Устройство для регистрации биопотенциалов Советский патент 1987 года по МПК A61B5/04 G06F19/00 G06F159/00 

112

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для проведения электрофизиологических исследований.

Целью изобретения является повыше- ние информативности и помехоустойчивости регистрации биопотенциалов с плавающим нулевым уровнем за счет исключения неинформативных и искаженных помехой участков сигнала, а так- :же обеспечение регистрации участков сигнала с заданной длительностью.

На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - запоминающее устройство и блок сравнения и их связи с другими блоками; на фиг.З - диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство дл:я регистрации биопотенциалов содержит генератор 1 импуль сов (ГИ), аналого-цифровой преобразователь 2 (АЦП), блок 3 запоминающего .устройства (БЗУ 3), блок 4 сравнения, стробируемый цифроаналоговый преобра- зователь 5 (ЦАП), блок 6 управления, содержащий триггер 7, схему 8 совпадения и счетчик 9 регистрируемых точек, счетчик 10 меток времени, блок 11 регистрации, источник 12 биопотенциалов и блок 13 уставок.

Устройство работает следующим образом.

С помощью блока 13 уставок набираются коды, характеризующие форму искомого импульса. Сигнал, приходящий по шине общего сброса на вход сброса блока 3 запоминающего устройства, С-вход D-триггера 7 и вход сброса блока 3 запоминающего устройства счетчика 10 меток времени, очищает все регистры блока 3 запоминающего устройства, сбрасывает счетчик 10 и (так как на , D-вход триггера 7 приходит уровень земля) сбрасывает триггер 7, сигнал с выхода которого поступает на управ- ляющие входы ДАП 5 блока 11 регистрации и схемы 8 совпадения, запрещая работу ЦАП 5 и блока регистрации, а также запрещая прохождение импульсов с выхода генератора 1 через схему 8 совпадения на вход счетчика 9 регистрируемых точек.

Исследуемьй аналоговый сигнал (Ux) от источника 12 биопотенциалов поступает на вход АЦП 2, который соверщает очередной цикл преобразования по переднему фронту сигнала, с выхода ГИ 1 поступающего на вход запуска АЦП 2.

5 О

5

5

. )

0

0

57 2

Код очередного мгновенного значения аналогового сигнала с выходов АЦП 2 поступает на входы блока 3 запоминающего устройства. Передний фронт импульса с выхода генератора 1, поступающего на входы управления сдвигом блока 3 запоминающего устройства, продвигает всю цепочку кодов, находящуюся в блоке 3 так, что в младший разряд каждого регистра сдвига блока 3 записывается соответствеющий бит последнего кода АЦП 2; последний в цепочке блока 3 запоминающего устройства код сбрасывается, а на его место в старший разряд каждого регистра сдвига блока 3 записывается код, бывший предпоследним.

Потенциалы с выходов АЦП 2 и с про- ,межуточных выходов БЗУ 3, соответствующие амплитудным кодам исследуемого сигнала за последний отрезок времени, поступают на входы блока 4 сравнения, где сравниваются с потенциалами, поступающими на входы блока 4 сравнения с выходов блока 13 уставок, на которых набран код, характеризующий искомую форму импульса. Отрезок времени, на котором производится сравнение, определяется емкостью БЗУ 3 и частотой, ГИ 1, которые должны быть выбраны в соответствии с реальными физическими параметрами искомых импульсов. Сравнение производится по заднему фронту импульса, поступающего с выхода ГИ 1 на управляющий вход блока 4 сравнения. Если в результате сравнения оказывается, что найден набор кодов, содержащихся в БЗУ, вместе с последним кодом на выходах АЦП 2 соответствует искомой, форме импульса, с выхода блока 4 сравнения на устано- вочньй вход триггера 7 поступает сигнал, устанавливающий триггер 7 в единичное состояние, т.е. в состояние режима Регистрация. Кроме того, сигнал с выхода блока 4 сравнения приходит на вход сброса счетчика 9 и очищает его. В этом режиме высокий потенциал с выхода триггера 7, поступая на вход схемы 8 совпадения, разрешает прохождение через нее импульсов с выхода генератора 1 на счетный вход счетчика 9. Кроме того, высокий потенциал с выхода триггера 7 посту- пает на управляющие входы ЦАП 5 и блока 11 регистрации, разрешая их работу. С этого момента начинается регистрация хранимого в БЗУ 3 участка

312

исследуемого сигнала, на котором обнаружен импульс искомой формы. Передним фронтом сигнала, поступающего с выхода триггера 7 на управляющий вход блока 11, производится регистрадия времени обнаружения очередного импульса искомой формы, причем время переписывается из счетчика 10, сигналы с выхода которого поступают на входы блока 11 регистрации. Сигналы с ко- нечных выходов БЗУ 3 поступают через ЦАП 5 на вход блока 11, по мере продвижения цепочки кодов по БЗУ 3, воспроизводя в аналоговом виде интересующий экспериментатора участок ис- следуемого сигнала с обнаруженным импульсом искомой формы. Длина регистрируемого участка, т.е. число реги- .стрируемых точек, определяется емкостью БЗУ 3 и соответствующим размером счетчика 9. Сигал переполнения с вы- хода счетчика 9 приходит на вход очистки триггера 7, сбрасывает его и прекращает регистрацию.

Блок 4 сравнения может быть реализован комбинацией логических схем или с помощью постоянных запоминающих устройств (ПЗУ).

Блок 3 запоминающего устройства реализуется с помощью нескольких групп регистров сдвига. Число регистров в грзшпе соответствует разрядности АДП 2, а число групп регистров сдвига соответствует числу запоминаемых точек анализируемого сигнала...

Блок 13 уставок может быть реализован на переключателях.

Изобретение иллюстрируется следующим примером, когда ставится задача обнаружить импульс, форма которого мо жет изменяться в пределах штриховки на фиг.За. Для этого на блоке 13 уставок достаточно установить две установки: А1 - первый амплитудный эталон и А2 - второй амплитудный эталон. Приме реализации блока 3 запоминающего устройства и блока 4 сравнения для этой задачи изображен на фиг.2. Блок 3 содержит пять групп регистров сдвига.

Число регистров сдвига в группе соответствует разрядности АЦП 2. Выходы последних разрядов регистров сдвига первых четырех групп объединен в магистрали и вместе с выходами АЦП 2 подключены к входам блока 4. Анализируются стоящие через равные интервалы пять амплитудных кодов. Они сравниваются с поступающими на входы блока

5

1

O 5 0

5

Q 5 0

5

574

4 сравнения из блока 13 уставок сигналами, соответствующими коду, характеризующему искомую форму импульса. Выходы последней группы регистров блока 3 подключены к входам ЦАП 5. Входы управления блока 3 запоминающего устройства соединены с выходом ГИ 1.

Блок 4 сравнения содержит схемы 14-17 постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) табличного типа, осуществляющие операцию вычитания, т.е. сигна- .лы на их выходах соответствуют разности входных кодов. При этом схемы 14 и 17 ПЗУ определяют разность амплитуд центра и краев анализируемого участка, а схемы 15 и 16 ПЗУ определяют разность амплитуд центра и промежуточных точек анализируемого участка. Схемы 18-21 осуществляют сравнение разностей с кодами, установленными на блоке 13 уставок и характеризующими искомую форму импульса. Выходы блока 13 уставок подключены к входам схем 18-21 ПЗУ так, что на входы схем 18 и 21 ПЗУ из блока 13 уставок поступает код, соответствующий первому амплитудному эталону, т.е. минимальной амплитуде искомого импульса, а на входы схем 19 и 20 ПЗУ поступает код, соответствующий второму амплитудному эталю- ну, т.е. максимальной амплитуде в промежуточных точках искомого импульса. Входы схем 18 и 21 ПЗУ подключены соответственно к выходам схем 14 и 17 ПЗУ, где формируется разность амплитудных кодов центра и краев анализируемого участка исследуемого сигнала. Схемы 18 и 21 ПЗУ сравнивают эту разность с кодом, поступающим из блока 13 уставок. Если разность больще кода, т.е. на анализируемом участке зафиксирован подъем к центру и спад, превышающие минимальную амплитуду искомого импульса, то появляется сигнал на выходах схем 18 и 21, подключенных к входам схемы 23 И. Это значит, что на плавающем нулевом уровне зареги- стриров%н импульс длительностью, меньшей длительности НЧ-помех. Схемы 19 и 20 ПЗУ со схемой 22 И-НЕ служат . для фильтрации импульсов, длительность которых сравнима с длительностью ВЧ-помех. Входы схем 19 и 20 ПЗУ подключены к выходам схем 15 и 16 ПЗУ, где формируется разность амплитуд центра и промежуточных точек анализируемого участка. Схемы 19 и 20 ПЗУ сравнивают эту разног.ть с кодом.

5 12

поступающим из блока 13 уставок и соответствующим второму амплитудному эталону, т.е. максимальной амплитуде в промежуточных точках искомого импу- льса. Если разность больше второго амплитудного эталона, то на выходах схем 19 и 20 ПЗУ, подключенных к входам схемы 22 И-НЕ, появляется сигнал. Совпадение сигналов на входах схем

22И-НЕ соответствует фиксации импу- льса малой длительности. Сигнал с выхода схемы 22 И-НЕ поступает на

ВХОД схемы 22 И, запрещая ее работу. Таким образом, подавляется ВЧ-помеха К входу схемы 23 И подключен выход ГИ 1. Выход схемы 23 И является выходом блока 4 сравнения к установоч- Кому входу триггера 7 и к входу сброса счетчика 9. Сигнал на выходе схемы

23И стробируется генератором 1 и появляется при наличии сигналов на выходах схем 18 и 21 ПЗУ при отсутствии сигнала на выходе схем1з1 22 И-НЕ, т.е. в случае обнаружения на фоне

плавающего нулевого уровня импульса, амплитудой превышающего первый амплитудный эталон, и длительностью в диапазоне, соответствующем диапазону длительностей импульсов нейронной активности.

На фнг.З изображены анализируемые участки и регистрируемые импульсы. Искомый импульс может принимать любую форму в пределах штриховки на фиг.За. Используются следующие обозначения: 11 ,tj ,t2 ,t4,t5 - моменты времени, соответствующие пяти анализируемьм амплитудным кодам исследуемого сигнала.

А1 - первый амплитудный эталон;

А2 - второй амплитудный эталон;

А1-А2 - разность эталонов;

А - максимально возможная для данного АЦП амплитуда.

На фиг.36 изображен импульс искомой формы, причем Р1 - Р4 - разности амплитудных кодов, определяемые соответственно схемами 14-16 ПЗУ, отвечают условиям обнаружения импульса:

/Р1 А1Д/Р4 А1/ //Р2 :А2/+/РЗ А2//, а время Т соот ветствует времени ана- лиза; Тр - длительности регистрации сигнала.

На фиг.З изображен длительный участок исследуемого сигнала с плавающим нулевым уровнем. В соотве1 ствую- щем масштабе показан эталон формы, подробно изображенный на фиг.За, который,

скользя

по плавающему ну

левому уровню, автоматически сравнивается с исследуемым сигналом. Звездочками помечены регистрируемые импу- сы искомой формы. На оси времени указаны точки отсчета Т1-Т4, записьюемые из счетчика 10 меток времени в блок 11 регистрации.

Формула изобретения

1. Устройство для регистрации биопотенциалов, содержащее последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к источнику биопотенциалов, запоминающее устройство, стробируемьй цифро- аналоговый преобразователь и блок регистрации, а также блок управления, выход которого соединен со стробиру- ющим входом цифроаналогового преобразователя, и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя и блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности и помехоустойчивости регистрации биопотенциалов с плавающим нулевым уровнем за счет исключения неинформативных и искаженных помехой участков сигнала, запоминающее устройство выполнено в виде блока параллёл:ьно включенных регистров сдвига, тактовые входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выходы последнего разряда регистров сдвига являются выходом запоминающего устройства, а выХОДЫ младщих разрядов соединены с входами схемы сравнения, выход которой подключен к входу блока управления, тактовый -вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а другие входы подключены к выходам блока задания уставок.

50

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения регистрации участков сигнала с заданной длительностью, блок управления выполнен в виде последовательно соединенных триггера, схемы И и счетчика, выход переполнения кото- 55 рого соединен с входом установки нуля триггера, причем дополнительный вход схемы И является тактовым входом блока управления, вход D триггера соединен с общей шиной, вход установки

1 12861

единицы триггера является входом блока, а выход триггера - выходом блока управления, вход синхронизации триггера соединен с входом запуска устройства, которьй подключен также к обну- 5 ляющим входам регистров сдвига запоминающего устройства.

578

3. Устройство по ПП.1 и 2, отли- чающееся тем, что к дополнительному входу регистратора подключен счетчик меток времени, счетный вход которого соединен - с выходом генератора тактовых импульсов, а вход сброса - с входом запуска устройства.

,

PI А1

рклг

Та-период

анализа Тр - периог

petucmpanuu

Изобретение относится к медицинской технике и позволяет повысить помехоустойчивость и информативность регистрации биопотенциалов с плавающим нулевым уровнем за счет исключения неинформативных и искаженных помехой участков сигнала. Устройство содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 2, вход которого подключен к источнику 12 биопотенциалов, блок 3 запоминающего устройства, стробируемый цифро- аналоговый преобразователь 5 и блок 11 регистрации, а также блок 6 управления , выход которого соединен со стробирующим входом цифроаналогового преобразователя 5, и генератор 1 тактовых импульсов, выход которого подключен к тактовым входам аналого-цифрового преобразователя 2 и блока 6 управления. Блок 3 запоминающего . устройства вьшолнен в виде регистров сдвига f а блок 6 управления - в виде триггера 7, схемы 8 и счетчика 9. Выходы разрядов регистров сдвига соединены с входами блока 4 сравнения, осуществляющего сравнения кодов значений сигнала с уставками, задаваемыми блоком 13 уставок, и обеспечивающего формирование сигнала для блока 6 управления, разрешающего регистрацию при появлении сигнала заданной формы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. (О сд 1

Редактор М.Бандура

Заказ 7654/2 Тираж 594Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

г п тз t

lput.3

Tf

Составитель А.Васильев

Техред Л.Олейник Корректор В.Бутяга