Тренажер для выработки координарно-моторного рефлекса Советский патент 1985 года по МПК A61B5/10 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для бесклавиптого биоуправляемого ввода информации. Цель изобретения - уменьшение количества ошибочных движений. На фиг, 1 изображена блок-схема тренажера для выработки координатномоторного рефлекса; на фиг. 2 - кодо управляемый модулятор; на фиг. 3 и 4 блок памяти текущих амплитуд. Тренажер 1 содержит каналы 2 биоадаптивного управления, выполненные каждый в виде последовательно подсоединенных к выходу общего генератора 3 стимулирующих импульсов (геи) кодоуправляемого модулятора 4, усилитель 5 мощности, блок 6 разделения, усилитель 7 биопотенциалов (БП) и интегратор 8, установленные в цепи обратной связи, пороговый эле мент (ПЭ) 9, формирователь 10, выход которого соединен с вторым входом 11 кодоуправляемого модулятора 4. Второй вход и второй выход бло ка 6 разделения соединены с электродами 12, выход второго ПЭ 13 соединен с вторыми входами блоков 14 срав нения и формирователя 10, клемма 15 подсоединения цепи стимуляции донора соединена с вторым входом 11 модулятора 4. Тренажер 1 содержит также магнитный накопитель 16, выход которого соединен с входом оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 17, выходы которого подключены к входам блока 18 долговременного запоминающего устройства (ДЗУ), соединенного с 4-м входами 19 кодовых модуляторов 4, 3-й входы которых подключены к шине синхроимпульсов (СИ), датчики 20 касания клавиатуры 21, выходы которых по шине 22 сигнала Строб кульминаци движения (Строб КД) соединены с пер выми входами блока 23 памяти текущих амплитуд и блока 24 управления записью кодов в соответствующих кана лах отведения БЭА, 3-й которых соединены с шиной СИ, причем выходы интеграторов 8 соединены с последовательно соединенными преобразователями 25 амплитуд, блоками 23 памят текущих амплитуд, блоками 24 управления записью кодов и общего блока 2 усреднения амплитуд, второй вход 27 которого соединен с выходом шифратора 28 клавиш 29. В каждом канале 2 адаптивного биоуправления второй выход кодоуправляемого модулятора 4 соединен с вторыми входами блока 14 сравнения и формирователя 10 через 2-й ПЭ 13, а выход блока 26 соединен с 2-м информационным входом 30 блока 18 ДЗУ. Цепь стимуляции донора (инструктора) может быть подключена к клемме 15. Магнитный накопитель 16 может быть реализован в виде кассетного магнитофона 31, снабженного устройством 32 цифровой магнитной записи и формирователем 33 сигналов цифровой информации в виде стандартного кода знака. Блоки 17 и 18 составляют устройство 34 для формирования кодов эталонов текущих амплитуд F элементов К-М движений. В устройство 35 объединены датчики 20 касания, клавиатура 21 и шифратор 28 клавиш для отработки М-рефлекса. Кроме того, обозначены контур 36, шина 37 адресасимвола X (стандартного кода соответствующей литеры), Шина 38 ввода коэффициента усреднения, шина 41 синхроимпульсов (СИ). Кодоуправляемый модулятор 4 ,(фиг. 2),составленный из преобразователя 39 кода эталонов в аналоговые сигналы, соединен с входом 19 и с шиной 40 СИ. В состав кодоуправляемого модулятора 4 также входят делитель 42 напряжения, сзгмматор 43 и узел 44 модуляции. Блок 23 памяти текущих амплитуд (фиг. 3 и 4) содержит узел 45 активной фазы движения, выполненньш из соединенных последовательно 1-го коммутатора 46, первой и второй групп регистров 47 и 48 и реверсивного мультиплексора 49, узел 50 подготовительной части движения, выполненный на 2-м коммутаторе 51 управления трехвходовыми элементами (не показаны) третьей группы регистров 52, обеспечивающих выдачу текущих амплитуд ЕГП , и второго мультиплексора 53, а также узел 54 управления записью кодов, кото1 1й выполнен на триггере 55, элементе ИЛИ 56 и элементе И-НЕ 57. Вход установки триггера 55 в ноль соединен с оконечной шиной 58 2-го мультиплексора 53. Второй вход элемента И-НЕ 57 соединен с шиной 41 СИ, а его выход подключей к входам 59 выборки 2-й групп регистров 48, входу 2-го коммутатора 51 и входу второго мультиплексора 53. Кроме того, выход элемента ИЛИ 56 соединен с входом 60 считы вания данных из 1-й группы регистров 47, а выходы второй и третьей групп регистров 48 и 52 соединены с первыми и вторыми инфармациоиными выходами 61 и 62 блоков через мульти плексоры 49 и 53. Блок 24 управления записью кодов в блок 26 усреднения амплитуд состав лен из первого счетчика 63 числа разносок,т.е. повторения одних и тех же данных, поступающих с выхода преобразователя 25 в виде кодов F. , переключателя 64 активной фазы, груп пы 65 элементов задержки, шифратора 66 строба КД, дешифратора 67 адреса групп ячеек 68 и 69 памяти подготовительной части движения, счетчиков 70 и 71 числа разносок и переключателей 72 и 73. Установочные входы счетчиков 63, 70 и 71 соединен по входам 75 с выходом пульта 74. Выходы указанных счетчиков соединены с управлянлцими входами соответствующих переключателей 64, 72 и 73, а вход счетчика 63, входы элементов 65 задержки и вторые входы дешифраторов 67 соединены по входам 76 с шиной 22 строба КД. Выход шифратора 66 соединен с адресным входом 77 дешифратора 67, выходы которого соединены с входами счетчиков 70 и 71. Первые и вторые информационные входы 78 и 79 блока 24 подключены соответственно к выходам 61 и 62 бло ка 23 и соединены с входами переключателей 64, 72 и 73. Блок 26 усреднения амплитуд составлен из ячеек 80 памяти кодов, эквивалентных амплитудам активной фазы движения Fjg ячеек 68 и 69 памя-45 ти кодов, эквивалентных амплитудам БЭД, .о.тводимым в период подготовительной части движения, коммутатора 81 считьюания, который соединен с информационными входами делителя 82 50 с nepekeHHbM коэффициентом деления,

установочные входа которого соединены с шиной 38 ввода коэффициента усреднения Кц с соответствующих выходов пульта 74, а его выходы через 55 второй коммутатор 83 записи соединены с входами 30 блока 18 ДЗУ. Адресные входы ячеек 80, 68, 69 памяти и комго с соблюдением необходимых предосторожностей. Используют макет с эластичным покрытием для отработки движений обучаемого. Работа тренажера в этом режиме ведется при отключенных накопителе 16, контуре 36 и устройстве 34. мутаторов 81 и 83 соединены с вторым входом 27 блока 26, который по шине 37 адреса символа Х соедтен с выходом шифратора 28 клавшг, причем информационные входы ячеек 80 памяти соединены с выходами переключателя 64 по четырехразрядной шине Г . При работе с клавиатурой воздействие на клавиши осуществляется всеми десятью пальцами. Некоторые отличия, позволяющие активизировать отводитель указательного пальца, заключаются в том, что клавиши 4-го и 6-го вертикальных рядов (литеры К, А, М и Н,Р,Т) обслужршают указательным пальцем левой руки, а клавиши 5-го и 7-го вертикальных рядов (литеры :, П, И и Г,О,Б) обслуживают указательным пальцем правой руки, т.е. работа указательных пальцев при нажатии на клавиши средних вертикальных рядов (литеры Е,П,И и Н,Р,Т) ведется-через шаг по горизонтали. Эти дополнительные элементы движений, наряду с активизацией вращателей кисти руки при обслуживании клавиш 1-го и 3-го буквенных рядов клавиатуры, позволяют отработать для каждого знака алфавита своеобразный К-М рисунок, обеспечивающий автоматизацию его дешифрации по БП при вводе информации. После предварительного ознакомления с методикой и обучения постановки кисти приступают к изучению К-М правописания с помощью инструктора, выполняющего функции донора. С этой целью в каждом канале 2 к клемме 15 подсоединяют отводящие электроды, подсоединенные к управляющим мышцам инструктора правой и левой руки, соответственно через усипители БП и интеграторы. Стимулирующие электроды 12 подсоединяют к управляемым мьш1цам обучаемого симметрично и в полном соответствии с электродами донора. После включения тренажера и регулирования усиления БП по каждому отведению добиваются соответствия К-М движений инструктора и обучаемоКогда обучаемый достаточно прочно освоит К-М алфавит, переходят к следующему режиму работы с тренажером, перекгйочая его в режим самоподготовки. Предварительно в накопитель 16 устанавливают кассету с текстами уроков 5 а в блок 18 устанавливают съемную плату, Б ячейки памяти которой заш-шаны в цифровом виде стандартные эталоны К--Ы движений, подлежа1цих усвоению на первых уроках, Стим5ширующие электроды отк.пючают от клеммы 15; включает питание накопитегш: 16 и устройства 34. Контур 3 о с т ае т ся о бе с то че м ным. Посла того, как обучаемый установит пальцы рук на основной ряд клавиатуры (клавиши Ф, Ы, В, А и О,Л, До Ж) 5 ш-1структор с пульта 74 подает Б блок 18 сигналы Разрешение и Считывание (предварительно запускают накопитео-1ь и заносят фрагмен текста в ОЗУ 17), Обмен с ОЗУ 17 Игшдиирует блок 18 ДЗУ, который вырабатывает из СИ строб начала стимуляции (строб НС) к выдает его на управлягетЩШ вход блока 17, с прш одом строба НС считывается код теку дего Gи; iвoлa Х который поступает по информационным входам в приемный регистр блока 18. Цифровая запись эталонов програ: ьашго сигнала осуи ествляется после усредиенял кодов, эквивалентных aivi гшк.|удам БЭА мышц донора, в блок 18 дисКратно с учетом адреса X и по вр мени СИ-.1МСТРИЧНО относительно строба КД, Шаг дискретизации принят равны 1 4-8 мс. Измерение амплитуды ЗМГ, отводимой от упразляюп нх мышц, берется или в 32-И1 тервалах как в активной фазе двт-жения до прг-ссода строба 1(,Ц,, так и в подготовительной F,-|i после прш-сода строба КД, Соответственно5 полный цикл опро са пшхгяти по адресз текущего символа Х-|- в активизируемых каналах составит 1 28 - 256 мс, Причег цифровая запись ЭМГ за счет ее симметрироваН1И и масштабирования относительно строба К,Ц ведется в наиболее характерной части движения, на максималь но ш-т формат ив ном участке, что позво jiKeT исклочить ш-сформационную избыточность эталона К-М символа при за писи,, цифровой обработке и воспроизведении, упростить схемы тренажера и дешифратора символов. С момента прихода строба НС t, . каждый СИ формирует цикл обращения к ячейкам памяти блока 18, причем выборка данных осуществляется стробами считывания СИ, следующими с выхода генератора с периодом от 100 до 250 МКС. Далее пакет программных сигналов в цифровом виде активизирует входы 19 кодовых модуляторов 4, где записывается в регистры преобразова телей 39 код-аналог и сохраняется в течение времени обращения к ячейкам памяти, опрашиваемых адресом текущего символа Ху. За полньм цикл обращения кпамяти каждый преобразователь 39 в активизируемых каналах 2 синтезирует программный стандартный сигнал выполняемого К-М движения, который последовательно проходит аналоговую обработку, в полном соответствии с установленной в биостимуляторе типа Миотон-2, и выдается на электроды 12 в виде стимулирующего воздействия. Таким образом, стимулирование мышц обучаемого в режиме самоподготовки осуществляется как и при прямом биоадаптивном управлении, однако цепи стимуляции с электродами донора в этом режиме отключены от клемм 15 и необходимости непосредственного участия инструктора нет. После того, как обучаемый полностью освоит весь алфавит К-М символики, интенсивность воздействия на клавиатуру уменьшают и соответственно повышают от урока к уроку скорость путем повышения частоты синхронизации (СИ). По достижении обучаемым средней скорости печати J300-350 К-М символов в мин, приступают к формированию индивидуального массива эталонов, необходимого для выработки устойчивого М-рефлекса. Активная часть эталонов необходима для дешифрации символов при реализации бесклавишного биоуправляемого ввода информации. Для этого в накопитель устанавливают кассету с соответствующим текстом, включшот его и записывают фрагмент урока в ОЗУ. Обучаемый знакомится с текстом визуально и включает все устройства тренажера с пульта 74 устанавливает сигналы 7 Разрешение и Считывание в блок ДЗУ 18, а в ячейки 68, 69 и ВО памя ти блока 26 усреднения амплитуд сигналы Разрешение и Запись. Подключает к источнику импульсов выборки СИ соответствующие входы ячеек памяти. По входам счетчиков 63, 70 и 71 устанавливает с пульта 74 код, эквивалентный числу повторений символов коэффициенту усреднения Кц. Темп отработки движений устанавливают средний - 120-180 К-М символов в мин. В этом режиме работы одновременно осуществляется самопод готовка обучаемого и отведение по 12 каналам двух биостимуляторов БЭА .которая в каждом активизируемом канале поступает с электродов 12 чере блок 6 разделения, усилитель 7 БП, интегратор 8 на вход преобразователя 25 амплитуд соответствующих контуров 36 для выработки эталонов М-рефлекса. Работа блоков 23-26 контура 36 заключается в следующем. Преобразователь 25 амплитуд по каждому синхросигналу СИ осуществля ет преобразование аналог-код, эквивалентный текущей амплитуде, и вьщает его по 4-разрядной шине на информационные входы 1-й группы регистров 47 и 3-й группы регистров 5 соответственно в узлы 45 и 50 актив ной и подготовительной фаз движения блока 23 памяти текущих ш плитуд. Запись данных в 1-ю группу регис ров осуществляется , распределяемыми коммутатором 46. В период активной фазы движения осуществляет ся непрерьгоная кольцевая запись и стирание информации в регистре последующей записи. Количество вклю ченных в кольцо регистров определяется требуемой точностью ( шагам квантования) при цифровой записи и обработке ЭМГ в пределах от 4 до 32. Таким образом, 1-я группа регистров 47 организована в буферну кольцевую память, в которой информа ция обновляется с приходом каждого СИ до кульминации движения, т.е. пр хода с выхода датчика 20 соответствующей клавиши 29 строба КД. По завершении активной фазы движения, в момент воздействия на клавишу, да чик 20 касания клавиши, эквивалентн текущему К-М символу, формирует 99В строб КД, который по шине 22 поступлет в блок 1В и запускает счетчик iniтервала между стробами НС и на первые входь блоков 23 и 24. В блоке 23 строб КД поступает на вход элемента ИЛИ 56 узла 54 управления записью кодов амплитуд, с выхода элемента ИЛИ 56 стробирует входы 60 выборки регистров 47 и их содержимое переносит в регистры второй группы 48, а по S-входу устанавливает триггер 55 в единичное состояние. Сигнал с выхода триггера реверсирует мультиплексор 49 по его 2-му управляющему входу и открывает элемент ИНЕ 57 по его 1-му входу. При этом кольцевая запись кодов F в буфер блока 23 не прерывается. От момента прихода строба КД кажцый. СИ, поступающий по шине 41 на вход элемента И-НЕ 57, стробирует первую после реверса мультипле ксора 49 rpynity регистров 4В, в которую была внесена последняя перед стробом запись. За счет некоторой задержки импульса при следовании через элемент И-НЕ 57 переключение мультиплексора 49 осзЩествляется раньше, поэтому подключение выходов последующей группы регистров к выходам 61 блока завершается до прихода по входу 59 очередного СИ выборки. В результате осуществляется свертка контура активной части ЭМГ в обратной последовательности и симметрично этапам выдачи данных F подготовительной части движения, которая осуществляется с помощью узла 50. При этом мультиплексор 53 подключает выходы трехстабильных элементов регистров 52 к второму выходу 62 блока. В течение цикла опроса п-го канала 2 данные FTQ tr следуют через элементы 64, 66 и 67 блока 24 управления записью кодов на соответствующие адресу символа входы ячеек 80, 68 и 69 памяти блока 26 усреднения амплитуд, по адресным входам которого по данным шифратора 28 клавиш был предварительно установлен код текущего символа. Ячейки памяти выполнены в виде накапливающих сумматоров, стробируемых СИ. Когда разноска данных завершается, с оконечной шины 5В на второй установочный вход триггера поступает импульс сброса в ноль схемы буфера, в том числе коммутаторов, мултиплексоров и трехстабильных элементов регистра 52, по входами . Трехстабильные элементы перекрывают доступ информации на второй выход 62 блока 23.

Триггер 55 переключается в исходное состояние и по сигналу низкого уровня Лог.О, который устанавливается на его выходе 5 блокируется поступление СИ на выход элемента ИНЕ 57, реверсируется мультиплексор 49J который снова переключает выходь регистров 48 синхронно входам регистров 47, С Приходом последующих стробов КД работа узлов 45, 50 и 54 и элементов блока 23 повторяется в установленной последовательности.

Рассмотрим работу переключателей 72 и 73 в блоке 23. Для выработки М-рефлекса на 32 знака алфавита необходимости в дифференцированном эталонировании К-М (аллофонов) переходных состояний в подготовительных движениях нет. Так как рисунки К-М символов не смешиваются, четко выделяются их окончания при возврате кисти руки в исходное положение, т.е. установка пальцев рук над клавишш 1И (Ф, Ы, В 5 А и О, Л, Д, . Ж) основного ряда. При этом вес кисти рук восприни 1ает фронтальная часть корпуса Ш, Даже при касании пальцами клави)и срабатывание датчиков 20 не происходит, так как нужен легкий толчок по упругой поверхности вставки, чтобы сошлись пластинки и емкос сенсора заметно изменилась.

Однако для облегчения труда oneраторов ВЦ путем обеспечения бесклавиатурного биоуправляемого ввода информации в ЭВМ, прямого доступа к дисплею и УПДК потребуется больший набор К-М символов. Чтобы обеспечить дешифрацию по ВП, отводимым от Н-М групп предплечья и кисти рук 49 алфавитно-цифровых и 20 функциональных символов, необходгмо в алфавит символики ввести дополнител ные активации, помимо рассг-ютренных выше, и обеспечить цифровую запись эталонов движений не только по актиной фазе, но и по подготовительной. Это вызвано тем, что ири увеличении количества рядов зона обслуживания увеличивается и происходит укрупнение функциональных возможных групп

клавиш, выделить в которых четко рисунок того или иного К-М символа становится труднее. Перенос руки при К-М вводе информации не диктуетс необходимостью, а следовательно, подготовительная часть движения существенно сокращается, но информатив11ости не теряет.

В этом случае перенос кисти руки с клавиш цифрового, 1-го и 3-го рядов клавиатуры в исходное положение вызывает различную активацию групп при обслуживании одним и тем же пальцем руки клавиш любого вертикального ряда. Следовательно, миографический рисунок подготовительной фазы движений будет отличаться один от другого. Все это требует раздельного эталонирования F каждой функциональной группы, особенно указательных пальцев, обслуживающих в этом случае 8 клавиш.

Переключатели 72 и 73 позволяют отличать цифровую запись при переносе кисти рук в подготовительной части движения и учитывать расположение клавиши Предшествующего воздействия.

Выбор ячеек 68 и 69 памяти в этом случае для записи разносок, соответствующей п-му подготовительному движенизо, осуществляется в следующей последовательности. Предшествующий строб КД поступает на вход соответствующего элемента 65 задержки и далее на вход 77 дешифратора 67 адреса группы ячеек 68 и 69 памяти. Через период задержки 100-200 мс, соответствующий минимальному периоду между кульминациями движений, с помощью шифратора 66 по стробу КД дешифратор устанавливает соответствующий канал, и дэоичный код с выхода переключателей 72 и 73 следует в соответствующие ячейки 68 и 69 памяти. По заполнении памяти блока 26 блокируется за пoJ7нeниe ячеек и информацию заносят в делитель 82, в который предварительно устанавливают коэффициент деления с пульта 74. Эталоны программных двюкений с учетом корректур после осреднения с выхода делителя 82 через коммутатор 83 заносят в блок 18 ДЗУ по входу 30. Это позволяет в дальнейшем использовать индивидуальную программу как при выработке рефлекса, так и при дешифрации К-Н символов

Фи2.2

ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ВЫРАБОТКИ КООРДИНАТНО-МПТОРНОГО РЕФЛЕКСА, содержащий каналы биоадаптивиого управления, выполненные в виде последовательно соединенных генератора стимулирующих импульсов, кодоуправляемого модулятора, усилителя мощности, блока разделения, усилителя биопотенциалов, интегратора, порогового элемента и формирователя, выход которого соединен с вторым входом кодоуправляемого модулятора, второй вход и второй выход блока разделения соединены с электродами, второй пороговый элемент, которого соединен с вторыми входами блоков сравнения и формирования, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью уменьшения количества ошибочных движений, он дополнительно содержит магнитный накопитель, выход которого соединен с входом оперативного запоминающего устройства, ьыход которого соединен с входом блока долговременного запоминающего устройства и четнерт1.1ми входами кодовых модуляторов, датчики касания клавиатуры, выходы которых соединены с первыми входами блока памяти текущих амплитуд и блока управления записью кодов, второй вход блока управления записью кодов соединен с выходом генератора CT№fy-лирующих иь пульсов, третий вход соединен с выходом шифратора клавиш, сл с: выходь интеграторов соединены с последовательно соединенными преобразователями амплитуд, блоками памяти текущих амплитуд, блоками управления записью кодов и блоком усреднения амплитуд, причем второй выход кодоуправляемого модулятора соединен с вторыми входами блока сравнения и формирователя. 00 ср CD