УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОКАНАЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ Российский патент 1997 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к электрофизиологии, и предназначено для использования в медицинских учреждениях для накопления результатов исследований с помощью широко распространенной и доступной бытовой техники с целью последующей автоматической обработки и архивации без искажения информации.

Известны устройства для магнитной регистрации биоэлектрических процессов /Волков В.Г. В кн. "Новые методы и аппаратура для научных исследований в области высшей нервной деятельности и нейрофизиологии", М. 1973, с. 16-26; Булгаков С. П. Гундарев В.П. Соколова А.М. Сомов В.Г. Юшкин А.В. "Частотный преобразователь для магнитной регистрации биоэлектрических процессов", Медицинская техника, 1977, N1, с.15-18; Захаров Е.А. "Возможности определения колебаний линейной скорости движения сигналоносителя в записывающих и воспроизводящих устройствах". В кн. "Методика и аппаратура для исследования психофизиологических характеристик человека-оператора". М. Наука, 1977, с. 17-20/. Однако эти устройства не обеспечивают необходимой достоверности при регистрации воспроизведении электрофизиологических сигналов. Указанные устройства не обеспечивают одновременной регистрации нескольких параметров, что является необходимым в подавляющем большинстве физиологических экспериментов и требует применения специальных многоканальных магнитофонов.

Из известных устройств наиболее близким к изобретению является восьмиканальное устройство магнитной регистрации и ввода в ЭВМ электрофизиологических сигналов, разработанное на базе стереофонического бытового магнитофона /Гусаинов С.А. Сербина Е.В. Вешкин С.Б. источник информации Журнал высшей нервной деятельности, 1979, т.29, в.2, с. 424-430/.

Известное устройство в режиме записи содержит блок аналоговых ключей /БАК/, генератор, блок стробирования аналоговых ключей /БСК/, блок формирования ступенчатого сигнала /БФС/, блок модуляторов /БМ/. Причем генератор соединен с блоком стробирования аналоговых ключей, выход которого соединен с блоком аналоговых ключей и блоком формирования ступенчатого сигнала, выход блок аналоговых ключей соединен с первым входом блока модуляторов, выход блока формирования ступенчатого сигнала соединен со вторым входом блока модуляторов, выходы которого предназначены для подключения к двум каналам магнитофона.

Известное устройство в режиме воспроизведения содержит блок демодуляторов /БДМ/, входы которого соединены с входами двух каналов магнитофона, а выходы должны быть подсоединены через сопрягающее устройство к ЭВМ.

В устройстве используется запись на двух дорожках, причем первая дорожка используется для записи только физиологической информации по принципу временного уплотнения восьми каналов регистрации, а вторая дорожка используется для записи служебного сигнала, который служит для дешифрации восьми каналов регистрации и для амплитудной коррекции физиологической информации, записанной на первой дорожке. Функции выделения каналов регистрации и последующей амплитудной коррекции реализованы алгоритмически программным способом с помощью ЭВМ. Преобразование аналогового сигнала с магнитофона и сопряжение с ЭВМ в описанное устройство не входит и не анализируется.

Одним из основных требований к устройствам для сбора и регистрации электрофизиологических сигналов является высокая достоверность регистрируемых параметров. Искажения, возникающие при регистрации и воспроизведении информации, ошибки выделения регистрируемых каналов снижает качество и эффективность последующей автоматической обработки, а иногда делает ее вообще невозможной.

В известном устройстве информационный сигнал и сигнал его коррекции записывается на разных дорожках магнитной ленты. Практика магнитной записи свидетельствует о том, что факторы, искажающие процессы записи-воспроизведения из-за коробления ленты, неравномерности прижима ее к записывающей и воспроизводящей головке, поперечного перемещения ленты и т.п. по разному влияют на уровень записи-воспроизведения обеих дорожек в текущий момент времени, что приводит к недопустимому искажению физиологической информации. Кроме того, число формируемых сигналов ограничено величиной различимой ступеньки аналогового сигнала, а искажение ступенчатого сигнала приводит к неправильной дешифрации и невозможности выделения конкретного канала.

Целью изобретения является устранение искажений информационного сигнала при записи-воспроизведении за счет введения сигнала автокоррекции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее БАК, генератор, БСК, БМ, БДМ, причем в режиме записи генератор соединен с блоком БСК и блоком формирования ступенчатого сигнала, вход БАК соединен с первым выходом БМ, выход блока формирования ступенчатого сигнала соединен со вторым входом БМ, выходы которого предназначены для подключения к двум каналам магнитофона, а в режиме воспроизведения входы БДМ соединены с выходами двух каналов магнитофона, а выходы БДМ подсоединены через сопрягающее устройство к ЭВМ, введен переключатель записи-воспроизведения, в режиме записи введены вместо блока формирования ступенчатого сигнала блок формирования сигнала выбора канала /БФВК/, второй дополнительный выход которого соединен с введенным стробирующим входом БАК; выход генератора также соединен с дополнительным входом БМ; в режиме воспроизведения в устройство введены БАК, БСК, БФВК, блок выделения несущей частоты /БНЧ/, блок выделения сигнала коррекции /БСК/, схема коррекции сигнала /СКС/, причем вход второго канала коррекции /ВСК/, схема коррекции сигнала /СКС/, причем вход второго канала БДМ дополнительно соединен со входом ВНЧ, выход которого соединен со входом БСК, выход 2 БДМ соединен с дополнительным входом обнуления БСК, выход 1 БДМ соединен с восемью входами БАК и первым входом ВСК, выход 3 БФВК соединен со вторым входом ВСК, выход которого соединен с первым входом СКС, второй выход СКС соединен с выходом БАК.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: блока формирования сигнала выбора канала, блока выделения несущей частоты, блока выделения сигнала коррекции и их связями с остальными элементами схемы.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "Новизна".

Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями показывает, что блок формирования сигнала выбора канала, блок выделения несущей частоты, блок выделения сигнала коррекции и др. широко известны. Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемое устройство, эти блоки проявляют новые свойства, что приводит к исключению временных и амплитудных искажений информационных сигналов при записи-воспроизведении. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "Существенные отличия".

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для многоканальной магнитной регистрации электрофизиологических сигналов с автоматической коррекцией в режиме записи; на фиг.2 в режиме воспроизведения; на фиг.3 полная блок-схема в положении переключателя режима запись.

Устройство в режиме записи содержит восьмивходовый блок аналоговых ключей 1, выход которого соединен с первым входом блока модуляторов 2, генератор 3, выход которого соединен с входом блока стробирования аналоговых ключей 4 и с третьим входом блока 2; выход блока 4 соединен с управляющим входом блока 1 и с входом блока формирования сигнала выбора канала 5, первый выход которого соединен со вторым входом блока 2, а второй выход соединен со стробирующим входом блока 1.

Устройство в режиме записи работает следующим образом: генератор 3 создает несущую частоту, на которой блок 2 формирует сигнал информационного канала /выход канала 1/ и сигнал служебного канала /выход канала 2/, поступающие на запись магнитофона. Эта же частота используется в блоке 4 для формирования управляющего сигнала блока 1 и блока 5. В блоке 1 осуществляется временное уплотнение восьми каналов на выход управляющим сигналом с блоком 4 и размещение опорного сигнала коррекции в каждой из восьми выборок за счет стробирования выхода блока 1 управляющим сигналом с блока 5. Блок 5 формирует также маркерный сигнал, соответствующий началу уплотнения каналов, который используется для формирования сигнала служебного канала в блоке 2 путем модуляции несущей частоты с генератором 3. Сигнал с временным уплотнением каналов и опорного сигнала коррекции используется для формирования сигнала информационного канала путем модуляции несущей частоты в блоке 2.

Устройство в режиме воспроизведения содержит блок демодуляторов 6, первый выход которого соединен со входом блока выделения сигнала коррекции 9 и с объединенными входами 1-8 блока аналоговых ключей 1, а второй выход соединен с маркерным входом блока стробирования аналоговых ключей 4; выход канала 1 воспроизведения магнитофона соединен с первым входом блока 6, выход канала 2 воспроизведения магнитофона соединен со вторым входом блока 6 и со входом блока выделения несущей частоты 7, выход которого соединен со входом блока 4; выход блока 4 соединен с управляющим входом блока 1 и входом блока формирования сигнала выбора канала 5, первый выход которого соединен со входом стробирования блока 8, а второй выход соединен со входом стробирования блока 1; выход блока 8 соединен с первым входом схемы коррекции сигнала 9, второй вход которой соединен с выходом блока 1.

Устройство в режиме воспроизведения работает следующим образом: с выхода магнитофона по каналу 2 модулированный служебный сигнал поступает на блок 6, где выделяется маркерный сигнал привязки начала уплотнения каналов, и на блок 7, где осуществляется выделение /восстановление/ несущей частоты. Восстановленная несущая частота поступает на вход блока 4 /вместо частоты с генератора 3 в режиме записи/. Маркерный сигнал осуществляет привязку начала формирования управляющего сигнала блока 4. Блок 4 работает аналогично режиму записи. Таким образом осуществляется автоматическая коррекция временных искажений записи воспроизведения.

С выхода магнитофона по каналу 1 модулированный информационный сигнал поступает на блок 6, где выделяется уплотненный информационный сигнал с опорным сигналом коррекции, который поступает на блок 1 и блок 8. По желанию оператора в блоке 5 устанавливается переключателем выбор любого из восьми уплотненных каналов. При этом блок 5 формирует строб информационного канала и строб опорного сигнала коррекции выбранного канала, которые поступают соответственно на блок 1 и блок 8 для стробирования. Выделенные выборки информационного и опорного сигналов поступают на блок 9, где запоминаются. В блоке 9 осуществляется коррекция амплитудных искажений записи-воспроизведения за счет привязки информационного сигнала к уровню опорного сигнала. Сформированный информационный сигнал выбранного канала поступает на выход блока 9 для последующей обработки и анализа.

В целом устройство функционирует в режимах записи воспроизведения за счет преобразования структуры с помощью переключателя рода работы.

Экспериментальные исследования заявляемого устройства проведены на кафедре нормальной физиологии Рязанского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова с использованием иммитатора электрофизиологических сигналов типа "Medical simulator 4593" и электроэнцефалографа типа BST-1 производства ГДР. Кроме того, проводились исследования на кошках, электроэнцефалограмма которых регистрировалась би- и монополярно с корковых и подкорковых структур мозга. Проведенные исследования показали, что заявляемое устройство позволяет зарегистрировать на магнитную ленту бытового магнитофона 11 класса типа "Астра-209" и воспроизвести без искажения на диаграммную ленту электроэнцефаллографа BST-1 стандартный электрофизиологический сигнал с иммитатора типа "Medical simulator 4593" в режиме имитации электроэнцефалограммы, а также реальную электроэнцефалограмму с корковых и подкорковых структур мозга.

В предлагаемом устройстве для многоканальной магнитной регистрации электрофизиологических сигналов информационный сигнал и сигнал его коррекции записывается на одной дорожке магнитной ленты, что исключает искажения процессов записи-воспроизведения, которые могут возникнуть из-за коробления ленты, неравномерности прижима ее к записывающей и воспроизводящей головкам, поперечного перемещения ленты и т.д. что исключает искажения электрофизиологической информации. Число формируемых каналов не ограничено величиной различимой ступеньки аналогового сигнала и позволяет исключить ошибки дешифрации при выделении конкретного канала.

Таким образом, использование регистрации электрофизиологических сигналов на бытовых магнитофонах невысокого качества с помощью устройства для многоканальной магнитофонной регистрации с автоматической коррекцией позволяет исключить временные и амплитудные искажения, конструктивно присущие всем регистраторам с магнитным носителем.

Использование: устройство для многоканальной магнитной регистрации электрофизиологических сигналов с автоматической коррекцией относится к медицинской технике, а именно к электрофизиологии ,и предназначено для использования в медицинских учреждениях для архивирования результатов исследований. Сущность: в устройство, содержащее блок аналоговых ключей, генератор, блок стробирования аналоговых ключей, блок формирования ступенчатого сигнала, блок модуляторов, причем генератор соединен с блоком стробирования аналоговых ключей, выход которого соединен с блоком аналоговых ключей и блоком формирования ступенчатого сигнала, выход блока аналоговых ключей соединен с первым входом блока модуляторов, выход блока формирования ступенчатого сигнала соединен со вторым входом блока модуляторов, выход которого предназначен для подключения к двум каналам магнитофона, в режиме записи введены вместо блока формирования ступенчатого сигнала блок формирования сигнала выбора канала, второй дополнительный выход которого соединен с дополнительным стробирующим входом блока аналоговых ключей, выход генератора также соединен с дополнительным входом блока модуляторов. В режиме воспроизведения в устройство, содержащее блок демодуляторов, входы которого соединены с выходом двух каналов магнитофона, а выходы подсоединены через сопрягающее устройство в ЭВМ, введены блок аналоговых ключей, блок стробирования аналоговых ключей, блок формирования сигнала выбора канала, блок выделения несущей частоты, блок выделения сигнала коррекции, узел коррекции несущей частоты, блок выделения сигнала коррекции, узел коррекции сигнала, причем вход второго канала блока демодуляторов дополнительно соединен со входом блока несущей частоты, выход которого соединен со входом блока стробирования аналоговых ключей, второй выход блока демодуляторов соединен с дополнительным входом обнуления блока стробирования аналоговых ключей, первый выход блока демодуляторов соединен с восемью входами блока аналоговых ключей и первым входом блока выделения сигнала коррекции, третий выход блока формирования сигнала выбора канала соединен со вторым входом блока выделения сигнала коррекции, выход которого соединен с первым входом узла коррекции сигнала, второй выход схемы коррекции сигнала с выходом блока аналоговых ключей. 3 ил.

Устройство для многоканальной магнитной регистрации электрофизиологических сигналов с автоматической коррекцией, содержащее блок аналоговых ключей, генератор, блок стробирования аналоговых ключей, блок формирования ступенчатого сигнала, блок модуляторов, выходы которого соединены с входом магнитного регистратора, блок демодуляторов, входы которого соединены с выходами воспроизведения магнитного регистратора, отличающееся тем, что в него введены блок формирования сигнала выбора канала, блок выделения несущей частоты, блок выделения сигнала коррекции, узел коррекции сигнала, причем первый выход блока формирования сигнала выбора канала соединен с вторым входом блока модуляторов, второй выход соединен со стробирующим входом блока аналоговых ключей, третий выход соединен со стробирующим входом блока выделения сигнала коррекции, вход блока выделения несущей частоты соединен с входом служебного канала демодуляторов, а выход при воспроизведении соединен с входом блока стробирования аналоговых ключей, вход блока выделения сигнала коррекции соединен с информационным выходом блока демодуляторов, а выход соединен с первым входом узла коррекции сигнала, второй вход которого соединен с выходом аналоговых ключей, выход генератора соединен с входом несущей частоты блока модуляторов.