АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО

Название	АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО
Разработчик (Авторы)	Антипов Олег Игоревич, Захаров Александр Владимирович, Мачихин Вячеслав Андреевич, Пятин Василий Федорович
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	178128
Дата регистрации	23.03.2018
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации
Область применения (класс МПК)	A61B 5/0476 (2006.01) A61B 5/0484 (2006.01)

Описание изобретения

Настоящее устройство относится к медицинской технике, а именно к устройствам выделения вызванных потенциалов с диагностическими и исследовательскими целями.

В настоящее время развиваются исследования вызванных потенциалов с использованием электроэнцефалографии [1]. Вызванный потенциал - электрическая реакция мозга на внешний раздражитель или на выполнение умственной когнитивной задачи [2]. Для проведения опытов по обнаружению моторной реакции необходимо устройство, подключаемое к электроэнцефалографическому регистратору (ЭЭГ-регистратору) в момент проведения опыта. Устройство должно объединять функции подачи значимого для испытуемого сигнала (световой, звуковой и другие) и одновременной установки метки, указывающей момент подачи сигнала, на электроэнцефалограмму (ЭЭГ). В момент, связанный с конкретным событием, например, нажатием испытуемым кнопки, на электроэнцефалограмме должна ставиться соответствующая метка. Естественно, данное устройство, должно быть адаптировано для любого существующего электроэнцефалографа и вышеуказанных исследовательских задач. Устройство также должно быть автоматизировано и эргономично.

Известно устройство для выделения слуховых вызванных потенциалов [3], содержащее тракт акустической стимуляции, включающий генератор электрических сигналов звуковой частоты, соединенный с преобразователем электрических сигналов в акустические, тракт приема сигналов биоэлектрической активности мозга, включающий последовательно соединенные электрод, усилитель, полосовой фильтр. В тракт компенсации помех введены параллельные каналы.

Известно устройство фотостимулятор [4], содержащее источник света с блоком управления параметрами светоимпульсов, светонепроницаемую маску, в которой вмонтированы два гибких световода, соединенные с источником света.

К недостаткам данных устройств относится то, что отсутствует возможность выбора подаваемого испытуемому стимула. Также отсутствует возможность создания программы стимуляции для автоматизации процесса стимуляции с возможностью выбора не только вида стимула, но и задания определенной последовательности чередующихся стимулов с определенными паузами между ними. Отсутствие автоматизации запрограммированного процесса стимуляции приводит к привыканию испытуемого к внешнему раздражителю, и как следствие к ослаблению реакции мозга на данный стимул, что снижает повторяемость реакции и ухудшает информативность.

Известно автоматизированное устройство для регистрации и анализа вызванной биоэлектрической активности мозга испытуемого [5], содержащее средства воздействия на объект исследования, средства регистрации ответных реакций, включающие датчики, связанные с устройством ввода-вывода сигналов с ЭВМ, блоком фоторегистратора с управляющим механизмом и маркиратором кадров. Устройство взято нами за прототип.

К его недостаткам можно отнести наличие расходных материалов (фотопленка) и ограниченность возможности автоматизации процесса стимуляции в ходе эксперимента из-за ограниченности механического программатора и негибкой возможности регулировки длительности и модальности стимулирующих сигналов. Отсутствуют прямое подключение к ЭЭГ-регистратору и подача меток на ЭЭГ в момент поступления сигналов из стимуляторов, что затрудняет регистрацию времени ответной реакции головного мозга.

Техническим результатом применения устройства является создание возможности возникновения вызванных потенциалов и одновременной их регистрации на электроэнцефалограмме.

Технический результат достигается тем, что устройство содержит программируемый микроконтроллер и имеет разъемы для подключения внешних устройств стимуляции и электроэнцефалографического регистратора.

Программируемый микроконтроллер содержит в памяти различные заданные программы, в рамках которых реализованы разные алгоритмы воздействия на испытуемого внешних стимулов (звуковых, световых, знаковых) через внешние устройства стимуляции. За счет микроконтроллера возможна автоматизация процесса стимуляции в ходе эксперимента, а также создание уникальных комбинированных программ стимуляции различными стимулами, в разной последовательности, длительности и т.д, что препятствует утомляемости испытуемого, позволяет создавать индивидуальные программы стимуляции для разных исследований. Для изменения программ стимуляции нужно перепрограммировать микроконтроллер с помощью стандартного программатора.

Устройство непосредственно подключается к электроэнцефалографическому регистратору через канал, незадействованный при съеме ЭЭГ. При шлейфовом подключении устройства к ЭЭГ-регистратору таких каналов может быть больше. На этот канал (каналы) устройством подаются соответствующие метки.

Устройство работает следующим образом. Для возникновения вызванных потенциалов и их регистрации устройство подает одновременно сигнал (сигналы) как на внешние устройства стимуляции, так и на ЭЭГ-регистратор, который подключен к ЭВМ. При проведении эксперимента снимается ЭЭГ головного мозга испытуемого. В момент подачи испытуемому внешнего стимула этот стимул регистрируется на отдельном канале ЭЭГ. В зависимости от рода экспериментов различные по своей природе стимулы (звук, свет, знаки) имеют свою отдельную метку на каком-либо задействованном устройством отдельном канале ЭЭГ регистратора. При этом метки разных стимулов подаются на разные каналы. Таким образом, при дальнейшем анализе ЭЭГ, исследователь получает точное время поданного внешнего стимула, после которого может определить время ответа головного мозга на этот стимул. Так же, в зависимости от эксперимента, за счет этого может осуществлять фиксацию момента ответной двигательной реакции испытуемого на внешнюю стимуляцию. Регистрация ответной реакции подопытного на внешний стимул происходит с помощью подключаемого к устройству геймпада. Устройство не требует расходных материалов для своей работы.

Устройство иллюстрируется графическим материалом.

На фиг. 1 представлена фотография передней части устройства. На фотографии приведены следующие обозначения:

1 - корпус полезной модели;

2 - жидкокристаллический графический дисплей;

3 - функциональные кнопки

4 - панельные светодиоды;

5 - трехстабильный переключатель.

Корпус 1 предназначен для защиты полезной модели от внешних воздействий. Жидкокристаллический графический дисплей 2 предназначен для визуального отображения команд, передающихся исследователем полезной модели. Функциональные кнопки 3 предназначены для управления устройством. С помощью этих кнопок можно через отображаемое на экране меню выбирать программы стимуляции, определять такие параметры стимуляции как длительность стимулов, их очередность, а также осуществлять выбор канала метки и производить программы тестирования и самотестирования устройства. Панельные светодиоды 4 предназначены для оповещения о процессе функционирования длительной программы стимуляции, работе полезной модели от внутренней аккумуляторной батареи, работе устройства от внешнего источника питания. Трехстабильный переключатель 5 позволяет выключать полезную модель (среднее положение), запитывать от внутренней аккумуляторной батареи (верхнее положение) и запитывать от внешнего источника питания (нижнее положение).

На фиг. 2 представлена фотография задней части устройства. На фотографии приведены следующие обозначения:

6 - разъем штекера внешнего питания;

7 - аудиовывод для головных стереонаушников;

8 - тумблер аудиовывода;

9 - ручка регулятора громкости сигнала аудиостимуляции;

10 - разъем для подключения геймпада;

11 - разъем для подключения сигнализатора окончания программы стимуляции;

12 - разъем для подключения светового стимулятора;

13 - разъем для подключения устройства отображения значимых/незначимых знаков-стимулов;

14 - разъем для присоединения через кабель к ЭЭГ-регистратору. Разъем штекера внешнего питания +9В 6 предназначен для запитывания полезной модели от внешних источников питания на +9В. Аудиовывод для головных стереотелефонов 7 предназначен для подключения внешних головных стереонаушников. Тумблер аудиовывода 8 переключает полезную модель между внутренним динамиком и внешним аудиостимулятором в виде головных стереотелефонов. Ручка регулятора громкости сигнала аудиостимуляции 9 регулирует громкость сигнала стимуляции. Разъемы для подключения внешних устройств стимуляции предназначены для подключения к устройству внешних устройств стимуляции и включают в себя разъем для подключения геймпада 10, разъем для подключения сигнализатора окончания программы стимуляции 11, разъем для подключения светового стимулятора 12, разъем для подключения устройства отображения значимых/незначимых знаков-стимулов 13, разъем для присоединения через кабель к ЭЭГ-регистратору 14.

На фиг. 3 представлена фотография внутреннего расположения элементов устройства. На фотографии приведены следующие обозначения:

15 - микроконтроллер;

16 - плата управления аудиостимулятора;

17 - внутренняя аккумуляторная батарея или химический источник тока на 9В;

18 - подстроечные резисторы - регуляторы жидкокристаллического графического дисплея;

19 - подстроечные резисторы - регуляторы частоты звуковых генераторов;

20 - подстроечные резисторы - регуляторы уровня размаха сигнала меткок каналов;

21 - миниатюрный громкоговоритель.

Микроконтроллер 15 управляет устройством и подключенной к нему периферией.. Плата управления аудиостимулятора 16 предназначена для размещения электронных элементов аудиостимулятора. Внутренняя аккумуляторная батарея 17 предназначена для автономного питания полезной модели. Подстроечные резисторы - регуляторы жидкокристаллического графического дисплея 18 предназначены для регуляции уровня яркости графического дисплея и уровня контрастности графического дисплея. Подстроечные резисторы - регуляторы звуковых генераторов 19 регулируют частоты звуковых генераторов. Подстроечные резисторы - регуляторы уровней размаха сигналов меток каналов 20 - регулирует уровень размаха сигнала метки каналов. Миниатюрный громкоговоритель 21 служит для проверки уровня сигнала аудиостимуляции.

Устройство работает следующим образом. Испытуемый является объектом воздействия с целью выявления ответной реакции головного мозга в виде временных усредненных характеристик - вызванных потенциалов. Воздействия на испытуемого совершаются путем подачи внешних стимулов с помощью подключенных к полезной модели внешних устройств-стимуляторов. Обратная реакция обследуемого фиксируется с помощью геймпада, подключаемого к устройству. Для возникновения вызванных потенциалов и их регистрации устройство подает одновременно сигнал (сигналы) как на внешние устройства стимуляции, так и на ЭЭГ-регистратор, который подключен к ЭВМ. При проведении эксперимента снимается ЭЭГ головного мозга испытуемого. В момент подачи испытуемому внешнего стимула этот стимул регистрируется на отдельном канале ЭЭГ. В зависимости от рода экспериментов различные по своей природе стимулы (звук, свет, знаки) имеют свою отдельную метку на каком - либо задействованном устройством отдельном канале ЭЭГ регистратора. При этом метки разных стимулов подаются на разные каналы. Таким образом, при дальнейшем анализе ЭЭГ, исследователь получает точное время поданного внешнего стимула, после которого может определить время ответа головного мозга на этот стимул.

В качестве модуля управления системой используется программируемый микроконтроллер, позволяющий управлять стимуляцией различными видами устройств стимуляции, подключаемых извне (звуковых, световых). Для полноценной интерактивности между оператором и микроконтроллером выбран полноценный дисплей, отображающий достаточную информацию для восприятия оператором. В качестве такого экрана наиболее оптимально подошел графически-алфавитный жидкокристаллический индикатор.

Полезная модель использована для получения в рамках нескольких опытов для подачи меток на ЭЭГ. Испытуемый помещался в экранированную, затемненную комнату. Исследователь заранее выбирал одну из заложенных программ, далее выходил из комнаты и начинался эксперимент. При этом устройство давало определенное время для выхода из комнаты исследователю, прежде чем начать работу программы стимуляции. Устройство производило подачу как значимых, так и незначимых звуковых стимулов при их совместной поочередной хаотической подаче испытуемому в виде коротких звуковых сигналов с частотами 1000 Гц и 2000 Гц. В другом эксперименте, устройство позволило произвести автоматизированную стимуляцию испытуемого хаотичным чередованием, состоящим из 60 сигналов, причем программно были соблюдены следующие обязательные условия: 1 - время между стимулами колеблется от 7 до 15 сек.; 2 - соотношение незначимые/значимые стимулы 1/3, т.е. 25% от общего числа звуковых стимулов. Также, в другом эксперименте, подача каждого из подаваемых звуковых стимулов претворялась предупреждающим световым стимулом, за случайное время 1-3 сек перед звуковым стимулом. Ответные реакции пациентов была зафиксирована посредством геймпада. Благодаря одновременной подаче устройством внешних сигналов и проставлению соответствующих меток на ЭЭГ в дальнейшем удалось проанализировать характер вызванных потенциалов у испытуемых.

Устройство может быть использовано в экспериментальной работе НИИ, исследовательских лабораторий для решения задач получения и анализа коротколатентных и длиннолатентных, значимых, незначимых, рефлекторных, когнитивных вызванных потенциалов, в исследовательских целях.

Формула полезной модели

Устройство выделения вызванных потенциалов, содержащее средства управления, обеспечивающие воздействие на объект исследования, средства ввода-вывода сигналов на другие устройства, отличающееся тем, что устройство имеет корпус, на передней панели которого расположены жидкокристаллический графический дисплей для визуального отображения команд, передающихся исследователем, функциональные кнопки для управления устройством, панельные светодиоды для оповещения о процессе функционирования программы стимуляции, работе устройства от источников питания; трехпозиционный переключатель, который позволяет выключать устройство в среднем положении, запитывать от внутренней аккумуляторной батареи в верхнем положении и запитывать от внешнего источника питания в нижнем положении; на задней панели устройства имеются разъем штекера внешнего питания+9 В, предназначенный для запитывания устройства от внешних источников питания; аудиовывод для головных стереотелефонов, предназначенный для подключения внешних головных стереонаушников; тумблер аудиовывода, переключающий устройство между внутренним динамиком и головными стереотелефонами; ручка регулятора громкости сигнала аудиостимуляции, регулирующая громкость сигнала; разъем для подключения геймпада, разъем для подключения сигнализатора окончания программы стимуляции, разъем для подключения светового стимулятора, разъем для подключения устройства отображения значимых/незначимых знаков-стимулов, разъем для подключения регистрирующего устройства; внутри устройства находятся: микроконтроллер, который управляет устройством и подключенной к нему периферией; плата управления аудиостимулятора, предназначенная для размещения электронных элементов аудиостимулятора; внутренняя аккумуляторная батарея, предназначенная для автономного питания устройства; подстроечные резисторы – регуляторы жидкокристаллического графического дисплея, предназначенные для регуляции уровня яркости графического дисплея и уровня контрастности графического дисплея; подстроечные резисторы - регуляторы звуковых генераторов, регулирующие частоты звуковых генераторов; подстроечные резисторы - регуляторы уровней размаха сигналов меток каналов, регулирующие уровень размаха сигнала метки каналов; миниатюрный громкоговоритель, служащий для проверки уровня сигнала аудиостимуляции.

Изобретение "АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО" (Антипов Олег Игоревич, Захаров Александр Владимирович, Мачихин Вячеслав Андреевич, Пятин Василий Федорович ) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога