RU220315U1 - Многоканальный генератор-мультиплексор биоимпедансного сигнала - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области медицинской техники и может быть использована при исследовании состояния мышечной активности. Разработанное устройство состоит из микроконтроллера, двухканального ЦАП, усилителей и электромагнитных реле.

Прикладной задачей для данной разработки являлась задача корректного управления протезом кисти руки, функционал которого предполагает независимое управление пальцами и состоянием ладони. Для этого требовалось считывать состояние восьми поверхностных мышц последовательно (во избежание влияния соседних тканей) с периодом опроса не более 2 секунд с последующей записью полученной выборки при помощи платы сбора данных и оценки импеданса каждой из опрошенных мышц.

Под данную задачу был разработан блок, являющийся заявляемой полезной моделью и осуществляющий требуемый коммутационный и формирующий сигнал функционал. Принципиальная схема блока приведена на Фиг. 1.

Description

Полезная модель относится к области медицинской техники и предназначена для исследования мышечной активности.

Известно устройство для индикации распределения биопотенциалов на поверхности тела человека, содержащее датчики биопотенциалов, коммутатор, задающий генератор-синхронизатор, индикатор и блок питания (Патент РФ №378236 от 18.04.1973), осуществляющий программный опрос датчиков.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является биоимпедансный анализатор, содержащий генератор переменного тока, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым токовыми входами блока коммутации, соответственно, с 1-го по М-й токовые выходы которого соединены с 1-го по М-й токовыми электродами, соответственно, с 1-го по N-й потенциальные входы блока коммутации соединены с 1-го по N-й потенциальными электродами, соответственно, а первый и второй потенциальные выходы соединены с первым и вторым входами первого детектора, соответственно, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен со входом блока обработки и индикации, первый выход которого соединен с входом управления блока коммутации (Патент РФ №1826864, 29.04.90, А 61 В 5/05).

Заявляемое устройство предполагается к работе с неинвазивными поверхностными электродами, особенностью применения которых является растекание измерительного тока по поверхности и в толще кожи и лишь частичное проникновение в мышцу. При таком подходе важным фактором становится взаимное влияние датчиков друг на друга, искажающее результаты измерений. В рассмотренных выше работах данному фактору уделялось недостаточное внимание.

Техническим результатом применения заявляемого решения является повышение точности получаемых данных ввиду полного исключения взаимного влияния датчиков друг на друга.

Задачей полезной модели является формирование зондирующего сигнала и осуществление коммутации данного сигнала между комбинациями электродов, закрепленных на теле человека в области предплечья, с целью проведения сканирования состояния мышц и определения их импеданса.

Технический результат полезной модели достигается за счёт того, что измерения производятся последовательно через одну из восьми групп датчиков, в то время как остальные датчики с помощью электромагнитных реле гальванически отсоединяются от узлов устройства и не могут повлиять на траекторию растекания тока в толще и на поверхности кожи.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства.

На фиг. 2 приведена функциональная схема устройства.

Устройство работает следующим образом: микроконтроллер 1 управляет по интерфейсу SPI высокоскоростным ЦАП 2, задавая уровни сигнала, а также управляет демультиплексором 4 и мультиплексором 6, каждый из которых состоит из набора электромагнитных реле 7, соединенных между собой каскадно по группам из одного, двух и четырёх штук. Сигнал с выхода ЦАП 2 поступает на широкополосный операционный усилитель 3 и далее в демультиплексор 4, где попадает на вход реле первой группы. В зависимости от выбранного канала сигнал далее поступает на верхний или нижний отвод первого реле и поступает соответственно на верхрее или нижнее реле второй группы. Далее в зависимости от выбранного канала сигнал поступает на верхний или нижний отвод реле второй группы на вход одного из четырёх реле третьей группы. В зависимости от выбранного канала сигнал с выхода реле третьей группы поступает на один из восьми наборов контактов, объединенных разъемом 5, к которому далее подключаются электроды. Сигнал, снимаемый с электродов, поступает на вход блока мультиплексора 6. Если данный канал выбран микроконтроллером, то набор реле мультиплекора будет скоммутирован таким образом, чтобы сигнал каскадно преодолел первую, вторую и третью группы реле мультиплексора и поступил на линию для подключения устройства записи.

Реле осуществляют синхронную коммутацию двух каналов ЦАП (усиленных по току и амплитуде операционным усилителем) с целью обеспечения возможности формирования на датчиках сигнала любой полярности.

Формирование таких сигналов необходимо для универсализации прибора, а также для формирования зондирующих импульсов, среднее значение напряжения в которых за период будет равняться нулю (необходимо для отсутствия процессов электролиза на датчиках и в толще кожи).

Снятые с электродов считывания сигналы через систему реле поступают на две клеммы, разность потенциалов которых может быть зарегистрирована внешним устройством сбора данных.

Предложенный вариант устройства считывания биопотенциалов позволяет в отличие от известных приборов одновременно генерировать зондирующий сигнал и переключаться между датчиками.

Claims (1)

1. Генератор-мультиплексор биоимпедансного сигнала, содержащий микроконтроллер, выполненный с возможностью коммутации каналов посредством переключения групп электромагнитных реле, а также с возможностью управления цифроаналоговым преобразователем, сигналы с выходов которого поступают на операционный усилитель и далее на релейный коммутатор, который представляет собой демультиплексор и мультиплексор, выполненный с возможностью выбора одной из восьми двухканальных групп сигналов и подачи сигналов через необходимый электрод, оставляя остальные электроды отключенными, причем коммутируемые линии соединены между собой каскадно через три группы реле в демультиплексоре и три группы реле в мультиплексоре, а электромагнитные реле подключены с возможностью исключения взаимного влияния электродов друг на друга.

Images