Устройство для коррекции функционального состояния человека

 

Устройство для коррекции функционального состояния человека позволяет повысить эффективность коррекции за счет оптимизации параметров внешней среды в процессе коррекции. Датчик 2, усилитель 3 и блок 4 предварительной обработки обьединены в блоки 1.1-t.n формирования биосигналов , выходные сигналы которых поступают на аналоговый коммутатор 5 и затем на блок 6 регистрации и блик 7 измерения параметров биосигналов, выходной сигнал которого управляет блоками 8 синтеза сигналов биологической обратной связи и 9 управления внешней средой, которые задают параметры внешней среды через управляемый звуковой генератор 12, микшер 13, усилитель 14 низкой частоты, акустический излучатель 15 и блок 16 освещения. Визуально сигналы биологической обратной связи отображаются на блоке 11 отображения Синхронизация и работа блоков прибора обеспечивается пультом Юуправчерез шины 17-22 синхронизации и связи В процессе работы прибора автоматически подбираются такие параметры внешней среды (звуковой, цветовой и яркостный фон), при которых коррекция функционального состояния человек осуществляется наиболее эффективно, А з п ф-лы, 5 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!!5 А 61 В 5/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг, !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4772243/14 (22) 21.12.89 (46) 07.07,92, Бюл. N . 25 (71) Особое конструкторское бюро "Ритм" при Таганрогском радиотехническом институте им. B.Д. Калмыкова (72) Я,ЗХринберт. С. M,Ççõàðîa, B. Г,Захаревич, В.И,РомЕнский и А,Д.Тытарь (53) 616.47(088.8) (56) Сороко С.И„Кактуев В.Б, Методика оценки, контроля и коррекции функциональных состояний человека с помощью устройства многопараметрической обратной связи. В сб. "Биоуправление. Теория и практика"./Пор ред. Штарк М.6. — Новосибирск;

Наука, 1988, с, 80-88, Авторское свидетельство СССР

М 1124922, кл, А 61 В 5/04, 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА . (57) Устройство для коррекции функционального состояния человека позволяет повысить эффективность коррекции за счет оптимизации параметров внешней среды в процессе коррекции. Датчик 2,.усилитель 3

БУ, 1745204 А1 и блок 4 предварител.ьной обработки обьединены в блоки 1.1-1.п формирования .биосигналов,. выходные сигналы .которцх поступают на аналоговый коммутатор 5 и затем на блок 6 регистрации и блбк 7: измерения параметров биосигналов. выходной сигнал которого управляет блоками 8 синтеза сигналов биологической обратной связи и. 9 управления внешней средой, которые задают параметры внешней среды через управляемый звуковой генератор 12, микшер

13, усилитель 14 низкой частоты, акустический изг!учатель 15 и блок 16 освещения.

Визуально сигналы биологической обратной связи отображаются на блоке 11 отображения. Синхронизация и работа блоков прибора обеспечивается пультом 10 управления через шины 17-22 синхронизации и связи, В процессе работы прибора автоматически подбираются такие параметры внешней среды (звуковой, цветовой и яркостный фон), при K0Topblx коррекция функци онального состояния человека осуществляется наиболее эффективно. 4 з.п. ф-лы, 5 ил, 1745204

Изобретение относится к медицине и значения параметра„ блок 24 вычитания, медицинской технике и может быть исполь- блок 25 умножения, блоки 26 и 27 усреднезовано для психологической разгрузки и ния. блок 28 обмена с памятью и блок 29 психотренинга человека. а также оценки его памяти. психофизиологического состояния, 5 Блок 8 включает в себя генератор 30

Известно устройство для коррекции на- тактовых импульсое;счетчик 31 тактов, счетрушений и управления фуйкциональным со- чик 32. строк,.формирователь. 33: кадровых стоянием с. помощью биологической импульсов,.фОрйирователь:34 строчных имобратной связй(БОС), содержащее датчики пульсон; формиpоsyтeль,35:поля„формирофизиологических параметров, блок первич- 10 ватель 36 знаков„-.формирователь 37 ной обработки физиологической. информа- изображения йараметра;. емеситель 38 виции, блок регистрации и: оценки деосигналов, цветомодулятор 39, блок: 40 достигаемых результатов. блок, синтеза сти- вычитания, цифроаналоговый преобраэомулов, блок установки. экстремального по- ватель.41 и дешифратор 42. рога и формирования ошибки и логический 15 Блок 9 содержитсчетчики 43-45 импульсае, регистры 46-49 памяти, блокй 50-52 элеНаиболее близким потехническойсущ.- ментов ИЛИ, блок.53.: выбора фонограмм, ности к предлагаемому является устройство магнитофон 54,. блок 55 ныбора режима осдля коррекции функциональног0 состояния - вещения. блок 56 обмена c памятью, блок 57 человека, содержащее и каналов формиро- 2О памяти, блок 58 сравнения кодов, элемент вания биологической: обратной связи, каж- . 59 задержки. и генератор 60 тактовых имдый из которых состоит иэ последовательно пульсов. соединенных датчика, усилителя:. процесса- Пуль" 10 управления содержит блок 61 ра и порогового блока,:коммутатор,дешиф- клавйатуры, буфер 62.клавиатуры; блок 63 ратор, блок электронных ключей и 25 управления памятью,-блок 64 памяти, генеиндикатор.. .. ратор 65 тактовых импульсов, выходной ре3ффективйостъ..известных. устройств гистр 66, шину 17 синхронизации и шины снижается по причине того; что коррекция 18-22 связи., производится без учета влйяния на челове- - Устройство работает следующим обрака внешней среды. (звуковой фон и освеще- 30 зом, ние). Датчики 2 блоков 1,1...1.п подключаютЦель изобретения- повышение эффек- ся к пациенту, Измеряемыми биосигналами тивности коррекции функционального со- могут быть электрическая активность голостояния человека путем оптимизации вногомозгаисердца,температура,электрипарамстров внешней среды а процессе кор- 35 ческое сопротивление кожи, изменение рекции. -. обьема грудной клетки при дыхании, измеНа фиг,1 представлена структурная cxe- . нение оптической плотности тканей и.т.д,. ма устройства; на фиг.2-схема блока изме- Выбор измеряемых биосигналов и их ренин параметров биосигналом: на фиг,3 — параметров в процессе сеанса коррекции схемаблокасинтезасигналовБОС; нафиг.4 40 осуществляется оператором (инструкто— схема блоков управления:внешней сре- ром). Сеанс кОррекции начинается с подгодой; на фиг.5 — схема пульта управления. товительного режима. В этом .режиме

Устройство для,коррекции функцйо- пациент йринимает наиболее удобную позу нального состояния: человека содержит и старается ни на что не реагировать. блоки 1.1...1.п формирования биосигналов, 45 .,Оператор на пульте 10 набирает номер каждый из которь1х:состоит из nîñëåäoâà- блока 1:(код номера блока 1 по шине 18 тельно. соединенных датчика 2 биосигнала, подается .на адресный ..вход аналогового .. усилитель 3 и блок 4 предварительной обра- коммутатора 5 и обеспечивает подключение ботки, аналоговый коммутатор 5. блок 6 ре- вйхода соответствующего блока 1 к входам гистрации, блок 7 измерения параметров 50 блоков 6 и 7),номер пациента и номер реги - биосигналов, блок 8 синтеза сигналов био- стратора (коды номера пациента и номера логической обратной связи, блок 9 управле- регистратор по шине 19 подаются в блок 6 ния внешней средой, пульт 10 управления, и обеспечивают подключение соответствотображения, управляемйй звуко- ющего регйстратора, например, самопйсца вой генератор 12, микшер 13,.усилитель 14 55 B блоке 6 и индексацию регистрируемой иннизкой частоты, акустический излучатель формации), номер параметра биосигнала

5, блок 16 освещения, шину 17 синхрони- (код параметра биосигнала.по ш.:че 20 позации, шины 18-22 связи. дается в блок 7 и обеспечивает измерение и

Блок 7 измерения параметров биосиг- статистическую обработкусоответствующеналов содержит измеритель 23 текущего го параметра (биосигнала). нала . значение про1745204 гнозируемого (задаваемого) параметра биосигнала и вид представления сигналов БОС (код прогнозируемого параметра и код БОС по шине 21 подаются в блок 8 и обеспечивают режим его работы), команду управления 5 внешней средой (код внешней среды и код номера пациента по шине 22 подаются в блок 9 и обеспечивает режим его работы).

При необходимости оператор устанавливает нужный коэффициент усиления уси- 10 лителя 3.

Сигнал с датчика 2 усиливается усилителем 3, очищается в блоке 4 предварительной обработки от артефактов и через аналоговый коммутатор 5 поступает в блоки 6 и 7. В 15 блоке 4. дополнительно осуществляется гальваническая развязка усилителя 3 с входом аналогового коммутатора 5. В блоке 7 измерения параметров биосигналов измеряется текущее значение вы- 20 бранного параметра биоси гнала п, например частота сердечных сокращений, и вычисляются статистические характеристики значений этого параметра, например среднее значение параметра П, отклонение 25 текущего значения от среднего ЛПь квадрат отклонения текущего значения от среднего ЛП;, дисперсия 0 .

Из блока 7 коды П;: П, Л Пь П г поступают в блок 6 для регистрации, коды П,-All;, 30 (Р в блок 8 для формирования сигналов БОС, код сР в блок 9 для выбора параметров внешней среды.

В блоке 8 коды П, Л П;, и (Р преобразуются в сигналы, пригодные для визуального отображения на телевизионном экране блока 11. Для звукового воспроизведения сигнала БОС. в блоке 8 из прогнозируемого значения параметра flo вычитается среднее значение параметра П, и полученная разни- 40 ца Ь П преобразуется в аналоговый сигнал. который попадает на управляемый звуковой генератор 12 и модулирует его по частоте или амплитуде. Сигнал с выхода звукового генератора 12 через микшер 13 и усилитель. 45

14 подается на акустический излучатель 15, По команде "Пуск" в блоке 9 через заданные промежутки времени начинает дискретно изменяться выбранная характеристика внешней среды, при этом 50 фиксируется и запоминается то состояние внешней среды, при котором дисперсия измеряемого параметра oÐ минимальна, Отдельно, фиксируется уровень освещения (яркость), цветовая гамма (цвет) освещения, звуковой фон (номер фонограмм). Звуковой фон создается воспроизведением фонограммы с магнитофона (звуковой сигнал через микшер 13 и усилитель 14 подается на

1 акустический излучатель 15), Освещение создается с помощью блока 16, представляющего собой ряд светильников различного . цвета и яркости.

Подготовительный период заканчивается выбором прогнозируемого значения параметра и вида предъявления сигнала БОС и вводом этих команд с пульта 10 в блок 8, после чего устройство начинает работать в режиме коррекции (саморегуляции) функционального состояния пациечта. В этом режиме в блоке 9 устанавливаются, фонограмма, яркость и цвет освещения, зафиксйрованные в подготовительном периоде, и вокруг пациента создается звуковой фон и цветовое освещение, при которых у пациента наблюдаются минимальные флюктуации регулируемого параметра биосигнала.

Наблюдая за усредненным значением параметра и его отклонение от прогнозируемого, пациент саморегуляцией своего состояния пытается уменьшить отклонения усредненного значения параметра от прогнозируемого, т.е. старается добиться равенства кодов П и Пр в блоке 8. Так как флюктуация среднего значения регулируемого параметра при благоприятных звуковом фоне и освещении, индивидуально .подобранных для каждого пациента, минимальны, эффективность саморегуляции (коррекции) функционального состояния повышается. Блок 6 обеспечивает регистрацию всех результатов.

Блок 7 работает следующим образом, Биосигнал с аналогового коммутатора 5 подается на измеритель 23, который осуществляет измерение выбранного параметра биосигнала и выдачу результата измерения в виде кодг в блоки 24, 26 и 28 синхронно сигналам шины 17. Измеряемым параметром может быть амплитуда биосигнала, период его повторения, длительность и др.

Режим измерения устанавливается от блока

28 в зависимости от кода параметра биосигнала, поступающего от блока 10 по шине 20, На каждом хронирующем такте шины 17 код измеренного текущего значения параметра П. через блок 28 записывается в блок

29, в блоке 26 производится вычисление среднего значения параметра П, Для этого из блока 29 извлекается вычисленное на предыдущем такте среднее значение параметра и номер предыдущего такта, которые вместе с П подаются в блок 26. В блоке 26 новое среднее значение параметра вычисляется путем умножения номера рредыдущего такта на среднее значение параметра на этом такте, суммирования полученного произведения с текущим значением пара1745204 метра и деления суммы на номер текущего такта. Новое. среднее значение параметра и номер текущего такта через блок 28 записывается в блок 29 для запоминания до следующего такта, Кроме того, новое среднее значение параметра П в блоке 24 вычитается из текущего, полученная разница в блоке

25 возводится в квадрат, в блоке 27, аналогично блоку 26, вычисляется среднее значение квадрата разницы, т.е. дисперсия о2.

Таким образом, на каждом такте хронирующего сигнала шины 17 в блоке 7 определяется текущее значение параметра Пь

, П среднее значение параметра П. =

N отклонение текущего значения параметра оТ среднего Л П =П -П, квадрат отклонения текущего значения параметра от среднего

hJli =(П -П) и дисперсия сТ

У П;-fl

- где N — номер текущего

N такта.

Коды Пь П, Л П;, Л Ui, о2 подаются в блок 6 для регистрации, коды П, 6Ль и aÐ в блок 8 для формирования сигналов БОС, код о2 в блок 9 для выбора параметров внешней среды.

Блок 8 работает следующим образом.

От пульта 10 по шине 22 на дешифраторе 42 поступает код БОС. В зависимости от этого кода включается либо генератор 30, либо цифроаналоговый преобразователь

41, либо то и другое. Одновременно с кодом

БОС от пульта 10 на выход блока 40 поступает код прогнозируемого значения параметра По, От блока 7 поступают коды параметров биосигналэ ЛП, о2 и П.

Для визуального отображения сигналов

БОС отдешифрэтора 42 включается генератор 30, частота импульсов которого равна

1=М1 M2+k где M> — число точек разрешения в строке;

Мг — число строк в кадре;

Fp — частота смены кадров телевизионного изображения в блоке 11.

Счетчик 31 циклически считает до М1. счетчик 32 — до Мг.

В формирователе ЗЗ образуются кадровые импульсы телевизионного сигнала, в формирователе 34 — строчные, С помощью формирователя 35 формируются границы и окраска поля для отображения всей информации, Значения ЛП; и а2 отображаются в цифровом виде в выбранной зоне экрана, для чего служит формирователь 36. Величины П и разности Л П=П,-П отображаются в аналоговой форме в виде длины линии или столбца, для чего служит формирователь 37.

Работа формирователей 35-37 поясняется на примере работы формирователя 35.

В любой текущий момент времени состояние счетчика 32 определяет номер строки в кадре, а состояние счетчика 31 — номер точки в строке, т,е, на входы формирователя 35 в каждый момент времени подаются текущие коды номера строки и точки в строке. В формирователе 35.с помощью схем сравнения кодов выделяются (селектируются) коды тех точек и строк, которые принадлежат выбранному полю, и формируются сигналы соответствующей яркости и цвета, Сигналы яркости подаются в смеситель 38, сигналы цвета — e цветомодулятор 39.

Аналогично формируются сигналы яркости и цвета формирователями 36 и 37, только значения селектируемых кодов точек и строк определяются кодами ЛПь о2, П и

hn.

В режиме звукового воспроизведения сигналов БОС код ГОП=ПО-Hj с помощью цифроаналогового преобразователя 41 преобразуется в аналоговый сигнал и подается на управляемый звуковой генератор 12.

Работа блока 9 поясняется на примере управления звуковым фоном. На магнитную ленту магнитофона 54 записаны фонограммы, отличающиеся одно от другой громкостью, ритмом, тональностью. Все фонограммы пронумерованы. Блок 53 обеспечивает воспроизведение той фонограммы. номер которой соответствует состоянию счетчика 43, или коду, извлеченному из блока 57 памяти и поступившему через блоки 56 обмена с памятью и 50 элементов ИЛИ.

В блоке 55 выбора режима освещения формируются сигналы, включающие светильники блока 16 освещения соответственно кодам, поступающим от счетчиков 44 и 45 или от блока 57 памяти через блоки 56 и 51, 52.

В подготовительном режиме в блок 9 управления внешней средой из блока 7 поступает код дисперсии параметра биосигнала, выбранного оператором для управления внешней средой, из блока 10 по шине 21— команды управления внешней средой (" Пуск", "Стоп", "Звук", "Яркость", "Цвет" ) и код номера пациента. Прии поступлении команды "Пуск" устанавливаются в исходное состояние счетчики 43-45, регистры 46-49 и запускается генератор 60. В исходном состоянии от блока 53 на магнитофон 54 пода-. ется только сигнал включения магнитофона (сигнал ьоспроизведения отсутствует), а от блока 55 на блок 16 подается сигнал включения белого цвета средней яркости.

1745204

12 блока измерения параметра биосигналов, второй информационный выход которого соединен с информационным входоь блока синтеза сигналов биологической обратной связи, а третий информационный выход блока измерения параметров биосигналов подключен к информационному входу блока управления внешней средой.

2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок измерения параметров биосигналов содержит измеритель текущего значения параметра, блок вычитания, блок умножения, два блока усреднения, блок памяти и блок обмена с памятью, при атом информационный вход измерителя текущего значения параметра является информационным входом блока измерения параметров биосигнала, хронирующий вход подключен к входам синхронизации измерителя текущего значения параметра и блока обмена с памятью, а командный вход соединен с адресным входом блока обмена с памятью, который соединен двусторонними шинами связи с входами управления первого и второго блоков усреднения и блоком памяти, командный выход блока обмена с памятью подключен к входу управления измерителя текущего значения параметра, информационный выход которого подключен к шине обмена и информационным входам вычитания первого блока усреднения и блока обмена с памятью, выход первого блока усреднения подключен к входу вычитаемого блока вычитания и к шине обмена. выход блока вычитания поключен к шине обмена и к информационным входам блока умножения, выход которого подключен к шине обмена и информационному входу второго блока усреднения, выход которого соединен с шиной обмена, к которой подключены все информационные выходы блока измерения параметров биосигналов.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, чта блок синтеза сигналов биологической обратной связи содержит генератор тактовых импульсов, счетчик тактов, счетчик строк, формирователи кадровых и строчных импульсов, поля, знаков и изображения параметра, смеситель видеосигналов, цветомодулятор. блок вычитания, цифроаналоговый преобразователь и дешифратор, при атом первые входы формирователей поля, знаков и изображения параметра обьединены и подключены к кодовому выходу счетчика строк, вторые входы этих формирователей объединены и соединены с кодовым выходом счетчиков тактов, счетный выход которого подключен к генератору тактовых импульсов, а выход переполнения — к счетному входу счетчика

35 строк и входу формирователя строчных импульсов, выход которого соединен с первым входом смесителя видеосигналов, выход переполнения счетчика строк через формирователь кадровых импульсов соединен с вторым входом смесителя видеосигналов, третий, четвертый и пятый входы которого подключены соответственно к первым выходам формирователей поля, знаков и изображения, вторые выходы которых соединены с соответствующими входами цветомодуляторэ, первый выход дешифратора подключен к входу разрешения генератора тактовых импульсов, а второй — к входу разрешейия цифроаналогового преобразователя, информационный вход которого соединен с выходом блока вычитания и четвертым входом формирователя изображения параметра, третий и четвертый входы формирователя знаков, третий вход формирователя изображения параметра и вход вычитания блока вычитания обьединены шиной связи, которая является информационным входом блока синтеза сигналов биологической обратной связи, командный вход Которого подключен к входу сложения блока вычитания и входу дешифратора, хронирующим входом является вход синхронизации дешифратора, первым выходам блока синтеза сигналов биологической обратной связи являются объединенные шиной выходы смесителя видеосигналов и цветомодулятора, вторым выходом — выход аналого-цифрового преобразователя, а информационным выходом — выход блока вычитания, 4. Устройство по и. 1, о тл и ч а ю ще е= я тем, что блок управления внешней средой содержит три счетчика импульсов, четыре регистра памяти, три блока элементов

ИЛИ, блок выбора фонограммы, магнитофон, блок выбора режима освещения, блок памяти, соединенный шиной связи с блоком обмена с памятью, генератор тактовых импульсов, блок сравнения кодов и элемент задержки, при этом счетные входы счетчиКоВ объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов и хронирующими входами блоков выбора фонограммы и режима освещения, кодовые выходы первого счетчика импульсов соединены с разрядными входами первого регистра памяти и через первый блок элементов

ИЛИ вЂ” с выходами блока выбора фонограммы, выход которого и второй вход соединены соответственно с входом и выходом магнитофона, кодовые выходы второго и третьего счетчиков импульсов соединены соответственно с разрядными входами второго и третьего регистров памяти и через

1745204

14 второй и третий блоки элементов ИЛИ вЂ” с соответствующими входами блока выбора режима освещения, первые информационные входы блока сравнения кодов соединены с разрядными входами четвертого 5 регистра памяти, кодовые выходы которого соединены с вторыми информационными входами блока сравнения кодов, выход. которого соединен с входами "Запись" первого, второго и третьего регистров памяти и .10 через элемент задержки — с входом "Запись" четвертого регистра памяти, выходы. первого, второго и третьего регистров памяти соединены с входами блока обмена с памятью, выходы которого соединены с вто- 15 рыми входами первого,.второго и третьего блоков элементов ИЛИ, информационным входом блока управления внешней средой являются объединенные первые входы блока сравнения кодов и разрядные входы чет- 20 вертого регистра памяти, хронирующим. входом — вход считывания блока сравнения кодов, командным входом — объединенные шиной связи адресный вход блока обмена с памятью, входы разрешения счетчиков им- 25 пульсов, соединенные между собой входы сброса счетчиков импульсов, регистров памяти и генератора тактовых импульсов, а также соединенные между собой входы считывания первого, второго и третьего регистров памяти, первой группой выходов блока управления внешней средой является выход блока выбора режима освещения, вторым выходом — выход магнитофона.

5, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что пульт управления содержит. последовательно соединенные блок клавиатуры, буфер клавиатуры, блок управления памятью и блок памяти, а также генератор тактовых импульсов и выходной регистр, подключенный к блоку управления памятью, выход генератора тактовых импульсов подключен к хронирующим входам блоков клавиатуры, памяти и управления памятью и буфера клавиатуры, хронирующим выходом пульта управления является выход генератора тактовых импульсов, а командными выходами — выходы выходного регистра.

1 745204 блок 8 с

Фиг 4

1745204

Редактор О. Хрипта

Заказ 2337 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного . омитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035: Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул.Гагарина. 101

Ch бф л г ф

Ъс

Составитель А, Дмитриева

Техред М.Моргентал Корректор 0; Кундрик