Устройство для вычисления биологических ритмов

 

Союз Советских

Соцкапкстмческих

Республик

ОП ИСАКИИ изоьеитиния

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()907555 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 29.05.80 (21) 2972088/18-24 (5l)M. Кд.

G 06 Г 15/42 с присоединением заявки №

А 61 Я 5/00

Гоеударстеенный комитет

СССР (23) Приоритет ао делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.02.82. Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 25.02.82 (53) УДК 681. .325 (088.8) (72) Авторы изобретения

Э. М. Крищян, Д. Г. Асатрян и т-, А. Багдасарян

1:

Институт кардиологии имени Л. A. Оганееяыа (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ

РИТМОВ

Изобретение относится к применению вычислительных устройств при биологических и медицинских исследованиях, в частности при исследовании различных процессов, имеющих периодический ирактер изменения с заранее известным периодом для определения акрофазы, амплитуды и среднего уровня, эти устройства могут применяться также во всех научных и лечебных учреждениях, проводящих ритмологические и хронобиологические исследования циркадных, годовых, месячных и других периодических процессов, кроме того, они могут быть использованы и в других областях науки и техники при исследовании различных процессов с известным периодом изменения.

Известно устройство для расчета биоритмов жизнедеятельности организма, содержащее счетчик времени для отсчета дней, месяцев и лет, генератор импульсов, три счетчика емкостью 23, 28 и

33 для построения кривыхИ3.

Однако это устройство не позволяет зафиксировать суточный биоритм.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, включающее электронную вычислительную машину, содержащую генератор синхросигналов, блок ввода данных, арифметический блок, блок памяти и блок управлеЕ2З .

Выявление скрытой периодичности и ю исследование ее параметров на электронных вычислительных машинах производится с применением различных математикостатистических методов. Наиболее традиционно распространенные из. них методы, IS базирутатциеся на использовании корреляционной функпии и спектральной плотнос= ти, методы гармонического анализа, различные аппроксимационные и резонанснопоисковые методы.

Хронобиологические исследования покаэали, что большинство биологических периодических пропессов хорошо могут быть описаны синусоидальной функпией.

?0

?5 зо

3 90

В такой постановке задача сводится к оцениванию неизвестных параметров М (мезор-среднее значение), А (амплитуда) и ф (акрофаза) на основе данных временного ряда.

Для решения указанной задачи используется метод так на. даваемого косайноранализа, в соответ вии с которым аппроксимация исследуемого процесса косинусоидой производится методом наименьших квадратов, а значения амплитуды и акрофазы с указанием их доверительных интервалов представляются в графической форме. Хотя эта методика успешно применяется при исследовании биологических ритмов, однако ее трудно реализовать на микро- и мини-ЭВМ, что затрудняет ее широкое внедрение в хронобиологических исследованиях.

Цель изобретения — повышение удобства эксплуатации устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержашее генератор синхросигналов, блок ввода данных исследуемого процесса, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, управляющий вход которогo подключен к выходу генератора синхросигналов, введены блок сдвига фазы и блок установки числа отс;етов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом блока ввода данных исследуемого процесса и с вторым входом вычислительного блока, вход блока установки числа отсчетов соединен с выходом блока сдвига фазы, вход которого подключен к выходу генератора синхросигналов.

Кроме того, в устройстве блок сдвига фазы содержит триггер, элементы НЕ, интеграторы, индикатор и триггер Шмидта, вход ко.орого является входом блока, а выход соединен с входами триггера и первого элемента НЕ, выход которого подключен через первый интегратор к первому входу индикатора, а через второй элемент HE .к входу второго инте гратора, выход которого соединен с вторым входом индикатора, выход триггера является выходом блока.

Причем блок установки числа отсчетов содерж. т элементы И, ИЛИ, НЕ, одновибраторы, регистр, индикатор, счетчик и дешифратор, выход которого явлжтся первым выходом блока, выходы счетчика соединены соответственно с информационными входами дешифратора и регистра, выходы которого подк почейы к входам индикатора, вход блока соединен с первым входом элемента ИЛИ и через элемент НЕ с входом первого одновибратора, выход которого подключен к входу регистра, к ь рвым входам счетчиха и эле мента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом второго одновибратора, первый выход которого соединен с вторым выходом блока, с входом дешифратора и с вторым входом счетчика, второй выход второго одновибратора со ьдинен через третий одновибратор с вторым входом элемента И.

При этом вычислительный блок содер жит элементы И, ИЛИ, НЕ, интеграторы, индикаторы, широтно-импульсный модулятор и узел регулирования амплитуды и уровня синусоидального сигнала, вход которого является управляюшим входом блока, а выход — соединен с первым входом широтно-.импульсного модулятора, второй вход которого является вторым входом блока, первый вход которого соединен с первым входом первого элемента

И и с входами первого элемента HE u первого интегратора, выход которого подключен к входу первого индикатора, выход широтно-импульсного модулятора соединен с первым входом второго элемента

И и через второй элемент HE с вторым входом первого элемента И, выход первого элемента HF подключен к второму входу второго элемента И, выходы элементов И соединены соответственно с входами элемента ИЛИ, выход которого через второй интегратор подключен к входу второго индикатора.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— схема блока сдвига фазы; на фиг. 3— схема блока установки числа отсчетов; на фиг. 4 - схема блока ввода данных исследуемого процесса; на фиг. 5 - схема вычислительного блока.

Устройство содержит генератор 1 синхросигналов, блок 2 сдвига фазы, блох 3 установки числа отсчетов, вычислительный блок 4, блок 5 ввода данных исследуемого процесса, триггер 6 Шмидта, триггер 7, элементы HE 8 и 9, интеграторы 10 и 11, индикатор 12, эле мент ИЛИ 13, одновибраторы 14 и 15, элемент И 16, одновибратор 17, элемент

HE 18, дешифратор 19, счетчик 20, регистр 21, индикатор 22, потенциаметры

23 установки значений, коммутатор 24, широтно импульсный модулятор 25, интегратор 26, индикатор 27, элемент НЕ импульса одновибратора 15 можно добиться числа импульсов одновибратора 14, соответствукнцего необходимому числу отсчетов, Дешифратор 19 построен таким образом, что по отдельным каналам выдает импульсы, соответствующие разным моментам отсчетов. Эти импульсы поступают на коммутатор 24 блока 5, последовательно выдавая на вход широтно- импульсного модулятора 25 напряжение со средних точек потенциометров 23, положение движка которых устанавливается в зависимости от величины данного отсчета исследуемого процесса. Модулятор 25 запускается от одновибратора 14 блока 3 установки числа отсчетов, а выход поступает в блок 4. Этот сигнал через интегратор 26 поступает на индикатор 27, показание которого пропорционально среднему значению (мезору) входных данных.

По этому значению устанавливается уровень синусоиды в узле »4. Таким образом, синусоида, поступающая на вход узла 34, "сажается" на некоторый уровень и поступает на вход широтно-импульсного модулятора 35, запускаемый импульсами одновибратора 14. При помощи элементов

HE 28 и 36, элементов И 29 и 30 и элемента ИЛИ 31 вырабатываются импульсы, равные разности соответствующих во времени импульсов модулятора 35 и выхода блока 5, которые через интегратор

32 поступают на индикатор 33. Сдвигая фазу прямоугольного импульса блока 2 сдвига фазы относительно синусоиды блока 1 и изменяя напряжение синусоиды на входе модулятора 35, можно добиться минимального показанчя индикатора 33, что будет соответствовать наиболее подходящей фазе и амплитуде синусоиды, аппроксимирующей исследуемый процесс.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить удобство эксплуата-

Формула изобретения

1. Устройство для вычисления биологических ритмов, содержащее генератор сннхросигналов, блок ввода данных исследуемого процесса, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, управляющий вход которого подипочен к выходу генератора синхросигна- лов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения удобства эксплуатации, в него введены блок сдвига фазы и блок установки числа отсчетов, первый

5 90755

28, элементы И 29 и 30, элемент ИЛИ

31, интегратор 32, индикатор 33, узел

34 регулировании амплитуды и уровня синусоидапьного сигнала, широтно-импульсный модулятор 35, элемент НЕ 36.

В качестве критерия оценки приближения синусоиды к входным данным испсльзуется минимум суммы отклонений аппроксимирующей синусоиды от данных исследуемого процесса в моменты време- rp ни, соответствующие моментам отсчетов.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальный сигнал частотой

50 Гц поступает на триггер 6 блока 2 r5 сдвига фазы. Передним фронтом выходного импульса триггера Шмидта по счетному входу работает триггер 7. Длительность импульса на выходе триггера 7 равна длительности периода синусоиды, 20 т.е. равна 20 мск. При этом на одном периоде синусоиды имеется высокий уровень триггера, на следующем — низкий и т.д. В зависимости от уровня срабатывания триггера 6 Шмидта прямоугольные 25 импульсы на выходе триггера 7 смешаются относительно нулевой фазы синусоиды. При срабатывании триггера Шмидта на нулевом уровне начало этого импульса совпадае-: с началом синусоиды. Им- gp пульсы с выхода триггера Шмидта дважды инвертируются элементами HE 8 и 9, выходы которых через интеграторы 10 и

1 1 поступают на клеммы индикатора со средним нулевым положением. При равен- з стве импульсов (по длительности) на выходах элементов НЕ, что бывает при срабатывании триггера Шмидта на нулевом уровне, индикатор показывает фазу, равную нулю. При других уровнях срабатыва- 4О ния фаза отклоняется и о ее величине можно судить по отклонению стрелки индикатора. Выход блока 2 сдвига фазы через элемент ИЛИ 13 запускает одновибратор 14 блока 3 установки числа 4> отсчетов. Задним фронтом одновибратора

14 зап ускается одновибратор 15, а задним фронтом одновибратора 15 через ;элемент И 16 и элемент ИЛИ 13 снова запускается одновибратор 14. Задним фронтом импульса с блока 2 сдвига фазы через элемент HE 18 зацускается одновибратор 17, запрещающий элемент И

16. Импульсы одновибратора 14 отсчитываются в счетчике 20 и через регистр

21 выдаются на цифровой индикатор 22.

Установка нуля счетчика 20 и прием в регистр 21 управляются импульсом одновибратора 17. Изменением длительности

7 90 и второй выходы которого соединены соответственно с входом блока ввода данных исследуемого процесса и с вторым входом вычислительного блока, вход блока установки числа отсчетов соединен с выходом блока сдвига фазы, вход которого подключен к выходу генератора синхросигналов.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок сдвига фазы содержит триггер. элементы НЕ, интеграторы, индикатор и триггер Шмидта, вход которого является входом блока, а выход соединен с входами триггера и первого элемента НЕ, выход которого подключен через первый интегратор к первому входу индикатора, а второй элемент HE к входу второго интегратора, выход которого соединен с вторым входом индикатора, выход триггера является выходом блока.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что блок установки числа отсчетов содержит элементы И, ИЛИ, НЕ, одновибраторы, регистр, индикатор, счетчик и дешифратор, выход которого является первым выходом блока, выходы счетчика соединены соответственно с информационными входами дешифратора и регистра, выходы которого подключены к входам индикатора, вход блока соединен с первым входом элемента ИЛИ и через элемент НЕ с входом первого одновибратора, выход которого подключен к входу регистра, к первым входам счетчика и элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом второго одновибратора, первый выход которого соединен с вторым выходом блока, с входом

7555 8 дешифратора и г вторым входом счетчика, второй выход второгс одновибратора соединен через третий одновибратор с вторым входо . элемента И.

4. Устройство Ilo lI. 1, o T Jl H ч Q юш е е с я тем, что вычислительный блок содержит элементы И, ИЛИ, НЕ, интеграторы, индикаторы, широтно-импульс 1ый модулятор и узел регулирования ампли1у10 ды и уровня синусоидального сигнала, вход которого является управляюшим входом блока, а "ыход - соединен с первым входом широтно-импульсного модулятора, второй вход которого явдяется вторым входом блока, первый вход которого соединен с первым входом первого элемента

И и с входами первого элемента НЕ и первого интегратора, выход которого подключен к входу первого индикатора, выход широтно-импульсного модулятора соединен с первым входом второго элемента И и через второй элемент НЕ с вт рым входом первого элемента И, выход первого элемента HF подключен к д5 второму входу второго элемента И, выходы элементов И соединены соответственно с входами элемента ИЛИ, выход которого через второй интегратор подключен к входу второго индикатора.

30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Японии ¹54-3591, кл. 606 Р 15/42, А 61 В 5/00, опублик. 1 979.

2. Чернышев. М. К. Резонансно-поисковые вычислительные методы анализа скрытых колебательных процессов в живых системах. "Теоретические и прикладные аспекты анализа временной организа40 ции биосистем", М., Наука, 1976, с. 11-35 (прототип).