Устройство для вычисления биологических ритмов

Союз СоветскииСоцкапкстмческииРеспублик ОП ИСАКИИизоьеетенияК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет ао делам изобретений и открытийОпубликовано 23.02.82. Бюллетень7 Дата опубликования описания 25,02.82(72) Авторы изобретения Э, М. Кришян, Д. Г. Асатрян и т., А, БагдасарянИнститут кардиологии имени Л. Л. Оганееяыа(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЪЧИСЛЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХРИТМОВ Изобретение относится к применению вычислительных устройств при биологических и медицинских исследованиях, в частности при исследовании различных процессов, имеющих периодический арактер изменения с заранее известным периодом для определения акрофазы, амплитуды и среднего уровня, эти устройства могут применяться также во всех научных и лечебных учреждениях, проводящих ритмологические и хронобиологические исследования циркадных, годовых, месячных и других периодических процессов, кроме того, они могут быть использованы и в других областях науки и техники при исследовании различных процессов с известным периодом изменения. Известно устройство для расчета биоритмов жизнедеятельности организма, содержащее счетчик времени для отсчета дней, месяцев и лет, генератор импульсов, три счетчика емкостью 23, 28 и 33 для построения кривыхИ 3. Однако это устройство не позволяетзафиксировать суточный биоритм,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство,включаюшее электронную вычислительнуюмашину, содержащую генератор синхросигналов, блок ввода данных, арифметический блок, блок памяти и блок управпеС 2 ЗВыявление скрытой периодичности июисследование ее параметров на электронных вычислительных машинах производится с применением различных математикостатистических методов. Наиболее традиционно распространенные из.них методы,15базирующиеся на использовании корреляционной функпии и спектральной плотнсн.- ти, методы гармонического анализа, различные аппроксимационные и резонанснопоисковые методы,Хронобиологические исследования покаэапи, что большинство биологическихпериодических пропессов хорошо могутбыть описаны синусоидальной функпией.1 о 5 2 о 5 зо З 5 4 о 45 50 55 3 90В такой постановке задача сводитсяк оцениванию неизвестных параметров М(мезор-среднее значение), А (амплитуда)и ф (акрофаза) на основе данных временного ряда.Для решения указанной задачи используется метод так на. даваемого косайноранализа, в соответг вии с которым аппроксимация исследуемого процесса косинусоидой производится методом наименьших квадратов, а значения амплитуды иакрофазы с указанием их доверительныхинтервалов представляются в графическойформе. Хотя эта методика успешно применяется при исследовании биологическихритмов, однако ее трудно реализовать намикро- и мини-ЭВМ, что затрудняет ееширокое внедрение в хронобиологическихисследованиях.Цель изобретения - повышение удобства эксплуатации устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержашее генераторсинхросигналов, блок ввода данных исследуемого процесса, выход которого соединен с первым входом вычислительногоблока, управляющий вход которого подключен к выходу генератора синхросигналов, введены блок сдвига фазы и блокустановки числа отсчетов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом блока ввода данных исследуемого процесса и с вторым входомвычислительного блока вход блока установки числа отсчетов соединен с выходом блока сдвига фазы, вход которогоподключен к выходу генератора синхросигналов,Кроме того, в устройстве блок сдвига фазы содержит триггер, элементы НЕ,интеграторы, индикатор и триггер Шмидта, вход ко орого является входом блока,а выход соединен с входами триггера ипервого элемента НЕ, выход которогоподключен через первый интегратор кпервому входу индикатора, а через второй элемент НЕ .к входу второго интегратора, выход которого соединен с вторым входом индикатора, выход триггераявляется выходом блока.Причем блок установки числа отсчетов содержт элементы И, ИЛИ, НЕ, одновибраторы, регистр, индикатор, счетчики дешифратор, выход которого явлжтсяпервым выходом блока, выходы счетчикасоединены соответственно с информационными входами дешифратора и регистра,выходы которого подяпочейы к входаминдикатора, вход блока соединен с первым входом элемента ИЛИ и через элемент НЕ с входом первого одновибратора, выход которого подключен к входу ре.- гистра, к ь рвым входам счетчиха и эле мента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом второго одновибратора, первый выход которого соединен с вторым выходом блока, с входом дешифратора и с вторым входом счетчика,второй выход второго одновибратора соединен через третий одновибратор с вторым входом элемента И,При этом вычислительный блок содержит элементы И, ИЛИ, НЕ, интеграторы,индикаторы, широтно-имнульсный модулятор и узел регулирования амплитуды иуровня синусоидального сигнала, вход которого является управляющим входомблока, а выход - соединен с первым входом широтно-.импульсного модулятора, второй вход которого является вторым входом блока, первый вход которого соединен с первым входом первого элементаИ и с входами первого элемента НЕ ипервого интегратора, выход которого подключен к входу первого индикатора, выход широтно-импульсного модулятора соединен с первым входом второго элементаИ и через второй элемент НЕ с вторымвходом первого элемента И, выход первого элемента НЕ подключен к второмувходу второго элемента И, выходы элементов И соединены соответственно свходами элемента ИЛИ, выход которогочерез второй интегратор подключен квходу второго индикатора,На фиг, 1 приведена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг. 2 -схема блока сдвига фазы; на фиг. 3 -схема блока установки числа отсчетов;на фиг. 4 - схема блока ввода данныхисследуемого процесса; на фиг. 5 - схема вычислительного блока.Устройство содержит генератор 1синхросигналов, блок 2 сдвига фазы,блох 3 установки числа отсчетов, вычислительный блок 4, блок 5 ввода данныхисследуемого процесса, триггер 6 Шмидта, триггер 7, элементы НЕ 8 и 9, интеграторы 10 и 11, индикатор 12, элемент ИЛИ 13, одновибраторы 14 и 15,элемент И 16, одновибратор 17, элементНЕ 18, дешифратор 19, счетчик 20, регистр 21, индикатор 22, потенциаметры23 установки значений, коммутатор 24,широтно-импульсный модулятор 25, интегратор 26, индикатор 27, элемент НЕимпульса одновибратора 15 можно добиться числа импульсов одновибратора 14,соответствукнцего необходимому числуотсчетов, Дешифратор 19 построен такимобразом, что по отдельным каналам выдает импульсы, соответствующие разныммоментам отсчетов. Эти импульсы поступают на коммутатор 24 блока 5, последовательно выдавая на вход широтно- импульсного модулятора 25 напряжение сосредних точек потенциометров 23, положение движка которых устанавливаетсяв зависимости от величины данного отсчета исследуемого процесса. Модулятор 25запускается от одновибратора 14 блока 3установки числа отсчетов, а выход поступает в блок 4. Этот сигнал через интегратор 26 поступает на индикатор 27,показание которого пропорционально среднему значению (мезору) входных данных, По этому значению устанавливается уровень синусоиды в узле 34. Таким образом, синусоида, поступающая на вход узла 34, "сажается" на некоторый уровень и поступает на вход широтно-импульсного модулятора 35, запускаемый импульсами одновибратора 14, При помощи элементов НЕ 28 и 36, элементов И 29 и 30 и элемента ИЛИ 31 вырабатываются импульсы, равные разности соответствующих во времени импульсов модулятора 35 и выхода блока 5, которые через интегратор 32 поступают на индикатор 33, Сдвигая фазу прямоугольного импульса блока 2сдвига фазы относительно синусоиды блока 1 и изменяя напряжение синусоидына входе модулятора 35, можно добиться минимального показанная индикатора 33,что будет соответствовать наиболее подходящей фазе и амплитуде синусоиды, аппроксимирующей исследуемый процесс,Применение предлагаемого устройства позволяет повысить удобство эксплуата-формула изобретения 1. Устройство для вычисления биологических ритмов, содержащее генератор сннхросигналов, блок ввода данных исследуемого процесса, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, управляющий вход которого подипочен к выходу генератора синхросигна- лов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения удобства эксплуатации, в него введены блок сдвига фазы и блок установки числа отсчетов, первый 5 90755 28, элементы И 29 и 30, элемент ИЛИ 31, интегратор 32, индикатор 33, узел 34 регулировании амплитуды и уровня синусоидапьного сигнала, широтно-импульсный модулятор 35, элемент НЕ 36,В качестве критерия оценки приближения синусоиды к входным данным используется минимум суммы отклонений аппроксимирующей синусоиды от данных исследуемого процесса в моменты време ни, соответствующие моментам отсчетов,Устройство работает следующим образом.Синусоидальный сигнал частотой 50 Гц поступает на триггер 6 блока 2 15 сдвига фазы, Передним фронтом выходного импульса триггера Шмидта по счетному входу работает триггер 7. Длительность импульса на выходе триггера 7 равна длительности периода синусоиды, З 3 т.е. равна 20 мск, При этом на одном периоде синусоиды имеется высокий уровень триггера, на следующем - низкий и т,д. В зависимости от уровня срабатывания триггера 6 Шмидта прямоугольные 25 импульсы на выходе триггера 7 смешаются относительно нулевой фазы синусоиды. При срабатывании триггера Шмидта на нулевом уровне начало этого импульса совпадает с началом синусоиды. Им- зо пульсы с выхода триггера Шмидта дважды инвертируются элементами НЕ 8 и 9, выходы которых через интеграторы 10 и 11 поступают на клеммы индикатора со средним нулевым положением. При равен- з стве импульсов (по длительности) на выходах элементов НЕ, что бывает при срабатывании триггера Шмидта на нулевом уровне, индикатор показывает фазу, равную нулю, При других уровнях срабатываО ния фаза отклоняется и о ее величине можно судить по отклонению стрелки индикатора, Выход блока 2 сдвига фазы через элемент ИЛИ 13 запускает одно- вибратор 14 блока 3 установки числа 4 отсчетов, Задним фронтом одновибратора 14 запускается одновибратор 15, а задним фронтом одновибратора 15 через ;элемент И 16 и элемент ИЛИ 13 снова запускается одновибратор 14, Задним фронтом импульса с блока 2 сдвига фазы через элемент НЕ 18 зацускается одновибратор 17, запрещающий элемент И 16. Импульсы одновибратора 14 отсчитываются в счетчике 20 и через регистр 21 выдаются на цифровой индикатор 22. Установка нуля счетчика 20 и прием в регистр 21 управляются импульсом одновибратора 17. Изменением длительности7 90и второй выходы которого соединены соответственно с входом блока ввода данных исследуемого процесса и с вторымвходом вычислительного блока, вход блока установки числа отсчетов соединен свыходом блока сдвига фазы вход которого подключен к выходу генераторасинхросигналов.2,Устройство по и. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что блок сдвига фазысодержит триггер, элементы НЕ, интеграторы, индикатор и триггер Шмидта,вход которого является входом блока,а выход соединен с входами триггера ипервого элемента НЕ, выход которогоподключен через первый интегратор кпервому входу индикатора, а второй элемент НЕ к входу второго интегратора,выход которого соединен с вторым входом индикатора, выход триггера являетсявыходом блока,3. Устройствопо и, 1, отл ич аю - щ е е с я тем, что блок установки числа отсчетов содержит элементы И, ИЛИ, НЕ, одновибраторы, регистр, индикатор, счетчик и дешифратор, выход которого является первым выходом блока, выходы счетчика соединены соответственно с информационными входами дешифратора и регистра, выходы которого подключены к входам индикатора, вход блока соединен с первым входом элемента ИЛИ и через элемент НЕ с входом первого одновибратора, выход которого подключен к входу регистра, к первым входам счетчика и элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом второго одновибратора, первый выход которого соединен с вторым выходом блока, с входом 7555 8дешифратора и г вторым входом счетчика,второй выход второгс одновибратора соединен через третий одновибратор с вторым входо . элемента И,4. Устройство по п. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что вычислительный блоксодержит элементы И, ИЛИ, НЕ, интеграторы, индикаторы, широтно-импульс 1 ыймодулятор и узел регулирования ампли 1 у 1 О ды и уровня синусоидального сигнала,вход которого является управляюшим входомблока, а "ыход - соединенс первымвходом широтно-импульсного модулятора,второй вход которого явдяется вторым11 входом блока, первый вход которого соединен с первым входом первого элементаИ и с входами первого элемента НЕ ипервого интегратора, выход которогоподключен к входу первого индикатора,выход широтно-импульсного модуляторасоединен с первым входом второго элемента И и через второй элемент НЕ свт рым входом первого элемента И,выход первого элемента НЕ подключен кр 5 второму входу второго элемента И, выходы элементов И соединены соответственнос входами элемента ИЛИ, выход которогочерез второй интегратор подключен к входу второго индикатора,30 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Заявка Японии 54-3591,кл. 606. Р 15/42, А 61 В 5/00, опублик, 1979,352. Чернышев М, К, Резонансно-поисковые вычислительные методы анализаскрытых колебательных процессов в живых системах. "Теоретические и прикладные аспекты анализа временной организа 40ции биосистем", М., "Наука, 1976,с. 11-35 (прототип),Тираж 732 лиал ППП фПвтент", г, Ужгоро ИПИ Заказ 592/ 907555 ж.4 1 одписн роектная, 4