Устройство для исследования электрофизиологических сигналов головного мозга

Устройство для исследования электрофизиологических сигналов головного мозга

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Известно устройство для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга /1/, содержащее набор датчиков, налагаемых на голову, многоканальный усилитель сигналов датчиков (например электроэнцефалограф) с числом каналов, соответствующим числу датчиков, блок преобразования сигналов, например преобразования из непрерывной формы в дискретную, блок измерения статистической взаимосвязи между процессами, блок измерения размерности пространства отображаемых процессов, соответствующей совокупным статистическим свойствам взаимосвязей между измеряемыми процессами, блок вычисления координат величин радиус-векторов отображаемых процессов, блок визуализации пространственного распределения радиус-векторов отображаемых процессов, например графопостроитель или графический дисплей, запоминающее устройство, блок измерения отличий параметров пространственных распределений радиус-векторов отображаемых процессов, блок визуализации отличий в интегративной деятельности мозга пациента, блок предъявления тестов и блок синхронизации. Устройство позволяет достоверно выявить степень и характер устойчивых патологических отклонений в системной деятельности мозга, но не решает проблемы оптимального размещения на голове пациента датчиков и жгута проводов, что снижает точность и удобство при эксплуатации прибора.

Известно устройство для исследования электрофизиологических сигналов головного мозга /2/, содержащее держатель электродов, представляющий собой надувную оболочку в жестком шлеме, и электроды с отводящими проводами, закрепленные на надувной оболочке со стороны, прилегающей к голове пациента, а отводящие провода электродов расположены с внешней стороны надувной оболочки. Устройство неудобно в эксплуатации, так как подготовка мест контакта электродов с кожей крайне затруднена. Кроме этого в устройстве отсутствует визуальная индикация состояния контакта электрода с головой пациента, что снижает надежность работы.

Устройство для исследования электрофизиологических сигналов головного мозга, держатель электродов для съема биопотенциалов головного мозга и электродное устройство /3/, принятое за прототип, содержит держатель электродов и электроды с отводящими проводами, причем держатель электродов выполнен в виде эластичной шапочки с закрепленными в ней с взаимным расположением согласно стандартной системе отведений электроэнцефалограмм установочными гнездами в виде цилиндрических люверс из электроизоляционного материала, при этом каждое из установочных гнезд имеет ввод для электрода с внешней стороны эластичной шапочки, отводящие провода расположены на внешней стороне эластичной шапочки, связаны с входным разъемом и сгруппированы в два жгута симметрично сагиттальной плоскости, а расположение каждого отводящего провода в жгуте соответствует расположению на эластичной шапочке установочного гнезда, в которое вставляется электрод, и отводящие провода скреплены направляющими планками. Кроме этого установочное гнездо и соответствующий отводящий провод имеют одинаковую окраску, жгут отводящих проводов выполнен плоским и подключен к входному разъему через герметичную переходную колодку.

Устройство выполняет свои основные функции, но не позволяет определить качество контакта электрода с кожей головы пациента, имеет громоздкую и избыточную многопроводную систему соединений электродов с разъемом в виде жгута, в котором каждый электрод имеет свой отводящий провод. Кроме этого информация от электрода представляется в аналоговом виде, что снижает помехозащищенность устройства и требует при дальнейшей обработке аналого-цифрового преобразования.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении удобства, увеличении точности и надежности оценки электрофизиологических сигналов головного мозга.

Такой результат достигается за счет того, что устройство для исследования электрофизиологических сигналов головного мозга, содержащее держатель в виде эластичной шапочки с расположенными на нем установочными гнездами, в которых размещены электроды, соединенные отводящими проводами с блоком обработки сигналов, дополнительно имеет активные блоки, расположенные в установочных гнездах и состоящие из последовательно соединенных электрода, усилителя, аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллера и интерфейсного элемента, а также блока определения импеданса и блока индикации, при этом блок обработки сигналов отводящими проводами последовательно соединен с интерфейсным элементом каждого активного блока, первый выход микроконтроллера через блок определения импеданса соединен с электродом, а второй выход микроконтроллера подключен к блоку индикации.

На фиг.1 изображена конструкция устройства для исследования электрофизиологических сигналов головного мозга, на фиг.2 - структурная электрическая схема устройства. Для графического материала введены следующие обозначения: 1 - держатель в виде эластичной шапочки с расположенными на ней установочными гнездами 2 для активных блоков, 3 - активные блоки по числу установочных гнезд (на фиг.1 указан только один из активных блоков), 4 - отводящие провода, выполненные по четырехпроводной схеме и соединяющие последовательно активные блоки 3 и блок обработки сигналов 5, получающий информацию по последовательному интерфейсу от активных блоков 3. В свою очередь каждый активный блок 3 состоит из соединенных последовательно электрода 6, усилителя 7, аналого-цифрового преобразователя 8, микроконтроллера 9 и интерфейсного элемента 10. Линия связи микроконтроллера 9 и интерфейсного элемента 10 выполнена двунаправленной. Первый выход микроконтроллера 9 соединен со входом блока определения импеданса 11, а второй выход микроконтроллера 9 подключен ко входу блока индикации 12. В свою очередь выход блока определения импеданса 11 соединен с электродом 6. Блок обработки сигналов 5 состоит из микропроцессора 13, по первой двунаправленной линии 14 соединенного с запоминающим устройством 15. Кроме этого в состав блока обработки сигналов 5 введен интерфейсный блок 16, получающий информацию по второй двунаправленной линии 17 от микропроцессора 13. Выход интерфейсного блока 16 соединен с персональным компьютером.

Устройство для исследования электрофизиологических сигналов головного мозга работает следующим образом. Держатель в виде эластичной шапочки 1 надевается на голову пациента так, чтобы установочные гнезда 2 для активных блоков 3 оказались в точках, соответствующих выбранной схеме отведений. Установка активных блоков 3 не требует жесткого соблюдения соответствия нужному гнезду, что было характерно для прототипа, поскольку в нем длина жгута должна была соответствовать месту расположения блока. В данном случае все активные блоки 3 соединяются друг с другом отводящими проводами 4 по последовательной схеме и адрес блока, определяющий его местоположение на голове пациента, можно изменять программно. Это значительно упрощает процедуру установки и сокращает количество проводов, расположенных на держателе 1. После выполнения операции размещения всех необходимых активных блоков 3 в установочные гнезда 2, от персонального компьютера оператором подается сигнал к началу эксперимента. При этом микропроцессор 13 через интерфейсный блок 16 и вторую двунаправленную линию 17 получает команду на выполнение контрольной операции, необходимой для проверки правильности размещения активных блоков 3 в установочные гнезда 2. Эта проверка осуществляется путем определения импеданса контактной зоны электрода 6 и кожи головы пациента. При этом микропроцессор 13 вырабатывает цифровой код, который по отводящим проводам 4 поступает на интерфейсные элементы 10 каждого активного блока 3. В состав этого кода введен адрес нужного активного блока 3, поэтому, перебирая адреса, удается связаться с любым блоком 3, поскольку интерфейсный элемент 10 каждого активного блока 3 настроен на свой адресный код. Перебирая адреса на этапе контрольной операции, последовательно проверяют правильность установки активных блоков 3. В каждом активном блоке происходит это следующим образом. Интерфейсный элемент 10, определив, что обращение идет именно к нему, посылает по двунаправленной шине управляющий сигнал от микропроцессора 13 к микроконтроллеру 9. Микроконтроллер 9 через первый выход и блок определения импеданса 11 подключается к электроду 6, а тот через усилитель 7 и аналого-цифровой преобразователь 8 посылает информацию о сопротивлении на месте контакта с кожей пациента на вход микроконтроллера 9. Проанализировав полученные данные и сравнив их с эталонными, микроконтроллер 9 вырабатывает на своем втором выходе сигнал, который включает светодиод блока индикации 12 того цвета, который указывает на состояние исследуемого контакта. Так, если контакт нормальный, зажигается светодиод зеленого цвета, если контакт ослаблен (сопротивление выше эталонного) - светодиод красного цвета. В последнем случае оператор визуально предупреждается о некачественной установке активного блока и его месторасположении и должен принять меры к восстановлению контакта. Это достигается введением электропроводящего геля в область установочного гнезда 2 либо механическим нажатием на активный блок 3. И только после того, как контрольная операция заканчивается успешно (зажегся зеленый светодиод блока индикации 12 данного активного блока 3), микроконтроллер 9 вырабатывает ответный сигнал, который через интерфейсный элемент 10 по отводящим проводам 4 поступает к микропроцессору 13. Микропроцессор 13 выставляет по отводящим проводам 4 адрес следующего активного блока 3, и контрольная операция повторяется уже для него. После опроса и анализа импеданса по указанному выше алгоритму всех задействованных активных блоков 3 завершается контрольная операция, при этом у каждого активного блока 3 должны быть включены зеленые светодиоды блоков индикации 12. Получив подтверждение успешного завершения контрольной операции, микропроцессор 13 вырабатывает на своем выходе сигнал к проведению основной операции исследования электрофизиологических сигналов головного мозга. При этом обращение к каждому активному блоку 3 происходит путем перебора адресов, поступающих на интерфейсные элементы 10 по отводящим проводам последовательно. Но в отличие от контрольной операции в данном случае не используется блок определения импеданса 11. Он отключается от электрода 6, и тот самостоятельно вырабатывает сигнал, соответствующий наведенному потенциалу в данной точке отведения. Полученный сигнал усиливается усилителем 7, преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 8 и в таком виде поступает на вход микроконтроллера 9. По двунаправленной шине эта информация поступает на интерфейсный элемент 10 и по отводящим проводам - к микропроцессору 13. Он в зависимости от программы может передать полученную информацию либо по первой двунаправленной шине 14 в запоминающее устройство 15, либо по второй двунаправленной шине 17 в интерфейсный блок 16 и далее в персональный компьютер, где собранная информация хранится и обрабатывается. Если был выбран первый вариант передачи (в запоминающее устройство 15), по окончании сеанса остается возможность передачи всей накопленной информации пакетом от запоминающего устройства 15, первую двунаправленную шину 14, микропроцессор 13, вторую двунаправленную шину 17 и интерфейсный блок 16 в персональный компьютер для дальнейшей обработки. После завершения работы с одним активным блоком 3 на двунаправленной шине 4 микропроцессором 13 устанавливается адрес следующего активного блока 3 и основная операция определения электрофизиологических сигналов головного мозга повторяется. Так продолжается до тех пор, пока не будут опрошены все задействованные в исследовании активные блоки 3. После этого оператор приступает к операции анализа полученной информации, которая производится по специальным программам на персональном компьютере.

Пример 1. Применение устройства для исследования электрофизиологических сигналов головного мозга позволило прогнозировать индивидуальные реакции на воздействие неблагоприятных эколого-профессиональных факторов (высокие или низкие температуры, укачивание), психоэмоционального стресса, интенсивных физических нагрузок на предприятиях различных отраслей народного хозяйства.

Пример 2. Использование устройства для исследования электрофизиологических сигналов головного мозга больных с нейроциркуляторной дистонией позволило проводить выбор вегетотропных фармакологических средств, причем на этапе фармакотерапии удалось повысить эффективность индивидуальной настройки.

Предлагаемое устройство позволяет повысить удобство, увеличить точность и надежность оценки электрофизиологических сигналов головного мозга.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №2177716. Устройство для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга. А.Н.Шеповальников, М.Н. Цицерошин. Опубл. 2002.01.01.

2. Авторское свидетельство СССР №676273. Устройство для исследования электрофизиологических сигналов головного мозга. Т.С.Степанова, К.В.Грачев. Опубл. 1979.07.30.

3. Патент Российской Федерации №2230483. Устройство для исследования электрофизиологических сигналов головного мозга, держатель электродов для съема биопотенциалов головного мозга и электродное устройство (варианты). С.М.Захаров, С.Т.Косенко, А.А.Скоморохов, Б.Е.Смирнов. Опубл. 20.06.2004.

Устройство для исследования электрофизиологических сигналов головного мозга, содержащее держатель в виде эластичной шапочки с расположенными на нем установочными гнездами, в которых размещены электроды, соединенные отводящими проводами с блоком обработки сигналов, отличающееся тем, что оно имеет активные блоки, расположенные в установочных гнездах и состоящие из последовательно соединенных электрода, усилителя, аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллера и интерфейсного элемента, а также блока определения импеданса и блока индикации, при этом блок обработки сигналов отводящими проводами последовательно соединен с интерфейсным элементом каждого активного блока, первый выход микроконтроллера через блок определения импеданса соединен с электродом, а второй выход микроконтроллера подключен к блоку индикации.