Система регистрации, хранения и исследования электробиопотенциалов

 

Изобретение относится к средствам создания компьютерных систем регистрации, хранения и исследования электробиопотенциалов и может быть использовано при создании диагностических систем. Сущность изобретения: предложенная система содержит кабель с набором электродов, элементы защиты, управляемые ключи, блок формирования тестовых сигналов и блок формирования разностных сигналов. При этом последовательно соединены дифференциальные усилители и фильтры, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микроЭВМ, блок гальванической развязки, интерфейсный блок, персональный компьютер. Цепь формирования сигнала подавления синфазной составляющей состоит из последовательно соединенных усилителя, элемента защиты и соответствующего электрода. Электроды через элементы защиты подключены на входы блока формирования разностных сигналов. Через контакты ключей на входы блока подключены выходы блока. Выходы блока через усилители и фильтры соединены с входами коммутатора, выход которого соединен с входом АЦП. Выходы АЦП соединены с входами разрядов параллельного порта микроЭВМ, выход последовательного асинхронного порта микроЭВМ через блок гальванической развязки и интерфейсный блок соединен с входом последовательного асинхронного порта персонального компьютера. Описанная выше система обеспечивает среднюю скорость ввода информации в компьютер, выбранный для предложенной системы, соизмеримую с максимальной скоростью ввода информации через последовательный асинхронный порт. При этом исключены сбои в процессе ввода и обработки информации. Структура предложенной системы позволяет наращивать функциональные возможности путем наращивания программного обеспечения без изменения технических средств. 1 ил.

Изобретение относится к средствам создания компьютерных систем регистрации, хранения и исследования электробиопотенциалов, а также может быть использовано при создании диагностических систем.

Известны многоканальные устройства на основе микропроцессоров для съема электробиопотенциалов и их регистрации [1]. Указанные устройства обеспечивают съем, запоминание электробиопотенциалов и вывод графической информации на специальную термобумагу. В зависимости от заданной программы эти устройства обеспечивают автоматический анализ электробиопотенциалов и распечатку результатов.

Недостатком этих устройств является использование специальной термобумаги для документирования результатов обследования, а также компьютерная часть жестко привязана к аппаратурной части устройства. Кроме того, объем памяти таких устройств весьма ограничен и не предназначен для длительного хранения информации.

Известны системы регистрации, хранения и исследования электробиопотенциалов, содержащие персональный компьютер с монитором и принтером, выносной блок для съема электробиопотенциалов, кабель с набором электродов, контроллер в виде отдельной платы, устанавливаемой в компьютер [2].

В указанной системе для увеличения скорости ввода информации в персональный компьютер специально создается контроллер, согласующий выносной блок для съема электробиопотенциалов с компьютером и подключаемый к материнской плате компьютера через разъемы расширения для настольных компьютеров или через параллельный порт для компьютеров типа "note-book". Эти доработки значительно усложняют схему обработки информации, требуют привлечения высококвалифицированных специалистов.

Известны также компьютерные системы регистрации, хранения исследования электробиопотенциалов, содержащие персональный компьютер с монитором и принтером, кабель пациента с набором электродов, блок для съема электросигналов, соединенный с компьютером кабелем, дополнительный блок питания [3].

В указанной системе ввод внешней информации в компьютер осуществляется через последовательный асинхронный порт персонального компьютера. В этом случае схема ввода внешней информации наиболее проста, однако средняя скорость ввода мала. Проблема заключается в том, что в случае использования последовательного асинхронного порта ввод информации в компьютер осуществляется по одной линии последовательно разряд за разрядом, байт за байтом. Причем, прием следующего байта может быть осуществлен только в том случае, если предыдущий байт или группа байтов считана и обработана компьютером. В противном случае информация может быть потеряна. Время обработки информации в компьютере зависит от многих факторов и может быть в разные моменты времени различным. Чтобы избежать сбоя при вводе информации, промежуток времени перед вводом очередной порции информации определяется максимальным временем обработки информации, что снижает среднюю скорость ввода и обработки внешней информации и представления результатов пользователю. В этом случае частота опроса информационных каналов, которая должна быть строго синхронной, определяется максимальным временем передачи информации и оказывается ниже предельной, обеспечиваемой при обмене через последовательный асинхронный порт.

В предложенной системе регистрации, хранения и исследования электробиопотенциалов ввод внешней информации осуществляется через последовательный асинхронный порт компьютера, но в отличие от известных систем скорость ввода внешней информации близка к максимальной, обеспечиваемой последовательным асинхронным портом без угрозы сбоя обработки информации в компьютере.

Указанное выше достигается тем, что в систему регистрации, хранения и исследования электробиопотенциалов, содержащую персональный компьютер с печатающим устройством, монитором и последовательным асинхронным портом, блок гальванической развязки, интерфейсный блок-кабель с набором электродов, каждый из которых связан с элементами схемы защиты, последовательно соединенные между собой усилители и фильтры, а также блок формирования разностных сигналов с электродов, блок формирования тестовых сигналов и цепь формирования сигнала плавления синфазной составляющей, согласно изобретению введены управляемые ключи, включенные по одному в каждый информационный канал, микроЭВМ с последовательным асинхронным портом, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и коммутатор, при этом входы блока формирования разностных сигналов соединены с выходами элементов схемы защиты соответствующих электродов и через контакты управляемых ключей с соответствующими выходами блока формирования тестовых сигналов, выходы каждого фильтра соединены с выходами коммутатора, выход которого соединен с входом АЦП, выходы АЦП соединены с выходами разрядов параллельного порта микроЭВМ, информационный выход последовательного асинхронного порта микроЭВМ через блок гальванической развязки и интерфейсный блок соединен с информационным входом последовательного асинхронного порта компьютера, информационный выход последовательного асинхронного порта компьютера через интерфейсный блок и блок гальванической развязки соединен с информационным входом последовательного асинхронного порта микроЭВМ и выходом одного разряда параллельного порта микроЭВМ, а выходы разрядов другого параллельного порта микроЭВМ соединены соответственно с входами цепей обнуления каждого усилителя и управляющего входами коммутатора, АЦП и управляемых ключей.

Предложенная система регистрации, хранения и исследования электробиопотенциалов обеспечивает максимальную среднюю скорость ввода внешней информации в компьютер, близкую к максимальной скорости ввода информации через последовательный асинхронный порт, независимо от марки компьютера и высокую надежность обработки внешней информации, при этом возможно использование любого компьютера, имеющего последовательный асинхронный порт, без дополнительного вмешательства в схему компьютера.

На чертеже изображена функциональная блок-схема предложенной системы.

Система регистрации, хранения и исследования электробиопотенциалов содержит набор электродов 1, каждый из которых через кабель соединен с входом своего элемента защиты 2. Каждый элемент защиты 2 соединен через контакт ключа 3 с соответствующим выходом блока формирования тестовых сигналов 4, выход элемента защиты 2 соединен также с соответствующим входом блока формирования разностных сигналов 5. Каждый выход блока формирования разностных сигналов 5 соединен с отдельным дифференциальным усилителем 6, выход которого соединен с фильтром 7. Количество усилителей 6 и фильтров 7 определяется количеством информационных каналов. Выход каждого фильтра 7 соединен с соответствующим входом коммутатора 8, выход коммутатора 8 соединен с входом АЦП 9. Выходы АЦП 9 соединены с входами разрядов параллельного порта микроЭВМ 10, а информационный выход последовательного порта микроЭВМ 10 через блок гальванической развязки 11 и интерфейсный блок 12 соединен с информационным входом последовательного порта персонального компьютера 13. Информационный выход компьютера 13 через интерфейсный блок 12 и блок гальванической развязки 11 соединен с информационным входом последовательного порта микроЭВМ 10 и входом одного разряда параллельного порта микроЭВМ 10, а выходы разрядов другого параллельного порта микроЭВМ 10 соединены соответственно с входами цепей обнуления каждого усилителя 6, управляющими входами ключей 3, коммутатора 8 и АПЦ 9. Цепь формирования сигнала подавления синфазной составляющей состоит из последовательно соединенных между собой усилителя 14, элемента защиты 15 и электрода 16. Вход усилителя 14 соединен с блоком формирования разностных сигналов 5.

Предложенная система работает следующим образом.

Электробиопотенциалы с исследуемого объекта снимаются с помощью электродов 1, которые предварительно устанавливаются в необходимых точках объекта. По командным сигналам с микроЭВМ 10 управляемые ключи 3 подключают выходы блока формирования тестовых сигналов 4 на соответствующие входы блока формирования разностных сигналов 5. Происходит тестирование системы на правильность функционирования схемы. Результаты тестирования отображаются на мониторе компьютера 13. При правильном функционировании системы по сигналу с микроЭВМ 10 ключи 3 отключают выходы блока формирования тестовых сигналов 4 от блока формирования разностных сигналов 5. Схема системы защищена от опасных для электроники напряжений элементами защиты 2, которые подключены к каждому электроду 1. В блоке формирования разностных сигналов 5 формируются сигналы в соответствии с известными рекомендациями медиков и других специалистов. Сигналы с выходов блока формирования разностных сигналов 5 через свои усилители 6 и фильтры 7 подаются на вход коммутатора 8. С выхода коммутатора 8 указанные сигналы в определенном порядке по одному сигналу подаются на выход АЦП 9. Очередность подачи сигнала на выход АПЦ 9 определяется управляющим сигналом, поступающим на управляющий вход коммутатора 8 с выхода разряда параллельного порта микроЭВМ 10. С других выходов разрядов параллельного порта микроЭВМ 10 соответствующие сигналы поступают на управляющий вход АЦП 9 и входы цепей обнуления усилителей 6. С выходов АЦП 9 сигналы поочередно в цифровом виде в параллельной форме поступают на входы разрядов параллельного порта микроЭВМ 10, считываются и накапливаются в регистрах памяти микроЭВМ 10. Процессор вывода информации из АЦП 9 и ввода ее в микроЭВМ 10 управляет сама микроЭВМ 10. Процесс выборки сигналов для АЦП 9 производится строго синхронно по таймеру, реализованному внутри микроЭВМ 10. В памяти микроЭВМ накапливаются в цифровой форме сигналы за один цикл опроса.

Вывод информации для персонального компьютера 13 осуществляется по последовательному асинхронному каналу микроЭВМ 10. Первый информационный байт поступает в последовательный асинхронный порт, как только в микроЭВМ поступает сигнал от таймера, говорящий о начале цикла опроса электрокардиосигналов. Вывод остальных байтов информации осуществляется только после поступления сигнала готовности компьютера 13 принять очередной байт информации. Сигналом готовности компьютера 13 принять очередной байт является стартовый бит байта информации, который вводится в микроЭВМ 10 из компьютера 13 через интерфейсный блок 12 и блок гальванической развязки 11 по информационному входу последовательного асинхронного порта. МикроЭВМ 10 фиксирует момент прихода стартового бита, и, как только заканчивается синхронный обмен с АЦП 9, задаваемый программой микроЭВМ, начинается вывод следующего байта информации из микроЭВМ 10 в компьютер 13 через блок гальванической развязки 11 и интерфейсный блок 12. В каждом цикле обмена информацией микроЭВМ 10 с компьютером 13 выводится информация, полученная в результате опроса электробиопотенциалов в предыдущем цикле обмена.

Для подавления синфазной составляющей, которая вместе с полезным сигналом поступает в цепи системы и ухудшает качество измерения электробиопотенциалов, в системе предусмотрена цепь формирования сигнала подавления синфазной составляющей Эта цепь содержит усилитель 14, элемент защиты 15 и электрод 16. Электрод 16 устанавливается в определенную точку на объекте исследований, а выход усилителя 14 соединен с блоком формирования разностных сигналов 5.

Введение в схему системы регистрации, хранения и исследования электробиопотенциалов коммутатора 8, АЦП 9 и микроЭВМ 10, а также соединение выходов АЦП 9 с входами разрядов параллельного порта микроЭВМ 10, информационного выхода последовательного порта микроЭВМ 10 через блок гальванической развязки 11 и интерфейсный блок 12 с входом последовательного порта компьютера 13, информационного выхода компьютера 13 через интерфейсный блок 12 и блок гальванической развязки 11 с информационным выходом последовательного порта микроЭВМ 10 и входом одного разряда параллельного порта микроЭВМ 10, а разрядов другого параллельного порта микроЭВМ 10 с соответствующим входом цепи обнуления каждого усилителя 6 и управляющими входами коммутатора 8, АЦП 9 и управляемых ключей 3 позволяют до минимума сократить промежуток холостого хода каждого цикла обмена информацией между микроЭВМ 10 и компьютером 13. Тем самым повышается средняя скорость передачи информации, приближая ее к максимальной скорости для последовательного асинхронного порта, не опасаясь сбоев.

Соединение входов блока формирования разностных сигналов 5 с электродами 1 и с выходами блока формирования тестовых сигналов 4 через контакты управляемых ключей 3 позволяет создавать высококачественный сервис в процессе эксплуатации.

Необходимо отметить, что структура предложенной системы позволяет наращивать возможности путем наращивания программного обеспечения без изменения технических средств и отказаться от дополнительного источника питания.

Литература.

1. Электронные приборы для нейрофизиологических исследований./Сборник статей под редакцией Ю.В.Крылова. М.:Наука, 1992, с.37-39.

2.Там же, с. 40-41.

3. Каталог фирмы "Актуальные медицинские технологии" (АМТ), Италия, с. 11, система EASY, 1995 (проспект опубликован в журнале Биология N 11, 1995, с.31).

Формула изобретения

Система регистрации, хранения и исследования электробиопотенциалов, содержащая персональный компьютер с печатающим устройством, монитором и последовательным асинхронным портом, блок гальванической развязки, интерфейсный блок, кабель с набором электродов, каждый из которых связан с элементами схемы защиты, последовательно соединенные между собой усилители и фильтры отдельно на каждый информационный канал, а также блок формирования разностных сигналов с электродов, цепь подавления синфазной составляющей и блок формирования тестовых сигналов, отличающаяся тем, что в нее введены управляемые ключи, включенные по одному в каждый информационный канал, микроЭВМ, аналого-цифровой преобразователь и коммутатор, при этом входы блока формирования разностных сигналов соединены с выходами элементов схемы защиты соответствующего электрода и через контакты управляемых ключей - с соответствующими выходами блока формирования тестовых сигналов, выходы каждого фильтра соединены с соответствующим входом коммутатора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами разрядов параллельного порта микроЭВМ, информационный выход последовательного асинхронного порта микроЭВМ через блок гальванической развязки и интерфейсный блок связан с информационным входом последовательного асинхронного порта компьютера, информационный выход последовательного асинхронного порта компьютера через блок гальванической развязки и интерфейсный блок соединен с информационным входом последовательного асинхронного порта микроЭВМ и входом одного разряда параллельного порта микроЭВМ, а выходы разрядов другого параллельного порта микроЭВМ соединены соответственно с входами цепей обнуления каждого усилителя и управляющими входами коммутатора, аналого-цифрового преобразователя и управляемых ключей.

РИСУНКИ

Рисунок 1