Анализатор инфранизких частот дляэлектрофизиологических исследований

 

Сеюз Сааетсиих

СециалистичеСии»

Ресиублим

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф

К АВТОИ:КОМУ Св ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 31„0879 (21) 2816607/28-13 (5 ) М Кл. с присоединением заявки Нов (23) Приоритет

A 61 В 5/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 3006.81. Бюллетень Но 24

Дата опубликованияописаиия 300681 (53) УДК 615. 475 (088. 8) Е. A. Андреева, Э. И. Кандель, В. И. Морозов, В. A. Смигельский

A.Ñ.CàðèáåêÿH,O.Е.Хуторская и Л.E.Ýïøòåé (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина институт проблем управления

Г (71) Заявитель (54 ) АНАЛИЗАТОР ИНфРАНИЗКИХ ЧАСТОТ

ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОРИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИ

Изобретение относится к медицинской технике и может быть исполь- зовано для дифференциальной диагностики некоторых типов двигательной патологии, коррекции стереотаксических операций при паркинсониэме и научно-исследовательских работах, базирующихся на результатах спектрального анализа электрических сигналов мышечной активности, в частности, на спектральной плотности сигнала огибающей миограммы.

Известен анализатор инфранизких частот для электрофизиологических исследований, который содержит на-. 15 бор полосовых фильтров, детекторы, интеграторы, коммутаторы и индикаторы (1) .

Недостатком этого устройства является относительно большое время измерения, невозможность оперативного изменения этого времени непосредственно в процессе измерения.

Более совершенным является анализатор инфранизких частот для элект- рофиэиологических исследований, который содержит в каждом иэ параллельных каналов последовательно соединенные полосовой частотный фильтр и детектор, а также осредняющее 30

RC-звено, коммутационные элементы и индикатор (2) .

При проведении измерений.и анализе биоэлектрических сигналов при некоторых видах двигательной патологии,.в частности, паркинсонизме, в качестве информационных сигналон используют спектральные плотности огибающей электромиограммы движения больного. Спецификой этих сигналов является высокая нестацнонарность и ограниченная длительность. Для уменьшения погрешностей, вызванных высокой нестационарностью, необходимо испольэовать осредняющие звенья с большими постоянными времени — порядка десятка секунд. Результаты осреднения получаются с запаздыванием от момента начала измерения, равным 2-3 постоянным времени осред-. няющего RC-звена, т.е. порядка десятков секунд. Уменьшение этого времени в процессе измерения неноз.можно.

У больных, особенно но время нейрохирургической операции, активность днижения может во время измерения резко снизиться иэ-за наступления усталости. Это приводит к сильному уменьшению амплитуды сни841626

25

45

60 маемых электросигналов. Однако процесс измерения, при принятом в известном устройстве типе осредняющих RC-звеньях, не позволяет произвести отсчет в момент уменьшения сигнала. Отсчет может быть произведен только после истечения, времени, заданного до начала измерения. При этом результаты или не будут получены вовсе, или будут неправильными.

Особенностью использования анализатора в процессе проведения операции по поводу паркинсонизма является необходимость оперативно сравнивать результаты анализа, получаемые в разные моменты операции.

Сравнение результатов многоканального анализа при их записи на бумагу не наглядно и требует относительно много времени. Значительно лучше это сравнение производить при визуальном представлении результатов анализа в виде набора линий, отражающий амплитуды отдельных спектральных составляющих.

Из вышеуказанного вытекают основные недостатки известного устройства: большое время от начала измерений до выдачи Результата; невозможность изменения времени измерения в процессе самого измерения; трудность оперативного сопоставления результатов замеров, произведенных в различные моменты времени.

Цель изобретения — сокращение общего времени анализа, а также оценки динамики хирургического лечения путем обеспечения оперативного управления процессом измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в анализатор инфранизких частот для электрофизиологических исследований, содержащий в каждом из параллельных каналов последовательно соединенные полосовой частотный фильтр и детектор, а также усредняющее ВС-звено, коммутационные элементы и индикатор, введены генератор пилообразного напряжения, набор по числу каналов блоков долговременной памяти и блок оперативного управления, а резисторный элемент каждого RC-звена выполнен в виде управляемого напряжением резистора, причем управляющие входы управляемых резисторов RC-звеньев соединены с управляющим выходом блока оперативнсго управления, выходы набора блоков долговременной памяти подключены через соответствующие коммутационные элементы ко входам индикатора, а входы каждого блока долговременной памяти подключены к выходу RC-звена соответствующего канала и выходу блока оперативного управления, выход детектора каждого канала подключен через блок оперативного управления ко

65 входу соответствующего RC-звена, и управляющий вход генератора подключен к управляющему пуском и остановом выходу блока оперативного управления, а выход генератора подключен ко входу блока оперативного управления.

При этом, блок оперативного управления содержит схему пуска, схему останова, элемент И, набор, по числу каналов, ключей, переключатель режимов и переменный потенциометр, подключенный через переключатель режимов к управляющему входу блока оперативного управления, управляющие входы ключей через элемент И подключены к выходу схемы пуска и через переключатель ко входу схемы останова, выход которой подключен к одному из входов схемы пуска, второй выход которой является выходом блока оперативного управления.

При этом управляемый напряжением резистор RC-звена состоит из резисторного оптрона, источника опорного напряжения, постоянного резистора, усилителя и диода, причем вход диода подключен к источнику света оптрона, источник опорного напряжения через постоянный резистор соединен со входом усилителя и через первый фоторезистор оптрона с управляющим входом сопротивления, выход усилителя подключен ко входу диода, а клеммы второго фоторезистора оптрона являются клеммами управляемого напряжением резистора.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого анализатора; на фиг. 2 — схема управляемого заряжением резистора RC-звена; на фиг.3 схема блока долговременной памяти; на фиг. 4 — кривые процесса осреднения для обычного RC-звена (() ) и для RC-звена с управляемым резистором (Ббы 1) при типовом входном сигнале (Б6„) .

Устройство (фиг. 1) содержит параллельь ные каналы, каждый из которых содержит последовательно соединенные полосовой частотный фильтр 1, детектор 2, осредняющее RC-звено 3, состоящее иэ электрически управляемого напряжением резистора 4 и конденсатора 8, коммутационные элементы в виде переключателей б, 7, входящие в блоки 8, 9 коммутации и линейные газоразрядные индикаторы 10, 11., образующие блок индикации. Кроме того, устройство содержит общий для всех каналов блок оперативного управления, состоящий, например, из ключей

12, логического элемента И 13, эле-мента И 14 схемы останова, К-триггера 15, компаратора 16 схемы останова, переключателя 17 режимов работы переменного потенциометра 18 ручной установки значения постоянной времени RC-звена в режиме RC-const уко841626

65,рачивающей цепи 19,кнопки 20 Пуск и кнопки 21 Останов, генератор

22 пилообразного напряжения, построенный на усилителе 23, резисторе

24, конденсаторе 25, ключе 26 пуска, ключе 27 обнуления и ускоряющей цепи 28 управления обнулением, а также блоки 29, 30 долговременной памяти, содержащие ячейки памяти, число которых в каждом блоке равно числу каналов устройства, управляющие входы управляемых резисторов 4 RC-звеньев соединены с управляющим выходом 31 блока оперативного уПравления, выходы набора блоков 29, 30 долговременной памяти подключены через соответствующие коммутационные элементы ко входам индикатора 10, 11,.а выходы каждого блока 29, 30 долговременной памяти подключены к выходу RC-звена 3 соответствующего канала и выходу блока оперативного управления.

Выход детектора 2 каждого канала подключен через блок оперативного управления ко входу соответствующего

RC-звена 3, управляющий вход генератора 22 подключен к управляющему пуском и остановом выходу блока оперативного управления, а выход генератора подключен ко входу блока оперативного управления.

В блоке оперативного управления переменный потенциометр 18 подключен через переключатель 17 к управляющему выходу 31 блока, а управляющие входы ключей 12 через элемент 13 И подключены к выходу схемы пуска и через переключатель 17 ко входу схемы останова. Выход схемы останова подключен к одному из входов триггера 15 схемы пуска, второй выход которой является выходом блока оперативного управления.

Управляемый напряжением резистор

4 содержит (фиг. 2) дифференциальный резисторный оптрон, выполненный н виде двух фоторезисторов 32, 33 и источника 34 света оптрона, дифференциальный усилитель 35, диод 36, постоянный резистор 37 и источники опорного напряжения UO и источник управляющего напряжения U (не по4 казаны) .

Выход диода 36 подключен к источнику 34 света оптрона, а источник опорного напряжения через постоянный резистор 37 соединен со входом усилителя 35 через первый фоторезистор 32 оптрона с управляющим входом резистора. Выход усилителя 35 подключен ко входу диода 36, а клеммы второго фоторезистора 33 являются клеммами управляемого напряжения резистора, Каждая ячейка аналоговой памяти блоков 29, 30 долговременной памяти содержит-(фиг. 3) запоминающую емкость 38 с небольшим токоограничивающим резистором 39, ключ 40, истоковый повторитель напряжения на полевом транзисторе 41, биполярном транзисторе 42, опорном диоде

43 и резисторах 44, 45. Блок снабжен охранным экраном 46.

Устройство при спектральном анализе огибающей электромиограммы работает следующим образом.

Снимаемые с накожных электродов электрические потенциалы мышечной активности усиливаются штатным г усилителем биопотенциалов, выпрямляются стандартной детекторной схемой и выделенный фильтром нижних частот и подлежащий анализу сигнал огибающей электромиограммы подается на полосоные фильтры.1.Выходное на пряжение фильтров 1 Поступает на линейный или квадратичный детектор

2. Выходной сигнал детектора соответствует энергетической составляющей спектральной плоскости входного сигнала, лежащей в полосе пропускания полосового частотного фильтра.

В оперативном режиме, т.е. при нахождении переключателя 17 режима работы н положении, показанном на фиг. } по инструкции больной напрягает мышцы, а производящий измерения врач нажимает кнопку 20 пуск.

При этом срабатывает триггер 15 и своим выходным сигналом через логический элемент 13 производит замыкание ключей 12 через укорачивающую цепь 28 кратковременным замыканием ключа 27 производит обнуление конденсатора 25 и замыкает ключ 26, запуская генератор 22 пилообразного напряжения °

Замыкание ключа 12 подключает к выходу детектора 2 осредняющее

RC-звено 3, а выходное напряжение генератора 22 меняет по линейному закону сопРотивление резистора 4.

При этом на конденсаторе 5 образуется напряжение, равное текущему среднему значению выходного напряжения детектора 2.

Врач наблюдает за состоянием больного и по штатному индикатору усилителя биопотенциалов за уровнем сигнала мышечной активности. Если уровень сигнала миограммы сохраняет относительно постоянное значение, то по достижении ныходным напряжением генератора 22 уровня срабатынания компаратора 16, последний своим выходным сигналом через логический элемент 13 возвращает триггер 15 в исходное состояние. При этом происходит размыкание ключей

12 и по,команде, образованной укорачинающей цепью 19, производится запись в блок 29 или 30 долговременной памяти напряжения с конденсатора 5..

Если н процессе измерения обнаруживается наступление усталости, и, как следствие, резкое уменьшение уровня

841626

Формула изобретения сигнала миограммы, то врач нажимает кнопку 21 Останов . При этом через логический элемент 13 происходит возврат триггера 15 в исходное состояние, отключение ключей 12,. останов генератора 22 и запись напряжения на емкости 5 в блок 29 или 30 долговременной памяти в зависимости от положения переключателей 6 коммутационного блока. В связи с тем, что напряжение на конденсаторах 5 все время соответствует значению текущего среднего выходного напряжения детектора 2, полученные при укороченном времени измерения, результаты измерения соответствуют спектральным плотностям анализируемых сигналов,но с несколько большей дисперсией. Таким образом, переход от экспоненциального осреднения, осуществляемого обычным RC-звеном, к вычислению текущего среднего, осуществляемого

RC-звеном с изменяемым R, позволяет не только уменьшить время измерения, но и управлять им в процессе измерения без потери результатов.

При необходимости проведения следующего измерения без потери результатбв предыдущего с помощью переключателей 6 блока коммутации производят подключение другого блока долговременной памяти и производят измерение. Переключатели 7 блока коммутации позволяют подключать индикаторы 11 блока индикации, как к разным блокам долговременной памяти, так и непосредственно к выходам осредняющих RC-звеньев 3. Это позволяет, вызывая поочередно на индикаторы 10, ll данные из.блоков 29, 30 долговремнной памяти, легко сравнивать результаты анализа в разные моменты операции, а тем самым и оценивать динамику хода операционного лечения. При анализе относитель.но длительных процессов, когда время осреднения не играет решающей роли, переключатель 17 ставится в положение, противоположное показанному на чертеже (детерминированный режим) . При этом через логический элемент 13 включаются ключи 12, а с помощью потенциометра 18 вручную устанавливается выбранное значение постоянной времени RC-звена 3. В этом режиме, меняя снимаемое с по-. тенциометра напряжение, можно более чем на два порядка менять значение постоянной времени осредняющего

RC-звена, устанавливая ее оптимальной для конкретного вида анализируемого процесса.

Принцип работы управляемого резистора заключается в следующем (фиг.2).

Полагая усилитель 35 идеальным (В =,R, =О, 1» 0,К = )

5х г см учйтывая, что неинвертирующий его вход соединен с нулевым потенциалом, из условия, что в установившемся

ЗО

60 режиме потенциал инвертирующего входа также должен быть равным нулю, легко записать с учетом знаков.:

ÖUÌ U0

Вф, Ro — О, (1) откуда

ВФ Ro ПМ (2) так как

В, = const 0р = const, R® = const- U

I М (3)

Считая, что оба фоторезистора одинаковы и одинаково освещаются общим источником 34 света, т.е.

В, = Вф имеем

Я

R — — const

% (4)

Если U> изменяется по линейному закону U> А, где A = const, как это предусмотрено в предлагаемом устройстве (генератор пилообразного напряжения), то и Вф тоже будет меняться по линейному закону. Это позволяет реализовать, как указано было ранее, вычисление текущего среднего.

Работа блока долговременной памяти (фиг. 3) не требует дополнительных пояснений. Отметим только,что использование для построения повторителя двух транзисторов 41, 42 и опорного диода 43 позволяет получить коэффициент передачи, весьма близкий к единице для абсолютных значений входного и выходного сигнала. Это в свою очередь позволяет резко повысить время памяти, используя следующую обратную связь на охранный экран 46. Реализованная по этой структуре система памяти, в которой в качестве ключа 40 использован геркон с экранным кольцом на стеклянном баллоне, подсоединенным к выходу схемы, обеспечивает время памяти при точности

+ 1% более 6 ч.

Таким образом устройство обладает по сравнению с известным следующими преимуществами: наличием оперативного управления временем получения результата спектрального анализа входного сигнала непосредственно в процессе анализа; уменьшенным временем, проходящим от начала измерения до момента получения результатов; наглядностью сопоставления результатов спектрального анализа, полученных при разных измерениях; широким диапазоном установки постоянной времени осредняющего ВС звена в режиме экспоненциального осреднения (с помощью потенциометра 18 постоянная времени меняется более .чем на два порядка).

1. Анализатор инфранизких частот для электрофизиологических исследо841626

10 ваний, содержащий в каждом из парал- лельных каналов последовательно соединенные полосовой частотный фильтр и детектор, а также осредняющее

RC-звено, коммутационные элементы и индикатор, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью сокращения общего времени анализа, а также оценки динамики хирургического лечения путем обеспечения оперативного управления процессом измерения, в него дополнительно введены генератор пилообразного напряжения, набор по числу каналов, блоков долговремениой памяти и блок оперативного управления, а реэисторный элемент каждого RC-звена выполнен в виде. управляемого напряжением резистора, причем управляющие входы управляемых резисторов RC-звеньев соединены с управляющим выходом блока оперативного управления, выходы 2Q набора блоков долговременной памяти подключены через соответствующие коммутационные элементы ко входам индикатора, а входы каждого блока долговременной памяти подключены к выходу RC-звена соответствующего канала и выходу блока оперативного управления, выход детектора каждого канала подключен через блок оперативного управления ко входу соответствующего RC-звена и управляющий вход генератора подключен к управляющему пуском и остановом выходу блока оперативного управления, а выход генератора подключен ко входу блока оперативного управления.

2. Анализатор по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок .оперативного управления содержит схему пуска, схему останова, элемент И, набор, по числу каналов, ключей, переключатель режимов и переменный потенциометр, подключенный через переключатель режимов .к управляющему выходу блока оперативного управления, управляющие входы ключей через элемент И подключены к выходу схемы пуска и через переключатель режимов ко. входу схемы останова, выход которой подключен к одному иэ входов схемы rfycxa, второй выход которой является выходом блока оперативного управления.

3. Анализатор по и. ° 1, о т л ич а ю шийся тем, что управляемый напряжением резистор RC-звена состоит из резисторного оптрона, источника опорного напряжения, постоянного резистора, усилителя и циода, причем вход диода подключен к источнику света оптрона, источник опорного напряжения через постоянный резистор соединен со входом усилителя и через первый фотореэистор оптрона с управляющим входом сопротивления, выход усилителя подключен ко входу диска, а клеммы второго фотореэистора оптрона являются клеммами управляемого напряжением резистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 588504, кл. G 01 R 23/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 253293, кл, A 61 В 5/02, 1968 (прототип).

841626

Фиг. 2

+En Вью

8х

Фиг,5

ВНИИПИ Заказ 4923/1 Тираж 687 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4