Усилитель биопотенциалов

- (с, сс сЕУ САНИЕ ИЗОБРЕТЕ и/с, 1975.ША3946324,1976. гход ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(56) 1. Патенткл. А 61 В 5/042. Патент Скл. Н 03 Е 3/38 юл.12ин, Б, В. Осыка, Б. М. Олианов и Б, Н. Шаршевский оизводственное объединение онной медицинской аппара(54) (57) УСИЛИТЕЛЬ БИОПОТЕНЦИАЛОВ, содержащий последовательно соединенные блок усиления, модулятор, первый разделительный трансформатор, демодулятор и фильтр низкой частоты, и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом демодулятора, и второй разделительный трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к второму входу модулятора, отличающийся тем, что, с целью снижения уровня помех, в него введен блок задержки, включенный между выходом генератора тактовых импульсов и вторым входом демодулятора.Изобретение относится к медицинской технике, а именно к усилителям биопотенциалов, используемых в устройствах регистрации биоэлектрической активности сердца при условии электрической изоляции пациента от заземления и от цепей питания.Известен усилитель биопотенциалов с гальванической развязкой, входящий в состав многоканального электрокардиографа и содержащий блок усиления, разделительные трансформаторы для передачи питания в блок усиления и передачи сигнала от блока усиления на входную шину, модулятор на управляемом ключе, генератор тактовых импульсов и демодулятор 1. 51 О Однако в связи с тем, что в этом устрой 15 стве применена асинхронная демодуляция, используется только половина динамического выходного диапазона блока усиления изолированной входной части усилителя биопотенциалов, а это существенно снижает допустимый уровень напряжения поляризации, возникающего на электродах электрокардиографа.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является усилитель биопотенциалов, содержащий последователь 25 45 Цель изобретения - снижение уровня помех.Поставленная цель достигается тем, что в усилитель биопотенциалов, содержащий по следовательно соединенные блок усиления, модулятор, первый разделительный трансформатор, демодулятор и фильтр низкой частоты, и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом демодулятора, и второй разделительный трансформатор, вто: ричная обмотка которого подключена к второму входу модулятора, введен блок задержки, включенный между выходом генератора 50 55 но соединенные блок усиления, модулятор, первый разделительный трансформатор, демодулятор и,фильтр низкой частоты, и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом демодулятора, и второй раз делительный трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к второму входу модулятора, Это устройство благодаря синхронному процессу модуляции - демодуляции позволяет полностью использовать выходной динамический диапазон блока усиления изолированной части, обеспечивает рабоь ту при значительно большем уровне поляризации электродов 12.Недостатком известного усилителя биопотенциалов является искажение полезного 40 сигнала помехами, пропорциональными напряжению поляризации на электродах электрокардиографа, что обусловлено несинфазностью работы модулятора и демодулятора,тактовых импульсов и вторым входом демодулятора.На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы его работы; на фиг. 3- принципиальная электрическая схема одного из вариантов блока задержки; на фиг, 4 - временные эпюры напряжений в оцифрованных точках схемы, приведенной на фиг. 3.Усилитель биопотенциалов содержит последовательно соединенные блок 1 усиления, модулятор 2, первый разделительный трансформатор 3, демодулятор 4 и фильтр 5 низкой частоты, последовательно соединенные генератор 6 тактовых импульсов и второй разделительный трансформатор 7, вторичная обмотка которого подключена к второму (управляющему) входу модулятора 2, и блок 8 задержки,. включенный между выходом генератора 6 тактовых импульсов и вторым (управляющим) входом демодулятора 4.Модулятор 2 и демодулятор 4 содержат чаще всего ключевую схему, выполненную на биполярном или полевом транзисторе, и цепь управления ключевой схемы.Усилитель биопотенциалов работает следующим образом.Биосигнал, например электрокардиограмма, снимаемая с пациента при помощи электродов, совместно с напряжением поляризации электродов усиливается блоком 1 усиления и подается на вход модулятора 2 (напряжение 1.1, на фиг, 2 а - биосигнал,11 п - напряжение поляризации электродов). Ключевая схема модулятора 2 периодически коммутируется на первичную обмотку первого разделительного трансформатора 3. Период этой коммутации определяется последовательностью импульсов 1.1, (фиг. 2 б), поступающих от генератора 6 тактовых импульсов. Однако импульсы тактового генератора 6, проходя через второй разделительный трансформатор 7, задерживается на время 1 з (напряжение 1.1, на фиг. 2 в). Приняв для определенности, что ключевые схемы модулятора 2 и демодулятора 4 замкнуты во время действия положительных импульсов напряжений, управляющих ключевыми схемами (11 на фиг. 2 в, Ц на фиг. 28 соответственно), можно представить напряжение Цг, иа первичной обмотке первого разделительного трансформатора 3 таккак это показано на фиг. 2 г. Во время, когда ключевая схема модулятора 2 замкнута, это напряжение повторяет напряжение на выходе блока 1 усиления. Во время разомкнутого состояния в первом разделительном трансформаторе 3 идут переходные процессы и величина выбросов напряжения 11 во время этих процессов пропорциональна напряжению поляризации, а оно может на порядки превышать напряжение биосигнала,1147350 О У Для того, чтобы эти переходные процессы не передавать на выходную шину усилителя биопотенциалов через синхронно коммутирующийся демодулятор 4, передний фронт импульсов 1 А, (фиг. 2 Ф),замыкающих ключевую схему демодулятора 4, должен быть задержан на время 1 З большее, чем что достигается пропусканием импульсной последовательности 1.1 (фиг. 2 б) через блок 8 задержки, производящий задержку переднего фронта тактовых импульсов. В результате на вход фильтра 5 низкой частоты, осуществляющего сглаживание выходного сигнала, поступает последовательность импульсов Ц (фиг. 2 е), огибающая которых пропорциональна только входному биосигналу. 1Пример, Блок усиления реализован на интегральной микросхеме К 284 УД 1 А, а в качестве ключевых схем модулятора 2 и демодулятора 4 применены МДП-полевые транзисторы типа КП 304 А. Первый и второй разделительные трансформаторы 3 и 7 выполнены на ферритовых кольцах 2000 НМ 1, причем первичная и вторичная обмотки трансформаторов намотаны каждая на своем кольце, оба кольца соединены витком связи, образуя трансформатор с повышенной элект рической прочностью между обмотками. Генератор 6 тактовых импульсов работает на частоте 50 кГц. Схема блока 8 задержки изображена на фиг. 3. Работа этого блока иллюстрируется диаграммами на фиг. 4.30Тактовый импульсы 3 (фиг. 4 а) подводится к точке 1 схемы (фиг. 3). Эпюра напряжения 1.1 (фиг. 4 б) в точке 2 (фиг. 3) отражает тот факт, что заряд и разряд конденсатора С производятся с разными постоянными времени. Постоянная времени заряда определяется, в основном, резистором К в то время, как разряд производится через диод Д почти мгновенно. Транзистор Т благодаря этому открывается не с момента появления тактового импульса, а в тот момент, когда изменяющееся по экспоненте напряжение на базе транзистора 1.1 (фиг. 4 в) не достигает порогового напряжения отпирания кремниевого транзистора Т (1.)вор.ф = 0,7 В) . Поэтому передний фронт выходного напряжения 13 (фиг. 4 г) оказывается задержанным на время 1 определяемое емкостью С и резисторами базовой цепи транзистора Т.В данном варианте усилителя биопотенциалов задержка тактовых импульсов во втором разделительном трансформаторе 7 составляет 1 з 1-0,7 мкс.Блок 8 задержки переднего фронта тактовых импульсов спроектирован на время задержки 1 у - 1,5 мкс, (С -- 680 пФ, К = =0,15 кОм, Й -- 11 кОм, К -- 3,3 кОм).Предлагаемый усилитель биопотенциалов использован в электрокардиографе ЭК 1 К, что расширяет допустимый диапазон напряжения поляризации электродов до 300 мВ по сравнению с напряжением 150 мВ у прототипа при погрешности измерения напряжения 5%. Электрокардиограф может быть использован непосредственно после акта дефибрилляции, вызывающего большую поляризацию электродов, что дает возможность более оперативного врачебного вмешательства в экстренных случаях. Кроме того, вместо серебросодержащих электродов могут быть использованы электроды из нержавеющей стали.+Я а г Соста вител да Техред И. ВеТираж 722 ИПИ Государственного по делам изобретенийМосква, Ж - 35, Рауш ППП Патент, г. Ужго ь Е. Балурес. Лугов комитета и откры ская наб род, ул. П 1130илиад Редактор И. КасЗаказ 43315ВН Корректо Подписное СССРий д. 4/5роектная, 4