Устройство для классификации электрофизиологических сигналов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциапистинескихРеспублик и 90391 7 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 130280 (21) 2888057/18-24с присоединением заявки Нов(23) ПриоритетОпубликовано 070282, Бюллетень Мо 5Дата опубликования описания 0702.82 РМ Кп з О 06 К 9/00 Государствеииый комитет СССР ио делам изобретений и открытий(7 ) Заявитель щщ ъОрдена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к автомати-, ке и вычислительной технике и может быть использовано при проектировании автоматизированных классификаторов устройств контроля и диагностики фи" зиологической деятельности человека в системах оператор-машина.Известно устройство для классификации образцов, где осуществляется дифференцирование исходного сигнала и Формирование последовательности импульсов единичной амплитуды с длительностями, пропорциональными соответствующим временным интервалам, на которых производная имеет один знак 1).Недостатком известного способа классификации является низкая точность достоверность) анализа, так как амплитудные и фазовые изменения исходного сигнала не отражены в результате классификации.ВНаиболее близким к предлагаемому является устройство для классификации электрофизиологических сигналов , содержащее блок синхронизации, включенные последовательно аналогоцифровой преобразователь, первые элементы И и первый накапливающий сумматор, выход которого соединен с 3 О 1 первым входом вычислительного блока, включенные последовательно генератор тактовых импульсов, второй элемент И и счетчик, соединенный выходом с другими входами первых элементов И и одними входами третьих элементов И, подключенных выходами через второй накапливающий сумматор ко второму входу вычислительного блока, выходы которого и выходы блока памяти соединены через блок принятия решений с первыми выходами устройства и входом блока синхронизации, первый выход которого подключен к третьему входу вычислительного блока и другим входам накапливающих сумматоров и счетчика, а второй выход блока синхронизации соединен с другим входом второго элемента И 21.Недостатком его является низкая достоверность, поскольку полученный после преобразования результат также не отражает фазового содержания исходного объекта-образца.Цель изобретения - повышение точности достоверности) классификации электрофизиологических сигналов,указанная цель достигается тем, что полученные в результате последовательной биполярной стимуляциивызванные электрофизиологические сигналы предварительно преобразуют в сигналы, содержащие и несодержащие Фазопеременные компоненты, полученные сигналы одновременно преобразуют в монотонно возрастающие, квантованные по уровню сигналы, последовательно суммируют их текущие уровни, Формируют промежуточные результирующие сигналы, пропорциональные вольт-секундным площадям монотонно возрастающих сигналов,и апределяют отношение промежуточных результирующих сигналов, по которому судят о принадлежности к данному классу, с указанной целью в известное устройство для классификации электрофизиологических сигналов, со" держащее блок синхронизации, включенные последовательно аналого-цифровой преобразователь, первые элементы И и первый накапливающий сумматор, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, включенные последовательно генератор тактовых импульсов, второй элемент И и счетчик, соединенный выходом с другими входами первых элементов И и одними входами третьих элементов И, подключенных выходами через второй накапливающий сумматор ко второму входу вычислительного блока, выходЫ которого и выходы блока памяти сое" динены через блок принятия решений с первыми выходами устройства и входом блока синхронизации, первый выход которого подключен к третьему входу вычислительного блока и другим входам накапливающих сумматоров и счетчика, а второй выход блока синхронизации соединен с другим входом второго элемента И . Введены генератор тест"сигналов, подключенный входом и выходом соответственно к третьему выходу блока синхронизации и второму выходу устройства, аналоговые сумматоры и элемент задержки, соединенные входами со входом устройства, инвертор, четвертые и пятые элементы И и дополнительный аналогоцифровой преобразователь, подключенный выходом к другим входам третьих элементов И и входом, через четвертый элемент И - к выходу первого аналогового сумматора, другой вход которого через инвертор соединен с выходом элемента задержки, подключенным к другому входу второго аналогового сумматора, выход которого через пятый элемент И соединен со входом основного аналого-цифрового преобразователя, причем другие входы четвертого и пятого элементов И подключены ко второму выходу блока синхронизации.На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.Здесь 1 " исследуемый медико-биологический объект, в частности опе-.раторУстройство содержит генератор 2 тест-сигналов (управляемыйблок тест-стимулов), усилитель 3 биопотенциалов, элемент 4 (линия) задержки, первый 5 и второй б аналого"вые сумматоры, пятый 7 и четвертый 8элементы (вентили) И, основной 9и дополнительный 10 аналого-цифровыепреобразователи (разностные импульсные преобразователи), первые 11 итретьи 12 элементы И (вентили), первый 13 и второй 14 накапливающие сумматоры, генератор 15 тактовых импульсов, второй элемент И (вентиль) 16,счетчик 17 (тактовых импульсов), вычислительный блок 18, блок 19 при 15 нятия решений (компаратор кодов),блок 20 памяти (постоянное запоминающее устройство), блок 21 синхронизации (и управления) и инвертор 22.Устройство работает следующим20 образом,В блоке памяти 20 хранятся коЛысоответствующих 1,) классов,До начала преобразования функциональные блоки классификатора спомощью блока 21 управления и синхронизации по шине фОф. импульсомсброса установлены в исходное состояние, вентили 7 8 и 16 закрытызапрещающими уровнями блока 21 и выходные сигналы соответствующиханалоговых сумматоров 5 и б не поступают на входы преобразователей 9 и10, тактовые импульсы с генератора 15не поступают на вход счетчика 17,кроме того, блок 2 тестов-стимуловЗ 5 заторможен.Преобразование вызванных электрофизиологических сигналов начинаетсяпо команде Пуск, поступающей сблока 21 управления и синхронизации.40 При этом в момент времени 7 блок 2тестов-стимулов воспроизводит, всоответствии с программой, определенные амплитудные, частотные ифазовые параметры стимула конечнойдлительности, которые при воздействии на оператора 1 (или объект медико-биологического исследования)вызывают появления электрофизиологического сигнала на входе усилителя3 биопотенциалов, с выхода которогоэтот сигнал поступает на вход линиизадержки 4, которая имеет постояннуювременисе . Кроме того, выходнойсигнал усилителя 3 поступает непосредственно на один из входов перво-.55 го и второго аналоговых сумматоров5 и б, но вентили 7, 8 и 16 остаютсязакрытыми, В момент времени ( + Сва,)блок 21 управления и синхронизациивыдает очередную команду блоку 2щ тестов-стимулов, который воспроизводит те же амплитудные и частотныепараметры стимула, а фаза изменяетсяна 180 О. При этом вентили 7, 8 и 16открываются блоком 21 и выходнойсигнал первого аналогового сумматора5, равный сумме задержанного сигнала0(14) и О(1 + (9 ) непосредственнос вйхода усилителя 3 поступаетчерез вентиль 7 на: вход разностноимпульсного преобразователя 9. Аналогично, выходной сигнал второгоаналогового сумматора б равныйразности (1 ) и 13(1+7). В силуналичия инвертора 22 через вентиль 8поступает на вход преобразователя 10.Таким образом, на выходе аналоговыхсумматоров 5 и 6 образуются параллельно два аналоговых сигнала, одиниз которых не содержит фазопеременные компоненты Оу = ЕЮВ) р П(+(1 1)3 р содержащий эти кОМПОненты. Частота выходных сигналов преобразователей 9 и 10 функциональйо связана с производной входных аналоговых сигналов, т.е. отклонение частотыпропорционально скорости изменениявходного напряжения, т.е. времяимпульсная последовательность на выходе преобразователя 9 (или 10), определяет форму аналогового сигналана выходе .сумматора 5 (или б). Такимобразом, путем считывания значенийпараллельного кода счетчика 17 тактовых импульсов, поступающих на вторыевходы групп вентилей 11 и 12 черезнеравномерные промежутки времени,определяемые время - импульсной последовательностью преобразователей9 и 10 в накапливающих сумматорах 13 и 14 формируют промежуточные результирующие сигналы, пропорциональные вольт-секундным площадям монотонно возрастающих сигналов, Вычислительныйблок 18 определяет отношение промежуточных результирующих сигналов, азначение кода на выходе однозначно определяет амплитудный, частотный и фазовый состав исходного электрофи"зиологического сигнала. Компаратор19 кодов, осуществляет сравнения кодов-описаний 1) классов, храня" щихся в постоянном запоминающем устройстве 20, со значением кода вычис" лительного блока 18 и выдает сигнал на одном из . , выходов, что соответствует отнесению исходного .электрофизиологического сигнала к данному классу.После определения класса компара тором 19 кодов, последний выдает команду Конецно блоку 21 управления и синхронизации, который устанавливает блоки. классификатора в исходное состояние, а блок 2 тестов-стимулов переходит к следующему виду стимула.Таким образом, введение предварительного преобразования с целью получе" ния двух сигналов, содержащего фазопеременные компоненты и не содержа" . щего фазопеременные компоненты и дальнейшее одновременное преобразованне полученных сигналов в монотонВно возрастающие функции, формированиепромежуточных сигналов пропорциональ-,ных вольт-секундным площадям монотонно возрастающих функций и определение отношения промежуточных сигналовпозволяют получить более высокуюдостоверность классификационного анализа электрофизиологических сигналов. по сравнению с известными устройствййи.Формула изобретенияУстройство для классификацииэлектрофизиологических сигналов, со-держащее блок синхронизации, включенные последовательно аналого-циф 15розой преобразователь первые элеГ5 менты И и первый накапливающий сумматор, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока,включенные последовательно генератортактовых импульсов, второй элемент И20 и счетчик, соединенный выходом сдругими входами первых элементов Ии одними входами третьих элементов И,подключенных выходами через второйнакапливающий сумматор ко второму25 вхОду вычислительного бло, выходыкоторого и выходы блока памяти соединены через блок принятия решенийс первыми выходами устройства и входом блока синхронизации, первыйЗО выход которого подключен к третьемувходу вычислительного блока и другимвходам накапливающих сумматоров исчетчика, а второй выход блока синхронизации соединен с другим входомвторого элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит генератор тест-сигналов, подключенный входом и выходом соответственно к третьему выходу блока синхро 40 низации и второму выходу устройства,аналоговые сумматоры и элемент задержки, соединенные входами со входом усройства, инвертор, четверешеи пятые элементы И и дополнительный45 аналого-цифровой преобразователь,подключенный выходом к другим входамтретьих элементов И и входом, черезчетвертый элемент И - к выходу первого аналогового сумматора, другой5 О вход которого через инвертор соединенс выходом элемента задержки, подключенным к другому входу второгоаналогового сумматора, выход которого через пятый элемент И соединен55 со входом основного аналого-цифрового преобразователя, причем другиевходы четвертого и пятого элементовИ подключены ко второму выходу блокасинхронизации.Источники информации,60 принятые во внимание при экспертизе1. Патент СМА 9 3717848,кл. 340-146, опублик. 1973.2. Авторское свидетельство СССРР 528585, кл. С 06 К 9/00, 197665 (прототип), 903917Составитель С, Хлебников едактор Ю. Середа ТехредЛ.Пекарь. КорректорМ. Кост аказ 127/33Тираж 731 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 илиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул, Проектная,