Устройство для автоматизированного анализа электрофизиологических сигналов

;тут ие сиси др. едицин омпкин 1973. АВТОМ ЭЛЕК АЛОВ вляется верности АТИЗ- ИТРОФповыше анализа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Курский политехнический ин(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯРОВАННОГО АНАЛИЗАЗИОЛОГИЧЕСКИХ СИГН(57) Целью изооретения яние диагностической досто ЯО 1 360698 электрофизиологпчсски сигналов пую: ,олучения временны: характеристик разли 1- ны составл яоц:.:; сгнла и оценки и. энергетически составляопи Устройство для автоматизированного анализ з,ектрофизиологически. сигналов содср:кит д 1- чик 1, усилитель 2, генертор 3 импульсов, счетчик 4, слмтор 5 тригеры 8 и 13, злсменты И 9 и 14, делитель .10 частоты, .-йлоков выделения лсоеключснпягпл, ппирратор, вычислитель. злсменты И,.111 7: 22. элементы 25 и 25 здержки, цифровой графический регистраторы 18 и. прилс- ":" мый генератор 11 пплосораз:сч о акр йения, злемснт 12 с 1 внсния, и) ль 1 15 таймер 16. 1 з. и. ф-лы, 4 ьь510 переключений; на фиг. 4 - блок-схема алгоритма работы вычислителя.Устройство для автоматизированного анализа электрофизиологических сигналов содержит соединенные последовательно датчик. 1, усилитель 2, а также генератор 3 импульсов, счетчик 4, сумматор 5, соединенные последовательно первую кнопку 6, элемент ИЛИ 7, первый триггер 8, первый элемент И 9, делитель 10, управляемый генератор 11 пилообразного напряжения, элемент 12 сравнения, второй триггер 13, второй элемент И 14, выход которого соединен с входами счетчика 4 и сумматора 5, соединенные последовательно пульт 15, таймер 16, вычислитель 17, цифровой регистратор 18, а так же графический регистратор 19, вход которого также подключен к выходу вычислителя 17, М блоков 20 выделения переключений, каждый из которых соединен последовательно первыми и вторыми выходами с первыми и вторыми входами следуюшего бло- ЗО ка 20 выделения переключений,Изобретение относится к медицинской технике и может найти применение при исследованиях в области психологии и физиологии труда, в клиниках различного профиля при автоматизированной оценке функционального состояния человека.Цель изобретения - сокращение времени анализа,На фиг. 1 представлены эпюры, поясняюшне работу устройства; на фиг. 2 - функциональная схема устройства; на фиг. 3 -функциональная схема блока выделения Устройство содержит также соединенные последовательно шифратор 21, второй элемент ИЛИ 22, первый элемент 23 задержки, вход которого соединен с вторым входом вычислителя 17, а выход - с вторым входом сумматора 5, выход которого подключен к третьему входу вычислителя 17, четвертый вход которого соединен с выходом шифратора 21, а пятый - с выходом счетчика и первым входом первого блока 20 выделения переключений, вторую кнопку 24, подключенную к второму входу первого триггера 8, а также второй элемент 25 задержки, выход которого соединен с вторым входом счетчика 4, а вход - с вторым входом управляемого генератора 11 пилообразного напряжения, вторым входом первого блока 20 выделения переключений, первым входом второго триггера 13, второй вход которого соединен с выходом делителя 10, а выход - с первым входом второго элемента И 14, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И 9 и входу таймера 16, второй выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ 7, первые выходы блоков. 20 выделения переключений соединены соответственно с М входами шифратора 21, выход усилителя 2 - с вторым входом элемента сравнения. 35 40 45 50 55 Блок 20 выделения переключений содержит соединенные последовательно первый элемент 26 задержки, первый регистр 27, второй регистр 28, элемент 29 сравнения, первый элемент И 30, первый триггер 31, второй элемент И 32, блок 33 вентилей, второй вход которого подключен к выходу второго регистра, а выход и первый вход являются соответственно первым и вторым выходами блока 20 выделения переключений, первый вход которого соединен с вторым входом первого регистра 27, а второй - с вторым входом второго регистра 28 и входом первого элемента 26 задержки, выход которого подключен к второму входу первого элемента И 30, второй элемент 34 задержки, а также соединенные последовательно элемент НЕ 35, третий элемент И 36, второй триггер 37, второй вход которого соединен с вторым входом первого триггера 31 и выходом второго элемента 34 задержки, вход которого подключен к выходу второго элемента И 32, второй вход третьего элемента И 36 подключен к выходу элемента НЕ 35, а третий вход - к выходу первого триггера 31, вход элемента НЕ 35 соединен с выходом элемента 29 сравнения, второй вход которого подключен к выходу первого регистра 27.Устройство работает следующим образом.В основу работы устройства положен принцип разложения сигнала по его переключениям на составляющие с последующим определением их временных характеристик и оценок энергетических составляющих (фиг, 1).При разложении сигйала выбирается характеристика, отражающая реальные изменения исследуемого процесса. Среди таких характеристик, называемых точками переключения, можно выделить точки перегибов, нарушения монотонности, минимумов, разрывов и т. д.Для электрофизиологических сигналов наибольший интерес представляют точки переключения по минимуму, информативность анализа которых показана в ряде теоретических и практических работ.Рассмотрим пример разложения по минимумам, который может быть легко обобщен на случай других типов разложений.Первое разложение сигнала получают при выделении всех его минимумов и фиксации их амплитуды и времени появления.Каждое последующее разложение получают выделением минимумов предыдущих разложений, также фиксируя их амплитуду и время появления, а заканчивают разложения исчерпанием точек переключения на очередном шаге.На фиг. 1 показан пример разложения сигнала Х(1) на составляюшие по точкам минимумов. После дискретизации сигнала с периодомъ имеет решетчатый сигнал У, (1) где 1 - номер дискреты. При выделении минимумов из сигнала Уо (1 г ) получают его пер-.45 50 55 вое разложение У, (1) с амплитудами У Ъа 1, , У; , образованными в моменты времени 11 ь Ь, , где ) - номер выделяемого минимума (номер переключения), а второй индекс соответствует номеру разложения 1 (для первого разложения 1 = 1). Для наглядности точки решетчатой функции У, (1) соединены прямыми линиями. При выделении минимумов из сигналами, (1 г) получают второе разложение сигнала Х(1) с координатами по времени 1, 1., , 1;,и по амплитуде У, У, , Ур,В общем случае для 1 х-го разложения выделяют минимумы 1 - 1- го разложения.В предлагаемом устройстве разложение сигнала по его переключениям осуществляется следуюшим образом.На пульте 15 задается время проведения исследования. При нажатии на кнопку 6 все элементы схемы устанавливаются в исходное состояние. С целью упрощения показана только ее связь через первый элемент ИЛИ 7 с установочным входом первого триггера 8. В это время первый элемент И 9 закрыт, импульсы от генератора 3 импульсов в схему не поступают.При нажатии на кнопку 24 первый триггер 8 устанавливается в состояние 1 открывая первый элемент И 9. Тактовые импульсы от генератора 3 импульсов поступают на вход таймера 16, обеспечивая формирование кода текущего времени. Кроме того, тактовые импульсы запускают в работу и остальные элементы схемы. Через время т дискретизации исследуемого сигнала делитель 1 О частоты вырабатывает сигнал запуска управляемого генератора 11 пилообразного напряжения и установки в единичное состояние второго триггера 13. С этого момента времени открывается второй элемент И 14 и через первый элемент И 9 от генератора 3 импульсов будет заполняться счетчик 4 и сумматор 5, выполненный по схеме счетчика с накоплением результата. Кроме того, на выходе управляемого генератора 11 пилообразного напряжения начнет нарастать напряжение по линейному закону от некоторого минимального значения. После того, как напряжение на его выходе достигнет величины напряжения, поступаюшего с датчика 1 через усилитель 2, элемент 12 сравнения выработает импульс, который установит второй триггер 13 в состояние О, закрыв тем самым второй элемент И 14 и прекратив поступление импульсов в счетчик 4 и сумматор 5. Одновременно с этим содержимое счетчика 4 перепишется в первый блок 20 выделения переключения, и управляемый генератор 11 пилообразного напряжения установится в исходное состояние.Через время задержки, определяемое вторым элементом 25 задержки, счетчик 4 установится в исходное состояние, подготовившись к приему новой порции информа 5 10 15 20 25 30 35 40 ции о величине амплитуды сигнала на очередном шаге дискретизации, а сумматор 5 сохранит полученную информацию. Очевидно, что чем больше амплитуда сигнала, поступающего с датчика 1 через усилитель 2, тем дольше. будет управляемый генератор 11 пилообразного напряжения работать ло достижения равенства с исследуемым сигналом, тем большее количество импульсов будет просчитано счетчиком 4 и тем больше будет код на его выходе. Таким образом, код на выходе счетчика 4 будет пропорционален величине амплитуды входного сигнала, поступаюгцего с датчика 1. До тех пор, пока первый блок 20 выделения переключения не выделит точку переключения (минимума) на исходном сигнале, сумматор 5 будет накапливать сумму величин амплитуд сигнала, измеряемых при каждом запуске управляемого генератора 11 пилообразного напряжения.При выделения точки переключения на исходном сигнале первый блок 20 выделения переключения вырабатывает сигналы Р 1 и МА - кол величины минимума для второго блока 20 вь 1 деления переключения. Одновременно с этим сигнал Р 1 поступает на шифратор 21, который формирует номер получаемого разложения 1. Когда на основе информации, поступающей с первого блока 20 выделения переключения, второй блок 20 выделения переключения выделит минимум, он выработает сигналы МА и Р 2 для третьего блока 20 выделения переключения и для шифратора 21. Это будет регистрацией точки переключения (минимума) второго разложения, Аналогично происходит передача информации в последовательно включенные блоки 20 выделения переключения при наличии разложений более высокого порядка вплоть до М-го блока 20 выделения переключения, количество которых зависит от сложности исследуемого сигнала или желаемого количества исследуемых разложений сигнала. Для электрофизиологических сигналов рекомендуемое число разложений 5. Для случая проведения тонких научных исследований число разложений может быть довелено ло 10. Когда в блоках 20 выделения переключения производится выделение переключения минимума через шифратор 21 и второй элемент ИЛИ 22 вырабатывается сигнал ПИ, обеспечивающий прием в вычислитель 17 кода К (вхол 4) этого минимума, сформированного шифратором; величины амплитуды минимума (вход 5); текугцего времени (вход 1); значения частичной суммы (вхол 3). Через время задержки, определяемое первым элементом 23 задержки, содержимое сумматора 5 обнуляется, готовя его к приему новой информации.Вычислитель 17 производит обработку информации по алгоритму представленному на фиг. 3.До начала работы устройства в память вычислителя вводится величина времени дискретизации г и максимальное число вводимых разложений, Г 1 ри составлении алгоритма использовались следующие идентификаторы: ) - номер переключения сигнала;- номер разложения; ПИ - признак передачи информации в вычислитель; ПП - признак просчета для 1-го разложения; Х - частичная сумма амплитуд сигнала для первого разложения на одном участке ), ф - 1 О текуьцее время получения переключения в 1-м разложении; ТТ - время переключения предыдуцего ( - 1-го) переключения;ьТамплитуда сигнала предыдущего переключения; -ч - сумма регистрируемых амплитуд с-го разлокения на одном участке;5- номер регистрируемого участка для -го разложения; ь 1:;, - амплитуда сигнала в момеььь переключения для 1 с-го разлокения.Оператор ооозначает оператор присваивания. Останов вычислителя производится по внешним признакам после окончания работы устройства, обеспечиваемого сигналом с таймера 6, устанавливающим первый трипер 8 в состояние О.Блок 20 выделения переключения работа ст следующим образом. По сигналу Р 1 содеркимое первого регистра 27, равное ; 1 ь переписывается во второй регистр 28. Через время ть определенное первым элементом 26 заперкки, поступают разрешенк; записи входного сигнала по шине А в первый регистр 27 и разрешающие сигналы на первый элемент И 30 и третий элемент И 36. Если в это время содержимое второго регистра больше содержимого первого регистра ; ) р,), элемент 29 сравнения вырабатывает сигнал логической единицы, и через первый элемент И 30 производится установка в состояние 1, первого трип ера 31. Если первый триггер 31 находится в состоянии О, а содержимое первого регистра 27 больше содеркимого второго регистра 28 (ьр, и ( 4 О ( Г), сигнал с элемента НЕ 35 через третий элемент И 36 на установочный вход второго триггера 37 не проходит.По приходу кода числа ьг,+ь, вместе с сигналом Р, 1 содержимое первого регистра 27 переписызается во второй регистр 28, 45 который принимает величину р;,. Далее через время т в первый регистр 27 запишется код числа :,А,. Если вновь окажется, что содержимое второго регистра 28 больше содержимого первого регистра 27, то для первого триггера 31 подтвердится состояниеи второй триггер 37 останется в состоянии О.Если же содеркимое второго регистра 28 меньше содержимого первого регистра 27, то нри единичном состоянии первого триггера через элемент НЕ 35 и третий элемент И 36 второй трип ер 37 установится в состояние 1, тем самым открывается второй элемент И 32, на выходе которого формируется признак Рь, обнаружения минимума. Сигналом Р открывается блок 33 вентилей, на выход которого поступит минимальное число рь через время задержки , определяемое вторым элементом 34 задержки, первый триггер 31 и второй триггер 37 установятся в исходное состояние. Далее цикл работы блока повторится при приеме нового числа р;+и. Аналогично может быть построен блок выделения максимума при перемене входов элемента сравнения.Таким образом, применение устройства с предлагаемой структурой и алгоритмом работы по сравнению с известным позволяет практически без усложнения конструкции выделить из исследуемого сигнала его различные составляющие, а также производить автоматизированный расчет различных интегральных и усредненных показателей, которые, как показали практические исследования, достаточно хорошо отражают изменения функционального состояния, человека и его здоровья, давая в руки исследователя дополнительную полезную для практических и теоретических исследований информацию.Фориула изобретения1. Устройство для автоматизированного анализа электрофизиологических сигналов, содержащее последовательно соединенные датчик, усилитель, а также генератор импульсов, счетчик, сумматор, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени анализа, в него введены соединенные последовательно первая кнопка, элемент ИЛИ, первый триггер, первый элемент И, делитель, управляемый генератор пилообразного напряжения, элемент сравнения, второй триггер, второй элемент И, выход которого соединен со входами счетчика и сумматора, соединенные последовательно пульт, таймер, вычислитель, цифровой регистратор, а также графический регистратор, вход которого также подключен к выходу вычислителя М блоков выделения переключений, соединенных последовательно первыми и вторыми выходами, с первыми и вторыми входами следующего блока переключений, соединенные последовательно шифратор, второй элемент ИЛИ, первый элемент задержки, вход которого соединен с вторым входом вычислителя, а выход - с вторым входом сумматора, выход которого подключен к третьему входу вычислителя, четвертый вход которого соединен с выходом шифратора, а пятый - с выходом счетчика и первым входом первого блока выделения переключений, вторая кнопка, подключенная к второму входу первого триггера, а также второй элемент задержки, выход которого соединен с вторым входом счетчика, а вход - с вторым входом управляемого генератора пилообразного напряжения, вторым входом первого блока выделения переключений, первым входом1360698 Х(Е У(Е У(Е второго триггера, второй вход которого соединен с выходом делителя, а выход - с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И и входу таймера, второй выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, первые выходы блоков выделения переключений соединены соответственно с Х входами шифратора, выход усилителя соединен с вторым входом элемента сравнения,2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок выделения переключений содержит соединенные последовательно первый элемент задержки, первый регистр, второй регистр,элемент сравнения, первый элемент И, первый триггер, второй элемент И, блок вентилей, второй вход которого подключен к выходу второго регистра, а выход и первый вход являются соответственно первым и вторым выходами блока выделения переключений, первый вход которого соединен с вторым входом первого регистра, а второй - с вторым входом второго регистра и входом первого элемента задержки, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, второй элемент задержки, а также соединенные последовательно элемент НЕ, третий элемент И, второй триггер, второй вход 10 которого соединен с вторым входом первоготриггера и выходом второго элемента задержки, вход которого подключен к выходу второго элемента И, второй вход третьего элемента И подключен к выходу элемента НЕ, а третий вход - к выходу первого триггера, вход элемента НЕ соединен с выходом элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу первого регистра.Королькрытии ная,сдактор В. Данкоаказ 577416НИИПИ Гоодарственног113035, МоскПроизводственно-полиграф СосТехрТираком игева, Жичсское авитель Б. Фигурн д И. Вересж 595а СССР но делам и 35, Рву шс кая наб редприятис, г. Уж Корректор НПодписноеобретсний 1 и од. 4,5род, ул. Прос