Устройство для оценки показателей,характеризующих состояние различных физиологических систем организма Советский патент 1990 года по МПК A61B5/205 A61B5/05 

Изобретение относится к медицинскому приборостроению, прикладной физиологии, а именно к устройствам для измерения показателей состояний физиологических систем организма, и может быть использовано в системах оценки состояний человека-оператора, а также для количественного анализа состояний организма при влиянии различных методов терапевтического воздействия на больных.

Цель изобретения - расширение диагностических возможностей путем адекватного сравнения показателей различных электрофизиологических сигналов с предварительным выделением модуляционных сверхмедленных волн из информативных параметров анализируемых сигналов.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства-, на фиг. 2 - временная диаграмма его работы; на фиг. 3 - спектрограммы, характеризующие состояние физиологических систем оператора.

Устройство (фиг.1) содержит линейный интерполятор 1, циклические двоичные усреднители 2,. сдвиговые регистры 3, детекторы 4, линейные интеграторы 5 со сбросом, аналого- цифровые преобразователи 6, блок 7 управления, линию 8 задержки, цифровые спектроанализаторы 9, цифровые коррелометры 10, многоканальный блок 11 отображения и регистрации информации, формирователь 12 синхроим/- пульсов из R-зубцов ЭКГ, цифровой измеритель 13 кардиоинтервалов о ЭКГ и блоки 14 усиления и фильтрации /электрофизиологических сигналов 15-18.

Получение достоверных оценок состояний физиологических систем организма основывается на количественных закономерностях системной организации различных физиологических процессов, в том числе и адаптационных процессов взаимодействия систем организма. Функциональной основой физиологических процессов организма является сверхмедленная ритмическая активность. Сверхмедленные процессы общесистемны и проявляются как непосредственно, так и в виде модуляционных компонент в стандартных электрофизиологических сигналах

s(t) + mSl(t) +

x(t)

+ Я(О,

(1)

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где s(t) - стандартный электрофизиологический сигнал; 51 (t) - сверхмедленные физиологические процессы;

га - коэффициент модуляции информативных параметров электрофизиологических сигналов .

Для выделения сверхмедленных сигналов могут применяться методы, основанные на выделении сверхмедленных волн как модуляционных компонент электрофизиологических сигналов, т.е. методы, обеспечивающие выделение компонент m Sl(t) j из сигналов s(t) в соотношении (1).

Данный подход реализован в устройстве, обеспечивающем выделение сверхмедленных волн из модуляционных компонентов информативных параметров различных электрофизиологических сигналов и- осуществляющем получение параметров как для оценки состояний физиологических систем генерирующих эти сигналы, так и для оценки адаптационных процессов взаимодействия систем организма, В качестве оценок взаимосвязи (а следовательно, и взаимодействия) , используют такие показатели, как коэффициент корреляции, а также учитывается частотный состав процессов взаимодействия, так как в зависимости от включения того или иного уровня управления, частотный состав может существенно изменяться без значительного изменения коэффициента корреляции. I

Устройство работает следующим образом.

Из усиленного блоком 14 усиления и фильтрации электрокардиосигнала (ЭКС) формирователем 12 синхроимпульсов в моменты прохождения R-зуб- , цов формируются синхроимпульсы, которые поступают на цифровой измеритель 13 кардиоинтервалов, измеряющий периоды следования импульсов. Оценки длительностей периодов поступают на линейный интерполятор 1 в неравноотстоящие моменты времени (равные длительностям РР-интервалов), которые производят операцию линейной интерполяции по двум отсчетам, в промежуток между которыми попадает сигнал 17 (фиг.2) с блока 7 управления, поступающий с интервалом Тс, выбираемым равным 1 с. На выходе линейного интерполятора 1 формируется последовательность равноотстоящих отсчетов. Она поступает на вход циклического двоичного усреднителя 2, выполняющего попарное усреднение последовательно поступающих значений на заданное количество раз в цикле. В ходе усреднения производится последовательное суммирование по 2 (1 цикл), 4, 8, 16 (8 циклов) и т.д. значений. Блок 2 обеспечивает циклическое двоичное усреднение в заданное число раз, необходимое для выделения сверхмедленных волн в заданном частотном диапазоне. Так, например, при равном 64-спектральном разрешении спектро- анализатора 9, при использовании одного цикла усреднения обеспечивается достоверное выделение волн с периодами примерно от 2 мин до 2 с, а при использовании восьми циклов усреднения соответственно в диапазоне от 17 мин до 32 с, циклический усреднитель 2 выбран двоичным для обеспечения эффективного подавления сигналов и помех на частотах выше граничной частоты. Сдвиговый регистр 3 обеспечивает в реальном времени накопление и обновление данных до полного объема, необходимого для работы цифрового спектроанализатора 9 и коррелометра 1 . Из электрофизиологических сигналов, например, электроэнцефалосигнала (ЭЭС), элект- ромиосигнала (ЭМС) и сигнала кожно- гальванической реакции (КГР) детекторы 4 формируют однополярные электрические сигналы, эквивалентные модулю входных, поступающие на линейные интеграторы 5 со сбросом, которые обеспечивают накопление данных ,за интервал 1 с. При этрм (для устранения влияния предыдущих данных на последующие) после измерения накопленных с помощью аналого-цифровых преобразователей 6 амплитуд через интервал времени, заданный линией 8 задержки, осуществляется, сброс линейных интеграторов 5 до нуля. Цифровые коды с аналого-цифровых преобразователей 6 поступают через циклические двоичные усреднители 2 на сдвиговые регистры 3, обеспечивая в них обновление данных с шагом в 1 с. Измеренные выборки (наборы кодов) поступают на цифровые спектроанали- заторы 9, которые осуществляют вычисление амплитудных спектров сверхмедленных волн анализируемых процессов (например, КИГ, ЭЭГ правого и левого полушария, КГР и т.д.). Сигналы со сдвиговых регистров 3 поступают также на входы цифровых корре- лометров, вычисляющих взаимно-ковариационные функции для всех пар анализируемых процессов. Сигналы с цифровых коррелометров 10 поступают на

10 соответствующие цифровые спектроана- лизаторы 9, которые вычисляют взаим- ноковариационные спектры. Данные о спектральном составе сверхмедленных волн анализируемых сигналов и

15 их взаимно-ковариационных спектрах поступают на соответствующие входы многоканального блока 11 отображения и регистрации информации, который представляет эти данные в графичес20 кой форме в виде спектров.

Спектрограммы, характеризующие адаптационные процессы взаимодействия в фоновом испытании и при операторской деятельности приведены на

5 фиг. 3: а, б, в - фон, г, д, е операторская деятельность, I - взаимный спектр между правым и левым полушариями (F70, - FjO), II - взаимный спектр между левым полушарием и

кардиоинтервалограммой (FrO, - КИГ); III - взаимный спектр между правым полушарием и кардиоинтервалограммой

(F,07 - КИГ).

о Использование оценок спектральных компонент адаптационных процессов взаимодействия физиологических систем: сердечно-сосудист- й (сигналы ЭКГ), юнтрд ьнои ьсрь iv,и (сигналы ЭЭГ) и вегетативной систем (сигналы КГР) позволяет решить задачи оценки состояний человека-оператора и оптимизации параметров воздействия при ряде терапевтических или стимулирующих воздействия.

0

4S

Формула изобретения

Устройство для оценки показателей, характеризующих состояния различных физиологических систем организма, содержащее каналы электрокардиограммы, электроэнцефалограммы и кожно- гальванической реакции, каждый из которых содержит блок усиления и фильтрации, а канал электрокардиограммы содержит также последовательно соединенные формирователь синхроимпульса R-зубца и цифровой измеритель кардиоинтервала, а также многоканаль5

ный блок отображения и регистрации спектрограмм, отличающее- с я тем, что, с целью расширения диагностических возможностей путем адекватного сравнения показателей различных электрофизиологических сигналов, введены в канал электрокардиограммы соединенные с выходом цифрового измерителя кардиоинтервалов последовательно соединенные интерполятор, циклический двоичный усреднитель, сдвигающий регистр и цифровой спектроанализатор, в других каналах к каждому из блоков усиления и фильтрации подключены последовательно соединенные детектор, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, циклический двоичный усреднитель и спектроанализатор, кроме того в устройство введены последовательно соединенные блок управления и линия задержки, последовательно соединен

5

0

ные коррелометры и спектроаналиэато- ры, причем первый и второй входы коррелометров соединены с выводами двух регистров разных каналов в различных комбинациях, причем количество коррелометров определяется количеством комбинаций таких соединений, при этом выходы всех спектроанализа- торов соединены с входами многоканального блока отображения и регистрации спектрограмм, вторые входы аналого-цифровых преобразователей, циклических двоичных усреднителей, сдвиговых регистров, спектроанали- заторов, интерполятора, а также третьи входы коррелометров и одиннадцатый вход многоканального блока отображения и регистрации соединены с выходами блока управления, а вторые входы интеграторов - с выходом линии задержки.

ч

i

5

%

«n

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в системах оценки состояний человека-оператора, а также для анализа состояний организма при влиянии различных методов терапевтического воздействия на больных. Цель изобретения - расширение диагностических возможностей путем адекватного сравнения показателей различных электрофизиологических сигналов с предварительным выделением индукционных сверхмедленных волн из анализируемых сигналов. Устройство производит выделение модуляционных сверхмедленных волн из электрокардио-, электроэнцефалосигналов и сигналов кожно-гальванической реакции, вычисляет спектры этих волн, а также спектры всех взаимно корреляционных выделенных волн. Для этого в устройство, содержащее блоки 14 усиления и фильтрации, формирователь 12 синхроимпульса R-зубца, измеритель 13 кардиоцикла и многоканальный блок 11 отображения и регистрации, введены детекторы 4, интеграторы 5 со сбросом, аналого-цифровые преобразователи 6, циклические двоичные усреднители 2, интерполятор 1, сдвиговые регистры 3, цифровые спектроанализаторы 9, цифровые коррелометры 10, блок 7 управления и линия 8 задержки. 3 ил.

J «-

в

Ьч