Устройство для коррекции поляризационных искажений

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1976998(22) Заявлено 23. 02. 81(21) 3255762/28-13с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 30.11 В 2, Бюллетень Мо 44 11 М Кп 3 А 61 Н 1/Зб Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 30, 11. 82(54) УСТРОИСТВ КОРРЕКЦИИ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХСКАЖЕНИИ низ- цион 5 Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам для коррекции поляризационных искажений.Известны устройства для коррекции поляризационных искажений, содержащие генератор, конденсатор, блок анализа и электроды 1 .Недостаток данных устройств кая точность коррекции поляриэа ных искаженийНаиболее близким к.предлагаемому является устройство для коррекции поляризационных искажений, содержащее формирователь длительности короткого .замыкания, ключ, генератор, формирователь длительности, формирователь тока, конденсатор и электрод 2.Недостатком известного устройства является большая длительность коррекции поляризационных искажений, вызванная необходимостью постоянной ручной подстройки формирователя дли; тельности короткого замыкания.Цель изобретения - сокращение времени поляризационных искаженийДля достижения поставленной цели в устройство для коррекции поляризационных искажений, содержащее связанные между собой формирователь длительности короткого замыкания ключ, а также последовательно соединенные генератор, формирователь длительности, Формирователь тока, связанный с ключом, конденсатор и электрод, введены связанные между собой формирователь тока корректирующего импульса и блок анализа, подключенный к конденсатору, формирователю длительности короткого замыкания, ключу и формирователю длительности, причем блок анализа содержит буферный каскад, формирователь строб-импульсов, два дифференциальных усилителя, связанные между . собой компаратор и триггер и четыресхемы памяти, входы которых соединены с буферным каскадом и формирователем строб-импульсов, а выходы - со входами дифференциальных усилителей, подключенных к компаратору, формирователь строб-импульсов содержит четыре преобразователя уровня, одновнбратор, первый инвертор, первую схему ИЛИ-НЕ, последовательно соединенные второй инвертор, схему задержки, третий инвертор, вторую схему ИЛИ-НЕ, четвертый инвертор и схему И-НЕ, одновибратор свя зан со вторым инвертором и первым65 преобразователем уровня, второй преобразователь уровня подключен ковторой схеме ИЛИ-НЕ, первый инверторсвязан с первой схемой ИЛИ-НЕ и третьим преобразователем уровня, асхема И-НЕ соединена со схемой задержки и четвертым преобразователемуровня.На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2формирователь строб-импульсов; на 1 Офиг.З и 4 - диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство содержит генератор 1,формирователь 2 длительности, формирователь 3 тока, конденсатор 4, 15первый электрод 5, биоткань 6, второй электрод 7, ключ 8, формирователь9 длительности короткого замыкания,блок 10 анализа и формирователь 11тока корректирующего импульса. Блок10 анализа содержит буферный каскад12, четыре схемы 13-16 памяти, двадифференциальных усилителя 17 и 1 8,компаратор 19, формирователь 20 строб 1импульсов., ВЯ-триггер 21 и имеетпервый 22, второй 23 и третий 24 вхо-ды, первый 25 и второй 26 выходы.Эквивалентная схема контакта биоткани 6 с электродами 5 и 7 (фиг.1)имеет сопротивление 27 и емкость 28поляризации, а также сопротивление 29 биоткани. Формирователь 20строб-импульсов имеет первый 24,второй 25 и третий 23 входы, первый30, третий 32 и четвертый 33 выходыи содержит (фиг,2) четыре инвертора 34-37, четыре преобразователя 3841 уровня, первый 42 и второй 43двухвходовые элементы ИЛИ-НЕ, двухвходовой элемент 44 И-НЕ, одновибратор 45 и схему 46 задержки. 40Схемы 13-16 памяти в блоке 10анализа могут быть выполнены любымизвестным способом, например, в виде электронного ключа на МОП-,транзисторе с индуцированным каналом 45р-типа и конденсаторе хранения(фиг,1). В этом случаЕ преобразователи уровня 38-41, необходимые дляуправления ключами на МОП-транзисторах в схемах выборки-хранения, 50могут быть выполнены, например,ввиде ключей на р-п-р транзисторах(фиг.2),Буферный каскад 12, который служит для развязки биоткани 6 от схем13-16 памяти блока 10 анализа, .можетбыть выполнен, например, в виде повторителя напряжения. В этом случаекоэффициенты усиления.дифференциальных усилителей 17 и 18 выбираютсяравными единице,В качестве схемы 46 задержки может быть использована, например,простая интегрирующая резистивноемкостная цепочка (фиг,2), затягивающая на своем выходе передние изадние фронты импульса, поступившего на ее вход. В этом случае дляформирования на выходе третьего инвертора 35 и схемы 44 И-НЕ импульсов, запаздывающих во времени относительно момента начала импульсовна их входах, применен известныйприем использования напряжения порога переключения П (эпюра Вых.46 фиг.З) логического элементаи затянутых фронтов входных импульсов. Устройство работает следующимобразом,До прихода запускающего импульсагенератора 1 в момент 1 схемы 13-16памяти находятся в режиме записи(их ключи замкнуты), напряжение наэлектродах 5 и 7 Пэ и выходе буферного каскада 12 равно потенциалуполяризации электродов. Напряжения на выходах дифференциальных усилителей 17 и 18 и компаратора 19 равны нулю, поскольку на всех их входах присутствует одинаковое напряжение равное Чи . Ключ 8 находитсяв замкнутом состоянии до момента 14(фиг.4), верхний уровень эпюр Вых.9, Вых.30, Вых.31,Вых, 32,фВых.33 означает разомкнутое, а нижний уровень - замкнутое состояния соответствующих ключей. Триггер 21 до момента 1 нахо-. дится в состоянии 0.Генератор 1 вырабатывает импульсы с требуемым периодом стимуляции Т , каждый из которых в момент 10 запускает формирователь 2 длительности стимула Т, (0,5-1 мс), запускающий формирователь 3 тока стимула 1 и по входу 24 формирователь 20 строб-импульсов блока 10 анализа, В результате этого формирователь20 строб-.импульсов на выходе 30 вырабатывает строб-импульс длительностью Т , переводящий схему 13памяти в .режим хранения на выходе 26 напряжениями, имевшегося на электродах до найесения стимула тока 1который через конденсатор 4 и электроды 5 и 7 поступает на биоткань 6. При этом на электродах 5 и 7 в течение длительности стимула Ти развивается напряжение, складывающееся из постоянного падения напряжения на сопротивлении 29 и нарастающегонапряжения поляризации на элементах27 и 28 из-эа заряда емкости 28 током 1 с,Через 5-10 мкс после момента 1 завершается формирование переднего фронта стимула и в момент С формирователь 20 строб-импульсов на выходе 31 вырабатывает строб-импульс,переводящий схему 14 памяти в режим хранения на инвертирующем входе дифференциального усилителя 17 напряжения Ц , практически равного напряжению на электродах Пэл в начале стимула Тс, т.е. напряжению, развиваемому током 1 на сопротивлении 29В моментокончания стимула Т формирователь 20 строб-импульИссов на выходе 32 вырабатывает строб- импульс, переводящий схему 15 памяти в режим хранения на неинвертирующем входе дифференциального усилителя 17 напряжения Пс , равного напряжению на электродах Уз в конце стимула Тс, которое равно сумме напряжения Пи напряжения поляризации Бпс, до которого заряжается емкость 28 за время длительности стимула Тис. В результате этого на выходе дифференциального усилителя 17 и инвертирующем входе компаратора 19, начиная с момента , напряжение растет, повторяя форму напряжения Уэ, переводит компаратор 19 -до момента Т 4 в состояние максимального положительного напряжения на выходе (поскольку напряжение на его неинвертирующем входе до момента 1 продолжает оставаться нулевым из-за равенства входных напряжений дифференциального усилителя 18), а в момент 1 фиксируется на уровне напряженйя поляризации 0 =О -0пс си сн до момента 1При окончании стимула Т в моментего задний фронт через вход 24Яблока 10 анализа переводит по Б-входу триггер 21 из состояния 0 в 1. Этот перепад по выходу 25 бло" ка 10 анализа запускает формирователь 11 тока корректирующего импульса амплитудой 1 к, который через конденсатор 4 и электроды 5 и 7 поступает на биоткань 6, развивая на ней в течение длительности корректирующего импульса Т (до момента 14), напряжение, противоположное по знаку стимулирующему напряжению и складывающеесяиз постоянного напряжения на сопротивлении 29 и нарастающего напряжения поляризации из-за перезаряда емкости 28 током 1.Через 5-10 мкс после момента завершается формирование заднего фронта стимула и переднего фронта корректирующего импульса, а в момент с формирователь 20 строб-им 5пульсов на выходе 33 вырабатывает строб-импульс, переводящий схему 16 памяти в режим хранения на неинвертирующем входе дифференциального усилителя 18, напряжения , практически равного напряжению на электродах П в начале корректйрующего им. злпульса Тк, т.е. напряжению, развиваемому током 1 на сопротивлении 29, В результате этого,начиная с момента 1, напряжение на выходе дифференциального усилителя 18 инеинвертирующем входе компаратора19 растет по абсолютной величине,повторяя форму напряжения П, вмоментдостигает величины напря жения П зафиксированного на инПсвертирующем входе компаратора 19, ипереводит компаратор 19 в состояниенулевого напряжения на выходе. Последний перепад переводит по В-вхо ду триггер 21 из состояния 1 в0, что по выходу 25 блока 10анализа прекращает работу формирователя 11 тока корректирующего импульса, т.е. прекращает поступление корректирующего тока 1 к в биоткань 6, Таким образом, действиекорректирующего импульса тока Тихпрекращается в момент 4, когданапряжение Бп=Б -Пк становится ;щ равным по абсолютной величине напряжению поляризации Ппс=Уск ПСи докоторого была заряжена емкость 28за время действия стимула Ти . Темсамым, происходит компенсация напря жения ПрсКак известно из электрохимии,сопротивление 29 и емкость 28 поляризации нелинейны вследствие такназываемого эффекта фарадеевского З 0 выпрямления: вольт-амперная характеристика системы электроды-биоткайьдля отрицательного (3, ) и положительного (Тик) импульсов тока является несимметричной из-за различнойхимической кинетики анодных и катодных реакций, Следовательно, при прекращении действия корректирующегоимпульса Ти в момент 14 компенсируется основная доля напряжения поляризации величиной 300-1500 мВ, 4 О накопленного на емкости 28 за время действия стИмула Тис. Поэтомупри отсутствии ключа 8 остаточноенапряжение поляризации величиной10-50 мВ медленно релаксирует к рав новес ному уровню напряжения Щ . В результате этого становится невозможным регистрировать сигналы электроактивности биоткани величиной 2-30 мВ(на эпюре П фиг.4 такая ситуацияэл50 показана длинньм пунктиром послемомента ) .Для ускоренного выравнивания напряжения 09 л к уровню напряженияимевшемуся йа электродах до нанесения стимула Т , в момент 14 одновременно с прекращением корректирующего импульса Ти по выходу 25 блока 10 анализа запускается формирователь 9 длительности короткого замы кания, вырабатывающий импульс длительностью Т), , замыкающий ключ 8 иХ фпоступающий йа вход 23 блока 10 анализа. При. этом левая (фиг.1) обкладка конденсатора 4 замыкается с элект родом 7 и напряжение Бл быстро иплавно Выравнивается В течение длительности Тк до уровня напряжения 9, за счет напряжения на конденсаторе 4, накопленного за время дейстния импульсов Т и Тдккак показано на эпюре 0 фиг.4. В моментимпульс Т кончается и формирователь 20 строб-импульсов вырабатывает на выходах 31-33 сигналы переводящие соответственно схемы 14- 16 памяти снова в режим записи, а 1 О напряжения на выходах дифференциальных усилителей 17 и 18 становятая равными нулю, поскольку на их входах устанавливаются одинаковые напряжения. 15В момент 1 с задержкой в несколько миллисекунд относительно момента 1, формирователь 20 строб-импульсон на выходе 30 вырабатывает сигнал окончания импульса блокировки Тв, ро переводящий схему 13 памяти снова в режим записи, т.е. подключает выход 26 блока 10 анализа к напряжению на электродах П , Задержка 16-1 создает необходимйй запас на изменение35 длительности корректирующего импульса Тц при изменении параметров эквивалентной схемы биоткани б, Таким образом, после момента,электро- стимулятор переходит в исходное состояние. При этом с выхода 26 блока 10 анализа можно снимать неискаженные стимулом и поляризационными явлениями после него сигналы вызванной стимулом электроактинности биоткани б, обозначенные ВЭА на эпюрах П , и Вых,26 фиг.4.Поскольку после момента г. схема 13 памяти находится в режиме записи (ее ключ замкнут), то,если до окончания периода стимуляции Т по О является сигнал естественной электро- активности биоткани б, обозначенный ЕЭА на эпюрах Пи Вых,26 фиг.4, его, очевйдно, также можно регистрировать с выхода 26 блока 10 4 анализа. При приходе очередного запускающего импульса генератора 1, весь цикл работы устройства повторяется описанным выше образом.Таким образом, устройство обес О печивает автоматическую настройку длительности корректирующего импульса Т , что снижает время коррекции поляризационных искажений.При автоматической коррекции поляризационных искажений после стимула устройство позволяет регистрировать как вызванную стимулом, так и естественную электроактивность биоткани. бОИз электрофизиологии известно, что эффект стимуляции возбудимой биоткани, н частности сердца, зависит от интенсивности стимула, т,е. от произведения его амплитуды тока 65 на длительность. Поэтому формирователь 3 тока стимулирующих импульсов может быть выполнен управляемым по амплитуде тока нри постоянной длительности импульса или же формирователь 2 длительности может быть выполнен управляемым по длительности стимулирующего импульса при постоянной амплитуде тока. В любом случае предлагаемое устройство обеспечивает автоматическую коррекцию поляризационных искажений после стимула, несмотря на изменения параметров сопротивления 29 и емкости 28 поляризации эквивалентной схемы биоткани б, вызванных, например, изменением интенсивности стимула.Таким образом, предлагаемое устройстно позволяет исключить необходимость настройки и сократить время коррекции поляризационных искажений после стимула, а также регистрировать (выделить) сигнал вызванной им электроактивности биоткани и на этой основе автоматизировать работу в процессе электростимуляции.Формула изобретенияУстройство для коррекции поляризационных искажений, содержащее связанные между собой формирователь длительности короткого замыкания и ключ, а также последовательно соединенные генератор, формирователь длительности, формирователь тока, связанный с ключом, конденсатор и электрод, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени коррекции поляризационных искажений, оно снабжено связанными между собой формирователем тока корректирующего импульса и блоком анализа, подключенным к конденсатору, формирователю длительности короткого замыкания, ключу и формирователю длительности, причем блок анализа содержит буферный каскад, формирователь строб-импульсов, два дифференциальных усилителя, связанные между собой компаратор и триггер и четыре схемы памяти, входы которых соединены с буферным каскадом и формирователем строб-импульсов, а выходы - с.входами дифференциальных усилителей, подключенных к компаратору, при этоМ формирователь строб- импульсов содержит четыре преобразователя уровня, одновибратор, первый инвертор, перную схему ИЛИ-НЕ, последовательно соединенные второй . инвертор, схему задержки, третий иннертор, вторую схему ИЛИ-НЕ, четвертый инвертор и схему И-НЕ, причем однонибратор связан со вторым иннертором и первым преобразователем уровня, втоРой преобразователь уровня подключен ко второй схеме ИЛИ-НЕ, первый инвертор связан с первой схемой ИЛИ-НЕ, второй схемой ИЛИ-НЕ и третьим преобраэователем уровня, а схема И-НЕ соединена со схемой задержки и четвертым преобразователем уровня. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе, 1. Авторское свидетельство СССРР 556816, кл. А 61 И 1/36, 1977.2. Патент США В 414627,кл. А 61 И 136, 1978 (прототип),976998 оставитель В. Муравехред Л Бабинец ектор Е.Роьжо Редактор Л.Пч К Заказ 90 одписно лиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проект ПалДа РЬхЮд Фх,в алых. 5 Рык (У йи,Тираж 714 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ракомитета СССРи открытийушская наб., д. 4/5