Система биоадаптивного регулирования Советский патент 1984 года по МПК A61B5/16 

1: 1 Изобретение относится к медицинекой технике, а именно к биоэлектрическим системам регулирования физиологических процессов с лечебно-диагностической целью, и может найти применение в -технике при разработке информационных автоматов с Использованием биоэлектрических сигналов (jlj. Известно устройство с биологической обратной связью, содержащее реог раф и индикатор и обеспечивающее коррекцию физиологических параметров Однако известное устройство не яв ляется инструментом, направленным на измерение кровенаполнения - сосудов и не обеспечивает избирательного действия на сосудистую систему. Цель изобретения - повышение точности биоадаптивного регулирования кровенаполнения органов. Поставленная цель достигается тем что система, содержащая реограф с электродами и индикатор, дополнитель но содержит последовательно соединен ные полосовой фильтр, активный детек тор, блок подавления артефактов, усреднитель площади реографической кри вой и блок переключения, причем второй и третий входы усреднителя реографической кривой соединены с выходами полосового фильтра и активного детектора, выход реографа соединен с входом полосового фильтра, а вькод переключателя соединен с входом индикатора. Индикатор содержит диапроектор, последовательно соединенные блок сравнения, блок управления диапроектором, блок коррекции, причем выход блока коррекции соединен с входом блока сравнения, второй выход блока управления диапроектором соединен с входом диапроектора. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства биоадаптивного регулирования; на фиг. 2 - принципиальная схема блока калибровки реографа на фиг, 3, а - диаграмма выходного напряжения фильтра при реоэнцефалогра фии головного мозга - форма реограммы (РЭГ); на фиг. 3, б - диаграмма выходного напряжения активного детектора (пунктиром показано среднее значение площади выпрямленного напряжения на выходе усреднителя). Устройство биоадаптивного регулирования содержит измерительное устройство с реографом 1 и комплектом 41 накладываемых на симметричные участ.ки различных областей головы электродов 2, регистрирующее устройство 3, например электрокардиограф, осциллограф типа С1-69, дополнительно введенное индикаторное, устройство 4 с визуальным экраном 5, реверсивным двигателем 6 и поляризованным реле 7, дифусилитель 8, полосовой фильтр 9, активный детектор 10, усреднитель 11 площади реографической кривой, блок 12 подавления артефактов, блок 13 переключения пациента, сравнивающее устройство 14, два источника питания + и 1 и - U2, блок 15 коррекции с потенциометром 16 обратной связи и потенциометром 17 регулировки нуля. Вькоды реографа 1 подключены через дифусилитель 8 и полосовой фильтр 9 к входу активного детектора 10, к одному из входов усреднителя 11, второй вход которого подключен к выходу активного детектора 10, соединенного с входом блока 12 подавления артефактов.. Выход блока 12 соединен с третьи. входом усреднителя 11,выход которого через блок 13 переключения пациента соединен с инвертирующим входом 18 сравнивающего устройства 14, неинвертирующий вход 19 которого подключен к выходу блока 15 коррекции, которьй соединен с движком потенциометра 16 обратной связи, механически связанным с валом реверсивного двигателя 6 индикаторного устройства 4. Параллельно крайним выводам потенциометров 16 и 17 блока 15 коррекции анодами включены два встречно соединенных катодами стабилитрона 20. Один из вьшодов потенциометра i 16 обратной связи соединен через резистор 21 с положительной шиной од- . ного из Лточников + U1 питания, а через второй резистор 22 - с отрицательной шиной второго источника -У2. Движок потенциометраi 17 регулировки нуля подключен к общей шине 23 источника + U1 и - U2. Выход сравнивающего устройства 14 подключен к поляризованному реле 17 индикаторного устройства 4, подвижный контакт которого подключен к обмотке реверсивного двигателя 6. Вал реверсивного двигателя 6 механически связан с диапроектором 24 индикаторного устройства 4, проектирующим изображение на экран, которое визуально наблюдает пациент 25. 31 Реограф 1 предназначен при днагностике и лечении для измерений изменений переменной величины электрического сопротивления выбранного участка или органа пациента, обусло ленных пульсовыми колебаниями их кpoвoнaпoJfнeния при каждом сердечном сокращении, и содержит амплитудносравнивающий мост с выпряяительными диодами 26, сглаживающим конденсаторами 27 и резисторами 28 - 31, парафазный усилитель 32, блок 33 калибровки. Полосовой фильтр 9 предназначен . для селективного подавления помех из выхода дифусилителя 4, выделения полезного сигнала в заданном диапазоне частот, для обеспечения качественной записи реоэнцефалограммы (РЭГ выполнен, например, по П -образной схеме на пассивных элементах и содержит резисторы 34, конденсаторы 35 и включенную между ними индуктивность 36. Активный детектор 10 предназначен для прецизионного двухполупериодного амплитудного детектирования выходного напряжения фильтра 9 и содержит операционный усилитель 37 и две цепи отрицательиой обратной связи, каждая из которых содержит резис тор с последовательно включенными (встречно по отношению к диоду другой цепи), диодом, соответственно цепи 38 и 39. Блок 12 подавления артефактов пред назначен для подавления различных ар тефактов определенной амплитуды, исключения их влияния на качество РЭГ и содержит пороговое устройство, выполненное, например, на базе дифферен циапьного усилителя постоянного тока 40, одиниз входов которого через резистор 41 подключен к выходу активного детектора 10, а второй через резистор 42 - к источнику порогового напряжения (J f, . Выход блока 12 подключается к третьему входу, соединенному с обмоткой реле 43. Усреднитель 11 предназначен для измерения средней величины площади реографической кривой и содержит реле 43, операционный усилитель 44 с апериодической отрицательной RC-обратной связью 45, коммутируемой одной из двух пар размыкающих контактов 46 реле 43, два масштабных резистора 47, объединенные выводил которых вто1- 4 рой парой размыкающих контактов 46 реле 43 подключаются к входу операционного усилителя 44, необъединенные выводы каждого из которых подключаются к выходу активного детектора 10 и выводу 48 полосового фильтра 9 соответственно, выход Запись РЭГ, к которому подключается регистрирующее устройство 3. Блок 13 переключения пациента предназначен для обеспечения инвертирования или неинвертирования сигналов усреднителя 1 в зависимости от вида болезни данного пациента 25 гипертоник - гипотоник, содержит операционный усилитель-инвертор 49 и переключатель 50 Гипертоник-гипотоСравнивающее устройство 14 предназначено для сравнивания напряжений, поступающих на входы 18 и 19 формирования управляющего сигнала управления поляризованным реле 7 индикаторного устройства 4, и содержит операционный усилитель 51 с определенными (заданными) коэффициентами передачи по трактам управления входов 18 и 19. Блок калибровки реографа 1 (фиг. 2) предназначен для осуществления калибровки и балансировки реографа 1 и содержит реле 52 калибровки с замыкающими контактами 53, резистор 54, кнопку 55, измерительный стрелочный прибор 56, резистор 57, переключатель 58, резистор 59. Замыкающие контактьи 53 реле 52 подключаются к выводам 60 и 61 реографа 1. Измерительный прибор 56 посредством переключателя 58 либо замыкается , через резистор 57 на резистор 59, лцбо подключается при балансировке к выводам 62 и 63 амплитудно-сравнивающего моста реографа 1. Система работает следующим образом.« Напряжение высоко- частоты U подается на амплитудно-сравн вающий мост, образованный резисторами 28 31, исследуемым участком живой ткани пациента 25 и диодами 26. Балансировка моста производится резистором 30 по нулевому показанию измерительного стрелочного прибора 56, входящего в состав блока 33 калибровки, подключенного к вьгоодам 60 и 61 амплитудносравнивающего моста в момент балансировки. Величина и знак напряжения на выходе моста определяются величиной и знаком изменения импеданса исследуемого участка ткани по отношению к величине этого импеданса в момент балансировки. Калибровка амплитуды записи производится изменением на постоянную величину активного соп ротивления 28, включенного последовательно с исследуемым участком живой ткани пациента 25 путем шунтирования его резистором 29 при замыкании контактов 53 реле 52, Запись реоэнцефалограммы (РЭГ) при необходимости может проводиться регистрирующим (записынающим) устройст вом 3. При этом сигнал записи снимается с выхода 48 Запись РЭГ полосового фильтра 9. При регистрации реоэнцефалограмм (РЭГ) величина изменения переменной составляющей импе данса тклнн составляет 0,1 - О.,3 Ом. Рабочая частота реографа порядка 70 кГц. Через фильтр нижних и верхних частот конденсатора 27 выходное напряжение моста подается на вход парафазного усилителя 32 реографа 1. С выхода парафазного усилителя 32 сигнал подается на- вход дифференциал ного усилителя 8, осуществляющегб усиление, согласование по нагрузке и преобразование дифференциального сигнала в недифференциальный, Усилен ный и прсобразованньй сигнал f выхода усилителя 8 поступает на вход полосового фильтра 9, образованного элементами 34, 36 и 35. Нижняя грани цл частот выходного сигнала фипьтра 9ограничивается уровнем 0,5 Гц, верхняя граница - уровнем 35 Гц, что обеспечивает запись РЭГ без искажений. Диаграмма выходного напряжения фильтра 8 показана на фиг. Зд(. Отфильтрованный сигнал поступает, на выход 48 Запись РЭГ, на вход усреднителя 11 и на вход активного детектора 10, в -котором цепи 38 и )39 образуют отрицательную обратную связь операционного усилителя 37 для разнополярных входных сигналов. Актив ный детектор 10 совместно с усреднителем 11 осуществляет двухстороннее амплитудное детектирование и усреднение выходного сигнала фильтра 9 с запоминанием. Выпрямленный детектором 10сигнал поступает через резистор 41 на один из входов операционного усилителя 40 блока 12 подавления ар- тефлктов. На второй вход усилителя 40 через резистор 42 подается опорное напряжение U , определяющее величину порога срабатывания блока 12 артефактов. При возникновении артефактов определенной амплитуды блок 12 подавления артефактов срабатывает и размыкает на заданное время контакты 46 исполнительного реле 43 усреднителя 11. При размыкании контактов 46 усреднитель 11 запоминает посредством конденсатора 45 среднее значение площади выпрямленного напряжения, соответствующее значению полезного сигнала до появления артефактов. После исчезновения артефактов реле 43 отпускает9я, контакты 46 замыкаются, и процесс усреднения полезного сигнала продолжается дальше. На фиг. 3 5 представлена диаграмма вьгходного напряжения активного детектора 10, отражающего максимальные изменения объема крови исследуемой области мозга, и показано среднее значение площади реографической кривой, измеряемое усреднителем 11 и необходимое при оценке функциональных изменений мозгового кровообращения. Выходной сигнал усреднителя 11 поступает на вход блока переключения пациента 13, в котором переключатель 50 передает на вход блока либо неинвертированный, либо инвертированный посредством операционного усилителя 9 сигнал.усреднителя 11. Коммутация переключателя 50 осуществляется оператором в зависимости от типа пациенfa 25 - гипертоник-гипотоник. С выхода блока 13 сигнал поступает на один из входов 18 операционного усилителя 51 сравниваницего устройства 14, на второй вход,19 которого подается компенсирующий сигнал отрицательной обратной связи, снимаемый с движка потенциометра 16 обратной связи блока коррекции 15. При отс гтствии входного сигнала регулировка нуля экрана осуществляется потенциометром регулировки нуля 17. . Выходной сигнал сравнивающего устройства 14 управляет обмоткойполяризованного реле 7 индикаторного уст-, , ройства 4. В зависимости от знака выходного сигнала сравнивающего устройства 14 замыкается соответствующтт контакт реле 4, осуществляя подключение к обмотке двигателя 6 соответствующего источника напряжения U1 или -и 2. Двигатель 6 вращается п

ту или иную сторону, перемещает механически движок потенциометра 16 блока коррекции 15 и управляет диапроектором 24, высвечивающим на экран 5 цветную полосу одного из двух цветов - красного или голубого цвета, зрительно воспринимаемую пациент том. Двигатель 6 вращается и, следо.ватепьно, цветная полоса на экране удлиняется до тех пор, пока входной сигнал, поступающий на вход 18 сравниваюёщго устройства 14, не скомпенсируется сигналом отрицательной обратной связи, поступающим на вход 19 усилителя-инвертора 51. В зависимости от реакции пациента сигнал на входе 18 сравнивающего устройства 14 либо увеличивается и процесс упраления цветной полосой экрана идет аналогично описанному, либо полярность сигнала изменяется на обратную Тогда двигатель 6 начинает вращаться в другую сторону и диапроектор 24 высвечивает на экране цветную полосу другой окраски. Далее процесс управления желаемым цветом экрана происходит аналогично описанному. Таким образом, данная система позволяет пациенту осуществлять самостоятельно бйоадаптивное регулирование интенсивности кровенаполнения, например, сосудов головного мозга.

Предлагаемая система по сравнению с прототипом обеспечивает адаптивное регулирование пациентом интенсивности кровенаполнения сосудов при диаг ностике и лечении путем воздействия его на процесс регулирования, исклю ения влияния артефактов на работу системы и повьпиение вдвое точности работы системы, что отсутствует в прототипе. Это достигнуто за счет введения в систему дополнительно индикаторного устройства с экраном, посредством которого осуществляется биологическая обратная связь дифусилителя, полосового фильтра, активного детектора, усреднителя, автомати- чески определяющего среднюю площадь реографической волны, блока подавления артефактов с заданным порогом подавления различных помех - артефактов, блока переключения пациента, сравнивающего устройства, блока коррекции, повьщ1акяцего точность регулирования путем введения отрицательной обратной связи по положетгаю исполнительного органа.

Таким образом, предлагаемая система биоадаптивного регулирования обес-, печивает получение надежных показателей (за счет исключения влияния артефактов и получения более чистой реографической кривой) об относительной интенсивности кровенаполнения, о состоянии сосудистого тонуса в различных областях тела, особенно трудно доступного для изучения головного мозга, в условиях совершенно безвредного исследования, и лечение сосудистых заболеваний и функциональных нарушений нервной системы.

Кроме того, предлагаемая система может использоваться в технике при построении информационных автоматов типа манипуляторов.

1. СИСТЕМА БИОАДАПТИВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, содержащая реограф с электродами и индикатор, отличающаяся тем,что ,с целью повьшения точности биоадаптивного регулирования кровенаполнения органов, она дополнительно содержит последовательно соединенные полосовой фильтр, активный детектор, блок подавления артефактов, усреднитель площади реографической кривой и блок переключения, причем второй и третий входы усреднителя реографической кривой соединены с выходами полосового фильтра и активного детектора, выход реографа соединен с входом полосового фильтра, а выход переключателя соединен с входом индикатора. 2. Система по п. 1,отлича10щ а я с я тем, что индикатор содержит диапроектор, последовательно соединенные блок сравнения, блок уп- равления Диапроектором, блок коррекции, причем выход блока коррекции 9 соединен с входом блока сравнения, второй выход блока управления -диапроектором соединен с входом диапроектора.