Прибор для статистического анализа электроэнцефалограмм

 

ПРИБОР ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ЭЛЕКТРО: НЦЕФАЛОГРАММ, содержащий датчики биопотенциалов, электроэнцефалограф (ЭЭГ), выходы блока усилителей которого соединены с входами комментатора, каналы предварительной обработки электроэндефалограмм , каждый из которых содержит дифференциатор и формирователь импульсов, каналы статистической обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные блок сравнения, состоящий из элементов И, и регистратор, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности проведения корреляционного и взаимокорреляционного анализа электроэнцефалограмм, в каждый блок сравнения введены элементы ИЛИ-НЕ и ИЛИ, при этом оба входа элемента ИПИ-НЕ параллельно соединены с входами элемента И, а выходы элементов И и ИЛИ-НЕ соединены с входами элемента ИЛИ, входы дифференциаторов соединены с выходами коммутатора, формирователи импульсов выполнены в виде детекторов знака, входы которых соединены с выходами дифференциаторов , а в каждом из каналов S статистической обработки между блоком сравнения и регистратором включен интегратор, причем первый из каналов статистической обработки содержит также блок регулируемой задержки., вход которого соединен с первым формирователем импульсов, а выход - с входом соответствующего блока сравнения , при этом выход первого канала о ел предварительной обработки через блок регулируемой задержки соединен с первым входом блока сравнения первого х канала статистической обработки.и не;п посредственно соединен с первыми входами второго и третьего каналов статистической обработки, выход второго канала предварительной обработки соединен с вторыми входами первого и второго каналов статистической обработки и с первым входом четвертого канала статистической обработки , а выход третьего канала предварительной обработки соединен с вторыми входами третьего и четвертого каналов.

„SU„„1105185

СОЮЗ COBETCHHX

ONNIIN

РЕСПУБЛИК

g g А 61 В 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! ..

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 34 73 746/28-13 (22) 19.07.82 (46) 30.07.84. Бюп. В 28 (72) .М. Н. Бернпп ейн, В.И. Старостин и В.В.Аршавский (71) Институт биоло1ических проблем

Севера Дальневосточного научного центра АН СССР (53) 615.47 (088.8) (56) 1. Шнейдеров В.С. Прибор для определения коэффициентов корреляции. биопотенциалов мозга. — "Медицинская техника", 1970, В 50, с. 28-31.

2 . Измеритель корреляционных характеристик Х6-4. Справочник по радиоиэмерительным приборам, ред.

Насонова В.С., М., "Советское радио" >

1979, т. 3, с. 399-401.

3 ° Техническое описание и инструкция по эксплуатации прибора для статистического анализа электроэнцефалограмм. Саратов. Саратовский государственный университет им.

Н.Г.Чернышевского лаборатория радиоизмерений. 1971. (54)(57) ПРИБОР ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО

АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММ содержащий датчики биопотенциалов, электроэнцефалограф (ЭЭГ), выходы блока усилителей которого соединены с входами коммутатора, каналы предварительной обработки. электроэндефалограмм, каждый из которых содержит дифференциатор и формирователь импульсов, каналы статистической обработки, каждый из которых содержйт последовательно соединенные блок сравнения, состоящий из элементов И, и регистратор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности проведения корреляционного и взаимокорреляционного анализа электроэнцефалограмм, в каждый блок сравнения введены элементы ИЛИ-НЕ и

ИЛИ, при этом оба входа элемента

ИЛИ-НЕ параллельно соединены с входами элемента И, а выходы элементов И и ИЛИ-НЕ соединены с входами элемента ИЛИ, входы дифференциаторов соединены с выходами коммутатора, формирователи импульсов выполнены в виде детекторов знака, входы которых соединены с выходами дифференциаторов, а в каждом из каналов статистической обработки между блоком сравнения и регистратором включен фф интегратор, причем первый из каналов статистической обработки содержит также блок регулируемой задержки,, вход которого соединен с первым формирователем импульсов, а выход " с входом соответствующего блока сравнения, при этом выход первого канала предварительной обработки через блок регулируемой задержки соединен с первым входом блока сравнения первого канала статистической обработки и непосредственно соединен с первыми входами второго и третьего каналов статистической обработки, выход второго канала предварительной обработки соединен с вторыми входами первого и второго каналов статистической )Ь обработки и с первым входом четвертого канала статистической обработки, а выход третьего канала предварительной обработки соединен с вторыми входами третьего и четвертого каналов.

1 1105 f8

Изобретение относится к медицинс- . кой технике и может быть использовано, в частности, при медицинских, психофизиологических и физиологических исследованиях головного мозга методами анализа энцефалограмм (ЭЭГ) .

Известен прибор для определения коэффициента корреляции биопотенциалов мозга, состоящий из нескольких параллельных каналов предварительной обработки сигналов, содержащих фор- . мирующие устройства и эммптерные повторители, и каналов статистической обработки, содержащих логические элементы сравнения И, интеграторы и регистраторы I 3 3, Недостаток этого прибора заключается в том, что он не проводит взаимокорреляционного анализа ЭЭГ.

Известен прибор Хб-4, используемый для.корреляционного и взаимокорреляционного анализа случаиных функций. Прибор состоит из двух каналов предварительной обработки, каждый иэ которых содержит последовательно соединенные входное устройство (усилитель) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), Выходы каналов по" средствоМ переключателя соединяются с каналом статистической обработки. сигналов, прИ этом выход одного из каналов предварительной обработки связан также с входом устройства регулируемой задержки, выход которого соединен с вторым входом канала статистической обработки (перемно- З5 жителя). Канал статистической обработки сигналов содержит последовательно соединенные перемножитель, . интегратор и регистрирующее устройство (22. 40

При использовании известного устройства невозможно получить картину пространственной синхронизации биопотенциалов мозга, кроме того, происходит потеря информации вслед" ствие того, что АЦП осуществляет преобразование только 300 мгновенных значений входнрй функции за исследуемый интервал времени.

Недостатком известного устройства 5О также является наличие ошибки вслед" ствие того, что при сравнении ЭЭГ на перемножителе наряду с учетом знака мгновенных значений ЭЭГ учи-. тываются и амплитуды. 55

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является при. бор "Ритм", содержащий датчик био5 2 потенциалов мозга, электроэнцефалограф, выходы блока усилителей которого соединены с входами коммутатора, каналы предварительной обработки ЭЭГ, каждый из которых содержит дифференциатор и формирователь импульсов, каналы статистической обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные блок сравнения, состоящий из элементов И, и регистратор (3 ).

При использовании известного устройства не осуществляется взаимокорреляционный анализ ЭЭГ.

Недостатками устройства также являются потеря информации при корреляционном анализе и низкая точность анализа.

Целью изобретения является повьипение точности проведения корреляционного и взаимокорреляционного анализа ЭЭГ.

Поставленная цель достигается тем, что в прибор, содержащий датчики биопотенцйалов мозга, электро-. энцефалограф (ЭЭГ), выходы блока усилителей которого соединены с входами коммутатора, каналы предварительной обработки электроэнцефалограмм, каждый из которых содержит дифференциатор и формирователь импульсов, каналы статистической обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные блок сравнения, состоящий из элементов И, и регистратор, в каждый блок сравнения введены элементы ИЛИ-НЕ и ИЛИ, при этом оба входа элемента ИЛИ-НЕ параллельно соединены со входами элемента И, а выходы элементов И и

ИЛИ-НЕ соединены с входами элемента

ИЛИ, входы дифференциаторов соединены с выходами коммутатора, формирователи импульсов выполнены в виде детекторов знака, входы которых соединены с выходами дифференциаторов, а в каждом из каналов статистической обработки между блоком сравнения и регистратором включен интегратор, причем первый иэ каналов статистической обработки содержит также блок регулируемой задержки, вход которого соединен с первым формирователем импульсов, а выход — с входом соответствующего блока сравнения, при этом выход первого канала предварительной обработки через блок регулируемой задержки соединен с первым входом блока сравнения первого канала

3 »0 статистической обработки и н"посредственно соединен с первыми входами второго и третьего каналов статистической обработки, выход второго канала предварительной обработки соединен с вторыми входами первого и второго каналов статистической обработки и с первым входом четвертого канала статистической обработки, а выход третьего канала предва- 1О рительной обработки соединен с вторыми входами третьего и четвертого канал ов .

На фиг. 1 представлена блок-схема прибора, на фиг. 2 — эпюры напряжений15 элементов прибора при корреляционном и кросс-корреляционном анализе; на фиг. 3 — блок-схема устройства сравнения.

Прибор состоит из электроэнцефалографа 1, который включает в себя блок 2 усилителей и регистратор 3

ЭЭГ. Входы блока 2 усилителей соединены с датчиками 4 биопотенциалов мозга, а выходы — с регистратором 3

ЭЭГ и коммутатором 5.

Выходы коммутатора 5 соединены с каналами 6 предварительной обработки ЭЭГ. Каждый канал 6 предварительной обработки включает в себя последовательно соединенные между собой

30 дифференциатор 7 и формирователь 8 импульсов, выполненный в виде детектора знака.

Второй, третий и четвертый каналы

9 статистической обработки ЭЭГ содер-З5 жат последовательно соединенные меж-. ду собой блок 10 сравнения, интегратор 11 и регистратор 12.

Первый канал 13 статистической обработки содержит блок 14 сравнения4О интегратор 15 и регистратор 16,идентичные этим же элементы в других каналах статистической обработки, а .также блок 17 регулируемой задержки, выполненный, например, в виде гене- 45 ратора 18 тактовых импульсов и цифрового элемента 19 задержки.

Влоки 10 и 14 сравнения выполнены из трех логических элементов каждый: И 20, ИЛИ-НЕ 21 и ИЛИ 22. Входы 5О элементов И 20 и ИЛИ НЕ 21 попарно соединены между собой, а выходы обоих элементов — с входами элемента ИЛИ 22, выход которого связан с входом соответствующего интеграто- 55 ра (11, 15) .

Блок 17 регулируемой задержки служит для сдвига во времени на оп5185 4 ределенную заданную величину всей последовательности импульсов, поступающих на его вход (т.е. для сдвига электр оэ нцефалограммы, преобра.зованнои в канале 6 в серию импуль сов стандартной амплитуды — в цифровом виде) . Прибор работает следующим образом (фиг. 1).

С выходов датчиков 4 биопотенциалов мозга сигналы поступают на входы блока 2 усилителей электроэнцефалографа 1, с выходов которого

f они одновременно поступают на входы регистратора 3 ЭЭГ и коммутатора 5. Регистратор 3 ЭЭГ прбизводит запись всех исходных ЭЭГ на бумажную ленту.

С помощью коммутатора 5 исследователь осуществляет отбор интересую" щих его в данный момент ЭЭГ и они поступают с выходов коммутатора 5 на входы определенных каналов 6 предварительной обработки. Две из этих ЭЭГ .ol и 5, эпюры которых представлены на фиг. 2, поступают на входы соответственно первого и второго (на фиг. 1) каналов 6 предварительной обработки. Дифференциаторы 7 этих каналов преобразуют поступающие на их входы ЭЭГ в серию двуполярных сигналов прямоугольной фор" мы, причем положительный знак этих сигналов соответствует нарастанию напряжения исходной ЭЭГ, а отрица— тельный знак — убыванию. ЭЭГ, обозначенная буквой, преобразуется в .кривую а, а ЭЭГ 5 — в кривую (фиг. 2) . С выходов дифференциаторов

7 сигналы поступают на формирователи

8 импульсов, в которых двуполярные . сигналы преобразуются в однополярные сигналы стандартной амплитуды, причем положительный знак входного сигнала преобразуется в сигнал "!"

1 а отрицательный — в сигнал "0" (кривая Ь преобразуется в кривую д, а кривая — в е ) . Стандартная амплитуда сигналов необходима для нормальной работы логических элементов блоков 10 и 14 сравнения . Например, для логических элементов серии ТТЛ, используемых в приборе, Ю 11 сигнал 1 должен иметь . напряжение от Ф 2, 2 д о 5, 0 В, а сигнал "0 "— от 0 до +0,3 В.

С выходов формирователей 8 импульсов сигналы в виде серии единиц и нулей (импульсов стандартной амплитуды) поступают попарно на входы

1105 соответствующих логических элементов блоков 10 сравнения каналов 9 статистическои обработки.

Таким образом, с выходов блоков

10 сравнения получают серии импульсов прямоугольной формы и Стандартной амплитуды, но с разной длительностью импульсов и разными расстоя.ниями между ними. В таком виде импульсы поступают далее на входы ин-,. теграторов 11, преобразующих входные сигналы в аналоговый сигнал, Величина напряжения этого сигнала тем,больше, чем больше отношение длительности импульсов к расстоянию между ними, т.е, с увеличением среднего значения совпадений знаков первых производных исходных ЭЭГ ol и 5 величина напряжения на выходе интегратора 11 растет и наоборот. На фиг. 1 и 2 кривая на выходе интегратора 11 канала 9 статистической обработки обозначена буквой э .

С выходов интеграторов 11 кривые поступают на регистраторы 12, которые осуществляют их графическую за" пись на бумажной ленте.

Таким образом производится обработка исходных ЭЭГ при корреляционном анализе. Обработка исходных ЭЭГ при кросс- И автокорреляционном.анализе осуществляется одновременно с обработкой корреляционной функции.

Для осуществления обработки ЭЭГ при кросскорреляционном анализе сигналы с выходов каналов 6 предварительной обработки поступают в канал

13. При этом один из сигналов (кривая д) поступает на вход блока 14 сравнения, а другой сигнал (кривая е)

40 поступает на вход цифрового элемен" та 19 задержки блока 17 регулируе" мой задержки. Время -задержки 4 задается исследователем. Задержанный на время и сигнал (кривая и на фиг, 1 и 2) поступает на второй

45 вход блока 14 сравнения, который работавт аналогично блОку 10 и реализует логичесщю формулу Зи +

+Ь.й {кривая g на фиг. 2. С выхода блока 14 сравнения сигнал поступает на интегратор 16, работающий аналогично интегратору 11 в канале 9 статистической обработки, а с выхода интегратора 11 - аналогичный сигнал, соответствующий среднему значению совпадений знаков первых нроизводных ЭЭГ а и б, причем ЭЭГ

Ь сдвинута во времени относительно

185 6 времени ее записи на величину

Этот сигнал поступает на регистратор 16 и записывается на бумажную ленту (кривая л на фиг. 2).

Для осуществления автокорреляционного анализа на два канала 6 предварительной обработки, выходы которых связаны со входами канала

13 (с.входом блока 17 и одним из входов блока 14 сравнения), с помощью коммутатора 5 подается одна и, та же ЭЭГ. При этом в канале l3 производится сравнение между собой разных участков одной ЭЭГ, а на регистраторе 12 канала 9 статис- тической обработки в это время сигнал имеет максимальный уровень (полная корреляция), так как на канале статистической обработки происходит сравнение идентичных серий импульсов, являющихся результатом преобразования одной ЭЭГ.

Прибор проанализирован на примере работы двух каналов 6 предварительной обработкй, одного канала 9 статистической обработки и одного дополнительного канала 13 (кроссавтоканала). Работа нерассмотренных каналов аналогична. Количество кроссавтоканалов может быть увеличено и равно числу каналов статистической обработки — это зависит от потребностей исследователя. В данном примере показан один кроссавтоканал, работающий параллельно только одному каналу 9 статистической обработкй.

Таким образом, для двух ЭЭГ одновременно осуществляется корреляционный и кросскорреляционный анализ. Осталь" ные каналы 9 статистической обработ" ки обрабатывают толЬко корреляционные функции других пар ЭЭГ.

Эпюры напряжений при автокор.реляционном анализе (фиг. 2) будут отличаться тем, что кривая с идентична кривой б, кривая Ь идентична кривой, кривая д идентична кривой е, х будет представлена прямой линией, соответствующей напряжению стандартной амплитуды, з также будет прямой линией, соответствующей полной корреляции, кривая и идентична кривой д, но сдвинута относительно нее на время а к и л формируются, исходя из совпадений формы кривых д и .,р

1105185

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с прототипом является повышение точности корреляционного и взаимокорреляционного анализа ЭЭГ в 2,5-3 раза за счет, использования при анализе как поло- жительных, так и отрицательных значений ЭЭГ, что достигается благодаря соединению дифференциаторов непосредственно с усилиями энцефалографа (через коммутатор), учета при анализе только знаков первых производных беэ численных значений ампли" туд биопотенциалов, это достигается тем, что блоки 10 и 14 сравнена выполнены не в виде перемножителя, а в виде логической схемы, реализующей формулу Х = м в + ав анализа совпадений не в заданном диапазоне, а в каждый момент временй (точное совпадение), что достигается за счет того, что формирователь 8 импульсов выполнен в виде детектора знака, непосредственно связанного с дифференциатором.

Кроме того, прибор позволяет получить достоверную картину пространст- венной синхронизации биопотенциалов .мозга во всем спектре частот (О—

5 70 Гц) достигаемую за счет того, что диффрренциаторы непосредственно связаны с выходами усилителей энцефалографа (через коммутатор) .

Вышеуказанные преимущества дают возможность проведения корреляционного и взаимокорреляционного анализа биопотенциалов мозга отдельно в правой и левой гемосферах человека с !

5 получением при этом достоверного результата, что особенно важно при изучении различия функций и доминирования в различных процессех одного из полушарий больmoro мозга.

Таким образом, изобретение повышает точность проведения корреляционного и взаимокорреляционного ана"

25 лиза электроэнцефалограмм.

1105 I85

1105135 &в Вмцьфе нм ее м еуе 7 (искеАчю УУ ) g ЮмоУ. Вифферемвuemrрв 7 (исхаке Pp/) Ф Юэюе/ дмффевенцмемера 7

t Ваа ее Ри<щм мм а веере 7

t Choo/ Фл еммчра Вмемв В

t Вагее еЪлюемлм ьа мемвВ

Вееед лееиееемеев егююемее ß1

Вареве u rpo d а Л (реейег ремер J ф Вв мед ликии редера)т Af

Ветее лмчми меев емемФмнм М

Внмюд емеееренм Ф. (Реешь ремер 16

Фис 8

Филиал ППП. "Патент", r. Уагород, ул. Проехтнаа, 4

ВН КИПИ

Тираж 688

Заказ 5407/3

Подщисное