Устройство для оценки функционального состояния головного мозга

 

Использование: изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в экспериментальной медицине при оценке и прогнозировании функционального состояния оператора, & также в практическом здравоохранении при непрерывном контроле за состоянием больных с поражениями головного мозга в период проведения л ечебных мероприятий. Сущность: в устройстве ультразвуковые датчики выполнены в виде сферических многозлементных двумерных пьезопреобразователей с блоками управления, введен блок измерения, осуществляющий автоматическое определение комплексного показателя межполушарной асимметрии. 1 з.п.ф-лы, 2 табл., 12 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВедОмстВО сссР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4745336/14 (22) 03,10.89 (46) 15,05.93. Бюл. М 18 (71) Особое конструкторское бюро биологической и медицинской кибернетики Ленинградского электротехнического института им. В.И,Ульянова (Ленина) (72) M.È.Àëåêáåðîâ (56) Авторское свидетельство СССР

hL 403399, кл. А 61 В 5/02, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ГОЛОВНОГО

МОЗГА (57) Использование; изобретение относится к медицинской технике и может быть исПредлагаемое изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в экспериментальной медицине при оценке и прогнозировании функциональноt o состояния оператора, э также в практическом здравоохранении при .непрерывном контроле за состоянием больных с поражениями головного мозга в период проведения лечебных мероприятий.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов исследования путем обеспечения измерений показателей, характеризующих внутричерепное давление, артериальный приток и венозный отток, и вычисления комплексного показателя межполушарной асимметрии.

На фиг.1 представлены пульсовые кривые; на фиг.2 — функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.3- временные диаграммы работы устройства; на фиг.4— функциональная схема варианта выполнения генератора стробов; на фиг,5 — функциональная схема варианта выполнения блока Ы, 1814871 А1 (я)5 А 61 В 5/02 пользовано в экспериментальной медицине .при оценке и прогнозировании функционального состояния оператора, а также в практическом здравоохранении при непре.рывкам контроле за состоянием больных с поражениями головного мозга в период проведения лечебных мероприятий. Сущность: и устройстве ультразвуковые датчики выполнены в виде сферических многоэлементных двумерных пьезопреобразователей с блоками управления, введен блох измерения, осуществляющий автоматическое определение комплексного показателя межполушарной асимметрии. 1 з.п.ф-лы, 2 табл., 12 ил. визуализации; на фиг.6- пример выполнения сферического многоэлементного двумерного пьезопреобразователя; на фиг.7 — функциональная схема варианта выполнения многоканального ключа; на фиг.8- функциональная а схема варианта выполнения пульта управле- ( ния, на фиг.9- функциональная схема варианта выполнения блока измерения; на фиг.10) д

11, 12 -! функциональные схемы вариантов выполнения узлов блока измерения.

В табл.1 приведены зондирующие weменты пьезообразователей при организации из 16 пьезоэлементов; в табл.2— преобразование кодопреобразоаатепей блоков управления.

° Ф

Предлагаемое устройство (фиг.2) содержит коммугатор1, возбудитель 2, усилитель 3, синхронизатор 4, генератор 5 стробов, распределитель 6 сигналов, селектор 7 эхосигналов, блок 8 визуализации, сферические многоэлементные двумерные пьезопреобразователи 9 и 10 (СМДП), блоки 11 и 12 управления. каждый из которых состоит из

1814871

15

55 многоканального ключа 13, преобразователя 14 кодов, мультиплексора 15 и формирователей 16 и 17 кодов управления, а также панель 18 индикации, пульт 19 управления, фильтры 20 — 23 и блок 24 измерения, Причем первый выход синхронизатора 4 соединен с первым входом блока 8 визуализации и вторым входом генератора 5 стробов, второй выход синхронизатора 4 соединен с вторым входом селектора 7 эхосигналов, выход которого подключен к третьему входу распределителя 6 сигналов, с вторым входом блока

8 визуализации и с входом возбудителя 2, выход которого подключен к первым входам коммутатора 1 и усилителя 3, третий выход синхронизатора 4 соединен с первым входом распределителя 6 сигналов, с первым входом генератора 5 стробов, с третьим вхо- дом блока 8 визуализации и со вторым Входом усилителя 3, выход которого подключен к первому входу селектора 7 эхосигналов и к пятому входу блока 8 визуализации, шестой вход которого подключен к выходу генератора 5 стробов, соединенного с третьим входом селектора 7 эхосигналов, четвертый выход синхронизатора 4 соединен с четвертым входом блока 8 визуализации, с третьим входом генератора 5 стробов и со вторым входом распределителя 6 сигналов, четыре выхода которого подключены к входам соот ветственно фильтров 20 23, выходы которых подключены к четырем входам блока 24 измерения, выход которого является выходом устройства, пятый выход синхронизатора 4 соединен с вторым входом коммутатора 1, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами блоков 11 и 12 управления, шестой выход синхронизатора. 4 соединен с вторыми входами блоков 11 и 12 управления, третий и четвертый входы блоков

11 и 12 управления подсоединены к четырем входам пульта 19 управления, первые выходы блоков 11 и 12 управления noäcoåäèíåíû к двум входам панели 18 индикации, а вторые выходы блоков 11 и 12 управления подсоединены соответственно к СМДП 9 и 10.

В блоках 11 и 12 формирователи 16 и 17 кодов управления соединены последовательно через мультиплексор 15, преобразователь 14 кодов с многоканальным ключом

13, второй вход которого является первым входом блоков 11 и 12 управления, вход мультиплексора 15 является вторым входом блоков 11 и 12, входы формирователей 16 и

17 кодов управления являются третьим и четвертым входами блоков 11 и 12, а входы преобразователя 14 кодов и многоканального ключа 13 являются соответственно первым и вторым входами блоков 11 и 12.

Устройство для оценки функционального состояния головного мозга состоит из двух каналов (фиг.2). Первый канал в устройстве представлен СМДП 9, блоком 11 управления и фильтрами 20, 21. а второй канал—

СМДП 10, блоком 12 управления и фильтрами 22, 23. Остальные блоки устройства являются общими для двух каналов. Каждый из двух каналов состоит из двух подканалов.

Первый подканал в первом канале представлен формирователем 16 кода управления и фильтром 20, а второй подканал— формирователем 17 и фильтром 21, Остальные узлы первого канала являются общими для двух подканалов. Аналогично устроен и второй канал устройства.

Каналы и подканалы устройства работают последовательно во времени и синхронизированы сигналами синхронизатора 4 с частотами BFon, 4Fon, 2Fon, Гоп и оп (диаграммы И +Ив, фиг.3). Сначала активным становится первый подканал первого канала (временный интервал (t1-to); фиг.3), затем второй подканал первого канала (временный интервал (t2 — т1), потом первый подканал второго какала (временный интервал (тэ — <2) затем второй подканал второго канала (интервал (t4 — тэ), а потом вновь первый подканал первого канала (интервал (t5 — t4) и т.д. (фиг.3). В связи с идентичностью каналов и подканалов дальнейшее описание работы устройства рассмотрим на примере первого подканала в первом канале(интерВалы (tt to) и (т5 t4)i фиг.3), Активность первого подканала в первом канале определяется сигналами, вырабатываемыми на выходах 3 — 6 синхронизатора 4 (Из-И5; фиг.3). В конце предыдущего цикла работы устройства, когда активным был второй подканал во втором канале, на выходах5 и 6 синхронизатора 4 вырабатываются сигналы логической единицы (И5, И7). Под управлением И5 выход формирователя 16 с помощью мультиплексора 15 будет скоммутирован на вход преобразователя 14 кодов, при этом цифровой двоичный код формирователя 16 будет управлять ключами многоканального ключа 13, а под управлением Ит вход 1 коммутатора 1 будет подключен на первый его выход. Тогда в момент времени

to по передним фронтам импульсов, вырабатываемых на выходах 1-4 синхронизатора

4(И1-И4) будут запущены блок 8 визуализации, селектор 7 эхосигналов, распределитель 6 сигналов, генератор 5 стробов и возбудитель 2, который высоковольтным импульсом через коммутатор 1 и открытые ключи многоканального ключа 13 блока 11 управления, управляемые двоичным кодом формирователя 16. возбуждает пьезоэлементы соответствующего зондирующего

1814871

5 l0

O элемента (табл.2; фиг.9) СМДП 9, излучающие ультразвуковые колебания в полость черепа (И7). Достигнув затылочной кости, часть ультразвуковой энергии отражается, воспринимается теми же пьезоэлементами

СМДП 9, преобразуется ими в электриче. ские сигналы, суммируются и поступают на вход усилителя 3 (Ит).

Усилитель 3 имеет переменный коэффициент усиления. так как сигналы, отраженные от затылочной кости и средней мозговой артерии, значительно отличаются друг от друга по амплитуде. Изменение коэффициента усиления производится вручную двумя регуляторами, подключаемыми к усилителю 3 попеременно с частотой 2Fon(Vb).

Продетектированный сигнал (Из) с выхода усилителя 3 поступает в блок 9 визуализации для отображения в виде эхограммы и в селектор 7 эхосигналов, который под управлением генератора 5 стробов производит выделение сигнала, отряженного от затылочной кости.

Генератор 5 стробов синхронизирован импульсами с частотами BFpn, 2Fpn, Fpn и вырабатывает последовательно во времени два подвижных строба (И11). Имеется возможность одновременного перемещения импульсов стробов относительно зондирующего импульса вручную своим регулятором, включение которого осуществляется под управлением сигналов с частотами 2Fon и Fpn.

Первый строб используется в селекторе

7 зхосигналов для выделения сигнала, отраженного от затылочной кости, второй строб в блоке 8 для визуализации.

Блок визуализации синхронизирован импульсами с частотами BFon, 4Fon 2Fon, оп

Блок 8 обеспечивает визуализацию эхограммы (суммарный отраженный сигнал) и строба, Импульсы с частотой BFpn синхронизируют развертку (Ng), с частотами 4Fon, 2Fon и Fon разделяют на экране ЭЛТ блока 8 эхограммы и стробы каналов и подканалов.

Аналогично работает и второй под анал первого канала ((2- 1); фиг.2), который переводится в активное состояние сигналом логического нуля, вырабатываемом на выходе

6 синхронизатора 4 в конце предыдущего цикла работы устройства. При этом ключами многоканального ключа 13 блока 11 управления будет управлять двоичный код формирователя 17.

Аналогично описанному выше работает и второй канал устройства, первый подканал которого переводится в активное состояние при логическом нуле на выходе 5 (Ие) и логической единице на выходе 6 (Ип) синхронизатора 4. Второй подканал второго канала будет находится в активном состоянии

55 при логическом нуле на выходах 5 и 6 синхронизатора 4.

Таким образом на выходе усилителя 3 последовательно во времени с частотой Fpn попеременно появляются (Из): — серия продетектированных отраженных сигналов от структур, расположенных на тракте зондирования ультразвукового луча первого подканала в первом канале; — серия продетектированных отраженных сигналов от структур, расположенных на тракте зондирования ультразвукового луча второго подканала в первом канале;

--серия продетектированных отраженных сигналов от структур, расположенных на тракте зондирования ультразвукового луча первого подканала во втором канале; — серия продетектированных отраженных сигналов от структур, расположенных на тракте зондирования ультразвукового луча второго подканала во втором канале.

Коэффициент усиления усилителя 3 в первых подканалах устанавливается первым регулятором усилителя, обеспечивая при этом линейный режим усиления сигналов, отраженных от затылочной кости, а коэффициент усиления во вторых подканалах вторым регулятором усилителя 3, обеспечивая линейный режим усиления сигналов, отраженных от средних мозговых артерий.

Эхограммы и стробы на экране ЭЛТ блока 8 визуализации отображаются в следующей последовательности сверху вниз (И19 фиг.3): — эхограмма и строб первого подканала в первом канале; — эхограмма и строб второго подканала в первом канале; — эхограмма и строб первого подканала во втором канале; — эхограмма и строб второго подканала во втором канале.

В процессе работы с устройством оператору (врачу) на экране ЭЛТ блока 8 визуализации необходимо совместить стробы первых подканалов с сигналами, отраженными от затылочной кости, а стробы вторых подканалов с сигналами отраженными от средних мозговых артерий, расположенных

s разных полушариях. Селектор 7 эхосигналов при этом будет выделять искомые эхосигналы для дальнейшей обработки.

С выхода селектора 7 выделенные отраженные сигналы (И 2) последовательно поступают на вход распределителя 6, в котором они разделяются: — с первого выхода распределителя последовательность отраженных сигналов от затылочной кости левого полушария (И з) поступает нз вход фильтра 20;

1814871 — со второго выхода последовательность отраженных сигналов от средней мозговой артерии левого полушария (и14) поступает на вход фильтра 21; — с третьего выхода последовательность 5 от1 аженных сигналов от затылочной кости правого полушария (И в} поступает на вхад фильтра 22; — с четвертого выхода последовательность отраженных сигналов от средней моз- 10 говой артерии правого полушария (И16) поступает на вход фильтр 23.

Фильтры 20 и 22 выделяют пульсовые сигналы (эхоплетизмограммы) из последовательности сигналов, отраженных от заты- 15 лочной кости, а фильтры 21 и 23 выделяют. пульсовые сигналы (эхопульсограммы) из последовательности сигналов, отраженных от средних мозговых артерий соответственно левого и правого полушарий. С выходов 20 фильтров 20-23 пульсовые сигналы постулают на входы блока 24 измерения.

Блок 24 в каждом пульсовом цикле производит измерение показателей внутричерепного давления, артериального притока и 25 венознОГО Оттока в правом и левом ПОлушариях, попарное их сравнение и вычисление комплексного показателя межполушарной асимметрии по формуле:

Р=К1 I — — — I +

Вл Вп

Ал Аn

+К21 — — — 1 +Кз 1 — — — I

an an Сл Сл

Кл Кл Вл BA

В где — — показатель внутричерепного дав- 35

А ления; а — — показатель артериального притока

Т (тонус артериальных сосудов);

С 40 — — показатель венозного оттока; а — длительность анакротической фазы эхопульсограммы, мс (фиг.1а);

Т вЂ” длительность всей пульсовой волны эхопульсограммы, мс; 45

А — максимальная амплитуда эхопульсограммы, МВ;

 — максимальная амплитуда эхоплетизмограммы, МВ (фиг.16);

С вЂ” амплитуда дикротического зубца 50 эхоплетизмограммы, МВ; л — индекс левого полушария; и — индекс правого полушария;

К -Кз — нормирующие коэффициенты, по значению которого Оценивают текущее 55 функциональное состояние головного мозга: при Р=-0 — состояние нормальное, а при

Р 4 0 — состояние ухудшенное, причем чем больше значение комплексного показателя отличается от нуля, тем состояние мозга более ухудшено.

Нормирующие коэффициенты КгКз оцениваются экспериментальным путем по вкладу, вносимому каждым из этих показателей в комплексный показатель межполушарной асимметрии, а следовательно в оценку функционального состояния головнОГО мозГа. В частном случае Они МОГут быть уравнены и приняты за единицу;

В блоках 11, 12 управления формирователи 16 и 17 производят формирование и фиксацию двоичных кодов управления соответственно первого и второго подканалов, осуществляющих управление кл очами многоканального ключа 13, Мультиплексор 15 производит коммутацию ОднОГО из дВух цифрОвых дВОичных кодов на вход преобразователя 14 кодов, который осуществляет преобразование входного кода в. код управления многоканальным ключом 13.

Многоканальный ключ 13 состоит из набора ключей с двойной проводимостью, Один иэ двух сиГнальных выводов KQTopblx объединены и подключены к соответствующему выходу коммутатора 1, а вторые выводы ключей подключены к пьезоэлементам

СМДП 9 (10).

Сферический многоэлементный двумерный пьезопреобразователь 9 (10} представляет собой набор пьезоэлементов, расположенных на поверхности вогнутой сферы собранных в едином корпусе, каждый из которых под управлением двоичного кода, поступающего на вход управления многоканального ключа 13 может находиться в активном состоянии, т.е. излучать и принимать отраженные сигналы.

При проведении биологических исследований геометрические размеры излучающего элемента или групп элементов выбирают такими, чтобы исследуемые структуры располагались в ближней зоне ультразвукового поля. С целью обеспечения этого условия, возбуждение пьезоэлементов в СМДП осуществляется группой, путем одновременного параллельного включения нескольких пьезоэлементов, с образованием зондирующего элемента, под которым понимается группа активных соседних пьезоэлементов, одновременно излучающих и принимающих ультразвуковые колебания.

При работе устройства сферические многоэлементные двумерные пьезопреобразователи 9 и 10 фиксируются симметрично срединной сагиттальной плоскости. на лобной кости черепа, причем СМДП 9 в области правого лобного бугра, а СВДП 10 в области левого бугра, 1814871

Управление ультразвуковым лучом в каждом подканале двух каналов производится с помощью двоичных кодов, зафиксированных в формирователях 16, 17 блоков

11 и 12 управления. Путем изменения этих 5 двоичных кодов с помощью пульта 19 управления, можно в подканалах двух каналов перемещать зондирующий элемент по рабочей поверхности СМДП 9 (10), а следовательно и ультразвуковой луч в пространстве 10 мозговой ткани, тем самым производить поиск объекта локации и оптимальное по углу наведения иа него луча. При отжатых кнопках "перемещения зондирующего элемента" на пульте 19 управления происходит 15 фиксация кодов в формирователях 16, 17 блоков 11 и 12 управления и соответственно данным кодам включение подканальных зондирующих элементов на СМДП 9 и 10.

Пример ы. Коммутатор 1 может быть 20 выполнен на двух ключах с двойной проводимостью, например, на транзисторах КП 905А или реле типа РЭС 64А, Под управлением сигнала, подаваемого на второй вход коммутатора 1; первый его вход будет коммутироваться 25 либо на первый, либо на второй его выход.

В качестве возбудителя 2 и усилителя 3 могут быть использованы блоки эхоэнцефалоскопа ЭЭС-12. Усилитель 3 дополнен электронным переключателем цепей руч- 30 ной регулировки усиления соответствующих эхограмм. На управляющий вход усилителя 3 поступают прямоугольные импульсы синхронизатора 4 с частотой 2Foo—

500 Гц, используемые для управления алек- 35 тронным переключателем.

Синхронизатор 4 вырабатывает прямоугольные импульсы со скважностью 2: выход 1 — 2000 Гц (8Еоп); выход 2 — 1000 Гц (4Fon); 40 выход 3 — 500 Гц (2Fon); выход 4 — 250 Гц (Fop): выход 5 — 250 Гц (Г"оп); выход 6 — 500 Гц (2Роп).

Импульсы синхронизации с частотой 45

2000 Гц могут вырабатываться например, симметричным мультивибратором, а частота

1000 Гц, 500 Гц, и 250 Гц — делением частоты

2000 Гц соответственно на 2, 4 и 8. Прямоугольные импульсы на выходе 6 с частотой 50

500 Гц вырабатываются путем сдвига ео времени сигнала на выходе 3, что может производиться, например, одновибратором, а импульсы на выходе 5 вырабатываются путем деления на 2 сигналов на выходе 6. 55

Генератор 5 стробов, схема электрическая функциональная которого приведена иа фиг.4. содержит электронный переключатель 25, генератор 26 пилообразного иапряххение (ГПН), схему 27 среенение, одновибратор 28 и четыре переменных резистора R1 R4 перемещения соответствующих стробов. ГПН 26 синхронизироввн прямоугольными импульсами с частотой

2000 Гц (вход 1). В момент сравнения "пилы" с напряжением регулятора смещения строба, на выходе схемы 27 сравнения вырабатывается импульс запуска одновибраторз

28, при этом ГПН 26 устанавливается в исходное состояние (и1о. и11; Фиг,З). Электронный переключатель 25, управляемый импульсами частотой 500 Гц и 250 Гц, обеспечивает передачу на вход схемы 27 сравнения напряжения, соответствующего положению регулятора смещения стообов, На выходе одновибратора 28 вырабатываются импульсы длительностью около, например, 10 мкс. Пределы перемещения импульса стробов определяются макси- . мально возможной глубиной залегания исследуемой структуры — затылочной кости.

При максимальной глубине, например, 200 мм и напряжения с резисторов Я1 84, равным 5 В, амплитуда "пилы" будет составлять

5 В, а ее длительность около 267 мкс, Распределитель 6 сигналов может быть выполнен, например, по схеме обычного распределителя, который под управлением сигналов управления, поступающих на первые два его входа, третий вход будут коммутировать иа один иэ его четырех выходов

Селектор 7 эхосигналов представляет собой, например, ключ, управляемый стробами с частотой 4Fon, таким образом, чтобы ключ открывался на время действия первого строба в каждой серии стробов.

Блок 8 визуализации (фиг.5) содержит: переключатель 29, генератор 30 развертки, формирователь 31 импульсов подсветки и

ЭЛТ 32 с усилителями Х, Y u Z.

Работа блока 8 визуализации поясняется диаграммами ИО, И1 -И 19 (фиг.3), где:

Ng — напряжение развертки, поступающее на усилитель Х;

И 17 — импульсы прямого хода развертки;

И 1э — импульсы подсветки, следующие иа усилитель Z;

И1э — сигнал, поступающий на вход 1 усилителя Y.

Усилители Х, Y, Z и генератор 30 развертки могут быть выполнены, например, как в осциллографе С1-68. Режим работы генератора 30 развертки (И, фиг.Ç) — ждущий, скорость развертки должна обеспечивать визуализацию всей эхограммы и определяется максимально aîsèîæíûì расстоянием

"лоб-затылок". Так при расстоянии "лоб-затылок" равном 200 мм, средней скорости ультразвука в мозге — 1500 м/сек и развертки по горизонтали на ЭЛТ равной 80 мм, 1814871 требуемая скорость развертки будет составлять мм/сек, при этом 1 мм развертки по горизонтали на экране ЗЛТ 32 будет соответствовать 2,5 мм глубины залегания исследуемой структуры.

Формирователь 31 подсветки обеспечивает подсветку развертки луча ЭЛТ 32 на время предьявления эхограмм и стробов.

Переключатель 29 сигналов и напряжений

И ...И центровки процессов на экране ЭЛТ

32 может быть реализован, например, на микросхемах К133 КП5 или К133 КП7.

Сферические многоэлементные двумерные пьезопреобразователи 9 и 10 могут быть выполнены, например, как показано на фиг.б, На фиг.ба представлен технический рисунок, а на фиг.бб чертеж (вид сборки) СМДП 9 (10), представляющего собой набор из 64 квадратных пьезоэлементов 3396, размером 4х4 мм, с резонансной частотой излучения 1,76 МГц. помещенных в корпус 98. Корпус 98 выполнен из легкого синтетического материала, внеииие металлизированные поверхности пьезоэлементов покрыты четве ртьвол новым согласующим слоем 101, внутренние демпфированы демпфером 99, а пьезоэлементы с помощью отводящих проводников подсоединены к кабелю 97, соединяющий СМДП 9 (10) с многоканальным ключом 13 блоков 11 и 12 управления. СМДП 9 (10) снабжен эластичной мембраной 102, покрывающей рабочую поверхность преобразователя, свободное пространство между которыми заполнено акустически прозрачной жидкостью 100. При организации зондирующего элемента из !6 соседних пьезоэлементов, сгруппированных в квадрат, максимальное количество зондирующих элементов в СМДП 9 (10) будет 26. На фиг.8 представлена таблица 1, в которой перечислены все номера зондирующих элементов при его организации из 16 пьезоэлементов и, входящие в их состав, соответствующие им пьезоэлементы.

Многоканальный ключ 13 может быть выполнен на ключах 103>-103k с двойной проводимостью, например, на реле типа РЗС 64А.

Коли гество k будет определяться количеством пьезоэлементов в СМДП 9 (10) и его организацией. Так, при количестве пьезоэлементов в

СМДП равном 64 и его организации 16, значение k-64, а многоканальный ключ 13 можетбыть реализован, например, по схеме приведенной на фиг.7, в которой один иэ двух сигнальных выводов реле объединены (аналогичный вход). а вторые выводы (аналогичный выход) используется для подключения к пьезоэлементам СМДП 9 (10).

Кодопреобразователь 14 производит преобразование пятиразрядного двоичного кода, поступающего на его вход, в k-разрядный двоичный код управления, который через многоканальный ключ 13 будет управлять включением пьезоэлементов

СМДП, На фиг.9 представлена таблица 2 преобразования пятираэрядного кода в kразрядный код включения соответствующего зондирующего элемента, которая полностью определяет структуру кодопреобраэователя 14.

Мультиплексор 15- цифровой, производит коммутацию одного из двух цифровых входов на выход и может быть реализован, например, на микросхемах К133 КП5.

Формирователи 16 и 17 кодов управления,могут быть выполнены, например, как двоичные реверсивные пятиразрядные счетчики, с коэффициентом пересчета 25, и могут быть реализованы, например, на микросхемах К133 ИЕ7.

Панель 18 индикации представляет собой две светодиодные матрицы, каждая из которых состоит из 64 светодиодов типа АЛ

307АМ. Каждая матрица подключена к соответствующему входу панели 18 индикации.

30 Пульт 19 управления может быть, например, выполнен по схеме, пре,цставленной на фиг.10. состоящей из генератора 104 импульсов, логических элементов И 105—

112 и кнопок 113-120. Генератор 104 импульсов вырабатывает импульс с частотой

0,5 Гц, поступающие на первые входы логических элементов И 105-112.

Выход элемента 105 соединен с прямым входом формирователя 16, выход элемента

106 соединен с инверсным входом формироBGTQEIA, а выходы элементов 107 и 108 соответственно соединены с прямым и инверсным входами формирователя 17 блока 11 управления. Аналогично выходы элементов 109-112 соединены с соответствующими прямыми и инверсными входами формирователей 16 и

17 блока 12 управления.

Рассмотрим как осуществляется управление перемещением ультразвукового луча в первом подканале первого канала, луч которого формируется из 16 пьезоэлементов. сгруппированных в зондирующий элемент (табл.1; фиг.8).

Зондирующий элемент в данном подканале можно перемещать по СМДП 9 справа . налево, сверху вниз в режиме прямого счета и слева направо, снизу вверх — в режиме инверсного счета. Для перемещения зондирующего элемента в режиме прямого счета на пульте 19 управления нажимают кнопку 113.

18 34871

При этом импульсы с частотой 0,5 Гц с вы "ода логического элемента 105 будут. поступать на вход прямого счета формирователя

16 кода управления и увеличивать на единицу младшего разряда его выходной двоичный пятиразрядный код, под управлением которого зондирующий элемент первого подканала будет смещатьСя на СМДП 9, Аналогично в первом подканале первого канала будет осуществляться режим инверсного счета, который включается нажатием кнопки 114 на пульте 19 управления. При этом импульсы с выхода элемента

106 будут поступать на вход инверсного счета формирователя 16. которые с частотой поступления будут уменьшать на единицу младшего разряда выходной код формирователя 16. Зондирующий элемент в данном подканале с частотой 0,5 Гц будет, согласно таблице 2 (фиг,9), перемещаться по СМДП 9 в обратном направлении, Аналогично описанному выше, осуществляется управление ультразвуковым лучом во втором подканале первого канала (элементы 107. 108; кнопки 115; 116), а также ультразвуковыми лучами в первом и втором подканале второго канала (элементы 109112; кнопки 117-120).

В пульте 19 управления генератор 104 импульсов может быть реализован по известной схеме, а логические элементы 105112, например, на микросхеме К133 ЛАЗ.

Кнопки 113-120 пульта управления могут быть реализованы, например по известной схеме, обеспечивающей устранение дребезга контактов при замыкании и размыкании, Фильтры 20-.-23 могут быть выполнены, например, в виде последовательно соединенных фильтра нижних частот с частотой среза 10 Гц и фильтра верхних частот с час-. тотой среза 0,5 Гц.

Блок 24 измерения может быть выполнен либо программно, в виде набора программ, реализующих алгоритм вычисления комплексного показателя межполушарной асимметрии в реальном масштабе времени на любой мини- и микроЭ ВМ, либо аппаратно. Пример аппаратной реализации блока

24 измерения показан йа фиг.11. Блок 24 включает в себя блоки 121 и 122, осуществляющие измерения амплитудно-временных параметров зхоплетизмограмм и эхоплетиэмограйм соответственно левого и правого полушарий, блоки 131-133, осуществляющие вычисление разности, поступающих нв их входы сигналов, блоки 134-136, осуществляющие вычисление модуля входного сигнала и блок 137, осуществляющий функцию суммирования. Блоки 121-122 идентичны, каждый иэ которых состоит из измерителей

123-127 и делителей 128-130.

Измеритель 124 производит измерение максимальной амплитуды (В) в и;льсовом

5 цикле эхоплетизмограммы, а измеритель

125 — измерение максимальной амплитуды (А) в пульсовом цикле эхопульсограммы, Эти измерители 124 и 1;25 по функциональному назначению и технической реализации

10 идентичны и могут быть выполнены, например, по схеме, показанной на фиг.12. Схема содержит: выдепитель 138 модуля, нуль-орган 139, схему 140 управления, АЦП 141, сумматор 142, регистр 143 и цифро-аналого15 вый преобразователь 144 (ЦАП) АЦП 141 последовательного счета состоит из схемы

145 сравнения, генератора 146, счетчика

147 и ЦАП 148, Измерение амплитуды положительной полуволны производит АЦП 141.

20 Генератор 146 вырабатывает прямоугольные импульсы с частотой 50 КГц, счетчик 147 двоичный подсчитывает количество импульсов, поступающих на счетный вход. Отрицательная полуволна входного сигнала

25 инвертируется в выделителе 138 модуля и далее измеряется тем же АЦП 141, предварительно установленным в исходное состояние.

Суммирование положительных и отрицатель-. ных амплитуд производится в сумматоре t42

30 и путем подсчета числа импульсов генератора

146 в процессе двух последовательных преобразований в АЦП 141. Сумматор 142 выполнен в виде двоичного счетчика. Обновление результатов суммирования производится в

35 регистре 143, после чего АЦП и сумматор 142 устанавливаются в исходное состояние. Схема 140 управления синхронизирована импульсом нуль-орган 139 и вырабатывает импульсы сброса АЦП 141, сумматора 142 и

40 перезаписи регистра 143. В измерителях 124 и 125 элементы 138-144 мокнут быть реализованы, например, выделитепь 138 модуля по известной схеме, нуль-орган 139 по известной схеме; сумматор 142 на микросхемах

45 К133 ИЕ5, а регистр 143 и ЦАП 144 на микросхеме 572 ПА2.

В АЦП 141 элементы 145 — 148 могут быть реализованы, например, схема 145 сравнения на микросхеме К 554 СА2, генератор 146

50 по схеме управляемого генератора, счетчик

147 на микросхемах К133 ИЕ5, ЦАП 148 на микросхеме 572 ПА2.

В блоках 121 и 122 измеритель 126 производит измерение длительности анакроти55 ческой фазы (в) в пупьсовом цикле эхопульсограммы, а измеритель 127 — измерение длительности всей пупьсовой волны

Щ. Измерители 126 и 127 могут быть вы попнены, например, по схеме, показанной на фиг.12. Схема содержит: нуль-орган 149, регистр

1814871

150, дифференциатор 151, схему 152 управления, триггер 153, нуль-орган 154, логический элемент

155 И, двоичные счетчики 156 и 157, регистры 158 и 159 и ЦАПы 160 и 161.

Зхопульсографический сигнал поступает одновременно на входы куль-органа 149 и дифференциатора 151. По переднему и заднему фронтам сигнала, вырабатываемого на выходе нуль-органа 149, схема 152 управления вырабатывает четыре сигнала: первые два сигнала управляют измерением длительности (Т) всей пульсовой волны эхопульсограммы, а вторые два сигнала — измерением длительности (а) только ее анакротической фазы.

Двоичный счетчик 156 производит подсчет прямоугольных импульсов, поступающих на его счетный вход с выхода генератора

150 в течении пульсового цикла, регистр 158 формирует двоичный код длительности Щ всей пульсовой. волны в каждом пульсовом цикле, а ЦАП 160 преобразует двоичный код в аналогичный сигнал.

Измерение длительности (а) анакротической фазы производится следующим образом. Дифференциатор 151 производит дифференцирование входного сигнала, нуль-орган 154 формирует на своем выходе сигнал логической единицы, только в те моменты времени, когда первая производная имеет положительное значение. Логический элемент 155 и формирует и подает на счет.ный вход двоичного счетчика 157 прямоугольные импульсы только во временном интервале анакротической фазы. Счетчик

157 производит посчет поступивших импульсов, регистр 159 формирует двоичный код длительности (а) анакротической фазы в пульсовом цикле, а ЦАП 161 преобразует . двоичный код в аналоговый сигнал, 8 измерителях 126 и 127 элементы 149161 могут быть реализованы, например, нуль-органы 149 и 154 по известной схеме, генератор 150 по любой схеме генератора прямоугольных импульсов, дифференциатор 151 по известной схеме, триггер на микросхеме133 TM 2, логический элемент 155 И на микросхеме К133 ЛА4, двоичные счетчики 156 и 157 на микросхемах К133 ИЕ5, регистры 158 и 159 и ЦАПы 160 и 161 на микросхемах 572 ПА2.

Измеритель 123 производит измерение амплитуды дикротического зубца (С) в пульсовом цикле эхоплетизмограммы и может бы-ь выполнен по схеме, показанной на фиг.14. Схема содержит схему 162 сравнения, генератор 163, двоичный счетчик 164, регистр 165, нуль-орган 166, схему 167 управления, дифференциатор 168, нуль-орган 69 и ЦАПы 170 и 171, Элементы 166-1 69 формируют два сигнала, первый из которых управляет двоичным счетчиком 164, а второй регистром 165. Формирование этих сигналов поясняется временными диаграммами, представленными на фиг.14. Первый сигнал запускает аналогоцифровой преобразователь, представленный элементами 162-164, 170, который формирует на выходе счетчика 164 двоичный код амплитуды дикротического зубца, а второй сигнал запиеываетсформированный код в регистр 165. ЦАП 171 преобразовывает двоичный код в аналоговый сигнал, В измерителе 123 элементы 162-171 могут быть реализованы, например, схема 162 сравнения на микросхеме К554 СА2, генератор 163 по схеме управляемого генератора, счетчик 164 на микросхемах К133 ИЕ5, регистр 165и ЦАП 171 на микросхеме 572 ПА2.

ЦАП 170 на микросхеме 572 ПА2, нуль-орган

166 и 169 по известной схеме, а дифференциатор 168 также по известной схеме.

Делители 129-130 в блоках 121 и 122 представляют собой аналоговые одноквадратные делители напряжения, известные в технической литературе. Блоки 131-133, определяющие разность сигналов, могутбыть реализованы, например, по известной схеме, Блоки 134-136, осуществляющие вычисление модуля входного сигнала, могут быть реализованы, например по известной схеме, а блок 137, осуществляющий суммирование, поступающих на его входы сигналов, может быть реализован также по известной схеме.

Предлагаемое изобретение-устройство позволяет достичь следующие общественно-полезные эффекты; — повысить точность определения комплексного показателя межполушарной асимметрии путем формирования и оптимального по углу ввода в полость черепа четырех независимых ультразвуковых лучей, по два луча в каждое полушарие; — определять комплексный показатель межполушарной асимметрии непрерывно, в реальном масштабе времени; — упростить поиск и наведение ультразвуковых лучей на объекты локации за счет применения электронно-управляемых сферических многоэлементных двумерных пьезопреобразователей; — упростить процесс определения функционального состояния за счет измерения показателей, характеризующих внутричерепное давление, артериальный приток и венозный отток, и вычисления комплексного показателя межполушарной асимметрии.

1814871

Таблица 3

Формула изобретения

1. Устройство для оценки функционального состояния головного мозга, содержащее усилитель, возбудитель, генератор стробов, селектор эхосигналов, блок визуализации, первый и второй фильтры, первый и второй пьезообразователи, синхронизатор, первый, второй, третий, четвертый выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и четвертым входами блока визуализации, пятый вход которого соединен с выходом усилителя и С первым входом селектора эхосигналов, второй вход которого соединен с вторым входом блока визуализации и с входом возбудителя, выход которого соединен с первым:входом усилителя, второй вход которого соединен 6 третьим входом блока визуализации и первым входом генератора стробов, выход которого соединен с третьйм входом селектора эхосигналов и с шестым входом блока визуализации, первый и четвертый входы которого соединены с вторым и третьим входами генератора стробов, о т л и ч ае щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности результатов иссследованиК путем обеспечения измерения показателей, характеризующих внутричерепное давление, артериальный приток и венозный отток, и вычисления комплексного показателя межполушарной асимметрии, в устройство введены коммутатор, распределитель сигналов, панель индикации, пульт управления, два фильтра. блок изменения и два блока управления, причем третий и четвертый выходы синхронизатора соединены соответственно первым и вторым входами распределителя сигналов, третий вход которого соединен с выходом селектора эхосигналов, пятый выход синхронизатора соединен с вторым входом коммутатора, первый вход которого соединен с выходом возбудителя, а первый и второй выходы коммутатора соединены с первым входом соответственно первого и второго блока управления, шестой выход синхронизатора соединен с вторым входами первого и второго блока управления, четыре выхода распределителя сигналов подсоединены к входам соответственно первого, второго, третьего и четвертого фильтров, выходы которых подсоединены к четырем входам блока измерения, третий и четвертый входы первого и второго блока управления подсоединены к четырем выходам пульта управления, первые выходы первого и второго блоков управления подсоединены к двум входам панелй.ийдикации, вторые выходы первого и второго блоков управления подсоединены соответственно к первому и второ20 му пьезопреобразователям, причем последние выполнены в виде сферических многоэлементных двумерных пьезопреобразоватеаей, а выход блока измерения является выходом устройства.

2. Устройство по п.1. отл и ч а ю щ еес я тем, что первый и второй блоки управления содержат каждый последовательно соединенные многоканальный ключ, преобразователь кодов, мультиплексор и первый и второй формирователи кодов управления, вход многоканального ключа является первым входом блока управления, вход мультиплексора является вторым входом блока управления, входы первого и второго формирователей кодов является третьим и четвертым входами блока управления, а выходы преобразователя кода и многоканального ключа являются соответ40 ственно первым и вторым выходами блока управления.

1814871

Табл и ца2

6

8

11

12

13

14

15 f6

17

18

19

21

22

23

24

Продолжение табл.1

37-40; 45-48; 53-56; 61-64

41-44; 49-52; 57-60 65-68

42-45; 50-53; 58-61; 66-69

43-46; 51 — 54; 59 — 62; 67-70

44-47; 52-55; 60-63; 68-71

45-48; 53-56; 61-64; 69-72

49-52; 57-60; 65-68; 73-76

50-53; 58 — 61; 66-69: 74-77

51-54; 59-62; 67-70; 75-78

52 55; 60-63; 68-71; 76-79

53&6; 61-64; 69-72; 77-80

57-60; 65-68; 73-76; 81-84

58-61; 66-69; 74-77; 82-85

69-62; 67-70; 75-78; 83-86

60-63; 68-71; 76-79; 84-87

61-64 69-72; 77-80; 85-88

65-68; 73-76; 81-84; 89-92

66-69 74-77; 82-85; 90-93

67-70; 75-78; 83-86; 91-94

68-71; 76-79; 84-87; 92-95

69-72; 77-80 85-88; 93-96

1814871

Продолжение табл.й ..

18)4873

И

И

И

И

И

16

17

"т р и19

1814871

1814871

I00

g 98 б) Упрел вхо

Аналоговый .вход

АналоговыИ выхОд

1814873

1834871 с

jig

Составитель М,Алекбероа

Техред М.Моргентал Корректор ЛЛиврино

Редактор

Производственно-иадательскил ко лбинат "Патент".. r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ !598 Тираж Подписиое

ВИИЙПЙ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

". 336. 15„Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5