UA14998U

UA14998U - Device for recording bioelectric potentials

Info

Publication number: UA14998U
Application number: UAU200510786U
Authority: UA
Inventors: Zubair Selymovych Mekhtikhanov; Oleksandr Vadymovy Bieliavskyi; Rostyslav Mykolaio Mykhailusov; Yusuf Mahomedovych Nezhvedylov; Zarema Shamylovn Mekhtikhanova; Nataliia Mykolaivna Bychok; Olena Yuriivna Hai
Original assignee: Kharkiv Med Acad Postgraduate
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2006-06-15

Abstract

The device for recording bioelectric potentials contains the electrometric amplifier with its differential inputs connected to the measuring electrodes and the output û with the inverting input of the operational amplifier. The non-inverting input of the operational amplifier is connected to the ground potential. In addition, the device contains two-threshold comparator with the inputs generating the thresholds connected to the output of the operational amplifier, and the information input connected with the auxiliary electrode and the output of the integral circuit. The input of the latter is connected to the output of two-threshold comparator representing the output of device as a whole.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до медицини й експериментальної фізіології й може бути використана в 2 медичній практиці для реєстрації біоелектричних потенціалів.The useful model relates to medicine and experimental physiology and can be used in 2 medical practice to register bioelectric potentials.

Відомий пристрій ЗГОС-4М (патент РФ Мо2088147) для реєстрації біоелектричних потенціалів шлунково-кишкового тракту (ШКТ), що являє собою селективний вольтметр на основі фотогальванічного підсилювача з виводом інформації на механічний реєстратор-самопис.The well-known ZGOS-4M device (patent of the Russian Federation Mo2088147) for recording bioelectrical potentials of the gastrointestinal tract (GI), which is a selective voltmeter based on a photovoltaic amplifier with information output on a mechanical self-recording recorder.

Недоліками приладу є низька завадостійкість, наявність електромеханічних вузлів, що знижує надійність 70 конструкції, необхідність ручної компенсації потенціалу шкірно-гальванічної реакції (ШГР).The disadvantages of the device are low immunity, the presence of electromechanical nodes, which reduces the reliability of the design, the need for manual compensation of the potential of the skin-galvanic reaction (SHGR).

У значній мірі зазначених недоліків позбавлений пристрій реєстрації й обробки біоелектричних потенціалівTo a large extent, the device for registering and processing bioelectric potentials is devoid of the mentioned shortcomings

ШКТ Іпатент РФ М 2088147), де біоелектричний потенціал фіксується диференціальним підсилювачем з наступною фільтрацією й аналого-дифровим перетворенням і подальшою обробкою інформації в ЕОМ.SHKT Ipatent RF M 2088147), where the bioelectric potential is fixed by a differential amplifier with subsequent filtering and analog-to-digital conversion and further processing of information in a computer.

Зменшення погрішності, викликаної наявністю шкірно-гальванічного ефекту, здійснюють шляхом вирахування 12 диференціального сигналу близько розташованої пари точок з диференціального сигналу діагональне віддаленої пари точок знімання сигналу.The reduction of the error caused by the presence of the skin-galvanic effect is carried out by subtracting 12 the differential signal of a closely located pair of points from the differential signal of a diagonally distant pair of signal removal points.

Однак і в цьому технічному рішенні не вирішена проблема автоматичної компенсації потенціалу шкірно-гальванічної реакції.However, this technical solution does not solve the problem of automatic compensation of the potential of the skin-galvanic reaction.

Найбільш близьким до пропонованого пристрою і обраним за прототип є пристрій реєстрації біоелектричних потенціалів, який використовують у кардіографі, принципова електрична схема якого наведена в технічній документації на сайті компанії Виг-Вгом/п УУМЛА. ригг-ргом/п.сот. І30120.РОБ.The closest to the proposed device and chosen as a prototype is the device for recording bioelectric potentials, which is used in a cardiograph, the basic electrical diagram of which is given in the technical documentation on the website of the Vyg-Vhom/p UUMLA company. rigg-rgom/p.sot. I30120.ROB.

Пристрій містить електрометричний підсилювач, диференціальні входи якого приєднані до вимірювальних електродів, вихід 1 з'єднаний із інвертувальним входом операційного підсилювача, вихід якого приєднаний до допоміжного електрода, інвертуємий вхід до загального проводу живлення, а вихід 2 з'єднаний із входом 29 ізолюючого підсилювача, вихід якого є виходом пристрою. Біопотенціал об'єкта підсилюється диференціальним в підсилювачем, віднімається з потенціалу "землі" операційним підсилювачем і повертається через допоміжний електрод до об'єкта виміру (08). Тому що (08) охоплений 100 95 негативним зворотним зв'язком по напрузі, то забезпечується ефективне придушення синфазних перешкод, у тому числі й перешкод мережі змінного струму й змін потенціалу ШГР. соThe device includes an electrometric amplifier, the differential inputs of which are connected to the measuring electrodes, the output 1 is connected to the inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the auxiliary electrode, the inverting input to the common power wire, and the output 2 is connected to the input 29 of the isolation amplifier, whose output is the output of the device. The biopotential of the object is amplified by the differential in the amplifier, subtracted from the "ground" potential by the operational amplifier and returned through the auxiliary electrode to the measurement object (08). Because (08) is covered by 100 95 negative voltage feedback, effective suppression of in-phase interference is provided, including interference from the alternating current network and changes in the SGR potential. co

Недоліками пристрою, що обмежують його застосування для досліджень ЖКТ є широка смуга пропущення, Ге») необхідна для реєстрації швидких фронтів кардіоритмів, що приводить до високого рівня шуму в низькочастотній області спектра, необхідність використання дорогих імпортних елементів і, насамперед, елементів аналогової Ме. гальванічної розв'язки, необхідність застосування додаткових джерел електроживлення. «ІDisadvantages of the device, which limit its use for gastrointestinal tract research, are a wide bandwidth, Ge») necessary for recording fast fronts of cardiorhythms, which leads to a high level of noise in the low-frequency region of the spectrum, the need to use expensive imported elements and, above all, elements of analog Me. galvanic separation, the need to use additional power sources. "AND

В основу корисної моделі поставлено задача удосконалення пристрою для реєстрації біоелектричнихThe basis of a useful model is the task of improving the device for bioelectrical registration

Зо потенціалів, у якому за рахунок додаткового введення двопорогового компаратора та його зв'язків досягається -- фільтрація сигналу, що знижує перешкоди, за рахунок чого відбувається підвищення точності вимірів і надійності вимірювального перетворювача.Of the potentials, in which due to the additional introduction of a two-threshold comparator and its connections, signal filtering is achieved, which reduces interference, due to which the accuracy of measurements and the reliability of the measuring converter are increased.

Поставлена задача вирішується в пристрої для реєстрації біоелектричних потенціалів, що містить « електрометричний підсилювач, диференціальні входи якого з'єднані з вимірювальними електродами, а вихід із З 50 інвертуємим входом операційного підсилювача, неіввертувальний вхід якого з'єднаний з потенціалом "землі", с згідно з корисною моделлю, додатково уведений двопороговий компаратор, входи задання порогів якого з'єднаніThe task is solved in a device for recording bioelectrical potentials, which contains an electrometric amplifier, the differential inputs of which are connected to measuring electrodes, and the output of which is an inverting input of an operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the "earth" potential, according to with a useful model, a two-threshold comparator is additionally introduced, the threshold setting inputs of which are connected

Із» з виходом операційного підсилювача, а інформаційний вхід з допоміжним електродом і з виходом інтегруючого ланцюга, вхід якого з'єднаний з виходом компаратора, який є виходом пристрою.From" with the output of the operational amplifier, and the information input with the auxiliary electrode and with the output of the integrating circuit, the input of which is connected to the output of the comparator, which is the output of the device.

Тому що двопороговий компаратор разом з інтег руючим ланцюгом у зворотному зв'язку (33) являє собою релаксаційний автогенератор, керований напругою операційного післилювача (ОП), то завдяки дії зворотного - зв'язку, на виході інтегруючого ланцюга формується імпульсна напруга, інтеграл якого за якийсь час Т-ККС «» дорівнює вихідній напрузі ОП. Такий пристрій одержав назву "регенеративний повторювач". Його основним достоїнством є забезпечення стійкості роботи пристрою в цілому шляхом створення самого нестійкого режиму - іш виникнення аутоколивань. Зокрема, завдяки застосуванню регенеративного повторювача, пристрій стаєBecause the two-threshold comparator together with the integrating circuit in feedback (33) is a relaxation autogenerator controlled by the voltage of the operational amplifier (OP), then thanks to the action of the feedback, a pulse voltage is formed at the output of the integrating circuit, the integral of which is for some time T-KKS "" is equal to the output voltage of the OP. Such a device was called a "regenerative repeater". Its main advantage is ensuring the stability of the device as a whole by creating the most unstable mode - and the occurrence of self-oscillations. In particular, thanks to the use of a regenerative repeater, the device becomes

Те) 20 некритичним до типу застосовуваних елементів, усуваються гістерезисні явища особливо характерні для процесів, що протікають повільно. со Функціональна схема пристрою наведена на Фіг., де ОД-об'єкт дослідження, О - вихід пристрою.Te) 20 is not critical to the type of elements used, hysteresis phenomena are eliminated, which are especially characteristic of slow processes. The functional diagram of the device is shown in Fig., where OD is the research object, and O is the output of the device.

Пристрій, що заявляється, містить електрометричний підсилювач 1 (ЕП 1), операційний підсилювач 2 (ОП 2), регенеративний повторювач, який складається з двухпорогового компаратора З і інтегруючого ланцюга 4, що 22 складається з В - резистора й С - конденсатора. Пристрій містить вимірювальні електроди 5, 6 та додатковий с електрод 7.The claimed device contains an electrometric amplifier 1 (EP 1), an operational amplifier 2 (OP 2), a regenerative repeater, which consists of a two-threshold comparator C and an integrating circuit 4, which 22 consists of a B resistor and a C capacitor. The device contains measuring electrodes 5, 6 and an additional electrode 7.

Така схема відведення дозволяє з однієї сторони зменшити вплив синфазних перешкод, у тому числі й від мережі змінного струму 50 Но (об'єкт дослідження (ОД) власне кажучи є підключеним у ланцюг негативного зворотного зв'язку, з іншої сторони ефективно підсилити диференціальний сигнал. 60 Селективні властивості вимірювального комплексу реалізуються програмними й апаратними засобами й призначені для здійснення: - відсікання постійної складової сигналу, дрейф якої обумовлений зміною стану електродної системи й шкірного покриву, змінами шкірно-гальванічної реакції й т.п.; - фільтрації, реєструємої інформації на частоті органа (системи органів) шлунково-кишкового тракту. бо Пристрій, що заявляється, використовують таким чином. Вхідні сигнали, що надходять від об'єкта дослідження, підсилюються ЕП 1. При цьому на його виході формується напруга ШШ 4 -К(О45-О42), Де О45 - потенціал між електродами 5 і 7; О45 - потенціал між електродами 5 і 6; К/ - коефіцієнт підсилення по напрузі.Such a wiring scheme allows, on the one hand, to reduce the influence of in-phase interference, including from the 50 V AC network (the object of study (OD) is actually connected to the negative feedback circuit), and on the other hand, to effectively amplify the differential signal. 60 The selective properties of the measuring complex are implemented by software and hardware and are intended for the implementation of: - cutting off the constant component of the signal, the drift of which is caused by changes in the state of the electrode system and skin, changes in the skin-galvanic reaction, etc. - filtering, recording information on the frequency organ (system of organs) of the gastrointestinal tract. Because the claimed device is used in this way. The input signals coming from the research object are amplified by EP 1. At the same time, at its output, a voltage of ШШ 4 -К(О45-О42 ), where O45 is the potential between electrodes 5 and 7; O45 is the potential between electrodes 5 and 6; K/ is the voltage amplification factor.

Посилена різниця потенціалів подається на вхід ОП 2, де вона інтегрується й підсилюється в К » раз:The amplified potential difference is fed to the OP 2 input, where it is integrated and amplified K » times:

ОО» Ка(Ш.-)). Завдяки дії 33 через ОД, потенціал на виході ЕП 1 прагне до потенціалу "землі", а напруга Оь на виході ОП 2 прагне до величини: ОО --(Ш43 - 042). При цьому регенеративний повторювач, що складається із двопорогового компаратора З і інтегруючого ланцюга 4, забезпечує форсований перезаряд ланцюга допоміжного електрода 7, завдяки чому пристрій функціонує без яких-небудь гістерезисних явищ і стає малокритичним до характеристик застосовуваних елементів. Вихідний сигнал пристрою в цифровій формі може бути знятий із /о0 виходу О, а в аналогової - з виходу ОП.ОО» Ka(Sh.-)). Due to the action of 33 through OD, the potential at the output of EP 1 tends to the "earth" potential, and the voltage O at the output of OP 2 tends to the value: ОО --(Ш43 - 042). At the same time, the regenerative repeater, consisting of a two-threshold comparator C and an integrating circuit 4, provides forced recharging of the circuit of the auxiliary electrode 7, due to which the device functions without any hysteresis phenomena and becomes uncritical to the characteristics of the used elements. The output signal of the device in digital form can be taken from /o0 output O, and in analog form - from output OP.

Таким чином, запропонований пристрій для реєстрації біоелектричних потенціалів дозволяє знизити завади, за рахунок чого відбувається підвищення точності вимірів і надійності вимірювального перетворювача.Thus, the proposed device for registering bioelectric potentials allows to reduce interference, due to which the accuracy of measurements and reliability of the measuring transducer is increased.

Claims

Formulation of the invention Device for recording bioelectric potentials containing an electrometric amplifier, the differential inputs of which are connected to the measuring electrodes, and the output - to the inverting input, the operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the "ground" potential, which differs from which additionally contains a two-threshold comparator, the threshold setting inputs of which are connected to the output of the operational amplifier, and the information input - to the auxiliary electrode and to the output of the integrating circuit, the input of which is connected to the output of the two-threshold comparator, which is the output of the device. that 2 (ee) (o) (o) « yo

- and? - sh» se) se) IR e) 60 b5