Усилитель биопотенциалов

 

Усилитель биопотенциалов относится к медицинской технике, а именно к приборам для регистрации и измерения биопотенциалов. Целью изобретения является уменьшение искажений биосигнала. Усилитель содержит первый дифференциальный усилитель 1, первый резистор 2, второй дифференциальный усилитель 3, активный фильтр 4, третий дифференциальный усилитель 5, второй резистор 6, третий резистор 7. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК (51) 5 А 61 В 5/04

ОПИСЛНИК ИЗ0БРКткНия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фаг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlQ ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

t (21) 4278896/28-14 (22) 06.07.87 (46) 30.08.90. Бюл. № 32 (72) В. М. Токарев и P. 3. Столяренко (53) 615.47 (088.8) (56) Микрокомпьютерные медицинские системы/Под ред. У. Томпкинса.М.: Мир, 1983, с. 21.

„„80„„1588392 Д 1

2 (54) УСИЛИТЕЛЬ БИОПОТЕНЦИЛЛОВ (57) Усилитель биопотенциалов относится к медицинской технике, а именно к приборам для регистрации и измерения биопотенциалов. Целью изобретения является уменьшение искажений биосигнала. Усилитель содержит первый дифференциальный усилитель 1, первый резистор 2, второй дифференциальный усилитель 3, активный фильтр 4, третий дифференциальный усилитель 5, второй резистор 6, третий резистор 7. 4 ил.

1588392

15

40

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к приборам для регистрации и измерения биоиотенциалов.

Цель изобретения — уменьшение искажений биосигнала.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого усилителя биопотенциалов; на фиг. 2 — активный фильтр, вариант выполнения; на фиг. 3 — диаграмма переходных характеристик усилителя; на фиг. 4 — диаграмма весовой функции активного фильтра.

Усилитель биопотенцHBJIQB содержит соединенные последовательно первый дифференциальный усилитель 1, первый резистор 2, второй дифференциальный усилитель 3, активный фильтр 4, соединенные последовательно третий дифференциальный усилитель

5, второй резистор 6, выход которого подключен к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя 3. Инвертирующие входы первого дифференциального усилителя 1 и третьего дифференциального усилителя 5 соединены через третий резистор 7. Прямой и инверсный выходы фильтра 4 соединены с инвертирующими входами первого и третьего дифференциальных усилителей соответственно.

Усилитель биопотенциалов работает следующим образом.

При подаче на неинвертирующие входы усилителя биопотенциалов, например, функции Хевисайда l@(t) парафазно, на его выходе появляется скачок выходного напряжения, равного входной величине, умноженной на коэффициент передачи усилителя для парафазного сигнала — К„,. В результате взаимодействия энергии по выходу системы со свойством фильтра 4 G (T) (фиг. 4), что осуществляется при помощи операции свертывания, всегда имеющей место в динамике реальных систем, на парафазном выходе фильтра получаем разность токов, пропорциональную интегралу свертки

В течение времени для усилителя ЭКГ, равного 0,4 с, эта величина становится очень близкой к нулю, вызывая малые изменения напряжения на выходе усилителя биопотенциалов, обеспечивая высокую точность передачи информационного отрезка биосигналов, например, PQRS-комплексов ЭКГ. С дальнейшим увеличением времени от начала переходного процесса быстро нарастает крутизна весовой функции фильтра 4, результат свертки быстро растет, обеспечивая крутой сиад переходной характеристики. По окончании переходного процесса на выходе фильтра 4 напряжение на выходе усилителя биосигналов становится равным нулю, что обеспечивает автоматическую корректировку изолинии при неискаженной передаче полезного сигнала.

При сравнении переходных характерисгик (фиг. 3) можно сделать вывод, что погрешность измерения амплитудных характеристик ЭКС с применением предлагаемого усилителя биосигналов составляет величину менее 1%, т. е. в десять раз меньше, чем в прототипе, а крутизна спада в три раза выше, причем переходной процесс заканчивается практически через 2 с против 4 с у прототипа.

На фиг. 2 приведен пример выполнения активного фильтра. Такой фильтр позволяет получить переходную характеристику усилителя биопотенциалов в виде почти монотонно спадающей функции с плоским начальным участком, крутым спадом и коротким конечным участком. Плоский начальный участок переходной характеристики обеспечивает (в результате временной задержки срабатывания обратной связи) высокую точность передачи информационного отрезка биопотенциалов (например, электрической систолы сигналов ЭКГ в течение 0,3 — 0,45 с), а крутой и короткий дальнейший спад существенное подавление дрейфа нулевой линии биопотенциалов. Переходная характеристика с неравномерностью плоского участка 1-0,5%, аппроксимируется аналитическим выражением четвертого порядка

Ь(t)=exp(n i t)(A sinw i t+ Bi ci sм t)l

+ехр(а )(А япш +В со. а 1), гдеа = 2,8;А — — 5,0885; B i == 1,02! 5; н =-1.4: а = — 3,28; А =0,7868; В =-0,0215; а =5,42.

Произведя преобразования, получаем, редаточную функцию фильтра

0,2095р — 2,3884р+ 58, 1621

К (p) — — — — д- — — — — — — — — — Х р +4,6371р+47,087 — р+6,825 р(р+7,7324) откуда следует, что фильтр представляет собой последовательное соединение двух четырехполюсников второго порядка.

Выполняя обратное преобразование Лапласа передаточной функции фильтра — К (р), получаем свойство фильтра в явном виде (его весовую функцию) 6 т) =0,28427 — 0,61622exp (— 7,73243т) +

+ 0,46999ехр (— 2,31853т) ° со s (6,45847т++0,93966) .

Таким образом, усилитель биосигналов без применения средств обнуления паразитных зарядов на реактивных элементах (неизбежно порождаемых нестационарностью измеряемых процессов особенно при подвижном объекте) обеспечивает уменьшение искажений, вызванных дрейфом изолинии и изменениями подэлектродных накожных потенциалов при движениях пациента.

l588392

Формула изобретения

Фиг. 2

0,9

0,8

0,7

0,1

0,2 0b 0,f 0,8 1 12 1Ф 16 18 2 2,22 Я „. (";., KLI 2, Д

Усилитель биопотенциалов, содержащий соединенные последовательно первый дифференциальный усилитель, первый резистор, второй дифференциальный усилитель, активный фил ьтр, соеди ненные последовательно третий дифференциальный усилитель, второй резистор, выход которого подключен к инвертирующему входу второго дифференциального уси. i ит» i ;. инвертирующие входы первого и трс.: сг, ифференциальных усилителей соед:пены через третий резистор, отличающийся", l M. что. (целью уменьшения искажен, .:. ипсигна13, прямой и инверсный выходы пч..I ра соединены соответственно с инвер ирующими входами первого и третьего дифференциальных усилителей.

1588392

0,,7

7(сею)

Составитель Б. Фигурин

Редактор С. Лисина Техред А. Кравчук Корректор Л. Бескид

Заказ 2497 Тираж 552 Подписное

ВНИИГ!И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101