SU1360698A1 - Устройство дл автоматизированного анализа электрофизиологических сигналов - Google Patents

Abstract

Целью изобретени   вл етс  повышение диагностической дост,оверности анализа электрофизиолог 1чес1 их сигна.юз путед получени  временных характеристик различных составл ющих сигнала и оиеню их энергетических составл ющих. Устройство дл  авто.1атиз1фованно1 о анализа э.чектро- физиологических сигналов содержит датчик 1, усилитель 2, генератор 3 импульсов, счетчик 4, сумматор 5,триггеры 8 и 13. элементы И 9 и 14, делите,1ь iO частоты, Х-б. ю- ков выделени  :1ере лючени  ои нала. ипир- ратор, вычислдитель. элементы ИЛИ 7 и 22. элементы 23 н 25 задержки, цифровой и графический регистраторы 18 и 19. управ. мый генератор 11 .пилообразного наг.рн- жепи , элемент 12 сравнени , пульт 15 и таймер 16. 1 3. п. ф-лы, 4 . i. .«амы |L риг.2

Description

Изобретение относитс  к медицинской технике и может найти применение при исследовани х в области психологии и физиологии труда, в клиниках различного профил  при автоматизированной оценке функционального состо ни  человека.

Цель изобретени  - сокращение времени анализа.

На фиг. 1 представлены эпюры, по сн ющие работу устройства; на фиг. 2 - функциональна  схема устройства; на фиг. 3 - Ю функциональна  схема блока выделени , переключений; на фиг. 4 - блок-схема алгоритма работы вычислител .

Устройство дл  автоматизированного анализа электрофизиологических сигналов содержит соединенные последовательно датчик 1, усилитель 2, а также генератор 3 импульсов, счетчик 4, сумматор 5, соединенные последовательно первую кнопку 6, элемент ИЛИ 7, первый триггер 8, первый эле15

Блок 20 выделени  переключений содержит соединенные последовательно первый элемент 26 задержки, первый регистр 27, второй регистр 28, элемент 29 сравнени , первый элемент И 30, первый триггер 31, второй элемент И 32, блок 33 вентилей, второй вход которого подключен к выходу второго регистра, а выход и первый вход  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами блока 20 выделени  переключений, первый вход которого соединен с вторым входом первого регистра 27, а второй - с вторым входом второго регистра 28 и входом первого элемента 26 задержки, выход которого подключен к второму входу первого элемента И 30, второй элемент 34 задержки, а также соединенные последовательно элемент НЕ 35, третий элемент И 36, второй триггер 37, второй вход которого соединен с вторым входом первого триггера 31 и выходом второго элемента 34 задержки, вход которого

мент И 9, делитель 10, управл емый генера- 20 подключен к выходу второго элемента И 32, тор 11 пилообразного напр жени , элемент второй вход третьего элемента И 36 под- 12 сравнени , второй триггер 13, второй эле-ключеп к выходу элемента НЕ 35, а третий

мент И 14, выход которого соединен с входа-вход - к выходу первого триггера 31, вход

ми счетчика 4 и сумматора 5, соединенные . элемента НЕ 35 соединен с выходом элемен- последовательно пульт 15, таймер 16, вычис-та 29 сравнени , второй вход которого подлитель 17, цифровой регистратор 18, а так- 25 ключен к выходу первого регистра 27.

Устройство работает следующим образом. В основу работы устройства положен принцип разложени  сигнала по его переключени м на составл ющие с последующим определением их временных характерисже графический регистратор 19, вход которого также подключен к выходу вычислител  17, N блоков 20 выделени  переключений , каждый из которых соединен последовательно первыми и вторыми выходами с., ,.,. , первыми и вторыми входами следующего бло- тик и оценок энергетических составл ющих

ка 20 выделени  переключений.

(фиг. Г,

При разложении сигнала выбираетс  характеристика , отражающа  реальные изменени  исследуемого процесса. Среди таких характеристик, называемых точками переключени , можно выделить to4KH перегибов, нарущени  монотонности, минимумов, разрывов и т. д.

35

Устройство содержит также соединенные последовательно щифратор 21, второй элемент ИЛИ 22, первый элемент 23 задержки , вход которого соединен с вторым входом вычислител  17, а выход - с вторым входом сумматора 5, выход которого подключен к третьему входу вычислител  17, четвертый вход которого соединен с выходом щиф- ратора 21, а п тый - с выходом счетчика и первым входом первого блока 20 выделени  переключений, вторую кнопку 24, подключенную к второму входу первого триггера 8, а также второй элемент 25 задержки, выход KOTopoi o соединен с вторым входом счетчика 4, а вхпд - с вторым входом уп- 45 равл емого генератора 11 пилообразного напр жени , вторым входом первого блока 20 выделени  переключений, первым входом второго триггера 13, второй вход которого соединен с выходом делител  10, а выход - с первым входом второго элемента И 14, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И 9 и входу таймера 16, второй- выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ 7, перПри разложении сигнала выбираетс  характеристика , отражающа  реальные изменени  исследуемого процесса. Среди таких характеристик, называемых точками переключени , можно выделить to4KH перегибов, нарущени  монотонности, минимумов, разрывов и т. д.

Дл  электрофизиологических сигналов наибольщий интерес представл ют точки 4о переключени  по минимуму, информативность анализа которых показана в р де теоретических и практических работ.

Рассмотрим пример разложени  по ми- ниму.мам, который может быть легко обобщен на случай других типов разложений.

Первое разложение сигнала получают при выделении всех его минимумов и фиксации их амплитуды и времени по влени .

50

Каждое последующее разложение получают выделением минимумов предыдущих разложений, также фиксиру  их амплитуду и врем  по влени , а заканчивают разложени  исчерпанием точек переключени  на очередном шаге.

На фиг. 1 показан пример разложени  сигнала X(t) на составл ющие по точкам

вые выходы блокоа 20 выделени  переклю- минимумов. После дискретизации сигнала с чений соединены соответственно с N входа-периодом - имеет рещетчатый сигнал Y,, (it)

ми щифратора 21, выход усилител  2 - с

вторым входом элемента сравнени .

где i - номер дискреты. При выделении минимумов из сигнала Yo ( ) получают его пер

Блок 20 выделени  переключений содержит соединенные последовательно первый элемент 26 задержки, первый регистр 27, второй регистр 28, элемент 29 сравнени , первый элемент И 30, первый триггер 31, второй элемент И 32, блок 33 вентилей, второй вход которого подключен к выходу второго регистра, а выход и первый вход  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами блока 20 выделени  переключений, первый вход которого соединен с вторым входом первого регистра 27, а второй - с вторым входом второго регистра 28 и входом первого элемента 26 задержки, выход которого подключен к второму входу первого элемента И 30, второй элемент 34 задержки, а также соединенные последовательно элемент НЕ 35, третий элемент И 36, второй триггер 37, второй вход которого соединен с вторым входом первого триггера 31 и выходом второго элемента 34 задержки, вход которого

0 подключен к выходу второго элемента И 32, второй вход третьего элемента И 36 под- ключеп к выходу элемента НЕ 35, а третий

., ,.,. , тик и оценок энергетических составл ющих

5

5

(фиг. Г,

При разложении сигнала выбираетс  характеристика , отражающа  реальные изменени  исследуемого процесса. Среди таких характеристик, называемых точками переключени , можно выделить to4KH перегибов, нарущени  монотонности, минимумов, разрывов и т. д.

Дл  электрофизиологических сигналов наибольщий интерес представл ют точки о переключени  по минимуму, информативность анализа которых показана в р де теоретических и практических работ.

Рассмотрим пример разложени  по ми- ниму.мам, который может быть легко обобщен на случай других типов разложений.

Первое разложение сигнала получают при выделении всех его минимумов и фиксации их амплитуды и времени по влени .

0

Каждое последующее разложение получают выделением минимумов предыдущих разложений, также фиксиру  их амплитуду и врем  по влени , а заканчивают разложени  исчерпанием точек переключени  на очередном шаге.

На фиг. 1 показан пример разложени  сигнала X(t) на составл ющие по точкам

минимумов. После дискретизации сигнала с периодом - имеет рещетчатый сигнал Y,, (it)

где i - номер дискреты. При выделении минимумов из сигнала Yo ( ) получают его первое разложение Y, (t) с амплитудами Y,( , YZI , ..., Yj, , ..., образованными в моменты времени tn, toi, ..., где j - номер выдел емого минимума (номер переключени ), а второй индекс соответствует номеру разложени  k (дл  первого разложени  k 1). Дл  нагл дности точки решетчатой функции Y, (t) соединены пр мыми лини ми. При выделении минимумов из сигнала Y, (it-) получают второе разложение сигнала X(t) с координатами по времени ti2, iz2, , t/a, ... и по амплитуде Yi2, Y22, .-., Y/2, ... . В общем случае дл  k-ro разложени  выдел ют минимумы k-1- го разложени .

В предлагаемом устройстве разложение сигнала по его переключени м осуш.ествл - етс  следующим образом.

На пульте 15 задаетс  врем  проведени  исследовани . При нажатии на кнопку 6 все элементы схемы устанавливаютс  в исходное состо ние. С целью упрощени  показана только ее св зь через первый элемент ИЛИ 7 с установочным входом первого триггера 8. В это врем  первый элемент И 9 закрыт, импульсы от генератора 3 импульсов в схему не поступают.

При нажатии на кнопку 24 первый триггер 8 устанавливаетс  в состо ние «1 открыва  первый элемент И 9. Тактовые импульсы от генератора 3 импульсов поступают на вход таймера 16, обеспечива  формирование кода текущего времени. Кроме того , тактовые и.мпульсы запускают в работу и остальные элементы схемы. Через врем  т дискретизации исследуемого сигнала делитель 10 частоты вырабатывает сигнал запуска управл емого генератора 11 пилообразного напр жени  и установки в единичное состо ние второго триггера 13. С этого момента времени открываетс  второй элемент И 14 и через первый элемент И 9 от генератора 3 импульсов будет заполн тьс  счетчик 4 и сумматор 5, выполненный по схеме счетчика с накоплением результата. Кроме того, на выходе управл емого генератора 11 пилообразного напр жени  начнет нарастать напр жение по линейному закону от некоторого минимального значени . После того, как напр жение на его выходе достигнет величины напр жени , поступающего с датчика 1 через усилитель 2, элемент 12 сравнени  выработает импульс, который установит второй триггер 13 в состо ние «О, закрыв тем самым второй элемент И 14 и прекратив поступление импульсов в счетчик 4 и сумматор 5. Одновременно с этим содержимое счетчика 4 перепишетс  в первый блок 20 выделени  переключени , и управл емый генератор 11 пилообразного напр жени  установитс  в исходное состо ние .

Через врем  задержки, определ емое вторым элементом 25 задержки, счетчик 4 установитс  в исходное состо ние, подготовившись к приему новой порции информации о величине амплитуды сигнала на очередном щаге дискретизации, а сумматор 5 сохранит полученную информацию. Очевидно , что чем больше амплитуда сигнала, поступающего с датчика 1 через усилитель 2,

тем дольше будет управл емый генератор 11 пилообразного напр жени  работать до достижени  равенства с исследуемым сигналом, тем большее количество импульсов будет просчитано счетчиком 4 и тем больше будет

код на его выходе. Таким образом, код па . выходе счетчика 4 будет пропорционален величине амплитуды входного сигнала, посту- , пающего с датчика 1. До тех пор, пока первый блок 20 выделени  переключени  не выделит точку переключени  (минимума) на

исходном сигнале, сумматор 5 будет накапливать сумму величин амплитуд сигнала, измер емых при каждом запуске управл емого генератора 11 пилообразного напр жени . При выделени  точки переключени  на

0 исходном сигнале первый блок 20 выделени  переключени  вырабатывает сигналы Р1 и МА - код величины минимума дл  второго блока 20 выделени  переключени . Одновременно с этим сигнал Р1 поступает на шифратор 21, который формирует номер

5 получаемого разложени  k. Когда на основе информации, поступающей с первого блока 20 выделени  переключени , второй блок 20 выделени  переключени  выделит минимум, он выработает сигналы AIA и Р2 дл  третьего блока 20 выделени  переключени  и дл 

0 шифратора 21. Это будет регистрацией точки переключени  (минимума) второго разложени . Аналогично происходит передача информации в последовательно включенные блоки 20 выделени  переключени  при наличии разложений более высокого пор дка

вплоть до N-ro блока 20 выделени  переключени , количество которых зависит от сложности исследуемого сигнала или желаемого коотичества исследуемых разложений сигнала. Дл  электрофизиологических сиг- о налов рекомендуемое число разложений 5. Дл  случа  проведени  тонких научных исследований число разложений может быть доведено до 10.

Когда в блоках 20 выделени  переклю- 5 чени  производитс  выделение переключени  минимума через шифратор 21 и второй элемент ИЛИ 22 вырабатываетс  сигнал ПИ, обеспечивающий прием в вычислитель 17 кода К (вход 4) этого минимума, сформированного шифратором; величины амплитуды минимума (вход 5); текущего времени (вход 1); значени  частичной суммы (вход 3). Через врем  задержки, определ емое первым элементом 23 задержки, содержимое сумматора 5 обнул етс , готов  его 5 к приему новой информации.

Вычислитель 17 производит обработку информации по алгоритму, представленному на фиг. 3.

До началаработы устройства в пам ть вычислител  вводитс  величина времени дискретизации т и максимальное число вводимых разложений. При составлении алгоритма использовались следующие идентификаторы: j - номер переключени  сигнала; k - номер разложени ; ПИ - признак передачи информации в вычислитель; ПП - признак просчета дл  k-ro разложени ; Z - частична  сумма амплитуд сигнала дл  первого разложени  на одном участке J, t/k - текущее врем  получени  переключени  в k-M разложении; ТТ - врем  переключени  предыдущего (k-1-го) переключени ; YT -; амплитуда сигнала предыдущего переключени ; SSfc - сумма регистрируемых амплитуд k-ro разложени  на одном участке; « - номер регистрируемого участка дл  k-ro разложени ; ф//; - амплитуда сигнала в момент переключени  дл  k-ro разложени .

Оператор обозначает оператор присваивани . Останов вычислител  производитс  по внешним призпакам после окончани  работы устройства, обеспечиваемого сигналом с таймера 16, устанавливающим первый триггер 8 в состо ние «О.

Блок 20 выделени  переключени  работает следующи.м образом. По сигналу содержимое первого регистра 27, равное ф/-1, переписываетс  во второй регистр 28. Через врем  Т|, опре.теленное первым элементом 26 задержки, поступают разрещенК , записи входного сигнала по njnne А в первый регистр 27 и разрешающие сигналы на первый элемент И 30 и третий элемент И 36. Если в это врем  содержимое второго регистра больше содержимого первого регистра (, ф;/;), элемент 29 сравнени  вырабатывает сигнал логической единицы, и через первый элемент И 30 производитс  установка в состо ние «1, первого триггера 31. Если первый триггер 31 находитс  в состо нии «О, а содержимое первого регистра 27 больше содержимого второго регистра 28 (фни ф/fe), си1 нал с элемента ПЕ 35 через третий элемепт И 36 на установочный вход второго триггера 37 не проходит.

По приходу кода числа Ф,-ы вместе с сигналом Р,;-| содержимое первого регистра 27 переписываетс  во второй регистр 28, который припимает величину ф//,. Далее через врем  Т| в Первый регистр 27 запишетс  код числа fp/i-iA . Если вновь окажетс , что содержимое второго регистра 28 больше содержимого первого регистра 27, то дл  первого триггера 31 по.атвердитс  состо ние «1 и второй триггер 37 останетс  в состо нии «О. Если же содержимое второго регистра 28 меньше содержимого первого регистра 27, то при единичном состо нии первого триггера через элемент НЕ 35 и третий эле.мент И 36 второй триггер 37 установитс  в состо ние «1, тем самым открываетс  второй элемепт И 32, на выходе которого формируетс 

0

5

признак Р; обнаружени  .минимума. Сигналом Pk открываетс  блок 33 вентилей, на выход которого поступит минимальное число rfjk через врем  задержки 2, определ емое вторым элементом 34 задержки, первый триггер 31 и второй триггер 37 установ тс  в исходное состо ние. Далее цикл работы блока повторитс  при приеме нового числа (pj+2k- Аналогично может быть построен блок выделени  максимума при перемене входов элемента сравнени .

Таким образом, применение устройства с предлагаемой структурой и алгоритмом работы по сравнению с известным позвол ет практически без усложнени  конструкции вы- 5 делить из исследуемого сигнала его различные составл ющие, а также производить автоматизированный расчет различных ин- тегральнь х и усредненных показателей, которые , как показали практические исследовани , достаточно хорошо отражают изменени  функционального состо ни , человека и его здоровь , дава  в руки исследовател  дополнительную полезную дл  практических и теоретических исследований информацию.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   I. Устройство дл  автоматизированного анализа электрофизиологических сигналов, содержащее последовательно соединенные датчик, усилитель, а также генератор импульсов , счетчик, сумматор, отличающеес  тем, что, с целью сокращени  времени анализа , в него введены соединенные последовательно перва  кнопка, элемент ИЛИ, первый триггер, первый элемент И, делитель, управл емый генератор пилообразного напр жени , элемент сравнени , второй триггер, второй элемент И, выход которого соединен со входами счетчика и сумматора, соединенные последовательно пульт, таймер, вычислитель, цифровой регистратор, а также графический регистратор, вход которого также подключен к выходу вычислител  N блоков выделени  переключений, соединенных последовательно первыми и вторыми выходами , с первыми и вторыми входами следующего блока переключений, соединенные последовательно шифратор, второй элемент

   5 ИЛИ, первый элемент задержки, вход которого соединен с вторым входом вычислител , а выход - с вторым входом сумматора , выход которого подключен к третье- .му входу вычислител , четвертый вход которого соединен с выходом щифратора, а п тый - с выходом счетчика и первы.м входом первого блока выделени  переключений, втора  кнопка, подключенна  к второму входу первого триггера, а также второй элемент задержки, выход которого соединен с втос рым входом счетчика, а вход - с вторым входом управл емого генератора пилообразного напр жени , вторым входом первого блока выделени  переключений, первым входом

   0

   5

   0

   0

   второго триггера, второй вход которого соединен с выходом делител , а выход - с пер- вым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И и входу таймера, второй выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, первые выходы блоков выделени  переключений соединены соответственно с N входами шифратора, выход усилител  соединен с втор ым входом элемента сравнени .
2. 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что блок выделени  переключений содержит соединенные последовательно первый элемент задержки, первый регистр, второй регистр ,элемент сравнени , первый элемент И, первый триггер, второй элемент И, блок вентилей , второй вход которого подключен к выходу второго регистра, а выход и первый

   5

   вход  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами блока выделени  переключений , первый вход которого соединен с вторым входом первого регистра, а второй - с вторым входом второго регистра и входом первого элемента задержки, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, второй элемент задержки, а также соединенные последовательно элемент НЕ, третий элемент И, второй триггер, второй вход которого соединен с вторым входом первого триггера и выходом второго элемента задержки , вход которого подключен к выходу второго элемента И, второй вход третьего элемента И подключен к выходу элемента НЕ, а третий вход - к выходу первого триггера, вход элемента НЕ соединен с выходом элемента сравнени , второй вход которого подключен к выходу первого регистра.

   j

   PJ

   Фиг.5