RU2102004C1 - Device for reading, recording and analyzing electrophysiological signals and unit for protecting against emergency power supply currents - Google Patents

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has electrode unit, selective multichannel amplifier, multiplexer, analog-to-digital converter, control unit and primary winding unit, galvanic separation unit, interface unit and personal computer connected in series. Circuits for feeding multiplexer, analog-to-digital converter and the device are connected to output wires of the galvanically insulated power supply source. Circuits for feeding amplifier are connected to outputs of unit for protecting against emergency currents the first group of inputs of which is connected to the electrodes and the second one is connected to output wires of the power supply source. The unit for protecting against emergency currents has two-threshold comparators and switching-off stage connected in series. The comparator input is connected to zero electrode through restricting resister. The zero electrode is connected to casing through measuring resister and capacitor connected in series. EFFECT: enhanced safety of patients under examination. 7 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для диагностики состояния организма путем анализа электрофизиологических сигналов. The invention relates to medical equipment and is intended to diagnose the condition of the body by analyzing electrophysiological signals.

В медицинской диагностике широкое распространение получили методы диагностики на основе анализа электрофизиологических сигналов биопотенциалов в биологически активных точках, электрических сигналов, возникающих в результате мозговой, сердечной, мышечной деятельности или при измерении сопротивления биологических тканей электрическому току. Электроэнцефалографы, электрокардиоанализаторы, реоанализаторы, электронейромиографы далеко не полный перечень медицинских электрических приборов, предназначенных для этих целей. Наиболее современные из них предназначены для работы в комплексе с персональной электронной вычислительной машиной (ПЭВМ). In medical diagnostics, diagnostic methods based on the analysis of electrophysiological signals of biopotentials at biologically active points, electrical signals arising as a result of brain, cardiac, muscle activity or when measuring the resistance of biological tissues to electric current are widespread. Electroencephalographs, electrocardiological analyzers, re-analyzers, electroneuromyographs are far from a complete list of medical electrical devices designed for this purpose. The most modern of them are designed to work in conjunction with a personal electronic computer (PC).

Известен многоканальный автоматический электрокардиограф, содержащий последовательно соединенные электроды для съема кардиосигналов в стандартных точках отведения R, L, C1.C6, N, многоканальный усилитель электрокардиосигналов и многоканальный аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к системной шине, подключенные к системной шине цифроаналоговый преобразователь, соединенный с регистратором, пульт управления и микроЭВМ, включающая процессор и модули системного расширения, ОЗУ и интерфейса (см. Сборник научных трудов ВНИИМП "Разработка и клиническое применение радиоэлектронной медицинской аппаратуры". М. 1988 г. стр. 8-13). Недостаток такого электрокардиографа недостаточная травмобезопасность, т.к. в случае попадания на какой-либо электрод потенциала источника питания в результате единичного нарушения (короткого замыкания или пробоя в усилителе электрокардиосигналов) возникшие аварийные токи могут вызвать отрицательные последствия у пациента. Known multi-channel automatic electrocardiograph containing serially connected electrodes for picking up cardiosignals at standard lead points R, L, C1.C6, N, a multi-channel electrocardiogram amplifier and a multi-channel analog-to-digital converter, the output of which is connected to the system bus, a digital-to-analog converter connected to the system bus, connected to the recorder, a control panel and a microcomputer, including a processor and system expansion modules, RAM and an interface (see. Collection of scientific papers NIIMP "Development and clinical use of electronic medical equipment". M. 1988. p. 8-13). The disadvantage of such an electrocardiograph is insufficient safety because in the event that a potential of a power source gets on any electrode as a result of a single violation (short circuit or breakdown in the electrocardiosignal amplifier), the arising emergency currents can cause negative consequences for the patient.

Известен электронейромиограф, описанный в отчете о НИР "Исследование принципов построения нового поколения цифровых нейромиографических систем", ВНИИ Центр, 1990 г. номер Госрегистрации 01870086617, стр. 16-44, рис. 2.1.1, содержащий блок пациента, через блок широкополосной развязки соединенный с последовательно включенным блоком управляемых фильтров, блоком регулировки чувствительности и блоком ЭВМ, контроллер выходной секции, через который ЭВМ соединена с управляющими входами блока управляемых фильтров и блока регулировки чувствительности. Блок пациента включает в себя последовательно соединенные электроды, коммутатор режимов, предварительный усилитель, фильтр верхних частот и мультиплексор, выход которого подключен к блоку широкополосной развязки, а также контроллер изолированной секции, соединенный через узел развязки командной цепи с контроллером выходной секции, изолированный блок питания, соединенный через блок развязки цепей питания с блоком ЭВМ, блок калибровки, соединенный с коммутатором режимов, и интегратор, включенный между выходом фильтра верхних частот и вторым входом мультиплексора, входы управления коммутатора, блока регулировки чувствительности, мультиплексора и интегратора соединены с выходами контроллера изолированной секции. Этот электронейромиограф также имеет недостаточную безопасность в случае единичного нарушения. The well-known electroneuromyograph described in the research report "Research on the principles of building a new generation of digital neuromyographic systems", VNII Center, 1990, State registration number 01870086617, p. 16-44, Fig. 2.1.1, comprising a patient unit, through a broadband isolation unit connected to a series-controlled controlled filter unit, a sensitivity adjustment unit and a computer unit, an output section controller through which a computer is connected to the control inputs of the controlled filter unit and a sensitivity adjustment unit. The patient unit includes serially connected electrodes, a mode switch, a preamplifier, a high-pass filter and a multiplexer, the output of which is connected to the broadband isolation unit, as well as an isolated section controller connected via a command isolation unit to the output section controller, an isolated power supply, connected through a power supply isolation unit to a computer unit, a calibration unit connected to a mode switch, and an integrator connected between the output of the high-pass filter and the second input of the multiplexer, the control inputs of the switch, sensitivity control unit, multiplexer and integrator are connected to the outputs of the controller of the isolated section. This electroneuromyograph also has insufficient safety in the event of a single violation.

Устройство для диагностики по биологически активным точкам, защищенное патентом Российской Федерации N 2005460, кл. 5 A 61 H 39/02, публ. 15.01.94, БИ N 1, содержит электроды, подключенные к входам согласующих усилителей блока измерения, микропроцессорный блок, батарейный блок памяти и блок питания. A device for the diagnosis of biologically active points, protected by the patent of the Russian Federation N 2005460, cl. 5 A 61 H 39/02, publ. 01/15/94, BI N 1, contains electrodes connected to the inputs of the matching amplifiers of the measurement unit, a microprocessor unit, a battery memory unit and a power supply.

Блок измерения содержит аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу блока коммутации, соединенного входами с согласующими усилителями, а выход через блок гальванической развязки с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), соединенным с микропроцессорным блоком и батарейным блоком памяти. Блок питания имеет отдельные стабилизаторы напряжения для питания микропроцессорного блока, согласующих усилителей и аналого-цифрового преобразователя, каждый из которых выполнен с двойной гальванической развязкой для защиты пациента от поражений током. Это устройство также имеет недостаточную безопасность в случае повреждения входного согласующего усилителя. The measurement unit contains an analog-to-digital converter, the input of which is connected to the output of the switching unit connected by inputs to matching amplifiers, and the output through a galvanic isolation unit with random access memory (RAM) connected to the microprocessor unit and the battery memory unit. The power supply unit has separate voltage stabilizers for powering the microprocessor unit, matching amplifiers and an analog-to-digital converter, each of which is made with double galvanic isolation to protect the patient from electric shock. This device also has insufficient safety in case of damage to the input matching amplifier.

Наиболее близким к заявляемому устройству для съема, регистрации и анализа электрофизиологических сигналов является устройство, защищенное патентом Российской Федерации N 2026003, кл. 6 A 61 B 5/04, публ. 10.01.95, БИ N 1. Это устройство содержит последовательно соединенные электроды, усилитель, фильтр, время-импульсный модулятор, блок гальванического разделения, интерфейсный блок и персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ), а также автономный источник питания. Цепи питания усилителя, фильтра и время-импульсного модулятора соединены с выходными шинами автономного источника питания, цепи питания интерфейсного блока соединены с выходными шинами источника питания ПЭВМ, цепи питания блока гальванического разделения частично соединены с выходными шинами автономного источника питания и частично с выходными шинами источника питания ПЭВМ. Устройство прототип также имеет недостаточную безопасность при единичном нарушении, т.к. при аварийном попадании на какой-либо электрод потенциала автономного источника питания ток через пациента превысит допустимый стандартом МЭК601-1. Closest to the claimed device for the collection, registration and analysis of electrophysiological signals is a device protected by the patent of the Russian Federation N 2026003, cl. 6 A 61 B 5/04, publ. 01/10/95, BI N 1. This device contains serially connected electrodes, an amplifier, a filter, a time-pulse modulator, a galvanic separation unit, an interface unit and a personal electronic computer (PC), as well as an autonomous power source. The power circuits of the amplifier, filter, and time-pulse modulator are connected to the output buses of the autonomous power source, the power circuits of the interface unit are connected to the output buses of the PC power supply, the power circuits of the galvanic separation unit are partially connected to the output buses of the autonomous power source and partially to the output buses of the power source PC. The prototype device also has insufficient safety in case of a single violation, because in case of emergency hit on any electrode of the potential of an autonomous power source, the current through the patient will exceed the permissible standard IEC601-1.

Целью изобретения является повышение безопасности пациента с подключенными для съема электрофизиологических сигналов электродами. Кроме того, заявленное устройство в сравнении с прототипом имеет высокую точность регистрации электрофизиологических сигналов. The aim of the invention is to increase the safety of a patient with electrodes connected to take electrophysiological signals. In addition, the claimed device in comparison with the prototype has a high accuracy of registration of electrophysiological signals.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для съема, регистрации и анализа электрофизиологических сигналов, содержащее последовательно соединенные блок электродов, селективный многоканальный усилитель и мультиплексор, а также гальванически изолированный источник питания и последовательно соединенные персональную электронную вычислительную машину, интерфейсный блок и блок гальванического разделения, дополнительно содержит блок защиты от аварийных токов, первая группа входов которого соединена с электродами, вторая группа входов соединена с выходными шинами гальванически изолированного источника питания, а выходы с шинами питания селективного многоканального усилителя, и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом мультиплексора, и устройство управления и первичной обработки, вход которого соединен с блоком гальванического разделения, а выходы первый с входом управления чувствительностью и полосой пропускания селективного многоканального усилителя, второй с входом управления переключением каналов мультиплексора, при этом выходные шины гальванически изолированного источника питания соединены с шинами питания мультиплексора, аналого-цифрового преобразователя и устройства управления и первичной обработки. This goal is achieved by the fact that in a device for recording, recording and analysis of electrophysiological signals containing a series-connected electrode block, a selective multi-channel amplifier and multiplexer, as well as a galvanically isolated power source and series-connected personal electronic computer, an interface block and a galvanic separation unit, additionally contains a block of protection against emergency currents, the first group of inputs of which are connected to the electrodes, the second group in the strokes are connected to the output buses of a galvanically isolated power source, and the outputs to the power buses of a selective multichannel amplifier, and a series-connected analog-to-digital converter, the input of which is connected to the output of the multiplexer, and a control and preprocessing device, the input of which is connected to the galvanic separation unit, and outputs the first with an input for controlling the sensitivity and bandwidth of a selective multi-channel amplifier, the second with an input for controlling channel switching a multiplexer, wherein the output buses of a galvanically isolated power source are connected to the power buses of the multiplexer, an analog-to-digital converter, and a control and preprocessing device.

Селективный многоканальный усилитель в каждом канале содержит последовательно соединенные предварительный усилитель, управляемый фильтр верхних частот и регулятор чувствительности, выходы предварительных усилителей и регуляторов чувствительности соединены с сигнальными входами мультиплексора, входы управления фильтров верхних частот и входы управления регуляторов чувствительности подключены к соответствующим выходам устройства управления и первичной обработки. The selective multi-channel amplifier in each channel contains a pre-amplifier connected in series, a controlled high-pass filter and a sensitivity regulator, outputs of the preliminary amplifiers and sensitivity regulators are connected to the signal inputs of the multiplexer, the control inputs of the high-pass filters and the control inputs of the sensitivity regulators are connected to the corresponding outputs of the control device and the primary processing.

Устройство управления и первичной обработки содержит однокристальную микроЭВМ, три регистра сдвига и соединенные с ними соответственно три регистра хранения, дешифратор и блок памяти, при этом шины ввода данных, считывания входных данных и синхронизации первого порта микроЭВМ соединены с аналого-цифровым преобразователем, шины выходных данных и синхронизации первого порта микроЭВМ соединены соответственно с входами записи данных и тактовым входом первого регистра сдвига, шина считывания выходных данных первого порта соединена с входом записи первого регистра хранения, кодовые выходы которого подключены к входу управления переключением каналов мультиплексора, шины выходных данных и синхронизации второго порта микроЭВМ соединены с входами записи и тактовыми входами второго и третьего регистров сдвига, шина считывания выходных данных и шины адреса второго порта соединены с входами дешифратора, первый выход которого соединен с входом записи второго регистра хранения, а второй выход с входом записи третьего регистра хранения, кодовые выходы второго регистра хранения подключены к входу управления полосой пропускания селективного многоканального усилителя, кодовые выходы третьего регистра хранения подключены к входу управления чувствительностью селективного многоканального усилителя, шины третьего порта микроЭВМ соединены с входом-выходом блока гальванического разделения и входом-выходом блока памяти. The control and primary processing device comprises a single-chip microcomputer, three shift registers and three storage registers connected to them, respectively, a decoder and a memory block, while the data input, read-out and synchronization buses of the first microcomputer port are connected to an analog-to-digital converter, and the output data bus and synchronization of the first port of the microcomputer are connected respectively to the inputs of the data record and the clock input of the first shift register, the read bus of the output data of the first port is connected to the input ohms of the recording of the first storage register, the code outputs of which are connected to the control input of the multiplexer channels, the output data bus and synchronization of the second port of the microcomputer are connected to the recording inputs and the clock inputs of the second and third shift registers, the read output bus and the address bus of the second port are connected to the inputs a decoder, the first output of which is connected to the recording input of the second storage register, and the second output to the recording input of the third storage register, the code outputs of the second storage register I am connected to the input of the bandwidth control of the selective multichannel amplifier, the code outputs of the third storage register are connected to the input of the sensitivity control of the selective multichannel amplifier, the buses of the third port of the microcomputer are connected to the input-output of the galvanic isolation unit and the input-output of the memory block.

Блок защиты от аварийных токов пациента является самостоятельным объектом изобретения, относится к медицинской технике и предназначен для защиты от аварийных токов пациента, к которому подключены электроды для съема электрофизиологических сигналов, соединенные с входами усилителей биоэлектрических потенциалов. The protection against emergency currents of the patient is an independent object of the invention, relates to medical equipment and is intended to protect against emergency currents of the patient, to which electrodes are connected to pick up electrophysiological signals, connected to the inputs of amplifiers of bioelectric potentials.

В известных многоканальных системах измерения биопотенциалов используются средства для защиты входных цепей от перегрузок, которые в той или иной степени снижают действие аварийных токов, возникающих при единичных нарушениях, например, при замыкании электродов на источник питания. Known multi-channel biopotential measurement systems use means to protect input circuits from overloads, which to one degree or another reduce the effect of emergency currents that occur during single disturbances, for example, when electrodes are shorted to a power source.

Так, в электроэнцефалографе Medelec EE-2000 входная цепь предварительного усилителя (фиг. 6) содержит последовательно соединенные омическое сопротивление величиной 1 Ком и динамическое сопротивление, выполненное на двух встречно-включенных полевых транзисторах, шунтированных резистором 10 Ком (см. описание Medelec EE-2000, чертеж ЕЕ21-307, 373 фиг. 10320 6/6-C1). So, in the Medelec EE-2000 electroencephalograph, the input circuit of the pre-amplifier (Fig. 6) contains 1 Ohm ohmic resistance and a dynamic resistance made on two counter-switched field-effect transistors shunted by a 10 Com resistor (see Medelec EE-2000 description , drawing EE21-307, 373 of Fig. 10320 6/6-C1).

Недостаток такого выполнения входной цепи предварительного усилителя за счет температурного шума резисторов, включенных между электродом и входом усилителя, снижается предельная чувствительность усилителя, кроме того, не исключается отрицательное влияние на пациента аварийных токов, возникающих при единичном нарушении. The disadvantage of this embodiment of the input circuit of the pre-amplifier due to the temperature noise of the resistors connected between the electrode and the input of the amplifier decreases the maximum sensitivity of the amplifier, in addition, the negative impact on the patient of emergency currents that occur during a single violation is not ruled out.

В электрокардиографе ЭК 6Ч-01 ТУ64-1-3841-84 входная цепь каждого предварительного усилителя (фиг. 7) содержит ограничительный резистор 10 Ком, включенный между электродом и входом усилителя, и двусторонний ограничитель напряжения, смещение на который задается открытыми диодами (см. описание электрокардиографа многоканального ЭК 64-1 модели 032, 033, приложение 5, схема электрическая принципиальная кабеля отведений, ПО "Красногвардеец", г. Ленинград, 1989 г.). In the EC 6CH-01 TU64-1-3841-84 electrocardiograph, the input circuit of each preamplifier (Fig. 7) contains a 10KΩ limiting resistor connected between the electrode and the amplifier input and a two-way voltage limiter, the bias of which is set by open diodes (see description of an electrocardiograph of multichannel EC 64-1 model 032, 033, Appendix 5, electrical schematic diagram of lead cable, PO Krasnogvardeets, Leningrad, 1989).

Входная цепь многоканального предварительного усилителя электрокардиографа ЭК 6Ч-01 принята в качестве прототипа заявляемого блока защиты пациента от аварийных токов. The input circuit of the multichannel pre-amplifier of the EC 6CH-01 electrocardiograph is adopted as a prototype of the inventive patient protection unit against accidental currents.

Недостаток прототипа пониженная безопасность пациента, так как при съеме электрофизиологических сигналов не исключается отрицательное влияние на пациента аварийных токов, возникающих при попадании потенциала источника питания на электрод. The disadvantage of the prototype is reduced patient safety, since when taking electrophysiological signals, the negative impact on the patient of the emergency currents that occur when the potential of the power source hits the electrode is not ruled out.

Цель изобретения повышение безопасности пациента при съеме электрофизиологических сигналов. The purpose of the invention is to increase patient safety when taking electrophysiological signals.

Указанная цель достигается тем, что в блок защиты от аварийных токов пациента с подключенными для съема электрофизиологических сигналов электродами, содержащий входы для подключения электродов, к каждому из которых подсоединены по два полупроводниковых диода, один из которых подключен анодом, а другой катодом, дополнительно введен двухпороговый компаратор и подключенный к его выходу отключающий каскад, при этом вход с подключенным нулевым электродом соединен через параллельные соединенные измерительный резистор и конденсатор с корпусом и через ограничительный резистор с входом двухпорогового компаратора, катоды полупроводниковых диодов, соединенных анодами с входами для подключения сигнальных электродов, и анод полупроводникового диода, соединенного катодом с входом для подключения нулевого электрода, соединены между собой и через ограничительный резистор подключены к плюсовой шине питания, аноды полупроводниковых диодов, соединенных катодами с входами для подключения сигнальных электродов, и катод полупроводникового диода, соединенного анодом с входом для подключения нулевого электрода, соединены между собой и через ограничительный резистор подключены к минусовой шиной питания, а отключающий каскад включен между входами для подключения внешнего источника питания и выходами для подключения цепей питания блоков с подключенными электродами. This goal is achieved by the fact that in the protection against accidental currents of the patient with electrodes connected to take electrophysiological signals, containing inputs for connecting the electrodes, each of which is connected to two semiconductor diodes, one of which is connected by the anode and the other by the cathode, an additional two-threshold a comparator and a disconnecting cascade connected to its output, while the input with the connected zero electrode is connected through parallel connected measuring resistor and capacitor to som and through the limiting resistor with the input of a two-threshold comparator, the cathodes of semiconductor diodes connected by the anodes to the inputs for connecting the signal electrodes, and the anode of the semiconductor diode connected by the cathode to the input for connecting the zero electrode, are interconnected and through the limiting resistor are connected to the positive power bus, anodes of semiconductor diodes connected by cathodes with inputs for connecting signal electrodes, and the cathode of a semiconductor diode connected by an anode with an input for The connections of the zero electrode are interconnected and are connected to the negative power bus via a limiting resistor, and the disconnecting cascade is connected between the inputs for connecting an external power source and the outputs for connecting power circuits of units with connected electrodes.

Двухпороговый компаратор содержит последовательно соединенные двухполярный ограничитель, операционный усилитель, трехзначный логический элемент в виде двух, соединенных входами, диодных двухвходовых схем И, одна из которых для положительных сигналов, а другая для отрицательных, и дифференциальный усилитель, при этом первые входы схем И соединены с выходом операционного усилителя, вторые с корпусом, выход схемы И для положительных сигналов соединен с инвертирующим входом дифференцирующего усилителя, выход схемы И для отрицательных сигналов соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя. Величина измерительного резистора, через который вход подключения нулевого электрода соединен с корпусом, удовлетворяет условию:

где

абсолютная величина порога срабатывания двухпорогового компаратора на сигнал положительной или отрицательной полярности;
J_доп ток, допустимый через пациента при единичном нарушении;
R_и величина измерительного резистора;
R_э подэлектродное сопротивление.The two-threshold comparator contains a bipolar limiter, an operational amplifier, a three-digit logic element in the form of two, connected by inputs, diode two-input circuits AND, one of which is for positive signals and the other for negative signals, and a differential amplifier, while the first inputs of circuits And are connected to the output of the operational amplifier, the second with the case, the output of the And circuit for positive signals is connected to the inverting input of the differentiating amplifier, the output of the And circuit for negative s The signal is connected to a non-inverting input of a differential amplifier. The value of the measuring resistor through which the input connection of the zero electrode is connected to the housing satisfies the condition:

Where

the absolute value of the threshold of the two-threshold comparator for a signal of positive or negative polarity;
J _additional current permissible through the patient for a single violation;
R _{and the} value of the measuring resistor;
R _{e is the} electrode resistance.

Величина каждого ограничительного резистора удовлетворяет условию:
R_огр≥1,5U_пит/J_доп,
где R_огр величина ограничительного резистора;
U_пит напряжение источника питания;
J_доп ток, допустимый через пациента при единичном нарушении.The value of each limiting resistor satisfies the condition:
R _ogre ≥1.5U _pit / J _add ,
where R _{ogre the} value of the limiting resistor;
U _pit power supply voltage;
J _additional current permissible through the patient for a single violation.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства для съема, регистрации и анализа электрофизиологических сигналов показывает, что заявляемое устройство соответствует условиям:
патентоспособности по критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники и позволяет повысить безопасность пациента при съеме электрофизиологических сигналов;
патентоспособности по критерию "изобретательский уровень", так как содержит признаки, неизвестные из уровня техники, а именно наличие блока защиты от аварийных токов, первые входы которого подключены к электродам, вторые к шинам гальванически изолированного источника питания, а выход соединен с шинами питания селективного многоканального усилителя;
патентоспособности по критерию "промышленная применимость", так как оно может быть использовано в здравоохранении и многократно воспроизводимо.A comparative analysis of the claimed device for the removal, registration and analysis of electrophysiological signals shows that the claimed device meets the conditions:
patentability by the criterion of "novelty", since it is not known from the prior art and can improve patient safety when taking electrophysiological signals;
patentability according to the criterion of "inventive step", as it contains features unknown from the prior art, namely the presence of a protection block against emergency currents, the first inputs of which are connected to the electrodes, the second to the buses of a galvanically isolated power source, and the output is connected to the selective multi-channel power buses an amplifier;
patentability by the criterion of "industrial applicability", as it can be used in healthcare and is repeatedly reproducible.

Заявленный блок защиты от аварийных токов может быть признан изобретением, так как соответствует условиям:
патентоспособности по критерию новизна, так как совокупность признаков, которой он описан, не известна из уровня техники;
патентоспособности по критерию "изобретательский уровень", так как содержит признаки, неизвестные из уровня техники, а именно соединение нулевого электрода с корпусом через параллельно соединенные измерительный резистор и конденсатор, и через ограничительный резистор с входом двухпорогового компаратора, выход которого подключен к отключающему каскаду, включенному между питающими шинами гальванически изолированного источника питания и шинами питания предварительного усилителя, соединение анодов полупроводниковых диодов, подключенных к сигнальным электродам, с катодом полупроводникового диода, подключенного к нулевому электроду, и через ограничительный резистор плюсовой шиной питания, соединение катодов полупроводниковых диодов, подключенных к сигнальным электродам, с анодом полупроводникового диода, подключенного к нулевому электроду, и через ограничительный резистор с минусовой шиной питания;
патентоспособность по критерию "промышленная применимость", так как может быть использован в здравоохранении и многократно воспроизводим.The claimed block of protection against emergency currents may be recognized by the invention, as it meets the conditions:
patentability by the criterion of novelty, since the set of features with which it is described is not known from the prior art;
patentability according to the criterion of "inventive step", as it contains features unknown from the prior art, namely, the connection of the zero electrode to the housing through a parallel connected measuring resistor and capacitor, and through a limiting resistor with an input of a two-threshold comparator, the output of which is connected to a disconnecting cascade, included between the supply busbars of a galvanically isolated power source and the power busbars of the pre-amplifier, the connection of the anodes of semiconductor diodes is connected connected to the signal electrodes, with the cathode of the semiconductor diode connected to the zero electrode, and through the limiting resistor with a positive power bus, the connection of the cathodes of the semiconductor diodes connected to the signal electrodes, with the anode of the semiconductor diode connected to the zero electrode, and through the limiting resistor with a negative bus nutrition;
patentability according to the criterion of "industrial applicability", as it can be used in healthcare and is repeatedly reproducible.

На фиг. 1 изображена блочная схема устройства для съема, регистрации и анализа электрофизиологических сигналов; на фиг. 2 функциональная схема блока защиты от аварийных токов пациента; на фиг. 3 функциональная схема селективного многоканального усилителя; на фиг. 4 схема двухпорогового компаратора; на фиг. 5 структурная схема устройства управления и первичной обработки; на фиг. 6 электрическая схема входной цепи электроэнцефалографа Medelec EE-2000; на фиг. 7 электрическая схема входной цепи электрокардиографа ЭК 6Ч-01 ТУ64-1-3851-84. In FIG. 1 shows a block diagram of a device for acquiring, recording and analyzing electrophysiological signals; in FIG. 2 functional diagram of the block of protection against emergency currents of the patient; in FIG. 3 functional diagram of a selective multi-channel amplifier; in FIG. 4 scheme of a two-threshold comparator; in FIG. 5 is a structural diagram of a control device and primary processing; in FIG. 6 electric circuit of the input circuit of the Medelec EE-2000 electroencephalograph; in FIG. 7 electric circuit of the input circuit of the EC 6CH-01 TU64-1-3851-84 electrocardiograph.

На фиг. 1-5 цифрами обозначены: 1 блок электродов, содержащий сигнальные электроды C1.C2 и нулевой электрод N; 2 селективный многоканальный усилитель; 3 мультиплексор; 4 аналого-цифровой преобразователь; 5 устройство управления и первичной обработки; 6 блок гальванического разделения; 7 интерфейсный блок; 8 персональная электронная вычислительная машина (ПЭВМ); 9 блок защиты от аварийных токов пациента; 10 гальванически изолированный источник питания; 11 -двухпороговый компаратор; 12 отключающий каскад; 13-1. 13-m предварительные усилители; 14-1.14-m управляемые фильтры верхних частот; 15-1.15-m регуляторы чувствительности; 16, 18 аналоговые коммутаторы; 17 операционный усилитель; 19 двухполярный ограничитель; 20 операционный усилитель; 21 трехзначный логический элемент; 22 дифференциальный усилитель; 23 однокристальная микроЭВМ; 24, 25, 26 регистры сдвига; 27, 28, 29 регистры хранения; 30 дешифратор; 31 блок памяти. In FIG. 1-5 digits denote: 1 block of electrodes containing signal electrodes C1.C2 and zero electrode N; 2 selective multi-channel amplifier; 3 multiplexer; 4 analog-to-digital converter; 5 control device and primary processing; 6 galvanic separation unit; 7 interface unit; 8 personal electronic computer (PC); 9 block of protection against emergency currents of the patient; 10 galvanically isolated power source; 11 two-threshold comparator; 12 disconnecting cascade; 13-1. 13-m preamplifiers; 14-1.14-m guided high-pass filters; 15-1.15-m sensitivity controls; 16, 18 analog switches; 17 operational amplifier; 19 bipolar limiter; 20 operational amplifier; 21 three-digit logic element; 22 differential amplifier; 23 single-chip microcomputer; 24, 25, 26 shift registers; 27, 28, 29 storage registers; 30 decoder; 31 memory blocks.

Устройство для съема, регистрации и анализа электрофизиологических сигналов (фиг. 1) содержит блок 1 электродов, включающий сигнальные электроды C1.Cm для съема электрофизиологических сигналов, нулевой электрод N, и устройство для закрепления электродов на пациенте. Сигнальные электроды соединены с входами селективного многоканального усилителя 2, назначение которого предварительная фильтрация и усиление снимаемых электрофизиологических сигналов. Выходы усилителя 2 соединены с входами мультиплексора 3, с помощью которого они поочередно подключаются к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 4. Устройство 5 управления и первичной обработки предназначено для управления селективными характеристиками усилителя 2, очередностью подключения его каналов через мультиплексор 3 к АЦП 4, считыванием кодов уровней сигналов и их предварительной обработкой и обменом информацией через блок 6 гальванического разделения и интерфейсный блок 7 с персональной электронной машиной (ПЭВМ) 8. A device for recording, recording and analysis of electrophysiological signals (Fig. 1) contains a block of electrodes 1, including signal electrodes C1.Cm for collecting electrophysiological signals, a zero electrode N, and a device for fixing electrodes to a patient. The signal electrodes are connected to the inputs of a selective multi-channel amplifier 2, the purpose of which is pre-filtering and amplification of the recorded electrophysiological signals. The outputs of amplifier 2 are connected to the inputs of multiplexer 3, with which they are alternately connected to the input of an analog-to-digital converter (ADC) 4. The control and preprocessing device 5 is designed to control the selective characteristics of amplifier 2, the sequence of connecting its channels through multiplexer 3 to ADC 4 by reading codes of signal levels and their preliminary processing and information exchange through the galvanic separation unit 6 and the interface unit 7 with a personal electronic machine (PC) 8.

Селективный многоканальный усилитель 2 запитывается через блок 9 защиты от аварийных токов пациента от гальванически развязанного источника питания 10, от которого также запитаны мультиплексор 3, АЦП 4 и устройство 5. The selective multi-channel amplifier 2 is powered through the block 9 of the protection against emergency currents of the patient from a galvanically isolated power source 10, from which the multiplexer 3, ADC 4 and device 5 are also powered.

Блок 9 защиты от аварийных токов пациента (фиг. 2) предназначен для отключения питания селективного многоканального усилителя 2 при попадании потенциала источника питания на какой-либо электрод и протекании через тело пациента аварийных токов. Входы 1.m и N блока 9 подключены соответственно к электродам C1.Cm и N блока 1. Входы "+E", "-E" подключены к выходным шинам гальванически изолированного источника питания 10. Выходы "+U", "-U" подключены к цепям питания селективного многоканального усилителя 2. Блок 9 содержит последовательно соединенные двухпороговый компаратор 11 и отключающий каскад 12. Двухпороговый компаратор 11 срабатывает, когда сигнал на его входе по абсолютной величине будет превышать заданный порог срабатывания, то есть когда будет выполняться одно из условий:
U_с≥+U_пор, U_с≤-U_пор,
где U_с амплитуда сигнала;
+U_пор порог срабатывания для положительных амплитуд сигнала;
-U_пор порог срабатывания для отрицательных амплитуд сигнала.Block 9 protection against emergency currents of the patient (Fig. 2) is designed to turn off the power of the selective multi-channel amplifier 2 when the potential of the power source gets on any electrode and emergency currents flow through the patient’s body. The inputs 1.m and N of block 9 are connected respectively to the electrodes C1.Cm and N of block 1. The inputs "+ E", "-E" are connected to the output buses of a galvanically isolated power source 10. Outputs "+ U", "-U" connected to the power supply circuits of a selective multichannel amplifier 2. Block 9 contains a serially connected two-threshold comparator 11 and a disconnecting stage 12. The two-threshold comparator 11 is triggered when the signal at its input exceeds the specified threshold by the absolute value, that is, when one of the conditions is fulfilled:
U _with ≥ + U _then U _with ≤-U _then
where U _{with the} amplitude of the signal;
+ U _pore threshold for positive signal amplitudes;
-U _pore threshold signal for negative amplitudes.

Отключающий каскад 12 включен между входами +E, -E блока 9 и его выходами +U, -U и предназначен для снятия питающих напряжений усилителя 2 при срабатывании двухпорогового компаратора 11. Вход N блока 9, соединенный с нулевым электродом N блока 1, подключен к входу двухпорогового компаратора 11 через ограничительный резистор R2 и соединен с корпусом через параллельно соединенные измерительный резистор R1 и конденсатор C1. К каждому из входов 1. m и входу N блока 9 подключено по два полупроводниковых диода диоды D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{1}}$ ... D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{m}}$ , D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{0}}$ подключены катодами, диоды D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ ... D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{m}}$ , D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ подключены анодами. Аноды диодов D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{1}}$ ... D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{m}}$ и катод диода D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ соединены между собой и через ограничительный резистор R подключены к выходу +U блока 9, катоды диодов D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ ... D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{m}}$ и анод диода D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{0}}$ соединены между собой и через резистор R4 подключены к выходу -U блока 9.The disconnecting stage 12 is connected between the inputs + E, -E of block 9 and its outputs + U, -U and is designed to remove the supply voltage of amplifier 2 when the two-threshold comparator 11 is triggered. Input N of block 9 connected to the zero electrode N of block 1 is connected to the input of the two-threshold comparator 11 through the limiting resistor R2 and connected to the housing through a parallel connected measuring resistor R1 and capacitor C1. To each of the inputs 1. m and the input N of block 9 are connected two semiconductor diodes diodes D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{1}}$ ... D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{m}}$ , D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{0}}$ connected by cathodes, diodes D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ ... D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{m}}$ , D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ connected by anodes. Anodes D Diodes $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{1}}$ ... D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{m}}$ and cathode of diode D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ interconnected and through the limiting resistor R connected to the output + U of block 9, the cathodes of the diodes D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ ... D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{m}}$ and the anode of diode D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{0}}$ interconnected and through a resistor R4 connected to the output -U block 9.

Селективный многоканальный усилитель 2 (фиг. 3) содержит в каждом канале последовательно соединенный усилитель 13 (13_-1.13_-m), управляемый фильтр верхних частот (ФВЧ) 14 (14_-1.14_-m) и регулятор чувствительности 15 (15_-1. 15_-m).Selective multi-channel amplifier 2 (Fig. 3) contains in each channel a series-connected amplifier 13 (13 _-1 .13 _-m ), a controllable high-pass filter (HPF) 14 (14 _-1 .14 _-m ) and a sensitivity regulator 15 (15 _-1 . 15 _-m ).

Предварительный усилитель 13 предназначен для широкополосного усилителя электрофизиологических сигналов, снимаемых с помощью электродов блока 1. Управляемый ФВЧ 14 предназначен для устранения постоянной составляющей и формирования амплитудно-частотной характеристики селективного усилителя в низкочастотном диапазоне. Регулятор чувствительности 14 обеспечивает декадную регулировку чувствительности селективного усилителя. The preamplifier 13 is designed for a broadband amplifier of electrophysiological signals recorded using the electrodes of unit 1. Controlled high-pass filter 14 is designed to eliminate the DC component and the formation of the amplitude-frequency characteristics of a selective amplifier in the low-frequency range. The sensitivity regulator 14 provides a ten-day adjustment of the sensitivity of the selective amplifier.

Двухпороговый компаратор 11 (фиг. 4) содержит последовательно соединенные двухполярный ограничитель 12, операционный усилитель 20, трехзначный логический элемент 21 и дифференциальный усилитель 22. The two-threshold comparator 11 (Fig. 4) contains a bipolar limiter 12, an operational amplifier 20, a three-digit logic element 21, and a differential amplifier 22 connected in series.

Устройство 5 управления и предварительной обработки (фиг. 5) содержит однокристальную микроЭВМ 23 (например, микросхема ADSP 2101 KP66), первый порт которой SPORT 0 предназначен для съема информации об уровнях электрофизиологических сигналов, второй SPORT 1 предназначен для управления параметрами селективного многоканального усилителя 2, а третий SPORT 2 для обмена информацией с ПЭВМ 8, три регистра сдвига 24, 25, 26 и три регистра хранения 27, 28, 29, предназначенные для преобразования последовательных кодов команд в параллельные и их хранения на время исполнения команды, дешифратор 30, предназначенный для расшифровки кода адреса команды, и блок памяти 31, выполняющий функции оперативного запоминающего устройства. Шины первого порта микроЭВМ 23 соединены: шина DRO с выходом АЦП 4, шина RESO с входом считывания АЦП 4, шина SCLOK 0 с тактовыми входами АЦП 4 и регистра сдвига 24, шина DTO с входом записи регистра сдвига 24, шина TESO с входом записи регистра хранения 27. Шины второго порта микроЭВМ 23 соединены: шина DT1 с входами записи регистров сдвига 25 и 26, шина SCLOK 1 с тактовыми входами этих регистров, шина TFS1 со стробовым входом дешифратора 30, шины адреса D0, D1 с кодовыми входами этого дешифратора. Кодовые выходы регистров сдвига 24, 25, 26 соединены с кодовыми входами регистров 27, 28, 29 соответственно. Первый выход дешифратора 30 соединен с входом записи регистра хранения 28, второй выход дешифратора 30 соединен с входом записи регистра хранения 29. Выходы регистра хранения 27 подключены к входам управления переключением каналов мультиплексора 3, выходы регистра хранения 28 подключены к входам управления полосой селективного многоканального усилителя 2, выходы регистра хранения 29 подключены к входам управления чувствительностью селективного многоканального усилителя 2. The control and pre-processing device 5 (Fig. 5) contains a single-chip microcomputer 23 (for example, an ADSP 2101 KP66 microcircuit), the first port of which SPORT 0 is used to collect information on the levels of electrophysiological signals, the second SPORT 1 is used to control the parameters of a selective multi-channel amplifier 2, and the third SPORT 2 for exchanging information with PC 8, three shift registers 24, 25, 26 and three storage registers 27, 28, 29, designed to convert serial command codes into parallel and store them for the duration of execution commands, a decoder 30, designed to decrypt the address code of the command, and a memory unit 31 that performs the functions of random access memory. The buses of the first port of the microcomputer 23 are connected: the DRO bus with the ADC 4 output, the RESO bus with the ADC 4 read input, the SCLOK 0 bus with the ADC 4 clock inputs and the shift register 24, the DTO bus with the shift register 24 input, the TESO bus with the register write input storage 27. The buses of the second port of the microcomputer 23 are connected: the bus DT1 with the inputs of the recording of the shift registers 25 and 26, the bus SCLOK 1 with the clock inputs of these registers, the bus TFS1 with the strobe input of the decoder 30, the bus address D0, D1 with the code inputs of this decoder. The code outputs of the shift registers 24, 25, 26 are connected to the code inputs of the registers 27, 28, 29, respectively. The first output of the decoder 30 is connected to the input of the storage register 28, the second output of the decoder 30 is connected to the input of the storage register 29. The outputs of the storage register 27 are connected to the channel switching control inputs of the multiplexer 3, the outputs of the storage register 28 are connected to the control inputs of the selective multi-channel amplifier 2 , the outputs of the storage register 29 are connected to the inputs of the sensitivity control of the selective multi-channel amplifier 2.

Заявленное устройство для съема, регистрации и анализа электрофизиологических сигналов (фиг. 1) работает следующим образом. Электроды C1.Cm, N блока 1 закрепляются на теле пациента в заранее выбранных точках либо с помощью липкого пластыря, либо с использованием специальных устройств - вакуумных присосок, эластичных ремней, корсетов, шлемов и других. Для уменьшения импеданса контакта кожи с электродом и для стабилизации контактных эффектов на кожу в точках присоединения электродов наносится проводящая паста или гель. Перед началом сеанса с помощью устройства тестового контроля (на фиг. 1 не показано) проверяется надежность контакта электродов с кожей пациента и работоспособность селективного многоканального усилителя 2. Сеанс съема и регистрации электрофизиологических сигналов начинается с записи программы сеанса из ПЭВМ 8 в устройство 5 управления и первичной обработки. Программа включает в себя описание временных характеристик сеанса, параметров амплитудно-частотных характеристик каналов селективного многоканального усилителя 2 и алгоритм первичной обработки сигналов. В соответствии с заданной программой в микроЭВМ 23 (фиг. 5) вырабатываются команды управления, исполнение которых осуществляется через регистры 27, 28, 29. The claimed device for the removal, registration and analysis of electrophysiological signals (Fig. 1) works as follows. The electrodes C1.Cm, N of block 1 are fixed on the patient’s body at preselected points, either using an adhesive patch, or using special devices — vacuum suction cups, elastic belts, corsets, helmets, and others. To reduce the impedance of the contact of the skin with the electrode and to stabilize the contact effects on the skin at the points of attachment of the electrodes, a conductive paste or gel is applied. Before the session, with the help of a test control device (not shown in Fig. 1), the reliability of the contact of the electrodes with the patient’s skin and the operability of the selective multi-channel amplifier 2 are checked. The session of recording and recording of electrophysiological signals begins with recording the session program from the PC 8 to the control device 5 and the primary processing. The program includes a description of the temporal characteristics of the session, the parameters of the amplitude-frequency characteristics of the channels of the selective multi-channel amplifier 2 and the primary signal processing algorithm. In accordance with a given program in the microcomputer 23 (Fig. 5), control commands are generated, the execution of which is carried out through the registers 27, 28, 29.

Электрические сигналы, возникающие на каждом сигнальном электроде C1.Cm относительно нулевого электрода N блока 1, усиливаются селективным многоканальным усилителем 2. Выходы каналов усилителя 2 через мультиплексор 3 поочередно подключаются к входу аналого-цифрового преобразователя 4, с помощью которого уровни сигналов преобразуются в двоичные коды. Чувствительность усилителя 2 может изменяться дискретно по командам от устройства 5. Оптимальная фильтрация снимаемых электрических сигналов обеспечивается дискретным изменением граничной частоты фильтра верхних частот в усилителе 2 и цифровой фильтрацией при первичной обработке в устройстве 5. Коды обработанных сигналов из устройства 5 через блок 6 гальванического разделения и интерфейсный блок 7 передается в ПЭВМ 8, где осуществляется анализ каждого сигнала и их совокупности. На основе этого анализа делаются выводы о функциональном состоянии организма пациента. Для повышения безопасности пациента во время сеанса в результате аварийного попадания электрического потенциала источника питания на какой-либо электрод, все блоки устройства, за исключением ПЭВМ 8 и интерфейсного блока 7, записываются от гальванически изолированного источника питания 10, а питание на усилитель 2 подается через блок 9 защиты от аварийных токов пациента и отключается при возникновении аварийной ситуации. The electrical signals that occur at each signal electrode C1.Cm relative to the zero electrode N of block 1 are amplified by a selective multi-channel amplifier 2. The outputs of the channels of amplifier 2 through a multiplexer 3 are alternately connected to the input of an analog-to-digital converter 4, with which the signal levels are converted into binary codes . The sensitivity of amplifier 2 can be changed discretely by commands from device 5. Optimal filtering of the recorded electrical signals is ensured by discrete changes in the cutoff frequency of the high-pass filter in amplifier 2 and digital filtering during initial processing in device 5. Codes of processed signals from device 5 through galvanic separation unit 6 and the interface unit 7 is transmitted to the PC 8, where each signal and its combination are analyzed. Based on this analysis, conclusions are made about the functional state of the patient's body. To increase patient safety during the session as a result of an accidental contact with the electric potential of the power source on any electrode, all units of the device, with the exception of PC 8 and interface unit 7, are recorded from a galvanically isolated power source 10, and power is supplied to amplifier 2 through the unit 9 protection against emergency currents of the patient and turns off when an emergency occurs.

Блок 9 (фиг. 2) функционирует следующим образом. При включении источника питания 10 компаратор 11 устанавливается в исходное состояние и питающие напряжения через отключающий каскад 12 подаются на усилитель 2. За счет протекания тока по цепи (+U) _→ R3 _→ D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{0}}$ _→ D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ _→ R4 _→ (-U) при R3 R4 потенциал нулевого электрода N практически равен нулю, через резистор R1 будут протекать лишь токи утечки входной цепи усилителя 2, которые в десятки раз меньше допустимого тока через пациента при единичном нарушении по международному стандарту МЭК 601-1, и падения напряжения на этом резисторе будут намного меньше порога срабатывания компаратора 11. Диоды D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{1}}$ ... D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{m}}$ будут заперты потенциалом на катоде диода D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ , диоды D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ ... D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{m}}$ закрыты потенциалом на аноде диода D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{0}}$ Для предотвращения срабатывания компаратора 11 от токов, возникающих от электростатических разрядов при подключении или перемещении электродов, параллельно резистору R1 подключен интегрирующий конденсатор C1. Резистор R2, величина которого значительно больше R1, предохраняет пациента от аварийных токов при отказе компаратора 11.Block 9 (Fig. 2) operates as follows. When you turn on the power source 10, the comparator 11 is set to its initial state and the supply voltage through the disconnecting stage 12 is supplied to the amplifier 2. Due to the flow of current through the circuit (+ U) _ → R3 _ → D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{0}}$ _ → D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ _ → R4 _ → (-U) at R3 R4, the potential of the zero electrode N is practically zero, only the leakage currents of the input circuit of amplifier 2 will flow through the resistor R1, which are ten times less than the permissible current through the patient in a single violation according to the international standard IEC 601 -1, and the voltage drops on this resistor will be much less than the threshold of the comparator 11. Diodes D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{1}}$ ... D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{m}}$ will be locked by potential at the cathode of diode D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ diodes D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ ... D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{m}}$ covered by potential at the anode of diode D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{0}}$ To prevent the operation of the comparator 11 from currents arising from electrostatic discharges when connecting or moving the electrodes, an integrating capacitor C1 is connected in parallel to the resistor R1. Resistor R2, the value of which is much larger than R1, protects the patient from emergency currents in case of failure of the comparator 11.

Если в результате короткого замыкания или пробоя на какой-либо сигнальный электрод попадает напряжение питания усилителя 2, например, +U на электрод C1, то аварийный ток будет протекать по цепи: сигнальный электрод

и по цепи: сигнальный электрод C1 _→ диод D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ _→ диод D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{0}}$ _→ резистор R1 _→ корпус. Таким образом, цепь сигнальный электрод С1 _→ тело пациента _→ нулевой электрод N будет зашунтирована низкоомной цепью из двух последовательно соединенных открытых диодов D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ , D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{0}}$ и через резистор R1 будет протекать ток, намного превышающий допустимый ток через пациента J_доп. Падение напряжения на этом резисторе превысит порог срабатывания компаратора 11 и в результате с помощью отключающего каскада 12 с усилителя 2 снимется питающее напряжение и устранится причина возникновения аварийных токов. Если на какой-либо сигнальный электрод, например, C1, будет подано отрицательное напряжение -U, то аварийный ток будет протекать по цепи корпус _→ R1 _→ D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ _→ D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{1}}$ _→ (-U). Отрицательное напряжение на резисторе R1 превысит по абсолютной величине второй порог срабатывания компаратора 11, и напряжение питания усилителя 2 также будет отключено.If, as a result of a short circuit or breakdown, the voltage of the amplifier 2, for example, + U, to the electrode C1 gets to some signal electrode, then the emergency current will flow through the circuit: signal electrode

and along the circuit: signal electrode C1 _ → diode D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ _ → diode D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{0}}$ _ → resistor R1 _ → housing. Thus, the signal electrode circuit C1 _ → the patient’s body _ → the zero electrode N will be shunted by a low-resistance circuit from two series-connected open diodes D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$ , D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{0}}$ and a current will flow through resistor R1, far exceeding the allowable current through the patient J _add . The voltage drop across this resistor will exceed the threshold of the comparator 11 and as a result, using the disconnecting stage 12, the supply voltage is removed from the amplifier 2 and the cause of the emergency currents is eliminated. If a negative voltage -U is applied to any signal electrode, for example C1, then the emergency current will flow through the circuit case _ → R1 _ → D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{0}}$ _ → D $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{1}}$ _ → (-U). The negative voltage across the resistor R1 will exceed the second threshold of the comparator 11 in absolute value, and the supply voltage of the amplifier 2 will also be turned off.

Двухпороговый компаратор 11 (фиг. 4) содержит последовательно соединенные двухполярный ограничитель 19 (диоды D3, D4), операционный усилитель 20 (усилитель на микросхеме KP14OUD12, охваченный отрицательной обратной связью R8, R9), трехзначный логический элемент в виде соединенных входами диодной схемы И для положительных сигналов (диоды D5, D7 и резистор R11) и диодной схемы И для отрицательных сигналов (диоды D6, D8 и резистор R12), операционный усилитель 22 (дифференциальный усилитель на микросхеме KP14OUD12 с емкостной нагрузкой R13, R14, C3). The two-threshold comparator 11 (Fig. 4) contains a bipolar limiter 19 (diodes D3, D4) connected in series, an operational amplifier 20 (an amplifier on a KP14OUD12 chip, covered by negative feedback R8, R9), a three-digit logic element in the form of AND connected for the inputs of the diode circuit positive signals (diodes D5, D7 and resistor R11) and the diode circuit And for negative signals (diodes D6, D8 and resistor R12), operational amplifier 22 (differential amplifier on the KP14OUD12 chip with capacitive load R13, R14, C3).

Двухпороговый компаратор 11 имеет характеристику вход-выходы, описываемую выражением:

+U_пор > U_вх > -U_пор _→ U_вых = 0.The two-threshold comparator 11 has a characteristic input-output described by the expression:

+ U _then > U _in > -U _then _ → U _out = 0.

В номинальном режиме напряжение на входе операционного усилителя равно нулю, потенциалы на инвертирующем и неинвертирующем входах дифференциального усилителя 22 равны и противоположны по знаку, и напряжение на выходе дифференциального усилителя равно нулю. In the nominal mode, the voltage at the input of the operational amplifier is zero, the potentials at the inverting and non-inverting inputs of the differential amplifier 22 are equal and opposite in sign, and the voltage at the output of the differential amplifier is zero.

При единичном нарушении, когда через пациента будет протекать электрический ток, равный или больше допустимого по стандарту МЭК 601-1, падение напряжения на резисторе R1 превысит U_пор и в зависимости от его полярности изменится потенциал на выходе либо схемы И для положительных сигналов (D5, D7, R11), либо на выходе схемы И для отрицательных сигналов (D6, D8, R12). При положительной полярности сигнала потенциал на выходе схемы И для отрицательных сигналов изменится с отрицательного на положительный и, так как на выходе схемы И для положительных сигналов он останется неизменным, на выходе дифференциального усилителя 22 возникает напряжение положительной полярности, достаточное для срабатывания отключающего каскада.In a single violation, when an electric current equal to or greater than the permissible standard IEC 601-1 flows through the patient, the voltage drop across the resistor R1 will exceed U _then and depending on its polarity the potential at the output or circuit And for positive signals will change (D5, D7, R11), or at the output of the And circuit for negative signals (D6, D8, R12). With a positive polarity of the signal, the potential at the output of the And circuit for negative signals changes from negative to positive and, since at the output of the And circuit for positive signals it remains unchanged, a voltage of positive polarity is sufficient at the output of the differential amplifier 22 to operate the trip stage.

При отрицательной полярности сигнала с положительного на отрицательный изменится потенциал на выходе схемы И для положительных сигналов, а так как выход этой схемы подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя 22, то и в этом случае на выходе этого усилителя будет присутствовать напряжение положительной полярности, достаточное для срабатывания отключающего каскада. Таким образом, двухпороговый компаратор будет выдавать управляющий сигнал на отключающий каскад при протекании через пациента токов, превышающих допустимый, вне зависимости от направленности. With a negative polarity of the signal from positive to negative, the potential at the output of the And circuit for positive signals will change, and since the output of this circuit is connected to the inverting input of the differential amplifier 22, then in this case, the output of this amplifier will have a positive polarity voltage sufficient to operate disconnecting cascade. Thus, the two-threshold comparator will give a control signal to the disconnecting cascade when currents exceeding the allowable flow through the patient, regardless of directionality.

Отключающий каскад в простейшем случае может быть выполнен на электромагнитном реле. Если источник питания 10 будет иметь защиту от токов короткого замыкания, то отключающий каскад можно выполнить на тиристоре, включенном между шинами питания. The disconnecting cascade in the simplest case can be performed on an electromagnetic relay. If the power source 10 will have protection against short circuit currents, then the disconnecting stage can be performed on the thyristor connected between the power buses.

Селективный многоканальный усилитель 2 (фиг. 3) содержит в каждом канале последовательно соединенный предварительный усилитель 13, управляемый фильтр верхних частот 14 и регулятор чувствительности 15. Предварительный усилитель является усилителем постоянного тока и может быть выполнен на микросхеме типа KP140UD14. С его выхода имеется возможность измерения постоянного уровня электрофизиологического сигнала. Управляемый фильтр представляет собой дифференцирующую цепочку (C2R5), величина конденсатора в которой дискретно изменяется от C $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{2}}$ до С $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{3}}{\text{2}}$ с помощью аналогового ключа 16. Регулятор чувствительности 15 выполнен в виде операционного усилителя, сопротивление отрицательной обратной связи которого изменяется от R7-1 до R7-3 с помощью аналогового ключа 18.Selective multi-channel amplifier 2 (Fig. 3) contains in each channel a series-connected pre-amplifier 13, a controllable high-pass filter 14 and a sensitivity regulator 15. The pre-amplifier is a direct current amplifier and can be performed on a chip of the KP140UD14 type. From its output, it is possible to measure a constant level of an electrophysiological signal. The controlled filter is a differentiating chain (C2R5), in which the value of the capacitor changes discretely from C $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{1}}{\text{2}}$ to C $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{3}}{\text{2}}$ using an analog key 16. The sensitivity controller 15 is made in the form of an operational amplifier, the negative feedback resistance of which varies from R7-1 to R7-3 using an analog key 18.

Заявленное устройство для съема, регистрации и анализа электрофизиологических сигналов по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами. Так как усилитель 2, к входам которого подключены электроды для съема электрофизиологических сигналов и который является единственным связующим между пациентом и источником электрического тока (напряжения), запитывается через блок 9 защиты от аварийных токов пациента и при любом единичном нарушении питания усилитель 2 отключается, практически исключается возможность причинения пациенту травмы при съеме электрофизиологических сигналов. Кроме того, наличие блока 9 позволяет подключить сигнальные электроды к входам усилителя 2 без ограничительных резисторов и тем самым повысить чувствительность усилителя и точность съема электрофизиологических сигналов. The claimed device for the removal, registration and analysis of electrophysiological signals in comparison with the prototype has the following advantages. Since the amplifier 2, the inputs of which are connected to the electrodes for picking up electrophysiological signals and which is the only link between the patient and the source of electric current (voltage), is fed through the block 9 for protection against emergency currents of the patient and in case of any single power failure, the amplifier 2 is turned off, it is practically eliminated the possibility of causing a patient injury when taking electrophysiological signals. In addition, the presence of block 9 allows you to connect the signal electrodes to the inputs of the amplifier 2 without limiting resistors and thereby increase the sensitivity of the amplifier and the accuracy of the removal of electrophysiological signals.

Заявляемый блок защиты от аварийных токов пациента в сравнении с известными устройствами, ограничивающими ток через пациента при возникновении аварийных ситуаций, обеспечивает снятие причин возникновения аварийных ситуаций за счет отключения питания от блоков, контактирующих с пациентом. Кроме того, он обеспечивает ограничение тока через тело пациента при возникновении аварийной ситуации без включения в цепь электрода ограничивающего резистора и тем самым позволяет упростить входную цепь блока, подключенного к этим электродам. Наличие в блоке 9 защиты от аварийных токов двухпорогового компаратора 11, вход которого соединен с резистором R1, соединяющий нулевой электродом N с корпусом, позволяет обезопасить пациента от протекания токов, превышающих допустимый, разной направленности, в том числе и переменных. The inventive protection against accidental currents of the patient in comparison with the known devices that limit the current through the patient in case of emergencies, removes the causes of emergencies by disconnecting the power from the units in contact with the patient. In addition, it provides a limitation of the current through the patient’s body in the event of an emergency without the inclusion of a limiting resistor in the electrode circuit, and thereby simplifies the input circuit of the unit connected to these electrodes. The presence in the block 9 of protection against emergency currents of a two-threshold comparator 11, the input of which is connected to a resistor R1, connecting the zero electrode N to the housing, allows the patient to be protected from the flow of currents exceeding the permissible, of different directions, including variables.

Claims (7)

1. Устройство для съема, регистрации и анализа электрофизиологических сигналов, содержащее последовательно соединенные блок электродов, селективный многоканальный усилитель и мультиплексор, а также гальванический изолированный источник питания и последовательно соединенные персональную электронную машину, интерфейсный блок и блок гальванической развязки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок защиты от аварийных токов пациента, первая группа входов которого соединена с электродами блока электродов, вторая группа входом соединена с выходными шинами гальванически изолированного источника питания, а выходы с шинами питания селективного многоканального усилителя, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом мультиплексора, и устройство управления и первичной обработки, второй вход которого соединен с блоком гальванической развязки, а выходы первый с входом управления чувствительностью и полосой пропускания селективного многоканального усилителя, второй с входом управления переключением каналов мультиплексора, при этом выходные шины гальванически изолированного источника питания соединены с шинами питания мультиплексора, аналого-цифрового преобразователя и устройства управления и первичной обработки. 1. A device for recording, recording and analysis of electrophysiological signals, containing a series-connected electrode block, a selective multi-channel amplifier and multiplexer, as well as a galvanic isolated power source and series-connected personal electronic machine, an interface block and a galvanic isolation unit, characterized in that it is additionally contains a block of protection against emergency currents of the patient, the first group of inputs of which is connected to the electrodes of the electrode block, the second group of inputs the house is connected to the output buses of a galvanically isolated power source, and the outputs to the power buses of a selective multi-channel amplifier, an analog-to-digital converter in series, the input of which is connected to the output of the multiplexer, and a control and preprocessing device, the second input of which is connected to the galvanic isolation unit, and outputs the first with an input for controlling the sensitivity and bandwidth of a selective multi-channel amplifier, the second with an input for controlling channel switching a multiplexer, wherein the output buses of a galvanically isolated power source are connected to the power buses of the multiplexer, an analog-to-digital converter, and a control and preprocessing device. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что селективный многоканальный усилитель в каждом канале содержит последовательно соединенные предварительный усилитель, управляемый фильтр верхних частот и регулятор чувствительности, при этом выходы предварительных усилителей и регуляторов чувствительности соединены с сигнальными входами мультиплексора, входы управления фильтров верхних частот и входы управления регуляторов чувствительности подключены к соответствующим выходам устройства управления и первичной обработки. 2. The device according to claim 1, characterized in that the selective multi-channel amplifier in each channel contains a series-connected pre-amplifier, a controlled high-pass filter and a sensitivity regulator, while the outputs of the preliminary amplifiers and sensitivity regulators are connected to the signal inputs of the multiplexer, the control inputs of the upper filters frequencies and control inputs of sensitivity controllers are connected to the corresponding outputs of the control device and primary processing. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что устройство управления и первичной обработки содержит однокристальную микро-ЭВМ, три регистра сдвига и соединенные с ними соответственно три регистра хранения, дешифратор и блок памяти, при этом шины ввода данных, считывания входных данных и синхронизации первого порта микро-ЭВМ соединены с аналого-цифровым преобразователем, шины выходных данных и синхронизации первого порта микро-ЭВМ соединены соответственно с входом записи и тактовым входом первого регистра сдвига, шина считывания выходных данных первого порта соединена с входом записи первого регистра хранения, кодовые выходы которого подключены к входу управления переключением каналов мультиплексора, шины выходных данных и синхронизации второго порта микро-ЭВМ соединены соответственно с входами записи и тактовыми входами второго и третьего регистров сдвига, шина считывания выходных данных и шина адреса второго порта соединены с входами дешифратора, первый выход которого соединен с входом записи второго регистра хранения, а второй выход с входом записи третьего регистра хранения, кодовые выходы второго регистра хранения подключены к входу управления полосой пропускания селективного многоканального усилителя, кодовые выходы третьего регистра хранения подключены к входу управления чувствительностью селективного многоканального усилителя, шины третьего порта микро-ЭВМ соединены с входом-выходом блока гальванической развязки и входом-выходом блока памяти. 3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the control and primary processing device contains a single-chip micro-computer, three shift registers and three storage registers connected to them, a decoder and a memory unit, respectively, with data input buses, input readouts data and synchronization of the first port of the microcomputer connected to an analog-to-digital converter, the output data bus and synchronization of the first port of the microcomputer are connected respectively to the recording input and the clock input of the first shift register, the read bus is output x the data of the first port is connected to the recording input of the first storage register, the code outputs of which are connected to the control input of the multiplexer channels, the output data bus and synchronization of the second microcomputer port are connected respectively to the recording inputs and clock inputs of the second and third shift registers, the output read bus the data and the address bus of the second port are connected to the inputs of the decoder, the first output of which is connected to the recording input of the second storage register, and the second output to the recording input of the third reg storage, the code outputs of the second storage register are connected to the bandwidth control input of the selective multichannel amplifier, the code outputs of the third storage register are connected to the sensitivity control input of the selective multichannel amplifier, the buses of the third micro-computer port are connected to the input-output of the galvanic isolation unit and input-output block of memory. 4. Блок защиты от аварийных токов пациента, содержащий входы для подключения электродов, к каждому из которых подсоединены по два полупроводниковых диода, один из которых подключен анодом, а другой катодом, отличающийся тем, что он содержит последовательно соединенные двухпороговый компаратор и отключающий каскад, при этом вход с подключенным нулевым электродом соединен через параллельно соединенные измерительный резистор и интегрирующий конденсатор с корпусом и через ограничительный резистор с входом двухпорогового компаратора, катоды полупроводниковых диодов, соединенные анодами с входами для подключения сигнальных электродов, и анод полупроводникового диода, соединенного катодом с входом для подключения нулевого электрода, соединены между собой и через ограничительный резистор подключены к плюсовой шине питания, аноды полупроводниковых диодов, соединенных катодами с входами для подключения сигнальных электродов, и катод полупроводникового диода, соединенного катодом с входом для подключения нулевого электрода, соединены между собой и через ограничительный резистор подключены к минусовой шине питания, а отключающий каскад включен между входами для подключения внешнего источника питания и выходами подключения цепей питания блоков с подключенными электродами. 4. The protection block against accidental currents of the patient, containing inputs for connecting electrodes, each of which is connected to two semiconductor diodes, one of which is connected by an anode and the other by a cathode, characterized in that it contains a two-threshold comparator and a disconnecting cascade in series, when In this case, the input with the connected zero electrode is connected through a parallel connected measuring resistor and an integrating capacitor to the housing and through a limiting resistor with the input of a two-threshold comparator, cat semiconductor diodes connected by anodes to inputs for connecting signal electrodes and an anode of a semiconductor diode connected by a cathode to an input for connecting a zero electrode are interconnected and connected via a limiting resistor to a positive power bus, anodes of semiconductor diodes connected by cathodes to inputs for connecting signal electrodes, and the cathode of a semiconductor diode connected by a cathode to the input for connecting the zero electrode, are interconnected and through a limiting a resistor is connected to the negative power bus, and a disconnecting cascade is connected between the inputs for connecting an external power source and the outputs of connecting power circuits of units with connected electrodes. 5. Блок по п.4, отличающийся тем, что двухпороговый компаратор содержит последовательно соединенные двухполярный ограничитель, операционный усилитель, трехзначный логический элемент в виде двух соединенных входами диодных двухвходовых схем И, одна из которых для положительных сигналов, а другая для отрицательных, и дифференциальный усилитель, при этом первые входы схемы И соединены с выходом операционного усилителя, вторые с корпусом, выход схемы И для положительных сигналов соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, выход схемы И для отрицательных сигналов соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя. 5. The block according to claim 4, characterized in that the two-threshold comparator comprises a bipolar limiter, an operational amplifier, a three-digit logic element in the form of two diode two-input circuits I connected to the inputs, one of which is for positive signals, and the other for negative, and differential an amplifier, wherein the first inputs of the And circuit are connected to the output of the operational amplifier, the second to the case, the output of the And circuit for positive signals is connected to the inverting input of the differential amplifier, the output of the And circuit for negative signals is connected to a non-inverting input of a differential amplifier. 6. Блок по п.4 или 5, отличающийся тем, что величина измерительного резистора, через который вход для подключения нулевого электрода соединен с корпусом, удовлетворяет условию

где R_и величина измерительного резистора;

абсолютная величина порога срабатывания двухпорогового компаратора на сигнал положительной или отрицательной полярности;
I_д о п ток допустимый через пациента при единичном нарушении;
R_э подэлектродное сопротивление.6. The block according to claim 4 or 5, characterized in that the value of the measuring resistor, through which the input for connecting the zero electrode is connected to the housing, satisfies the condition

where R _{and the} value of the measuring resistor;

the absolute value of the threshold of the two-threshold comparator for a signal of positive or negative polarity;
I _{d about p} current permissible through the patient with a single violation;
R _{e is the} electrode resistance. 7. Блок по одному из пп.4, 5 или 6, отличающийся тем, что величина каждого ограничительного резистора удовлетворяет условию
R_о г р ≥ 1,5 U_п и т / I_д о п,
где R_о г р величина ограничительного резистора;
U_п и т напряжение источника питания;
I_д о п ток допустимый через пациента при единичном нарушении.7. Block according to one of claims 4, 5 or 6, characterized in that the value of each limiting resistor satisfies the condition
R _{about g p} ≥ 1,5 U _{p and t} / I _{d about p} ,
where R _{about g p the} value of the limiting resistor;
U _{p and t} power supply voltage;
I _{d about p} current permissible through the patient with a single violation.

Images