[1]Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована в медицинской и научно-исследовательской практике для анализа функциональной активности мозга методом электроэнцефалографии, основанным на регистрации биопотенциалов при помощи электродов.
[2]Биоэлектрическая активность мозга отражает его функциональное состояние. Анализ функциональной активности головного мозга используется для диагностики патологической активности различного генеза. Энцефалограмма головного мозга - это информативный метод диагностики состояния центральной нервной системы.
[3]Установка для записи электроэнцефалограммы состоит из электродов, соединяемых электрическими проводниками с электроэнцефалографом и, далее, с компьютером обработки полученных данных.
[4]Из существующего уровня техники известен электроэнцефалограф, включающий заключенные в единый корпус установленные последовательно и соединенные электрической связью блок усиления сигнала, блок обработки сигналов, блок памяти, а также блок управления (см., напр., RU 197456 U1, опубл. 28.04.2020 г.). Электроэнцефалограф подключен с помощью проводного шлейфа к электродам, закрепленным к эластичной шапочке. Недостатком известного решения является громоздкость электроэнцефалографа, обусловленная большим количеством входящих в его состав программно-аппаратных средств по причине его многоканальности, большое количество внешних проводов. Перечисленные недостатки отрицательно влияют на устойчивость к внешним помехам и удобство испытуемого при проведении сеанса электроэнцефалографии, что в свою очередь может существенно повлиять на достоверность полученных при исследовании данных. Кроме того, для проведения санитарной обработки электродов требуется отключение каждого электрода от системы, что повышает временные затраты на подготовку установки для проведения нового сеанса электроэнцефалографии.
[5]Из существующего уровня техники известен электроэнцефалограф, включающий заключенные в единый корпус, установленные последовательно и соединенные электрической связью блок усиления и фильтрации сигнала, блок обработки сигналов, блок памяти и управления, снабженный модулем беспроводной передачи данных и слотом для записи данных на карту памяти (см., напр., МХ 2014014739 А, опубл. 12.08.2015 г.).
[6]Недостатком известного технического решения являются его большие по сравнению с размерами головы габариты электроэнцефалографа, вследствие чего сравнительно большой вес всей устанавливаемой на голову испытуемого конструкции, влекущий за собой причинение неудобства испытуемому при его использовании, а также отсутствие универсальности - может применяться только с описанной в патенте электродной гарнитурой.
[7]Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка конструкции удобного для испытуемого мобильного беспроводного электроэнцефалографа, предоставляющего возможность проводить исследование в состоянии движения пациента и обладающего универсальностью с точки зрения использования любой электродной гарнитуры.
[8]Поставленная задача в предложенном техническом решении решается за счет того, что мобильный электроэнцефалограф, включающий заключенные в единый корпус установленные последовательно и соединенные электрической связью блок усиления и фильтрации сигнала, блок обработки сигналов, блок памяти и управления, снабженный модулем беспроводной передачи данных и слотом для записи данных на карту памяти, согласно техническому решению дополнительно снабжен соединенным на вход с блоком памяти и управления автономным источником питания, а также разъемом, установленным перед блоком усиления сигналов, соединенным с ним двусторонней связью и выполненным с возможностью подсоединения к коммутатору электродных отведений, при этом все перечисленные элементы электроэнцефалографа установлены с обеих сторон гибко-жесткой платы, размещенной в корпусе, по крайней мере, с одним перегибом через изолирующую прокладку.
[9]В качестве материала для изолирующей прокладки может быть выбран полиимид или силикон.
[10]Блок обработки сигналов может представлять собой, по крайней мере, один многоразрядный аналого-цифровой преобразователь.
[11]Блок памяти и управления может быть выполнен с возможностью управления частотой дискретизации аналого-цифрового преобразования и контроля импеданса электрического контакта каналов регистрации с кожей испытуемого.
[12]Блок усиления сигнала может быть выполнен с возможностью фильтрации сигнала.
[13]Техническим результатом, достигаемым приведенной совокупностью признаков, является минимизация габаритных размеров электроэнцефалографа.
[14]Причинно-следственная связь указанных признаков с заявленным техническим результатом раскрывается далее по тексту описания.
[15]Сущность заявленного технического решения поясняется чертежами, не охватывающими и, тем более, не ограничивающими объем притязаний по данному решению, а лишь являющимися иллюстрирующим материалом частного случая его выполнения, где:
[16]на фиг. 1 изображены мобильный электроэнцефалограф и коммутатор электродных отведений, соединенный с электроэнцефалографической гарнитурой, общий вид;
[17]на фиг. 2 изображен мобильный электроэнцефалограф, соединенный с коммутатором электродных отведений, общий вид;
[18]на фиг. 3 изображена принципиальная блок-схема мобильного электроэнцефалографа;
[19]на фиг. 4 изображен мобильный электроэнцефалограф, конструктивное выполнение;
[20]на фиг. 5 изображен мобильный электроэнцефалограф, вид снизу.
[21]Мобильный электроэнцефалограф 1 является основным элементом электроэнцефалографического оборудования, включающего в том числе коммутатор 2 электродных отведений, зафиксированный любым известным способом на электродной гарнитуре 3, представляющей собой электроды 4, соединенные проводами 5 с коммутатором 2 электродных отведений, и предназначенной для размещения на голове испытуемого вручную или посредством известных средств, например, шлема из эластичного материала, или шапочки из упругих переплетенных жгутиков, или головного ремня, или множества независимо регулируемых полосок. Коммутатор 2 электродных отведений обеспечивает коммуникационное соединение электродов 4 с электроэнцефалографом 1 по проходящим через него каналам связи.
[22]Мобильный электроэнцефалограф 1 включает корпус 6, в котором заключены установленные последовательно и соединенные электрической связью блок 7 усиления сигнала, блок 8 обработки сигналов и блок 9 памяти и управления. Блок 9 памяти и управления снабжен модулем 10 беспроводной передачи данных и слотом 11 для записи данных на карту памяти. Для обеспечения мобильности устройство снабжено автономным источником 12 питания, который соединен на вход с блоком 9 памяти и управления. Устройство снабжено разъемом 13, который установлен перед блоком 7 усиления сигналов, соединен с ним двусторонней связью и выполнен с возможностью подсоединения к коммутатору 2 электродных отведений. Все элементы электроэнцефалографа 1 установлены с обеих сторон гибко-жесткой платы 14, которая размещена в корпусе 6, по крайней мере, с одним перегибом 15 через изолирующую прокладку 16.
[23]Работа устройства осуществляется следующим образом.
[24]Зарегистрированные электродами 4 биопотенциалы головного мозга в виде электрических сигналов передаются по электрическим проводам 5 в коммутатор 2 электродных отведений, Далее с каждого канала (1…N) через разъем 13 электроэнцефалографа электрические сигналы поступают в блок 7 усиления и фильтрации сигналов, где происходит их аппаратная обработка, а именно усиление, фильтрация и сглаживание сигналов. Усиление, фильтрацию и сглаживание сигналов в современных электроэнцефалографах обычно осуществляют с помощью усилителей 17 и фильтров 18 высоких и низких частот, могут применяться режекторные фильтры, отсеивающие электромагнитные помехи окружающих приборов и сети. После указанной обработки аналоговые сигналы передаются в блок 8 обработки сигналов для их преобразования в дискретный (цифровой) вид. Для этих целей, как правило, в современных электроэнцефалографах используются многоразрядные сигма-дельта аналого-цифровые преобразователи 19.
[25]Далее преобразованные сигналы поступают в блок 9 памяти и управления, где хранятся с целью их передачи беспроводным способом с помощью модуля 10 беспроводной передачи данных, или посредством записи на машиночитаемый носитель информации с помощью слота 11 для записи данных на карту памяти. Далее данные передаются с целью дальнейшей обработки и вычисления требуемых параметров на персональный компьютер или мобильное устройство с предустановленным приложением по их обработке для их визуального представления в виде электроэнцефалограммы и возможного анализа электроэнцефалограммы. Блок 9 памяти и управления взаимодействует с блоком 8 обработки сигналов на предмет управления частотой дискретизации. Предпочтительно в блок 9 памяти и управления включать FIFO буфер, обеспечивающий прием, накопление и выдачу по запросу накопленных данных. В качестве модуля беспроводной передачи данных могут быть выбраны GSM-модуль, модуль Wi-Fi, модуль Bluetooth, предпочтительно модуль Bluetooth Low Energy (BLE).
[26]В качестве карты памяти могут быть использованы карты памяти для хранения информации различных типов, например, miniSDHC, miniSD, microSD, Microdrive, Compact Flash, Secure Digital, microSDHC, SmartMedia, xD-Picture, MultiMedia Card, Memory Stick, micro Memory Stick и др.
[27]Кроме режима регистрации электроэнцефалографической активности электроэнцефалограф может быть сконфигурирован выполняющим режим измерения электрического импеданса электродов с кожей испытуемого. В этом случае блок 9 памяти и управления выполняют с возможностью управления блоком 7 усиления сигналов, включающим генератор 20 тока для измерения импеданса.
[28]Для проведения некоторых исследований, связанных с перемещением пациента или необходимостью фиксирования положения его головы в процессе проведения исследования, устройство может быть дополнительно снабжено встроенным акселерометром, отслеживающим события - активность по 4 направлениям, смену ориентации в пространстве, свободное падение, горизонтальное ускорение. Акселерометр устанавливается с возможностью передачи данных в блок 9 памяти и управления, которые вместе с другими данными подлежат дальнейшей передаче через модуль 10 беспроводной передачи данных или записи через слот 11 для записи данных на карту памяти.
[29]Управляющая часть блока 9 памяти и управления может быть представлена процессором, реализованным одной или несколькими интегральными схемами, логическими схемами, микропроцессорами или контроллерами любого желаемого семейства или производителя.
[30]Заявляемый электроэнцефалограф предназначен для установки на голове испытуемого и работе не только в стационарном неподвижном его положении, но и в движении, например, при ходьбе, беге, других физических нагрузках или длительных занятиях, а также при исследованиях в состоянии сна. В таких условиях достаточно важным являются габаритные размеры электроэнцефалографа, обеспечивающие комфорт испытуемого, необходимый для получения корректных данных исследования. При этом увеличение каналов регистрации, расширение набора функций электроэнцефалографа, улучшение технических характеристик по беспроводной передаче данных и продолжительности работы между подзарядками автономного источника питания влекут за собой или существенное увеличение количества аппаратных средств, или увеличение габаритных размеров базовых элементов, размещаемых на плате устройства, что и определяет внешние размеры корпуса электроэнцефалографа. Добавление автономного источника питания влияет на увеличение внешних размеров корпуса, так как его размеры зависят от его номинала. Чем больше его емкость, тем больше размеры автономного источника питания. В зависимости от выбранного типа модуля памяти (FIFO буфера) зависит его размер, поскольку он может быть сделан в виде разных микросхем, не всегда имеющих минимально подходящие для миниатюрного устройства размеры. Слот для карты памяти также влияет на габариты, так как занимает место на плате. Модуль беспроводной передачи данных влияет на увеличение габаритов корпуса 6 устройства, так как занимает место на плате и от выбора рабочей длины волны модуля зависят размеры его антенны.
[31]Кроме того, подсоединение отведений к электроэнцефалографу занимает много места на печатной плате и возрастает при увеличении количества электродов. При попытке минимизировать расстояние между узлами соединений в целях уменьшения размеров корпуса возникают перекрестные помехи между сигналами, что отрицательно влияет на точность получаемых в итоге электроэнцефалографических данных.
[32]Для минимизации размеров корпуса электроэнцефалографа 1 с одновременным сохранением или повышением электроэнцефалографом точности получаемых данных, набора функциональных возможностей устройства и оптимальными его характеристиками по качеству беспроводной связи и продолжительности работы без подзарядки в качестве платы для установки элементов выбрана гибко-жесткая плата 14, а все элементы, входящие в состав электроэнцефалографа, установлены с обеих сторон гибко-жесткой платы 14, которая размещена в корпусе 6, по крайней мере, с одним перегибом 15. Таким образом достигается компактное размещение элементов в корпусе 6 электроэнцефалографа 1, обеспечивается оптимизация внутреннего объема корпуса 6 и, как следствие, минимизация его размеров. При этом для предотвращения нарушения работы элементов электроэнцефалографа 1 из-за сокращения расстояния между образованными перегибом 15 слоями гибко-жесткой платы 14 установлена изолирующая прокладка 16. В качестве материала прокладки можно использовать керамику на основе оксида алюминия, керамику на основе оксида берилия, слюду, резину, фторопласт. Предпочтительно, чтобы в качестве материала изолирующей прокладки 16 был выбран силиконовый материал. Этот материал обладает превосходными изолирующими свойствами, свойствами рассеивания тепла, долговечностью, а также при минимальной толщине обладает оптимальной твердостью, обеспечивающей идеальную планарность между поверхностями слоев, образованных перегибом гибко-жесткой платы 14, что также влияет на наилучшее рассеивание тепла.
[33]Кроме того, для минимизации размеров корпуса электроэнцефалографа 1 с одновременным сохранением качества сигналов, передаваемых от электродов 4 в блок 7 усиления сигналов, настоящим техническим решением предусмотрено коммуникационное соединение электродов с электроэнцефалографом не напрямую в корпусе 6 электроэнцефалографа 1, а посредством коммутатора 2 электродных отведений, соединяемого с электроэнцефалографом с помощью разъема 13. Для этого в электроэнцефалографе 1 разъем 13 установлен перед блоком 7 усиления сигналов, соединен с ним двусторонней связью и выполнен с возможностью подсоединения к коммутатору 2 электродных отведений. При таком выполнении узлы крепления лидов 5 находятся в коммутаторе 2 электродных отведений на оптимальном расстоянии относительно друг друга, исключающем перекрестные помехи между сигналами. При этом появляется возможность максимального увеличения регистрационных каналов без увеличения габаритных размеров корпуса 6 электроэнцефалографа 1, что может быть использовано в случае обеспечения в устройстве возможности подключения дополнительных электродов или датчиков. Кроме того, такое конструктивное выполнение коммуникационного соединения электродов позволяет говорить об универсальности устройства, способного быть применимым с электроэнцефалографическими гарнитурами любого типа.
[34]Воплощение заявляемого технического решения в устройстве дает возможность создания мобильного электроэнцефалографа, который, благодаря своим минимальным размерам и установке на голове испытуемого, может быть использован при проведении разного вида электроэнцефалографических исследований как клинического, так и исследовательского уровня, удаленно от устройства формирования электроэнцефалограммы (персонального компьютера, мобильного телефона или планшета), обеспечивает комфортное состояние испытуемому, влияющее на достоверность получаемых результатов, удобен при транспортировке в случае его использования мобильными бригадами врачей, и может быть включен в состав мобильных систем ЭЭГ, которые в свою очередь можно использовать в нейрокомпьютерных интерфейсах, биологической обратной связи, нейромаркетинге, нейрогейминге, брейн-фитнесе.
