Устройство для психофизиологических исследований Советский патент 1992 года по МПК A61B5/16 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для психофизиологических исследований. Оно может быть использовано для получения объективных данных о состоянии и функциях центральной нервной системы (ЦНС) человека при решении задач контроля работоспособности и утомления нервной системы, диагностики нервно-психических заболеваний, профотбора и других задач медицины.

Проблема защиты от ложных срабатываний имеет место в большинстве устройств для психофизиологических исследований, в которых регистрируемым и отрабатываемым элементом поведения (психофизиологической реакцией) испытуемого является его поведенческий акт, связанный с динамическим воздействием на датчик реакций, например, с помощью инструмента реагирования, входящего в электрический

контакт с датчиком реакций, или при использовании в качестве датчика реакций электрических кнопок, сенсорных или сенсорно-контактных площадок.

Эти устройства не содержат средств защиты от ложных срабатываний при динами- ческом воздействии испытуемого на датчики реакций, что в конечном итоге искажает результаты исследований.

Известно устройство Тремограф-трена- жер, содержащее инструмент реагирования испытуемого, выполненный в виде щупа металлического, датчик психофизиологических реакций испытуемого, выполненный в виде токопроводящего лабиринта для проведения в нем инструмента реагирования, и канал обработки реакций испытуемого, выполненный в виде счетчика числа реакций.

Недостатком устройства является то, что в процессе обследования испытуемого могут иметь место ложные срабатывания, связанные как с изменением ориентации инструмента реагирования, так и с динамическим воздействием им на датчик реакций.

Наиболее близким решением является устройство для исследования тремора, содержащее инструмент реагирования в виде токопроводящего щупа, блок датчиков реакций, выполненный в виде токопроводящего планшета с вырезанным в нем пазом в форме лабиринта, и блок обработки реакций испытуемого. В этом устройстве конструкция инструмента реагирования позволяет уменьшить число тех ложных срабатываний, которые возникают за счет отклонения щупа от вертикального положения относительно датчика реакций.

Однако это устройство не обеспечивает защиты от других ложных срабатываний, играющих наиболее важную роль в происхождении методической погрешности и приводящих, в конечном итоге, к неточностям психофизиологических исследований. Это такие ложные срабатывания, которые возникают за счет колебательных процессов, всегда имеющих место при движении инструмента и его динамическом взаимодействии с датчиком реакций в моменты появления и прекращения реакций испытуемого. В результате этих колебательных процессов при совершении испытуемым одной реакции появляются дополнительные импульсы, которые канал обработки реакций не отличает от истинной реакции испытуемого и обрабатывает как обычные, полноценные реакции. При обработке ложных срабатываний в числе полноценных реакций, канал обработки реакций выдает искаженные показатели обследования, степень искажения которых не поддается оценке, что снижает объективность и точность получаемых результатов и сказывается отрицательно на объективности обследований.

Целью изобретения является повышение достоверности и объективности получаемых показателей психофизиологических исследований путем исключения ложных срабатываний.

0 Цель достигается тем, что в устройство для психофизиологических исследований, содержащее токопроводящий щуп, блок датчиков психофизиологических реакций и блок обработки показателей, введены эле5 мент ИЛИ, блок задания интервалов защиты и последовательно соединенные генератор импульсов, элемент блокировки, блок защиты, элемент совпадения, блок селекции, второй вход которого, объединен0 ный со входом элемента ИЛИ, соединен с выходом блока датчиков психофизиологических реакций, причем выход элемента ИЛИ соединен со вторым входом блока защиты, второй БХОД элемента блокировки соединен

5 с выходом элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом блока задания интервалов защиты, а выход блока селекции соединен с входом блока обработки показателей.

0 На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры сигналов; на фиг. 3 - пример выполнения электрической принципиальной схемы.

Устройство содержит (см. фиг. 1) токо5 проводящий щуп 1, блок датчиков реакций 2, блок 3 обработки показателей, последовательно соединенные генератор 4 импульсов, элемент 5 блокировки, блок 6 защиты, элемент 7 совпадения и блок 8 селекции,

0 выход которого соединен с блоком 3 обработки показателей. Устройство содержит также блок 9 задания интервалов защиты, соединенный со вторым входом элемента 7 совпадения, и элемент ИЛИ 10, подключен5 ный ко второму входу блока 6 защиты. При этом, выход блока 2 датчиков психофизиологических реакций соединен со входом элемента 10 ИЛИ и со вторым входом блока 8 селекции, а выход элемента 7 совпадения

0 соединен также со вторым входом элемента 5 блокировки.

Токопроводящий щуп 1 может быть выполнен, например, как в прототипе, соединен с источником питания (см. фиг. 3) и

5 служит для осуществления испытуемым заданной ему задачи проведения щупа 1 по лабиринту блока 2 датчиков реакций, не касаясь последнего.

Блок 2 датчиков реакций предназначен для приема реакций испытуемого, т.е. непроизвольных касаний щупом 1 стенок лабиринта блока 2 датчиков реакций в процессе движения щупа 1. В частности, число таких реакций используют для тестирования динамического тремора и зрительно- моторной координации испытуемого при различных движениях кисти рук: горизонтальных, вертикальных, по той или иной диагонали, по участкам различной кривизны, для которых необходимо иметь дифференцированную характеристику, показательную для дальнейших сравнений.

Он может быть выполнен в виде нескольких (например, четырех) токопроводя- щих пластин с вырезанным в каждой из них пазом в форме того или иного лабиринта (например, отрезок прямой линии различной ориентации, синусоида и т.п.). При этом, реакцией пациента является касание, т.е. воздействие щупом на края паза-лабиринта.

БлокЗ обработки показателей предназначен для получения количественной оценки показателя выполнения испытуемым задачи обследования. Обработка поступающих в блок 3 реакций может быть различной, например, это может быть дифференцированный подсчет числа касаний на каждом из датчиков блока 2 датчиков. Для этого блок 3 обработки может быть выполнен, например, в виде совокупности счетчиков(на микросхемах К176ИЕ4) по числу датчиков реакций блока 2, соединенных с цифровыми индикаторами как показано на фиг. 3, что позволяет осуществлять дифференцированный подсчет числа реакций.

Генератор 4 импульсов предназначен для генерирования импульсов, используемых блоком 6 защиты для формирования кода интервала времени между импульсами, следующими с выхода блока 2 датчиков. Он может быть выполнен, например, в виде мультивибратора, собранного на логических элемента ИЛИ-НЕ.

Элемент 5 блокировки предназначен для блокирования импульсов генератора 4, проходящих через нее на блок 6 защиты. Он может быть выполнен в виде логической схемы (например, на микросхеме К561ЛЕ5), реализующей функцию СБ СС ГИ. как показано на фиг. 3, где СБ - сигнал на выходе элемента 5 блокировки, СС - на выходе элемента 7 сравнения, ГИ - на выходе генератора 4 импульсов.

Блок 6 защиты предназначен для формирования временных интервалов защиты, т.е. интервалов между задним фронтом предыдущего и передним фронтом последующего импульса с выхода блока 2 датчиков реакций, если этот интервал меньше порогового значения, чем обеспечивается блокировка ложных срабатываний и выделение истинных реакций испытуемого. Он может быть выполнен, например, в виде счетчика 5 импульсов, имеющего вход начальной установки (сброса), соединенный с выходом элемента 10 ИЛИ, и счетный вход, соединенный с выходом элемента 5 блокировки, например, на микросхеме К561ИЕ20.

0 Элемент 7 совпадения предназначен для сравнения двух величин - числа, накопленного блоком б защиты за время между двумя импульсами, следующими друг за другом с блока 2 датчиков, и числа, заданно5 го блоком 9 задания интервалов защиты, и

для формирования сигнала разрешения

прохождения очередного импульса ответа

(реакции) на блок обработки через блок 8

селекции. Он может быть выполнен, напри0 мер, на микросхеме К561ИЕ10, имеющей два многоразрядных входа А и В. соединенные как показано на фиг. 3.

Блок 8 селекции предназначен для пропуска через элемент 7 совпадения на блок 3

5 обработки только тех реакций, появляющихся с выхода блока 2 реакций, которые разрешены блоком б защиты. Он может быть выполнен, например, в виде совокупности RS-триггеров (по числу датчиков реакций в

0 блоке 2), S-входы которых соединены с соответствующими датчиками блока 2. a R- входы объединены и подключены к выходу элемента 7 совпадения (фиг. 3).

Блок 9 задания интервалов защиты

5 предназначен для установки порогового значения интервала защиты для последующего сравнения его в элементе 7 совпаде- - ния с интервалов времени между задним фронтом предыдущего и передним фронтом

0 последующего импульсов, сформирован ных блоком 2 датчиков реакций.

Установлено, что при различных конкретных типах психофизиологических реакций испытуемых, возникновение двух

5 последовательных истинных реакций испытуемого возможно только с интервалом времени т , между реакциями, не меньшим определенной конкретной величины, зависящей от типа психофизиологического об0 следования. Это время г является методически обоснованной величиной по критерию принципиальной невозможности возникновения истинных реакций испытуемого с меньшим, чем т интервалом, и при5 нимается за пороговое значение интервала защиты, задаваемое блоком 9.

Таким образом, импульсы, следующие друг за другом с интервалом времени между задним фронтом первого и передним фронтом следующего меньшим времени т, относятся к заведомо ложным реакциям, действующим внутри интервала времени действия текущей реакции. Исключение прохождения этих импульсов на обработку в блок 3 обработки осуществляется блоком 8 селекции по управляющим сигналам с выхода элемента 7 совпадения, сформированным с учетом порогового значения интервала т, задаваемого блоком 9, а признаком завершения текущей реакции является отсутствие очередного импульса после заднего фронта предыдущего импульса в течение порогового интервала времени т, значение которого в двоичном коде задают с помощью блока 9 задания интервалов защиты.

Для этого блок 9 (см. фиг. 3) может быть выполнен в виде коммутирующего многоразрядного узла (по числу разрядов двоичного кода на выходе блока 6 защиты), в котором часть разрядов соединена с логическим 0, а часть - с логической 1 для формирования необходимого двоичного кода.

Элемент 10 ИЛИ предназначен для свертки импульсов, поступающих с датчиков 2 реакций, и запуска счета блоком 6 защмты по окончанию каждого импульса. Он может быть выполнен в виде многовхо- довой (по числу датчиков реакций в блоке 2), как показано на фиг. 3 логической схемы ИЛИ на микросхемах К561ЛА8 и К561ЛН2.

Устройство работает следующим образом.

Коммутирующими элементами блока 9 задают пороговое значение г интервала защиты, соответствующее данному типу психофизиологического обследования.

В исходном состоянии, при подключении устройства к источнику питания, генератор 4 начинает вырабатывать служебные импульсы, а на выходе блока 9 формируется двоичный код интервала защиты (см. фиг. 2а). При отсутствии реакций испытуемого на выходах датчиков реакций блока 2 отсутствуют сигналы, в результате чего на второй вход блока 6 защиты с выхода элемента 10 ИЛИ сигнал не поступает. При этом, блок б защиты начинает накапливать импульсы, поступающие на его первый вход через элемент 5 блокировки с генератора А импульсов. Это накопление происходит до тех пор, пока двоичный код накапливаемого числа, поступающий с выхода блока 6 защиты на элемент 7 совпадения, не совпадает с кодом заданного интервала защиты, присутствующим на втором входе элемента 7 совпадения (с выхода блока 9). В момент совпадения

на выходе элемента 7 появляется сигнал совпадения, который поступает на второй вход элемента 5 блокировки и запрещает прохождение импульсов с генератора 4 на

первый вход блока 6 защиты. В результате этого, состояние блока 6 защиты перестает изменяться и на выходе элемента 7 совпадения сохраняется сигнал совпадения. Этот сигнал поступает также на вход сброса бло0 ка 8 селекции, что приводит к его очистке. Такое состояние устройства сохраняется вплоть до появления реакции.

Испытуемому дается инструкция на выполнение типового задания. Его просят

5 взять в руку щуп, поместить его в начало прорези одного из датчиков в блоке 2 и провести вдоль прорези, не прикасаясь к ее стенкам, по концам прорези. Такую операцию он должен совершить последовательно

0 с каждым датчиком блока 2 реакций.

При проведении испытуемым щупом вдоль прорези одного из датчиков блока 2, появляются непроизвольные реакции в виде касаний, вызванных тремором руки ис5 пытуемого. ошибками в координации движения и т.п. При этом, на выходе соответствующего датчика блока 2, а значит и на выходе элемента 10 ИЛИ, появляются импульсы взаимодействия инструмента реаги0 рования е датчиком 2 психофизиологических реакций. Вследствие динамичности (колебательного процесса) этого взаимодействия, каждая реакция представлена не одним импульсом, а некоторой их последовательно5 стью (серией), чаще всего - как показано на фиг. 2с. При этом передний фронт первого импульса представляет собой истинный момент начала реакции, тогда как остальные импульсы являются дополнительными лож0 ными импульсами.

По переднему фронту первого импульса серии, по входу начальной установки (с выхода элемента 10 ИЛИ, фиг. 2d) происходит сброс-накопленного числа в блоке 6 защиты.

5 В результате этого условие совпадения в элементе 7 совпадения нарушается и сигнал совпадения на выходе элемента 7 снимается (фиг. 2е). Это приводит к тому, что с блока 8 селекции снимается сигнал сброса.

0 В результате, передний фронт первого импульса, поступившего с одного из датчиков блока 2 в соответствующий канал блока 8 селекции, устанавливает его в состояние 1 (см. фиг. 2f). Это означает, что истинная ре5 акция принята для ее последующей обработки. В указанном примере выполнения . блока 3 обработки, эта обработка состоит, в подсчете числа реакций: при установке одного из каналов блока 8 селекции в состояние 1, на соответствующий счетчик блока 3

поступает сигнал, приводящий к увеличению содержимого счетчика на единицу и высвечиванию полученного числа на соответствующем цифровом индикаторе блока 3 (см. фиг. 2д).

Одновременно, нарушение условия совпадения в элементе 7 совпадения приводит к тому, что блокировка с элемента 5 блокировки снимается и импульсы с генератора 4 импульсов вновь начинают поступать на счетный вход блока 6 защиты. Однако, пока держится высокий уровень первого импульса серии на выходе элемента 10 ИЛИ, блок

6находится в состоянии сброса и не накапливает поступающие на него импульсы. Как только импульс на выходе элемента 10 ИЛИ снимается, блок б защиты начинает накапливать служебные импульсы с выхода генератора 4. При поступлении на вход сброса блока 6 защиты следующего импульса с выхода элемента 10 ИЛИ, происходит следующий сброса накопленного числа в блоке 6 защиты. Таким образом, на протяжении всей серии импульсов, возникающих при взаимодействии с датчиками реакций, условия совпадения в элементе 7 не могут выполняться, т.к. время между задним фронтом предыдущего и передним фронтом последующего импульсов с выхода элемента 10 ИЛИ недостаточно для накопления в блоке 6 числа, равного заданному блоком 9 пороговому значению. Вследствие этого, на протяжении всей реакции на выходе элемента 7 совпадения отсутствует сигнал совпадения, что обеспечивает неизменность состояния блока 8 селекции, т.е. пропуск блоком 8 селекции на блок 3 обработки показателей только одного импульса, соответствующего переднему фронту истинного сигнала реакции (см. фиг. 2д). Таким образом, блок 3 обработки показателей прибавляет только одну единицу в соответствующем счетчике реакций.

Если реакция прекратилась, и импульсы на выходе элемента 10 ИЛИ отсутствуют, то на вход начальной установки блока б защиты сигнал не поступает и блок 6 продолжает накапливать импульсы генератора 4. За время т после прохождения заднего фронта последнего импульса в блоке 6 защиты накапливается число, равное заданному блоком 9, в результате чего по истечении этого времени т на выходе элемента 7 совпадения появляется сигнал совпадения. Этот сигнал блокирует прохождение импульсов с генератора 4 на блок 6 защиты, в результате чего состояние блока 6 защиты и элемента

7совпадения перестает меняться вплоть до прихода переднего фронта первого импульса очередной реакции испытуемого. Кроме того, сигнал совпадения поступает на вход сброса блока 8 селекции и очищает его содержимое, подготавливая к приему кода 5 очередной реакции.

Таким образом, на блок 3 обработки поступают импульсы только истинных реакций без сопровождающих каждую реакцию ложных сигналов дребезга. В

0 результате этого в блоке 3 обработки накапливается число реакций, т.е. число взаимодействий инструмента реагирования (щупа) с блоком датчика реакций 2 (раздельно по каждому из датчиков блока 2 в

5 соответствующем канале блока 3 обработки).

Описанное устройство может быть успешно использовано не только для исследования тремора, но и для реализации других

0 методов психофизиологического обследования пациента. При этом, ь заявляемой схеме могут быть использованы другие конструкции блока 2 датчиков (кнопочные, сенсорные и т.п.). В таком случае в блоке 9

5 задается иное значение интервала защиты, соответствующее типу обследования и типу используемого блока датчиков реакций.

Так, при использовании в качестве датчиков реакций кнопок (контактных площа0 док) или других датчиков реакций, на блоке 9 задания интервалов защиты кодируется другое число г. равное пороговому интервалу прохождения истинных реакций испы- . туемого при взаимодействии с конкретно

5 выбранным типом датчика. Указанные пороговые значения интервалов защиты в на- стоящее время экспериментально установлены для всех типов датчиков психофизиологических реакций.

0 Таким образом, заявляемое устройство путем сравнения временного интервала между задним фронтом предыдущего импульса и передним фронтом следующего импульса, поступающих с выхода датчиков

5 реакций, с пороговым значением этого интервала, задаваемого для каждого конкретного вида психофизиологического обследования, и формирования соответствующего управляющего сигнала, обеспечи0 вает защиту от ложных срабатываний, связанных с дребезгом при динамическом взаимодействии инструмента реагирования, или самого испытуемого с датчиком реакций.

5 Благодаря этому существенно повышается достоверность и объективность получа- . емых показателей обследования путем исключения регистрируемых в прототипе заведомо ложных сигналов, число которых не поддается оценке.

Формула изобретения Устройство для психофизиологических исследований, содержащее токопроводя- щий щуп, блок датчиков психофизиологических реакций и блок обработки показателей, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и объективности получаемых показателей путем исключения ложных срабатываний, в него введены элемент ИЛИ, блок задания интервалов защиты и последовательно соединенные генератор импульсов, элемент блокировки,

блок защиты, элемент совпадения, блок селекции, второй вход которого, объединенный с входом элемента ИЛИ, соединен с выходом блока датчиков психофизиологических реакций, причем выход элемента ИЛИ соединен с вторым входом блока защиты, второй вход элемента блокировки соединен с выходом элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом блока задания интервалов защиты, выход блока селекции соединен с входом блока обработки показателей.

Устройство для психофизиологических обследований. Использование: устройство предназначено для получения объективных данных о состоянии и функциях центральной нервной системы, диагностики нервно- психических заболеваний, профотбора и др. задам медицины. Изобретение обеспечивает высокую достоверность и- объективность показателей психофизиологических обследований за счет различения и селекции из регистрируемых сигналов обследования заведомо ложных сигналов, вызванных колебательным процессом (дребезгом), возникающим при динамическом воздействии инструментом реагирования (токопро- водящим щупом) или непосредственно испытуемымнадатчики психофизиологических реакций, и выделения в канале обработки реакций только тех импульсов, которые детерминированы истинными реакциями. Сущность: устройство для психофизиологических исследований содержит токопроводящий щуп. блок датчиков психофизиологических реакций и блок обработки показателей, введены элемент ИЛИ, блок задания интервалов защиты и последовательно соединенные генератор импульсов, элемент блокировки, блок защиты, элемент совпадения и блок селекции, второй вход которого, объединенный с входом элемента ИЛИ, соединен с выходом блока датчиков психофизиологических реакций, причем выход элемента ИЛИ соединен с вторым входом блока защиты, второй вход элемента блокировки соединен с выходом элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом блока задания интервалов защиты, а выход блока селекции соединен с входом блока обработки показателей. 3 ил. Ё VI V| VI 00 к ON