Устройство для регистрации электрической активности кожи

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для оценки функционального состояния человека. Устройство для регистрации электрической активности кожи содержит элемент из диэлектрического материала, три электрода подключенных к мостовой схеме измерений, включающей два резистора, включенные в плечи моста Уитстона, измеритель разбаланса и источник питания, включенные, соответственно, в измерительной диагонали и диагонали питания. Схема калибровки содержит три резистора, каждый из которых одним выводом соединен с третьим электродом, причем два из этих резисторов через спаренные переключатели подключены к вершинам диагонали питания. Третий - подключен параллельно второму через нормально разомкнутую кнопку. Измеритель разбаланса выполнен в виде дифференциального усилителя постоянного тока, а первый и второй электроды подключены к вершинам диагонали питания и зашунтированы цепью, состоящей из последовательно соединенных первого резистора, переменного резистора и второго резистора. Средняя точка переменного резистора является одной из вершин измерительной диагонали и подключена к инвертирующему входу дифференциального усилителя постоянного ока, к другой вершине которой подключены третий электрод и неинвертирующий вход дифференциального усилителя, при этом электроды установлены на диэлектрическом элементе неподвижно относительно друг друга так, что первый и второй электроды установлены симметрично относительно третьего электрода. Изобретение характеризуется также тем, что диэлектрический элемент выполнен в форме пластины, а электроды установлены в ряд на одной ее стороне. Диэлектрический элемент может быть выполнен в форме цилиндра, а электроды выполнены в форме колец, размещенных аксиально на его образующей. Кроме того, диэлектрический элемент может быть выполнен в виде подпружиненного клипс-зажима, электроды размещены на его внутренней поверхности так, что первый и второй находятся на одной поверхности, а третий - на противолежащей части поверхности. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в практике прикладного и экспериментального психофизиологического обследования для оценки функционального состояния человека.

Известно, что электрическая активность кожи (ЭАК), проявляющаяся в величине и характере электродермальных реакций (ЭДР), отражает процессы, происходящие в мозгу человека, являясь чувствительным индикатором его эмоционального состояния.

Типовое обследование психосоматического статуса конкретного человека включает в себя регистрацию комплекса физиологических показателей, в том числе ЭАК, в ответ на влияние эмоциональных воздействий. На уровне фона (тоническая активность характеризуется квазипостоянным уровнем выходного электрического сигнала) появляется электрический импульс, параметры которого амплитуда, длительность, форма, описывают собственно фазическую составляющую ЭАК.

Классическим устройством для регистрации указанного процесса является устройство (А. А. Алдерсонс, Механизмы электродермальных реакций. Рига, "ЗИНАТНЕ", 1985, с. 56 63) [1] содержащее генератор стабильного тока (или напряжения), подключенный через токоограничительный резистор к двум электродам активному и пассивному. При этом сигнал ЭДР снимают либо с дополнительного резистора (измерение проводимости), либо непосредственно с электродов (измерение сопротивления) на подключенный параллельно указанным элементам регистратор.

Недостатком устройства [1] является необходимость при измерении перекрытия огромного диапазона изменения проводимости кожи даже в пределах условной нормы (сопротивление изменяется от 10 до 500 Ком), что является крайне сложным. При патологических состояниях диапазон изменений сопротивления может быть еще выше от сотен ом до единиц Мом. Техническая реализация такого измерительного устройства требует введения ряда сложных регулировок, наличия схем компенсации, разделительных ВЧ и НЧ фильтров, схем АРУ и т.д. подобно тому, как это имеет место в изобретении по авт. свид. СССР N1725829 [2] Неизбежны искажения длительности, амплитуды, формы натурной фазной ЭАК, т.е. возможна потеря важнейшей физиологической информации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для регистрации ЭАК, включающее в себя чувствительный элемент с тремя электродами, подключенными к мостовой схеме измерения, первый и второй резисторы, включенные в ее плечах, выходной блок для регистрации разбаланса моста, по величине которого судят о возможной патологии (Международная заявка РСТ (WO) N91/09566, A 61 5/05, 1991) [3] Однако устройство прототип предназначено для измерения и сравнения уровней сопротивления двух зондируемых участков поверхности кожи по принципу "больше-равно-меньше" и не может быть использовано для измерения быстрых переходных процессов, а именно, фазической составляющей ЭДР.

Техническим результатом изобретения является возможность обеспечения регистрации и измерения натурной фазической составляющей ЭДР в широком диапазоне фоновых и текущих значений уровня сопротивления и колебаний спонтанной активности сопротивления кожи конкретного индивидуума.

Технический результат обеспечивается вследствие того, что устройство для регистрации электрической активности кожи содержит три электрода, подключенных к мостовой схеме измерений, включающей два резистора, включенные в плечи моста, измеритель разбаланса и источник питания, включенные, соответственно, в измерительной диагонали к диагонали питания. В устройство введена схема калибровки, содержащая три резистора, каждый из которых одним выводом соединен с третьим электродом, причем два из этих резисторов через спаренные переключатели подключены к вершинам диагонали питания. Третий подключен параллельно второму через нормально разомкнутую кнопку. Измеритель разбаланса выполнен в виде дифференциального усилителя постоянного тока, а первый и второй электроды подключены к вершинам диагонали питания и зашунтированы цепью, состоящей из последовательно соединенных первого резистора, переменного резистора и второго резистора. Средняя точка переменного резистора является одной из вершин измерительной диагонали и подключена к инвертирующему входу дифференциального усилителя постоянного тока, к другой вершине которой подключены третий электрод и неинвертирующий вход дифференциального усилителя, при этом электроды установлены на диэлектрическом элементе неподвижно относительно друг друга так, что первый и второй электроды установлены симметрично относительно третьего электрода.

Изобретение характеризуется также тем, что диэлектрический ческий элемент выполнен в форме пластины, а электроды установлены в ряд на одной ее стороне. Диэлектрический элемент может быть выполнен в форме цилиндра, а электроды выполнены в форме колей, размещенных аксиально на его образующей. Кроме того, диэлектрический элемент может быть выполнен в виде подпружиненного клипс-зажима, электроды размещены на его внутренней поверхности так, что первый и второй находятся на одной поверхности, а третий на противолежащей части поверхности.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена электрическая схема устройства, на фиг.2, 3, 4 варианты выполнения датчика, на фиг. 5 запись натурной ЭДР с помощью предлагаемого устройства.

Устройство содержит электродный датчик, состоящий из элемента 1 из диэлектрического материала и расположенных на нем трех электродов 2, 3, 4, которые с помощью гибких проводников в экранированной оболочке подключены к схеме измерений. Она представляет собой мост Уитстона, питаемый от источника 5 питания (виде источника постоянного тока) через токоограничительный резистор 6. При этом электроды 2 и 4 подключены соответственно к вершинам C и D диагонали питания, а электрод 3 подключен к вершине A измерительной диагонали указанного моста. К вершине C подключен положительный полюс источника постоянного тока.

Сопротивления участков 7 и 8 поверхности кожи биообъекта 9 между электродами 2 и 4, выполняющими функции токовых, и измерительным электродом 3 образуют плечи измерительного моста.

Противолежащие плечи указанного моста образованы резисторами 10 и 11 одинакового номинала, одни выводы которых подключены к вершинам C и D диагонали питания, а другие выводы к выводам переменного резистора 12, включенного между ними. При этом средняя точка (ползунок) переменного резистора 12 подключена к вершине B измерительной диагонали моста.

Цепь калибровки включает в себя образцовые резисторы 13 и 14, калибровочный резистор 15, спаренные переключатели 16 и 17 и кнопку 18 с замыкающим контактом. Замыкающие контакты спаренных переключателей 16 и 17 подключены к вершинам C и D диагонали питания. Одни выводы резисторов 13, 14, 15 соединены друг с другом и электродом 3, являясь вершиной A измерительной диагонали. Другие выводы резисторов 13 и 14 подключены к контактам спаренных переключателей 16 и 17. Калибровочный резистор 15 вторым своим выводом через кнопку 18 с замыкающим контактом присоединен параллельно резистору 13.

В качестве измерителя разбаланса моста использован дифференциальный усилитель 19 постоянного тока. Инвертирующий вход усилителя 19 подключен к ползунку переменного резистора 12 (т.е. к вершине B измерительной диагонали). Неинвертирующий вход усилителя 19 подключен к вершине A измерительной диагонали. Выход усилителя 19 подключен к регистратору 20. В качестве регистратора может быть использован осциллоскоп, самописец, аналого-цифровой преобразователь с соответствующей системой индикации и пр.

На фиг. 2, 3, 4 показана форма выполнения электродного датчика. Датчик может быть выполнен из диэлектрической пластины с односторонним расположением электродов 2, 3, 4, однако существенным является такое расположение их, когда измерительный электрод 3 расположен симметрично относительно электродов 2 и 4. Два варианта расположения, показанного на фиг.2, это выполнение токовых электродов 2 и 4 равной площади и размещение измерительного электрода 3 между ними в ряд.

Диэлектрический элемент 1 может быть выполнен в виде цилиндра, а электроды 2, 3, 4 в форме колец, размещенных аксиально на его образующей (см. фиг. 3). При этом условие симметричности, как и для варианта, изображенного на фиг.2, должно соблюдаться.

На фиг. 4 показана форма выполнения электродного датчика в виде подпружиненного клипс-зажима. В этом случае диэлектрический элемент 1 является основанием 21 клипс-зажима и снабжен пружиной 22. Электроды 2 и 4 размещены на внутренней поверхности основания 21, а измерительный электрод 3 на противолежащей пластине 23 с внутренней ее стороны. Пластина 23 может быть выполнена цельнометаллической. Как и для предыдущих вариантов является необходимым условием симметричности электродов, которое в данном варианте проявляется как равенство площадей рабочих поверхностей токовых электродов 2 и 4, а также равенство расстояний между токовыми 2 и 4 и измерительным электродом 3.

Датчик, изображенный на фиг.2, универсального назначения: он прикрепляется к исследуемой поверхности кожи пациента с помощью, например, эластичной ленты или лейкопластыря. Датчик, изображенный на фиг.3, удобно использовать для измерений на ладонной поверхности кожи пациента. В процессе исследований пациент сжимает датчик рукой.

Датчик, изображенный на фиг.4, фиксируется на кисти пациента так, что токовые электроды 2 и 4 имеют контакт с ладонной поверхностью, а измерительный электрод 3 с кожей тыльной поверхности кисти руки пациента.

Устройство работает следующим образом.

После наложения на пациента электродного датчика, спаренные переключатели 16 и 17 переводят в режим "калибровка", т.е. правое по схеме положение.

При подключенном питании на клемме 5, переменным резистором 12 балансируют мост таким образом, чтобы напряжение между вершинами A и B измерительной диагонали, а следовательно и на выходе дифференциального усилителя 19, равнялось нулю. Периодически замыкая кнопку 18, подключают калибровочной резистор 15, добиваясь формирования сигнала разбаланса заданной величины. Регулировкой коэффициента усиления усилителя 19 устанавливают величину сигнала таким образом, чтобы обеспечить устойчивую регистрацию калибровочного сигнала на регистраторе 20, исходя из чувствительности последнего.

Далее, спаренные переключатели 16, 17 переводят в левое положение "работа". Если после подключения электродов датчика происходит резкий разбаланс моста вследствие незавершившихся переходных процессов, обусловленных поляризационным и электрохимическим явлениями "поверхность кожи электроды", то производят дополнительную балансировку. С помощью переменного резистора 12 добиваются на выходе регистратора низкоамплитудного сигнала с периодом флуктуаций 1 5 сек. Этот уровень характеризует спонтанную активность кожи.

После указанных операций осуществляют собственно регистрацию фазической составляющей ЭДР в ответ на воздействие эмоционально значимого стимула. Сама методика не отличается от известных (см. например, (2)).

Пример реализации. На фиг.5 показана натурная запись ЭДР с помощью заявленного изобретения у пациентов с различным уровнем сопротивления кожи (кривые а, б). Кривая "а" снята у пациента с сопротивлением кожи ладони 600 кОм, кривая "б" 50 кОм. При измерении использовались электроды в виде клипс-зажима (фиг.4), который укреплялся на левой кисти пациента. Скорость лентопротяжки самописца составляла 0,75 мм/сек. Калибровочный сигнал, обозначенный поз. 24, равен по величине 10 кОм. Различная амплитуда сигнала калибровки на кривых "а" и "б" обусловлена различным уровнем коэффициента усиления усилителя. Позицией 25 обозначен сигнал, связанный с переключением спаренного переключателя 16, 17 из режима "калибровка" в режим "работа". Далее, позицией 26 обозначен участок записи, характеризующий спонтанную активность. На ее фоне проявляются сигналы (поз.27) фазической составляющей, вызванной максимально глубокими вдохами и выдохами пациента, т.е. активацией симпатотонической активности.

Из приведенных кривых видно, что несмотря на существенную разницу сопротивления кожи пациентов, устройство обеспечивает высокую воспроизводимость результатов для различных испытуемых. Кроме того, устройство обладает высокой чувствительностью даже к относительно слабому воздействию, как дыхательная проба.

Формула изобретения

1. Устройство для регистрации электрической активности кожи, содержащее три электрода, подключенных к мостовой схеме измерения, включающей два резистора, включенные в плечи моста, измеритель разбаланса и источник питания, включенные, соответственно в измерительной диагонали питания, отличающееся тем, что в него введена схема калибровки, содержащая три резистора, каждый из которых одним выводом соединен с третьим электродом, причем два из этих резисторов через спаренные переключатели подключены к вершинам диагонали питания, а третий из них подключен параллельно второму из них через нормально разомкнутую кнопку, кроме того, измеритель разбаланса выполнен в виде дифференциального усилителя постоянного тока, а первый и второй электроды подключены к вершинам диагонали питания и зашунтированы цепью, состоящей из последовательно соединенных первого резистора, переменного резистора и второго резистора, средняя точка переменного резистора является одной из вершин измерительной диагонали и подключена к инвертирующему входу дифференциального усилителя постоянного тока, к другой вершине которой подключены третий электрод и неинвертирующий вход дифференциального усилителя, при этом электроды установлены на диэлектрическом элементе неподвижно относительно друг друга так, что первый и второй электроды установлены симметрично относительно третьего электрода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диэлектрический элемент выполнен в форме пластины, а электроды установлены в ряд на одной ее стороне.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диэлектрический элемент выполнен в форме цилиндра, а электроды выполнены в форме колец, размещенных аксиально на его образующей.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диэлектрический элемент выполнен в виде подпружиненного клипс-зажима, электроды размещены на его внутренней поверхности так, что первый и второй на одной части поверхности, а третий на противолежащей части поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5