно с первого по восьмой операционных усилителей, девятый резистивный делитель напряжения включен между выходом девятого операционного усилителя и выходом десятого резистивного делителя напряжения, подключенного к выходу формирователя тестовых импульсов частотой (8C12) Гц, выход девятого делителя напряжения соединен с инвертирующим входом девятого операционного усилителя, неинвертирующие входы операционных усилителей с первого по девятый соединены соответственно с первого по девятый электродами для снятия биопотенциалов, выходы операционных усилителей с первого по восьмой соединены соответственно с первого по восьмой входами блока анализа, выход которого соединен с входом блока индикации, сопротивления резисторов резистивных делителей напряжения удовлетворяют условиюгде R1, ..., R1- сопротивления первого резистора резистивных делителей напряжения с первого по десятый, соответственно; R2, ..., R2- сопротивления второго резистора резистивных делителей напряжения с первого по десятый, соответственно.

Description

Многоканальный усилитель биопотенциалов

Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована в устройствах для регистрации и автоматической обработки биоэлектрических сигналов.

Многоканальный усилитель биопотенциалов входит в состав многих устройств для оценки функционального состояния сердечнососудистой системы (см., например, 1), обеспечивая съём потенциалов, необходимых для формирования общепринятых отведений электрокардиограмм (ЭКГ). Надежность и качество съема биопотенциалов в значительной степени определят технические и эксплуатационных характеристики диагностической аппаратуры.

Известен многоканальный усилитель биопотенциалов, описанный в работе 2, Этот усилитель содержит электроды для съёма биопотенциалов с грудной клетки пациента, электроды для съёма биопотенциалов с конечностей пациента и двенадцать инструментальных усилителей.

Многоканальный усилитель 2 обеспечивает съём потенциалов электрокардиограмм (ЭКГ), которые используются для формирования двенадцати общепринятых отведений ЭКГ.

А 61 В 5/05

Его недостатком является отсутствие анализа качества установки электродов и работоспособности каналов усиления сигналов, снимаемых с тела пациента.

Известен многоканальный усилитель биопотенциалов, являющийся по технической сущности наиболее близким к предлагаемому 3.

Многоканальный усилитель-прототип содержит электроды для снятия биопотенциалов, мультиплексор, блок управления мультиплексором, дифференциальный усилитель, модулятор, блок гальванической развязки, усилитель модулированного сигнала, генератор тактовых импульсов, демультиплексор, блок управления демультиплексором, блок анализа, блок индикации, блоки демодуляции, блок весовых цепей, блоки полосовых фильтров и блок логической обработки. Изобретение 3 позволяет использовать устройство для съёма как биполярных так и униполярных электрокардиографических отведений, обеспечивает повышение чувствительности и контроля к нарушениям контакта между кожей пациента и электродами для снятия биопотенциалов, а также локализацию и индикацию места нарушения контакта.

Недостатком многоканального усилителя-прототипа является его сложность, что ограничивает применение усилителя особенно в компактных приборах с малым потреблением тока.

Задачей полезной модели является упрощение многоканального усилителя биопотенциалов.

Указанная задача решается тем, что в многоканальный усилитель биопотенциалов, содержащий электроды для съёма биопотенциалов, блок анализа и блок индикации, введены девять операционных усилителей, десять резистивных делителей напряжения и формирователь тестовых импульсов частотой (8-5-12) Гц, при этом резистивные делители с первого по восьмой включены между выходами соответственно с первого по восьмой операционных усилителеи и выходом девятого операционного усилителя, выходы резистивных делителей напряжения с первого по восьмой соединены с инвертирующими входами соответственно с первого по восьмой операционных усилителей, девятый резистивный делитель напряжения включен между выходом девятого операционного усилителя и выходом десятого резистивного делителя напряжения, подключенного к выходу формирователя тестовых импульсов частотой () Гц, выход девятого делителя напряжения соединен с инвертирующим входом девятого операционного усилителя, неинвертирующие входы операционных усилителей с первого по девятый соединены соответственно с первого по девятый электродами для снятия биопотенциалов, выходы операционных усилителей с первого по восьмой соединены соответственно с первого по восьмой входами блока анализа, выход которого соединен с входом блока индикации, сопротивления резисторов резистивных делителей напряжения удовлетворяют условию

R1L R12 R13 R14 R15 R16 R17 Rl

R2t R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28

R29(R110 + R210) + R110R210 R19(R110+R210)

где Rlj, . . ., Rlio сопротивления первого резистора резистивных делителей напряжения с первого по десятый, соответственно, R2j, ..., R2jQ сопротивления второго резистора резистивных делителей напряжения с первого по десятый, соответственно .

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема многоканального усилителя биопотенциалов.

На чертеже обозначены:

1, .../ 9 - электроды для съёма биопотенциалов,

10, ..., 18 - операционные усилители,

19, ..., 28 - резистивные делители напряжения,

29, ..., 38 - первые резисторы резистивных делителей 19,

..., 28, соответственно,

39, ..., 48 - вторые резисторы резистивных делителей 19,

..., 28, соответственно,

49- формирователь тестовых импульсов,

50- блок анализа,

51- блок индикации.

Многоканальный усилитель биопотенциалов содержат электроды 1-9 для съёма биопотенциалов с грудной клетки и конечностей пациента, подключенные к неинвертирующим входам операционных усилителей 10-18. Электроды 1-9 имеют обычную конструкцию электродов, применяемых в электрокардиографах. Операционные усилители 10-18 должны иметь достаточно высокое входное сопротивление и небольшие входные токи. В качестве операционных усилителей могут использованы, например, операционные усилители серии К544УД1. Неинвертирующие входы операционных усилителей 10-18 могут соединяться с электродами 1-8 непосредственно или через входные цепи, выполняющие роль элементов защиты операционных усилителей, через фильтрующие цепочки и тому подобные элементы.

Операционные усилители 10-18, охвачены отрицательной обратной связью по напряжению с помощью резистивных делителей 1928. Делители 19-26 включены между выходами операционных усилителей 10-17 и выходом операционного усилителя 18. Операционный усилитель 18 охвачен отрицательной обратной связью по напряжению с помощью резистивного делителя 27 и резистивного делителя

Ш№°

- 5

28. Резистивный делитель 27 включен между выходом операционного усилителя 18 и выходом резистивного делителя 28. Резистивные делители 19-28 выполнены на резисторах 29-48. Сопротивление резисторов 29, ..., 38 составляет Rlj, ..., RljQ i соответственно. Сопротивление резисторов 39-48 составляет R2j, ..., R210 соответственно. При этом для значений сопротивлений резисторов 29-48 должно выполняться условие (1). Абсолютные значения сопротивлений резисторов 29-48 могут находиться в широком диапазоне. Обычно значения сопротивлений резисторов 29-48 выбирают в пределах от единиц до сотен килоом.

К входу делителя 28 подключен формирователь 49 тестовых импульсов частотой () Гц, который может выполнен по любой известной схеме импульсного генератора или делителя частоты генератора тактовых импульсов цифровых устройств, совместно с которыми работает многоканальный усилитель биопотенциалов.

Выходы операционных усилителей 10-17 подключены к соответствующим входам блока 50 анализа. Блок 50 может быть выполнен по различным схемам. Например, в каждом канале блок 50 анализа может содержать последовательно соединенные полосовой фильтр, усилитель напряжения переменного тока, детектор и двухпороговый компаратор, сигнал на выходе которого появляется при выходе за пределы допуска сигнала на его входе.

При цифровом построении устройств обработки сигналов блок 50 анализа может быть выполнен, например, в виде последовательно соединенных коммутатора, входы которого являются входами блока 50 анализа, аналого-цифрового преобразователя и вычислителя, анализирующего параметры сигналов на выходах операционных усилителей 10-17 и сравнивающего их с заданными значениями.

подключен к входу блока 51 индикации, который может быть выполнен в виде табло, монитора персонального компьютера и т.п.

Предлагаемый многоканальный усилитель биопотенциалов работает следующим образом.

Электроды 1-9 для съёма биопотенциалов устанавливают на грудной клетке и конечностях пациента как при обычных электрокардиографических исследованиях.

Сигналы, снимаемые с электродов 1-8, поступают на входы операционных усилителей 10-17. Сигнал, снимаемый с электрода 9 поступает на вход операционного усилителя 10 и после усиления используется для компенсации синфазной аддитивной помехи, действующей на всех электродах. Одинаковое усиление всех биопотенциалов и компенсация помехи достигается благодаря выполнению условия (1). Усиленные операционными усилителями 10-17 сигналы используют для формирования общепринятых отведений, необходимых для снятия электрокардиограмм.

При проведении контроля одновременно с усилением полезных сигналов на выходе операционных усилителей 10-17 формируются тестовые сигналы, поступающие через операционный усилитель 18 от формирователя 49. Если все электроды 1-9 наложены правильно, электрические соединения исправны, а операционные усилители 1018 работают нормально, на выходах усилителей 10-17 тестовые сигналы имеют заданное значения. Блок 50 анализа формируют сигнал исправности, который поступает на блок 51 индикации.

В случае, если хотя бы один из электродов 1-9 наложен неправильно, неисправно хотя бы одно электрическое соединение или один из операционных усилителей 10-18, сигнал на выходе одного или нескольких операционных усилителей 10-17 не будет соответствовать норме, блок 50 зафиксирует неисправность и передаст

J4//MW

- б соответствующий сигнал на индикатор 51, который отобразится на нем и заблокирует недостоверное измерение электрокардиограммы. После устранении неисправности блок 50 анализа выявит соответствие норме параметров многоканального усилителя биопотенциалов.

Таким образом, в предлагаемом усилителе биопотенциалов обеспечивается возможность простыми средствами обеспечить автоматический контроль работоспособности.

Промышленная применимость полезной модели определяется тем, что многоканальный усилитель может быть изготовлен на основании приведенного описания и чертежей и использован в устройствах для регистрации и автоматической обработки биоэлектрических сигналов.

Источники информации

1.Свидетельство РФ № 8583 на ПМ, МПК А 61В 5/02, опубл, 16.12.98г.

2.Mike Curtin. Sigma-delta techniques reduce hardware count and power consumption in biomedical analog front ends. Analog dialoge 28-2, 1994, pp. 6-7.

3.Свидетельство СССР № 1821136 на изобретение, А 61В 5/05, опубл. 15.06.93г. (прототип).

3W№$

- i Формула

Claims

Многоканальный усилитель биопотенциалов, содержащий электроды для съема биопотенциалов, блок анализа и блок индикации, отличающийся тем, что в него введены девять операционных усилителей, десять резистивных делителей напряжения и формирователь тестовых импульсов частотой (8^oC12) Гц, при этом резистивные делители с первого по восьмой включены между выходами соответственно с первого по восьмой операционных усилителей и выходом девятого операционного усилителя, выходы резистивных делителей напряжения с первого по восьмой соединены с инвертирующими входами соответственно с первого по восьмой операционных усилителей, девятый резистивный делитель напряжения включен между выходом девятого операционного усилителя и выходом десятого резистивного делителя напряжения, подключенного к выходу формирователя тестовых импульсов частотой (8^oC12) Гц, выход девятого делителя напряжения соединен с инвертирующим входом девятого операционного усилителя, неинвертирующие входы операционных усилителей с первого по девятый соединены соответственно с первого по девятый электродами для снятия биопотенциалов, выходы операционных усилителей с первого по восьмой соединены соответственно с первого по восьмой входами блока анализа, выход которого соединен с входом блока индикации, сопротивления резисторов резистивных делителей напряжения удовлетворяют условию

где R1₁, ..., R1₁₀ - сопротивления первого резистора резистивных делителей напряжения с первого по десятый, соответственно; R2₁, ..., R2₁₀ - сопротивления второго резистора резистивных делителей напряжения с первого по десятый, соответственно.