Устройство для автоматизированного анализа электрофизиологических сигналов
Целью изобретения является повышение диагностической дост,оверности анализа электрофизиолог 1чес1 их сигна.юз путед получения временных характеристик различных составляющих сигнала и оиеню их энергетических составляющих. Устройство для авто.1атиз1фованно1 о анализа э.чектрофизиологических сигналов содержит датчик 1, усилитель 2, генератор 3 импульсов, счетчик 4, сумматор 5,триггеры 8 и 13. элементы И 9 и 14, делите,1ь iO частоты, Х-б. юков выделения :1ере лючения ои нала. ипирратор, вычислдитель. элементы ИЛИ 7 и 22. элементы 23 н 25 задержки, цифровой и графический регистраторы 18 и 19. управ. мый генератор 11 .пилообразного наг.рнжепия, элемент 12 сравнения, пульт 15 и таймер 16. 1 3. п. ф-лы, 4 . i. .«амы |L риг.2
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1
C И
1ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 410307)/28-14 (22) 25.07.86 (46) 23.! 2.87. Б|ол. М 47 (71) Курский политехнический институт (72) H. A. Кореневский (53) 615.47 (088.8) (56) Микрокомпьютерные медицинские системы. Под редакцией У. Томпкинса и др.
М.: Мир, 1983, с. 156--!64.
Авторское свидетельство СССР № 639522, кл. А 61 В 5/02. 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ (57) Целью изооретения является повышение диагностической достоверности анализа
„„Я0„„1 360698!
51) 4 А 61 В 5/02, 5, 05 электрофизиоло! !!чсск:!и сигналов путем i.олучения временных характерно гик ра Д lllчных состаВлякицих с!)Гн»ла и Оценки их энергетических составля)огцих. Устройство для автоматизированного анализ»,IåêòðîфизиОлОГН-!еских сиГна.10В соде1)?кит д»1чик 1, усилитель 2, генер»тор 3 импульсов. счетч!!к 4, сл!м егор 5„три! геры 8 и 13, элементы И 9 и 14, )елител!.. 0 частоты, . -блоков ВыдР. !ения .icое кл!Очснllя i Гilii,1
Г,32фический ре! ист )d "»01)û 18 fi . :i. уll)) !1 ил Нсмый генератор 11 пи1ос!)раз:!О! О !)а!:р?i.
)кен!!я, э.)е..)сl)T 12 с!) IL)hciIIIH, !!) .1ь! 15 таймер 16. 1 ". и. ф-лы, 4 !Нн
1360698
5 t0 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 также 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 вх д — 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 N входами шифратора 21, выход усилителя 2 — с вторым входом элемента сравнения.
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 HE 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 Y, (ie) где i — номер дискреты. При выделении минимумов из сигнала Уо (1г ) получают его пер-.
1360698
55 вое разложение Y, (t) с амплитудами Y„
Ya>, ..., Y, ..., образованными в моменты времени t ai, t i, ..., где j — номер выделяемого минимума (номер переключения), а второй индекс соответствует номеру разложения k (для первого разложения k = 1). Для наглядности точки решетчатой функции Y, (t) соединены прямыми линиями. При выделении минимумов из сигнала Ъ, (iz ) получают второе разложение сигнала X(t) с координатами по времени ti, 1.z, ..., t;q, ... и по амплитуле Y(9 Y9g ..., Yjg, .... В общем случае для
k-го разложения выделяют минимумы k — 1го 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 10 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 информа5
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 до 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 BxoJíoão 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
Р1 и МА — код величины минимума для второго блока 20 выделения переключения.
Одновременно с этим сигнал Р1 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 Р2 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 N-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 научны.х исследований число разложений может быть доведено до 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 (вход 4) этого минимума. сформированного шифратором; величины амплитуды минимума (вход 5); текугцего времени (вход 1); значения частичной суммы (вход 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.
1360698
До начала работы устройства в память вычислителя вводится величина времени дискретизации .г и максимальное число вводимых разложений. Г1ри составлении алгоритма использовались следующие идентификаторы: ) — номер переключения сигнала; !
< — номер разложения; ПИ вЂ” признак передачи информации в вычислитель; ПП1,— признак просчета для k-io разложения; Z— частичная сумма амплитуд сигнала для первого разложения на одном участке j, t;k — 10 теку1цее время получения переключения в !
<-м разложении; ТТ вЂ” время переключения предыдущего (!< — -го) переключения;
YT -- амплитуда сигнала предыдущего переключения; S 4 — сумма регистрируемых ам11литуд !<-го разло>кения на одном участке;
15 — номер регистрируемого участка для
k-го разложения; It;;I, — амплитуда сигнала в момент переключения для k-го разло>кения.
Опсратор обозначает 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 работает следующим сбразом. По сигналу Р 1 содер>кимое первого регистра 27, равное ; Ik. нерсннсывается Во второй регистр 28. Через время т, определенное первым эл..ментом
26 за Iep>I «О», а содержимое первого регистра 27 больше содер>кимого второго регистра 28 (II:,-и (4Q (<Г,1,}, сигнал с элемента НЕ 35 через третий элемент И 36 на установочный вход второго триггера 37 не Iipoxoдит. По приходу кода числа Если жс содер>кимое 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 1 1 32, на выходе которого формируется признак Р< обнаружения минимума. Сигналом Р открывается блок 33 вентилей, на выход которого поступит минимальное число <р,i, через время задержки 1.>, 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 ;+ . 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. Фар иула изобретения 1. Устройство для автоматизированного анализа электрофизиологических сигналов, содержащее последовательно соединенные датчик, усилитель, а также генератор импульсов, счетчик, сумматор, отличающееся тем, что, с целью сокрашения 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 N 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 входом 1360698 х(У (t У(Е Фиг 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 N 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 первого триггера 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 HE соединен с выходом элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу первого регистра. 1360698 Составитель Б. Фиг рин Редактор В. Данко Техред И. Верес Корректор Н. Король Заказ 577416 Тираж 595 Поди исное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений1 и открытии 113035, Москва, УК --35, Раушс кап наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
