Прибор для статистического анализа электроэнцефалограмм Советский патент 1984 года по МПК A61B5/04 

I Изобретение относится к медицинс кой технике и может быть использова но, в частности, при медицинских, психофизиологических и физиологичес ких исследованиях головного мозга методами анализа энцефалограмм (ЭЭГ Известен прибор для определения коэффициента корреляции биопотенциалов мозга, состоящий из нескольки параллельных каналов предварительно обработки сигналов, содержащих формирующие устройства и эммитерные повторители, и каналов статистической обработки, содержащих логически элементы сравнения И, интеграторы и регистраторы 1 . Недостаток этого прибора заключается в том, что он не проводит взаимокорреляционного анализа Э.ЭГ. Известен прибор Х6М, используемый для.корреляционного и взаимокор репяционного анализа случайных функ ций. Прибор состоит из Двух каналов предварительной обработки, каждый из которых содержит последовательн соединенные входное устройство (уси литель) и аиалого-цифровой преобразователь (АЦП). Выходы каналов посредствоМ переключателя соединяются с Каналом статистической обработки сигналов, при этом выход одного из каналов предварительной (Обработки обязан также с входом устройства регулируемой задержки, выход которо го соединен с вторым входом канала статистической обработки (перемножителя). Канал статистической обработки сигналов содержит последовагвльно соедименные перемножитель, интегратор и регистрирующее устройство 2. При использовании известного уст ройства невозможно кгопучить картину пространственной синхронизации биопотейциалов мозга, кроме того, происходит потеря информации вследствие того, что АЦП осуществляет преобразование только 100 мгновенных значений входнрй функции за исследуемый интервал времени. Недостатком известного устройств также является наличие ошибки вслед Ствие того что при сравнении ЭЭГ на перемножителе наряду с учетом знака мгновенных значений ЭЭГ учит тываются и амплитуды. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является при бор Ритм, содержащий датчик био52потенциалов мозга, электроэнцефалограф, выходы блока усилителей которого соединены с входами коммутатора, каналы предварительной обработки ЭЭГ, каждый из которых содержит дифференциатор и формирователь импульсов, каналы статистической обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные блок сравнения, состоящий из элементов И, и регистратор Сз. При использова1ши известного устройства не осуществляется взаимокоррепяционньй анализ ЭЭГ. Недостатками устройства также являются потеря информации при корреляционном анализе и низкая точность анализа. Целью изобретения является повышение точности проведения корреляционного и взаимокорреляционного анализа ЭЭГ. Поставленная цель достигается тем, что в прибор, содержащий датчики биопотенциалов мозга, электро-, энцефалограф. (ЭЭГ), выходы блока усилителей которого соединены с входами коммутатора, каналы предварительной обработки электроэнцефалограмм, каждый из которых содержит дифференциатор и формирователь импульсов, каналы статистической обработки, каждьй из которых содержит последовательно соединенные блок сравнения, состоящий Из элементов И, и регистратор, в каждый блок сравнения введены элементы ИЛИ-НЕ и Ш1И, при этом оба входа элемента ИЛИ-НЕ параллельно соединены со входами элемента И, а выходы элементов И и ИПИ-НЕ соединены с входами элемента ИЛИ, входы дифференциаторов соединены с выходами коммутатора, фор мирователи импульсов выполнены в виде детекторов знака, входы которых соединены с выходами дифференциаторов, а в каждом из каналов статистической обработки между блоком сравнения и регистратором включен интегратор, причем первьй из каналов статистической обработки содержит также блок регулируемой задержки, вход которого соединен с первым формирователем импульсов, а выход - с входом соответствующего блока сравнения, при этом выход первого канала предварительной обработки через блок регулируемой задержки соединен с первым входом блока сравнения первого канала 3 статистической обработки и непосред ственно соединен с первыми входами второго и третьего каналов статистической обработки, выход второго канала предварительной обработки соединен с вторыми входами первого и второго каналов статистической обработки и с первым входом четвертого канала статистической обработки, а выход третьего канала предварительной обработки соединен с вторыми входами третьего и четвертого каналов. На фиг. 1 представлена блок-схем прибора на фиг. 2 - эпюры напряжен элементов прибора при корреляционно и кросс-коррелянлонном анализе; на фиг. 3 - блок-схема устройства сравнения. Прибор состоит из электроэнцефалографа 1, который включает в себя блок 2 усилителей и регистратор 3 ЭЭГ. Входы блока 2 усилителей соеди нены с датчиками 4 биопотенциалов мозга, а выходы - с регистратором 3 ЭЭГ и коммутатором 5. Выходы коммутатора 5 соединены с каналами 6 предварительной обработ ки ЭЭГ. Каждый канал 6 предваритель ной обработки включает в себя после довательно соединенные между собой дифференциатор 7 и формирователь 8 импульсов, выполненный в виде детек тора знака. Второй, третий и четвертый канал 9 статистической обработки ЭЭГ соде жат последовательно соединенные меж ду собой блок 10 сравнения, интегр тор 11 и регистратор 12. Перйый канал 13 статистической обработки содержит блок 14 сравнен интегратор 15 и регистратор 16,иден тичные этим же элементы в других ка налах статистической обработки, а .также блок 17 регулируемой задержки вьтолненный, например, в виде генератора 18 тактовых импульсов и цифрового элемента 19 задержки. Блоки 10 и 14 сравнения выполнены из трех логических элементов каж дый: И 20, ИЛИ-НЕ 21 и ИЛИ 22. Вход элементов И 20 и ИЛИ НЕ 21 попарно соединены меяаду собой, а выходы обоих элементов - с входами элемента ИЛИ 22, выход которого связан с входом соответствующего интеграто- ра (11, 15). Блок 17 регулируемой задержки служит для сдвига во времени на оп1854ределенную заданную величину всей последовательности импульсов, поступающих на его вход (т.е. для сдвига электроэнцефалограммы, преобра.зованной в канале 6 в серию импульсов стандартной аьшлитуды - в цифровом виде) . Прибор работает следующим образом (фиг. 1). С выходов датчиков 4 биопотенциалов мозга сигналы поступают на входы блока 2 усилителей электроэнцефалографа 1, с выходов которого они одновременно поступают на входы регистратора 3 ЭЭГ и коммутатора 5. )Регистратор 3 ЭЭГ производит запись всех исходных ЭЭГ на бумажную-ленту. С помощью коммутатора 5 исследователь осуществляет отбор интересующих его в данньй момент ЭЭГ и они поступают с выходов коммутатора 5 на входы определенных каналов 6 предварительной обработки. Две из этих ЭЭГ .а и б , эпюры которых представлены на фиг. 2, поступают не входы соответственно первого и второго (на фиг.1) каналов 6 предварительной обработки. Дифференциаторы 7 этих каналов преобразуют поступающие на их входы ЭЭГ в серию двуполярных сигналов прямоугольной- формы, причем положительньш знак этих сигналов соответствует нарастанию напряжения исходной ЭЭГ, а отрицательный знак - убыванию. ЭЭГ, обозначенная буквой и , преобразуется в кривую 8 , а ЭЭГ 5 - в кривую г (фиг. 2). С выходов дифференциаторов 7сигналы поступают на формирователи 8импульсов, в которых двуполярные {сигналы преобразуются в однополярные сигналы стандартной амплитуды, причем положительньп знак входного сигнала преобразуется в сигнал 1, а отрицатегтьный - в сигнал О (кривая в преобразуется в кривую д, а кривая г - в е ). Стандартная амплитуда сигналов необходима для нормальной работы логических элементов блоков 10 и 14 сравнения. Например, для логических элементов серии ТТЛ, используемых в приборе, сигнал 1 должен иметь напряжение, от t2,2 до 5,0 В, а сигнал О от 6 до +0,3 В. С выходов формирователей 8 импульсов сигналы в виде серии единиц и нулей (импульсов стандартной амплитуды) поступают попарно на входы S соответствующих логических элементо блоков 10 сравнения каналов 9 статистической обработки. Таким образом, с выходов блоков 10 сравнения получают серии импульсов прямоугольной формы и стандартной амплитуды, но с разной длительностью импульсов и разными расстоя,ниями между ними. В таком виде импульсы поступают далее на входы инттe paтopoв 11, преобразующих входные сигналы в аналоговьй сигнал. Величина напряжения этого сигнала тем больше, чем больше отношение длительности импульсов к расстоянию между ними, т.е. с ув еличением сред него значения совпадений знаков пер вых ПРОИЗВОДЙЫХ ИСХС1ДНЬГЙ ЭЭГ 01 и 6 величина напряжения на выходе цнтег ратора 11. растет и наоборот. .На фиг. 1 и 2 кривая на выходе интегра тора 11 канала 9 статистической обработки обозначена буквой з . С выходов интеграторов 11 кривые поступают на регистраторы 12, которые осуществляют их графическую запись на б-умажной ленте. Таким образом производится обраб ка исходньк ЭЭГ при корреляционном анализе. Обработка исходных ЭЭГ при кросс- И автокорреляционном.анализе осуществляется одновременно с обработкой корреляционной функции. Для осуществления обработки ЭЭГ при кросскорреляционном анализе сиг налы с выходов каналов 6 предварительной обработки поступают в канал 13. При этом один из сигналов (криВия и) Поступает на вход блока 14 сравнения, а другой сигнал (кривйя поступает на вход цифрового элемен та 19 задержки блока 17 регулируемой задержки. Время-задержки t задается Исследователем. Задержанный Иа время tj сигнал (кривая к на фиг. 1 и 2) поступает на второй вход Л01са 14 сравнения, который работает аналогично блоку 10 и реализует логическую формулу йи + + Й.Й (кривая k на фиг. 2. С выход блока 14 сравнения сигнал поступает на интегратор 16, работающий аналогично интегратору 11 в канале статистической обработки, а с выхода интегратора 11 - аналогичньгй сигнал, соответствующий среднему значению совпадений знаков первых производных ЭЭГ U и б , причем ЭЭГ Ь сдвинута во времени относительно 856 времени ее записи на величину -t, . Этот сигнал поступает на регистратор 16 и записывается на бумажную ленту (кривая/л на фиг. 2). Для осуществления автокорреляционного анализа на два канала 6 предварительной обработки, выходы которых связаны со входами канала 13 (с,входом блока 17 и одним из входов блока 14 сравнения), с помощью коммутатора 5 подается одна и та же ЭЭГ. При этом в канале 13 производится сравнение между собой разных участков одной ЭЭГ, а на регистраторе 12 канала 9 статистической обработки в это время сигнал имеет максимальный уровень (полная корреляция), так как на канале статистической обработки происходит сравнение идентичных серий импульсов, являющихся результатом преобразования одной ЭЭГ. Прибор проанализирован на примере работы двух каналов 6 предварительной обработки, одного канала 9 статистической обработки и одного дополнительного канала 13 (кроссавтоканала). Работа нерассмотрейных каналов аналогична. Количество кросс;автоканалов может быть увеличено и равно числу каналов статистической обработки - это зависит от потребностей исследователя. В данном примере показан один кроссайтоканал, работающий параллельно только одному каналу 9 статистической обработки. Таким образом, для двух ЭЭГ одновременно осуществляется корреляционный и кросскорреляционный анализ. Остальные каналы 9 статистической обработки обрабатьгоают толЬко корреляционные функции других пар ЭЭГ. Эпюры напряжений при автокор.реляционном анализе (фиг. 2) будут отличаться тем, что Кривая о идентична кривой 5 , кривая В идентична кривой г , кривая 3 идентична кривой е, ж будет представлена Прямой линией, соответствующей напряжению стандартной амплитуды, J также будет прямой линией, соответствующей полной корреляции, кривая U идентична кривой 6 , но сдвинута относительно нее на время t, , а k и А формируются, исходя из совпадений формы кривых д и ал .

7.

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с прототипом является повьппениё точности коррелядаонного и взаимокорреляционного анализа ЭЭГ в 2,5-3 раза за счет, использования при анализе как положительньК, так и отрицательных значений ЭЭГ, что достигается благодаря соединению дифференциаторов непосредственно с усилиями энцефалографа (через коммутатор), учета при анализе только знаков первых производных без численных значений амплитуд биопотенциалов, это достигается тем, что блоки 10 и 14 сравнения вьшолнены не в виде йеремножителя, а в виде логической схемы, реализующей формулу X а в +55 , анализа совпадений не в заданном диапазоне, а в каждый момент времени (точное совпадение), что достигается за счет того, что формирователь 8 импульсов выполнен в виде детектора знака, непосредственно связанного с диффе1зенциатором.

1051858

Кроме того, прибор позволяет получить достоверную картину простраист- венной синхронизации биопотенциалов .мозга во всем спектре частот (О 5 70 Гц) достигаемую за счет того, что дифференциаторы непосредственно связаны с выходами усилителей энцефалографа (через коммутатор).

Вьшеуказанные преимущества дают ,возможность проведения корреляционного и взаимокоррепяционного анализа биопотенциалов мозга отдельно в правой и левой гемосферах человека с получением при этом достоверного результата, что особенно важно при изучении различия функций и доминирования в различных процессех одного из полушарий большого мозга.

Таким образом, изобретение повышает точность проведения корреляционного и взаимокорреляционного ана25 лиза электроэнцефалограмм.

(pifs.i

( Sxef fvtfi e/offfyvtTfnefe 7 (ucxof atr yjr)

i Sxoff иффгреигчивглф в 7 (e/cxoSna 99)

umjirip

te tiroJ fy/ne/rnttpa tffffMet tft/rff frtntKirr i a jnffirfff i f ffo//f«tif ffiffto лвггцнпшЮ

. unmttf ef 6fei ff fpfeifemportreia ff)

i Bufof ytiftfut/ foAfiiflrH ff

i fftffof/rffflHfff/tfff f/tfMftHn f

л vtf/nttfortfefM /S. ( /6/

ПРИБОР ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ЭЛЕКТРО: НЦЕФАЛОГРАММ, содержащий датчики биопотенциалов, электроэнцефалограф (ЭЭГ), выходы блока усилителей которого соединены с входами комментатора, каналы предварительной обработки электроэндефалограмм, каждый из которых содержит дифференциатор и формирователь импульсов, каналы статистической обработки, каждый из которых содержит последовательно соединенные блок сравнения, состоящий из элементов И, и регистратор, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности проведения корреляционного и взаимокорреляционного анализа электроэнцефалограмм, в каждый блок сравнения введены элементы ИЛИ-НЕ и ИЛИ, при этом оба входа элемента ИПИ-НЕ параллельно соединены с входами элемента И, а выходы элементов И и ИЛИ-НЕ соединены с входами элемента ИЛИ, входы дифференциаторов соединены с выходами коммутатора, формирователи импульсов выполнены в виде детекторов знака, входы кото- рых соединены с выходами дифференциаторов, а в каждом из каналов S статистической обработки между блоком сравнения и регистратором включен интегратор, причем первый из каналов статистической обработки содержит также блок регулируемой задержки., вход которого соединен с первым формирователем импульсов, а выход - с входом соответствующего блока сравнения, при этом выход первого канала о ел предварительной обработки через блок регулируемой задержки соединен с первым входом блока сравнения первого х канала статистической обработки.и не;п посредственно соединен с первыми входами второго и третьего каналов статистической обработки, выход второго канала предварительной обработки соединен с вторыми входами первого и второго каналов статистической обработки и с первым входом четвертого канала статистической обработки, а выход третьего канала предварительной обработки соединен с вторыми входами третьего и четвертого каналов.

l/ l/

Ф

го

и

НЛН - HE

fO(f)