Устройство для электроэнцефалографических исследований

Устройство для электроэнцефалографических исследований

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к медицине, в частности к электроэнцефалографии, Цель изобретения - снижение влияния артефактов при проведении исследований Цель достигается путем телеметрической передачи электроэнцефалографических биосигналов, введением в состав шлема, состоящего из внутренней оболочки с расположенными на ней электродами 1 и жесткого наружного корпуса, усилителей 2 биопотенциалов, коммутатора 11, устройства 12 управления, АЦП 13, кодирующего устройства 14, передатчика 5, приемника 8 и блока обработки и регистрации 10 и соответствующего соединения их в схеме. Кроме того, внутренняя оболочка шлема выполнена из эластичногб экранирующего материала 5з п ф-лы, 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 А 61 В 5/04

y t,jQ ) 2, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4720765/14 (22) 14.07.89 (46) 23.05.92. Бюл. ЛЬ 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт автоматики и Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии

АН СССР (72) И.В.Блатов, В.С.Риссе, А.Т.Курякин и

Н.Е.Свидерская (53) 615.47 (088.8) (56) Заявка Японии М 52-33913, кл. В 61 В 5/04, 1977, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ (57) Изобретение относится к медицине, в частности к электроэнцефалографии, Цель

Изобретение относится к медицине и, в частности к электроэнцефалографии.

Известны устройства для ЭЭГ-исследований, содержащие электроды, усилители биопотенциалов и блоки обработки и регистрации информации. Недостатком этих устройств являет<.я неудобство их использования в процессе проведения ЭЭГисследований.

Известно устройство, являющееся прототипом, у которого электроды установлены на сферическом колпаке (шлеме), надеваемом на голову пациента, Недостатком этого устройства, так же, как и аналогов, являются электрические провода, связывающие электроды с энцефалографом или другой измерительной или обрабатывающей аппаратурой, в результате чего резко ограиичивается подвижность пациента, а при малейшем движении головы возникают ар« .. Ж„„1734687 А1 изобретения — снижение влияния артефактов при проведении исследований, Цель достигается путем телеметрической передачи электроэнцефалографических биосигналов, введением в состав шлема, состоящего иэ внутренней оболочки с расположенными на ней электродами 1 и жесткого наружного корпуса, усилителей 2 биопотенциалов, коммутатора 11, устройства 12 управления, АЦП 13, кодирующего устройства 14, передатчика 5, приемника 8 и блока обработки и . регистрации 10 и соответствующего соединения их в схеме. Кроме того, внутренняя оболочка шлема выполнена из эластичногд зкранирующего материала. 5 з.п, ф-лы, 1 ил, тефакты (помехи, вызванные наводками в соединительных проводах).

Кроме того, длинные соединительные провода способствуют возникновению наводок за счет внешних электромагнитных полей, поэтому, как правило, все энцелографические исследования, требующие высокой точности измерений, проводятся в специальных экранированных помещениях.

Цель изобретения — уменьшение внешних артефактов, возникающих за счет перемещения соединительных проводов, а также уменьшение влияния внешних электромагнитных полей.

Эта цель достигается тем, что в состав известного устройства, содержащего электроды, установленные в шлеме, усилители биопотенциалов, блок преобразования информации, блок обработки информации и источник питания, введены передатчик и приемник электромагнитного сигнала, при1734687 чем усилители биопотенциалов, блок преобразования ийформации, передатчик электромагнитного сигнала и автономный источник питания располагаются на пациенте, например, устанавливаются в шлеме, при этом выходы усилителей соединены с входами преобразователя информации, выход которого соединен с входом передатчика электромагнитного сигнала, а выход приемника соединен с входом блока обработки информации.

В свою очередь, блок преобразования информации состоит из коммутатора, АЦП, устройства управления и кодирующего устройства, причем выходы усилителей соединены с сигнальными входами коммутатора, управляющие входы коммутатора соединены с первым выходом устройства управле ния, э выход коммутатора соединен с измерительным входом АЦП, управляющий вход которого соединен с вторым выходом устройства управления, выходы АЦП соединены с шестым входом кодирующего устройства, выход которого соединен с входом передатчика электромагнитного сигнала.

Кодирующее устройство, входящее в состав блока преобразования информации, состоит из регистра сдвига, схемы ИЛИ и сумматора по модулю 2, при этом вход с регистра сдвига соединен с четвертым наружным входом кодирующего устройства, вход Е/мщ — с пятым наружным входом, входы 01... Dl — с шестым наружным входом, а входы Dl+l... Di+ — с первым наружным входом кодирующего устройства, выход регистра сдвига соединен с первым входом сумматора по модулю 2, первый вход схемы

ИЛИ соединен с вторым наружным входом кодирующего устройства, второй вход — с третьим наружным входом., а третий вход.— с четвертым наружным входом кодирующего устройства, выход схемы совпадения соединен с вторым входом сумматора по модулю 2, выход которого соединен с наружным выходом кодирующего устройства.

Устройство управления, входящее в состав блока преобразования информации, состоит из генератора тактовых импульсов, двух счетчиков и дешифратора, причем выход генератора тактовых импульсов соеди- . нен с четвертым выходом устройства управления и со счетным входом первого счетчика, разрядныь выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора, а выход переполнения — со счетным входом второго счетчика, разрядные выходы которого соединены с первым наружным выходом устройства управления, нулевой выход дешифратора соединен с вторым выходом устройства управления, 15 темы предназначенные для передачи кардиосигналов, используют принцип амплитудной (или частотной). модуляции несущей частоты кардиосигналом и способны передавать на одной несущей частоте толь20 ко одно значение кардиосигнала

8 электроэнцефалографии такой способ телеметрической передачи информации неприменим; так как здесь необходимо одновременно передавать большое количество сигналов (до 64-х}, а это требует применения многоканальной телеметрии.

Применение телеметрии и, в частности, многоканальной телеметрии в электроэнцефалографии неизвестно.

В предлагаемом устройстве возможность одновременной передачи большого количества сигналов обеспечивается путем последовательного опроса всех каналов, преобразованием замеренных при опросе потенциалов в цифровой код и модуляции несущей частоты этим цифровым кодом. Таким образом, введение в состав предлагаемого устройства передатчика и приемника электромагнитного сигнала, а также разме40 щение усилителей биопотенциалов, блока преобразования информации, передатчика электромагнитного сигнала и автономного источника питания на пациенте, например, в шлеме, э также введение новых связей

45 между блоками, придает устройству для

ЗЭГ-исследований новое, неизвестное ранее свойство, в частности: уменьшение влияния внешних артефактов за счет исключения подвижности соединительных

50 проводов, а также уменьшение влияния внешних электромагнитных полей, что floзволяет отказаться от экранировки помещений, где проводятся исследования, и работать в обычных помещениях со стан55 дартным уровнем помех.

Кроме того, предлагаемое техническое решение придает свободу перемещения пациенту при проведении ЭЭГ-исследований, . что особенно важно для изучения функций второй выход — с третьим наружным выходом, а последний — c пятым наружным выходом устройства управления.

Для уменьшения влияния внешних

5 электромагнитных полей корпус шлема выполнен из экранирующего материала, а усилители биопотенциалов конструктивно совмещены с основными электродами.

Применение в электроэнцефалографии

10 усилителей биопотенциалов, коммутаторов, а также аналого-цифровых преобразователей известно. Известны также и системы передачи биосигналов с помощью электромагнитного излучения, однако все эти сис1734687

10

25

50 мозга, обеспечивающих управление двигательными органами.

На чертеже приведена блок-схема устройства для ЭЭ Г-исследований. Электроды для снятия биопотенциалов 1.-1„...,1 — п, конструктивно совмещенные с усилителями 21...,.. 2-п, устанавливаются на голове пациента с помощью стандартных средств, например резиновых лент, прикрепляемых к шлему 3. Референтный электрод 1-р устанавливается на подбородке или на мочках ушей.

Внутри шлема 3 установлен блок преобразования информации 4, передатчик электромагнитного сигнала 5 с излучателем (антенной).6 и автономный источник питания 7, Выходы основных электродов 1 — 1....., 1 — и, а также выход референтного электрода

1-р соединены с соответствующими входами усилителей 2 — 1....,. 2-п, выходы которых соединены с входами блока преобразования информации 4, а выход блока преобразования информации соединен с передатчиком электромагнитного сигнала

5, имеющим антенну 6, В качестве электромагнитного сигнала могут быть использованы как радиоволны, так и световые сигналы, например, в инфракрасном диапазоне.

- Приемник электромагнитного сигнала 8 с приемной антенной (или фотоприемником) 9 и блок обработки и регистрации информации 10 располагаются на удалении от пациента в зоне действия канала связи между передатчиком и приемником.

Блок преобразования информации 4 . включает в себя коммутатор 11, устройство управления 12, АЦП 13 и кодирующее устройство 14. Сигнальные входы D>...,.. О„ коммутатора 11 соединены с выходами усилителей 2 — 1...... 2 — n. Управляющие входы коммутатора 11 соединены магистральной шиной с входом 1 устройства управления

12, а выход — с входом АЦП 13.

Управляющий вход с АЦП 13 соединен с выходом 2 устройства управления 12, а разрядные выходы АЦП 13 соединены шиной с входом 6 кодирующего устройства 14.

Выход кодирующего устройства 14 соединен с входом передатчика электромагнитного сигнала 5.

Устройство управления 12, входящее в состав блока преобразования информации

4, состоит из,генератора тактовых импульсов 15, двух счетчиков 16 и 17 и дешифратора 18. Выход генератора тактовых испульсов 15 соединен со счетным входом первого счетчика 16 и с наружным. выходом

4 устройства управления 12. Разрядные выходы первого счетчика 16 соединены с разрядными входами дешифраторв 18, а выход переполнения — со счетным входом второго счетчика 17, разрядные выходы которого соединены шиной с внешним выходом 1 устройства управления 12. Нулевой, второй и последний выходы дешифратора 18 соединены соответственно с вторым, третьим и пятым внешними выходами устройства управления 12. Кодирующее устройство 14, также входящее в состав блока преобраэования информации 4, состоит из регистра сдвига 19, схемы ИЛИ 20 и сумматора 21 по модулю 2 (ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ). Вход с регистра сдвига 19 соединен с наружным входом 4 кодирующего устройства 14, а вход

Е/wR — с наружным входом 5. Информационные входы 01;,... Dl регистра сдвига 19 соединены шиной с наружным входом 6 кодирующего устройства .14, а информационные входы Di+<„.... Di+к — с наружным входом

1. На информационный вход Dm регистра сдвига 19 постоянно подается логический нуль, а на информационные входы Dm-1 и

Dm-2 — логическая единица (m — общее число разрядов регистра сдвига, — число разрядов АЦП). Входы 1, 2 и 3 схемы ИЛИ 20 соединены соответственно с наружными входами 2, 3 и 4 кодирующего устройства 14.

Вход 1 сумматора 21 по модулю 2 соединен с наружным выходом регистра сдвига 19, а вход 2 — с выходом схемы ИЛИ 20. Выход сумматора 21 по модулю 2 соединен с наружным выходом кодирующего устройства

14.

Работа устройства для ЭЭГ-исследований происходит следующим образом.

С помощью электродов 1-1...... 1-п, установленных на голове пациента, измеряются. биопотенциалы в каждой точке относительно рефврентного электрода 1 — р и усиливаются усилителями 2 — 1...... 2 — и.

Конструктивное совмещение усилителей с основными электродами обеспечивает существенное уменьшение влияния внешних электромагнитных полей, Вых ды усилителей 2-1...... 2 — n с помощью коммутатора 11 поочередно подключаются к входу АЦП 13, который преобразует значение потенциала в параллельный двоичный код, передаваемый далее на вход 6 кодирующего устройства 14. Выбор соответствующего канала проводится путем подачи на входы E1......

Е, параллельного двоичного кода с выхода

1 устройства управления 12. Одновременно этот же код подается на вход 1 кодирующего устройства 14 для записи номера канала в передаваемом слове. Передача информации проводится в последовательном двоичном коде "Манчестер-2". Для кодирования может быть использован стан1734687 дартный кодер, либо упрощенное кодирующее устройство 14, Запись информации в регистр сдвига 19 проводится по команде устройства vnpaaления 12, подаваемой на вход Е./vvR регистра сдвига 19. Эта команда формируется в конце периода измерения каждого канала.

В режиме считывания регистр сдвига 19 работает по тактовым импульсам, подаваемым иа вход с.

В последнем разряде Dm регистра сдвига 19 постоянно формируется логический ноль, а в двух предпоследних разрядах 0 -> и Dm-2 — логическая единица, В сочетании с подачей на вход 2 сумматора 21 по модулю

2 двух дополнительных импульсов, зто позволяет сформировать импульс нестандартной длительности, что однозначно

: идентифицирует начало каждого слова. Далее формируется стандартный код "Манчестер-2" путем суммирования по модулю 2 последовательного двоичного числа с выхода регистра сдвига 19 с тактовыми импульсами, при этом на выходе сумматора 21 образуется последовательный двоичный код "Манчестер-2"; единице соответствует сигнал в первой боловине такта; а нулю— сигнал во второй половине такта, Этими импульсами, подаваемыми с выхода кодирующего устройства 14 на вход передатчика электромагнитного сигнала 5, модулируется по ампли уде или частоте излучаемый электромагнитный сигнал.

В приемном такте 8 этот сигнал принимается приемной антенной (фототранзистором) 9, усиливается, декодируется и подается на вход обрабатывающего и регистрирующего устройства 10, в качестве которого может быть использована как стандартная ЭВМ, так и обыкновенный

ЦАП, который преобразует цифровой сигнал в аналоговую форму. Далее этот аналоговый сигнал может быть выведен на стандартный самописец, По сравнению с прототипом предлагаемое устройство для ЭЭГ-исследований позволяет избавиться от влияния внешних артефактов, вызванных перемещением проводов, соединяющих электроды с усилителями (здесь зти провода фактически отсутствуют), уменьшить влияние внешних электромагнитных полей, а также обеспечить проведение исследований мыслительных процессов в естественных условиях, не связывая свободу перемещения пациента.

Формула изобретения

1. Устройство для электрознцефалографических исследований, содержащее электро. ды для снятия биопотенциалов, устанавливаемые в шлеме, усилители био10

20 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е25

40

55 потенциалов, входы которых соединены с выходами электродов, блок преобразования информации, блок обработки и регистрации информации и источник питания, о тл и ч а ю ще е с я тем, что, с цельюуменьшения влияния артефактов, в состав устройства введены передатчик и приемник электромагнитного сигнала, причем усилители биопотенциалов, блок преобразования информации, передатчик злектромагнитного сигнала и автономный источник питания устанавливаются в шлеме, при этом выходы усилителей соединены с входами блока преобразования информации, выход которого соединен с входом передатчика электромагнитного сигнала, а выход приемника электромагнитного сигнала соединен с входом блока обработки и регистрации информации. с я тем, что блок преобразования информации включает в себя коммутатор, выход которого через .аналого-цифровой преобразователь соединен с информационным входом кодирующего устройства, первый, второй, третий,.четвертый и пятый входы которого соединены с соответствующими выходами устройства управления. первый выход которого, кроме того, подключен к Е-группе входов коммутатора, 0-группа входов которого соединена с входной шиной блока преобразования информации, а управляющий вход аналого-цифрового преобразователя подключен к второму выходу устройства управления, 3. Устройство по пп, 1 и 2, о т л и ч à ющ е е с я тем, что кодирующее устройство включает в себя сумматор по модулю два, выход которого соединен с выходной шиной блока преобразования информации, а один. из входов соединен с выходом схемы WlN, входы которой подключены к второму, третьему и четвертому входам кодирующего,. устройства, а второй вход соединен с выходом регистра сдвига, у которого группы входов С, Е/vvR, 0 подключены соответственно к четвертому, пятому, информационному и первому входам кодирующего устройства.

4. Устройство но пп 1 и 2, о т л и ч а ю.щ е е с я тем, что устройство управления включает в себя последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, первый счетчик и дешифратор, причем K-выход первого счетчика через второй счетчик соединен с первым выходом устройства управления, второй, третий и пятый выходы которого подключены к выходам дешифратора, а четвертый выход — к выходу генератора тактовых импульсов.

1734687

Состэвитель И. Блэтов

Редэктор Н. Король Техред 4.Моргентал Корректор О. Кравцова

Зэказ 1760 Тирэж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитете по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

Производственно-иэдэтельский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

5. Устройство по и. 1, о т л и ч э ю щ е ес я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, корпус шлема выполнен из экранирующего материала.

6. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что усилители биопотенциалов конструктивно совмещены с электродами.