Система биоадаптивного регулирования

СО 103 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН Це (111 за А 61 В 516 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЪИБДу,; .,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) 1. СИСТЕМА БИОАДАПТИВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, содержащая реограф с электродами и индикатор, о т л ич а ю щ а я с я тем,что ,с целью повышения точности биоадаптивного регулирования кровенаполнения органов, она дополнительно содержит последовательно соединенные полосовой фильтр, активный детектор, блок подавления артефактов, усредннтель площади реографической кривой и блок переключения, причем второй и третий входы усреднителя реографической кривой соединены с выходами полосового фильтра и активного детектора, выход реографа соединен с входом полосового фильтра, а выход переключателя соединен с входом индикатора.12. Системапоп. 1, отличающ а я с я тем, что индикатор содержит диапроектор, последовательно соединенные блок сравнения, блок уп равления диапроектором, блок коррекции, причем выход блока коррекции .соединен с входом блока сравнения, второй выход блока управления диапроектором соединен с входом диапроектора.441 20 1110Изобретение относится к медицинс-, кой технике, а именно к биоэлектрическим системам регулирования физиологических процессов с лечебно-диагностической целью, и может найти применение в технике при разработке информационных автоматов с использованием биоэлектрических сигналов Я.Известно устройство с биологической обратной связью, содержащее реог" 10 раф и индикатор и обеспечивающее коррекцию физиологических параметров.Однако известное устройство не является инструментом, направленным на измерение кровенаполнения сосудов, 15 и не обеспечивает избирательного действия на сосудистую систему.Цель изобретения - повышение точности биоадаптивного регулирования кровенаполнения органов. Поставленная цель достигается тем,что система, содержащая реограф сэлектродами и индикатор, дополнительно содержит последовательно соединен ные полосовой фильтр, активный детектор, блок подавления артефактов, усреднитель площади реографической кривой и блок переключения, причем второй и третий входы усреднителя реог 30рафической кривой соединены с выходами полосового фильтра и активного детектора, выход реографа соединен свходом полосового фильтра, а выходпереключателя соединен с входом индикатора.35Индикатор содержит диапроектор,последовательно соединенные блоксравнения, блок управления диапроектором, блок коррекции, причем выходблока коррекции соединен с входомблока сравнения, второй выход блокауправления диапроектором соединен свходом диапроектора.На фиг. 1 изображена структурнаясхема устройства биоадаптивного регулирования; на фиг. 2 - принципиаль"ная схема блока калибровки реографа;на фиг. 3, а - диаграмма выходногонапряжения фильтра при реоэнцефалографии головного мозга - форма реограммы (РЭГ); на фиг, 3, б - диаграмма. выходного напряжения активного детектора (пунктиром показано среднеезначение площади выпрямленного напря.жения на выходе усреднителя),5Устройство биоадаптивного регулирования содержит измерительное устройство с реографом 1 и комплектом накладываемых на симметричные участ,ки различных областей головы электродов 2, регистрирующее устройство3, например электрокардиограф, осциллограф типа С 1-69, дополнительно введенное индикаторное устройство 4 свизуальным экраном 5, реверсивным двигателем 6 и поляризованным реле 7,дифусилитель 8, полосовой фильтр 9,активный детектор 10, усреднитель 11площади реографической кривой, блок12 подавления артефактов, блок 13переключения пациента, сравнивающееустройство 14, два источника питания+ О 1 и - 02, блок 15 коррекции с потенциометром 16 обратной связи и потенциометром 17 регулировки нуля,Выходы реографа 1 подключены черездифусилитель 8 и полосовой фильтр 9к входу активного детектора 10, кодному из входов усреднителя 11, второй вход которого подключен к выходуактивного детектора 1 О, соединенногос входом блока 12 подавления артефактов,Выход блока 12 соединен с третьичвходом усреднителя 11,выход которого через блок 13 переключения пациента соединен с инвертирующим входом18 сравнивающего устройства 14, неинвертирующий вход 19 которого подключен к выходу блока 15 коррекции,который соединен с движком потенциометра 16 обратной связи, механически связанным с валом реверсивногодвигателя 6 индикаторного устройства4. Параллельно крайним выводам потенциометров 16 и 17 блока 15 коррекции анодами включены два встречносоединенных катодами стабилитрона20. Один из выводов потенциометра16 обратной связи соединен через резистор 21 с положительной шиной одного .из Форточников + О 1 питания, ачерез второй резистор 22 - с отрицательной шиной второго источника - 0 2.Движок потенциометра 17 регулировки "нуля" подключен к общей шине 23источника + О 1 и - О 2. Выход сравнивающего устройства 14 подключен кполяризованному реле 17 индикаторного устройства 4, подвижный контакткоторого подключен к обмотке реверсивного двигателя 6. Вал реверсивного двигателя 6 механически связан с диапроектором 24 индикаторного устройства 4, проектирующим изображениена экран, которое визуально наблюдает пациент 25.0441 4рой парой размыкающих контактов 46реле 43 подключаются к входу операционного усилителя 44, необъединенные выводы каждого из которых подклю чаются к выходу активного детектора10 н выводу 48 полосового фильтра 9соответственно, выход "Запись РЭГ,к которому подключается регистрирующее устройство 3.1 О Блок 13 переключения пациентапредназначен для обеспечения инвертирования или неинвертирования сигналов усреднителя 1 в зависимости отвида болезни данного пациента 25 - 15 гипертоник - гипотоник, содержит операционный усилитель-инвертор 49 ипереключатель 50 "Гипертоник-гипотоник".Сравнивающее устройство 14 пред назначено для сравнивания напряжений,поступающих на входы 18 и 19 формирования управляющего сигнала управления поляризованным реле 7 индикаторного устройства 4, и содержит опера ционный усилитель 51 с определенными(заданными) коэффициентами передачипо трактам управления входов 18 и 19.Блок 33 калибровки реографа 1(фиг. 2) предназначен для осуществле- ЗО ния калибровки и балансировки реогра"фа 1 и содержит реле 52 калибровкис замыкающими контактами 53, резистор 54, кнопку 55, измерительныйстрелочный прибор 56, резистор 57переключатель 58, резистор 59. Замыкающие контакты. 53 реле 52 подключа"ются к выводам 60 и 61 реографаИзмерительный прибор 56 посредством переключателя 58 либо замыкается 4 о,через резистор 57 на резистор 59, ли, бо подключается при балансировке к выводам 62 и 63 амплитудно-сравнивающего моста реографа 1.Система работает следующим обраЭ 111Реограф 1 предназначен при диагностике и лечении для измерений изменений переменной величины электрического сопротивления выбранного участка или органа пациента, обуслов" ленных пульсовыми колебаниями их кровонаполнения при каждом сердечном сокращении, и содержит амплитудно- сравнивающий мост с выпряйительными диодами 26, сглаживающимиконденсаторами 27 и резисторами 28 - 31, парафазный усилитель 32, блок 33 калибровки.Полосовой Фильтр 9 предназначен, для селективного подавления помех из выхода дифусилителя 4, выделения полезного сигнала в заданном диапазоне частот, для обеспечения качественной записи реоэнцефалограммы (РЭГ) выполнен, например, по П -образной схеме на пассивных элементах и содержит резисторы 34, конденсаторы 35 и включенную между ними индуктивность 36.Активный детектор 10 предназначен для прецизионного двухполупериодного амплитудного детектирования выходного напряжения фильтра 9 и содержит операционный усилитель 37 и две цепи отрицательной обратной связи, каждая из которых содержит резистор с последовательно включенными (встречно по отношению к диоду другой цепи) диодом, соответственно цепи 38 и 39.Блок 12 подавления артефактов предназначен для подавления различных артефактов определенной амплитуды, исключения их влияния на качество РЭГ и содержит пороговое устройство, выполненное, например, на базе дифференциального усилителя постоянного тока 40, одиниз входов которого через резистор 4 1 подключен к выходу активного детектора 10, а второй через резистор 42 - к источнику порогового напряжения Оп . Выход блока 12 подключается к третьему входу, соединен" ному с обмоткой реле 43. 45 зоме 50 55 Усреднитель 11 предназначен для измерения средней величины площади реографической кривой и содержит реле 43, операционный усилитель 44 с апериодической отрицательной РС-обратной связью 45, коммутируемой одной из двух пар размыкающих контактов 46 реле 43, два масштабных резистора 47, объединенные выводы которых втоНапряжение высокой частоты О подается на амплитудно-сравнИвающий мост, образованный резисторами 28 - 31, исследуемым участком живой ткани пациента 25 и диодами 26. Балансировка моста производится резистором 30 по нулевому показанию измерительного стрелочного прибора 56, входящего в состав блока 33 калибровки,подключенного к выводам 60 и 61 амплитудно" сравнивающего моста в момент балансировки. Величина и знак напряжения на выходе моста определяются величиной и знаком изменения импеданса исследуемого участка ткани по отношению к величине этого импеданса в момент балансировки. Калибровка амплитуды записи производится изменениемЪна постоянную величину активного сопротивления 28, включенного последовательно с исследуемым участком живой ткани пациента 25 путем шунтирования его резистором 29 при эамыка нии контактов 53 реле 52. Запись реоэнцефалограммы (РЭГ) при необходимости может проводиться любым регистрирующим (записывающим) устройством 3. При этом сигнал записи сци мается с выхода 48 "Запись РЭГ" полосового фильтра 9, При регистрации реоэнцефалограмм (РЭГ) величина изменения переменной составляющей импе- данса ткани составляет 0,1 - 0,3 Ом. 20 Рабочая частота реографа порядка 70 кГц. Через фильтр нижних и верхних частот конденсатора 27 выходное напряжение моста подается на вход парафазцого усилителя 32 реографа 1, 25 С выхода парафазного усилителя 32 сигнал подается ца вход дифференциального усилителя 8, осуществляющего усиление, согласование по нагрузке ц преобразование дифференциального сигнала в цедифферецццальный, Усиленный и преобразованный сигналвыхода усилителя 8 поступает на вход полосового фильтра 9, образованного элементами 34, 36 и 35, Нижняя граница частот выходного сигнала фильтра 9 ограничивается уровнем 0,5 Гц, верхняя граница - уровнем 35 Гц, что обеспечивает запись РЭГ без искажеццй. Диаграмма выходного напря жеция фильтра 8 показана на фиг. Зй.Отфильтрованный сигнал поступает, на выход 48 "Запись РЭГ", на вход усредцителя 11 и на вход активного детектора 10, в котором цепи 38 и 45 39 образуют отрицательную обратную связь операционного усилителя 37 для разцополярцых входных сигналов. Активный детектор 1 О совместно с усреднителем 11 осуществляет двухстороннее амплитудное детектирование и усреднение выходного сигнала фильтра 9 с запоминанием. Выпрямленный детектором 10 сигнал поступает через резистор 41 на один из входов операционного усилителя 40 блока 12 подавления ар 55 тефактоц. На второй вход усилителя 40 через резистор 42 подается опорное напряжение О, определяющее величину порога срабатывания блока 12артефактов,При возникновении артефактов определенной амплитуды блок 12 подавленияартефактов срабатывает и размыкаетна заданное время контакты 46 исполнительного реле 43 усреднителя 11.При размыкании контактов 46 усреднитель 11 запоминает посредством конденсатора 45 среднее значение площади выпрямленного напряжения, соответствующее значению полезного сигналадо появления артефактов.После исчезновения артефактов реле43 отпускается, контакты 46 замыкаются, и процесс усреднения полезногосигнала продолжается дальше,На фиг. 3 Б представлена диаграмма выходного напряжения активногодетектора 10, отражающего максимальные изменения объема крови исследуемой области мозга, и показано среднеезначение площади реографической кривой, измеряемое усреднителем 11 инеобходимое при оценке функциональных изменений мозгового кровообращения.Выходной сигнал усреднителя 11поступает на вход блока переключенияпациента 13, в котором переключатель50 передает на вход блока либо неинвертированный, либо инвертированныйпосредством операционного усилителя49 сигнал. усреднителя 11. Коммутацияпереключателя 50 осуществляется оператором в зависимости от типа пациента 25 - гипертоник-гипотоник.С выхода блока 13 сигнал поступаетна один из входов 18 операционногоусилителя 51 сравнивающего устройства14, на второй вход 19 которого подается компенсирующий сигнал отрицательной обратной связи, снимаемый сдвижка потенциометра 16 обратной связи блока коррекции 15.При отсутствии входного сигналарегулировка "нуляэкрана осуществляется потенциометром регулировки "нуля" 17,Выходной сигнал сравнивающего устройства 14 управляет обмоткойполяризованного реле 7 индикаторного уст-,ройства 4. В зависимости от знакавыходного сигнала сравнивающего устройства 14 замыкается соответствующийконтакт реле 4, осуществляя подключение к обмотке двигателя 6 соответ"ствующего источника напряжения + О 1или - О 2. Двигатель 6 вращается ц1110441 ту или иную сторону, перемещает механически движок потенциометра 16 блока коррекции 15 и управляет диапроектором 24, высвечивающим на экран 5 цветную полосу одного из двух 5 цветов - красного или голубого цвета, зрительно воспринимаемую пациен. том. Двигатель 6 вращается и, следо,вательно, цветная полоса на экране удлиняется до тех пор, пока входной сигнал, поступающий на вход 18 сравниваюещго устройства 14, не скомпенсируется сигналом отрицательной об" ратной связи, поступающим на вход 19 усилителя-инвертора 51. В зависи ,мости от реакции пациента сигнал на входе 18 сравнивающего устройства 14 либо Увеличивается и.процесс управления цветной полосой экрана идет аналогично описанному, либо поляр ность сигнала изменяется на обратную. Тогда двигатель 6 начинает вращаться в другую сторону и диапроектор 24 высвечивает на экране цветную полосу другой окраски. Далее процесс 25 управления желаемым цветом экрана происходит аналогично описанному.Таким образом, данная система позволяет пациенту осуществлять самостоятельно биоадаптивное регулирование 30 интенсивности кровенаполнения, например, сосудов головного мозга.Предлагаемая система по сравнению с прототипом обеспечивает адаптивное регулирование пациентом интенсивнос- З ти кровенаполнения сосудов при диаг ностике и лечении путем воздействия его на процесс регулирования, исключения влияния артефактов на работусистемы и повышение вдвое точностиработы системы, что отсутствует впрототипе. Это достигнуто за счетвведения в систему дополнительно индикаторного устройства с экраном,посредством которого осуществляетсябиологическая обратная связь дифусилителя, полосового фильтра, активного детектора, усреднителя, автоматически определяющего среднюю площадьреографической волны, блока подавления артефактов с заданным порогомподавления различных помех - артефактов, блока переключения пациента,сравнивающего устройства, блока коррекции, повышающего точность регулирования путем введения отрицательной обратной связи по положению исполнительного органа,Таким образом, предлагаемая, система биоадаптивного регулирования обеспечивает получение надежных показателей (за счет исключения влияния артефактов и получения более чистойреографической кривой) об относительной интенсивности кровенаполнения,о состояйии сосудистого тонуса в различных областях тела, особенно трудно доступного для изучения головногомозга, в условиях совершенно безвредного исследования, и лечение сосудистых заболеваний и функциональных нарушений нервной системы.Кроме того, предлагаемая системаможет использоваться в технике припостроении информационных автоматовтипа манипуляторов.111044 ЬЯ 0 8 ы Роду йЖ ЕЛО г фрее значснииМдйфй/