Устройство для классификации электрофизиологических сигналов Советский патент 1982 года по МПК G06K9/00 

1

Изобретение относится к автомати1ке и вычислительной технике и может быть использовано при проектировании автоматизированных классификаторов устройств контроля и диагностики физиологической деятельности человека в системах оператор-машина.

Известно устройство классификации образцов, где осуществляется дифференцирование исходного сигнала и формирование последовательности импульсов единичной амплитуды с длительностями, пропорциональными соответствующим временным интервалам, на которых производная имеет один

знак 1.

Недостатком известного способа

классификации является низкая точность (достоверность) анализа, так как амплитудные и фазовые изменения исходного сигнала не отражены в результате классификации.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для классификации электрофизиологических сигналов , содержащее блок синхронизации, включенные последовательно аналогоцифровой преобразователь, первые элементы И и первый накапливающий сумматор, выход которого соединен с

первым входом вычислительного блока, включенные последовательно генератор тактовых импульсов, второй элемент И и счетчик, соединенный выходом с другими входами первых элементов И и одними входами третьих эле ментов И, подключенных выходами через второй накапливающий сумматор ко второму входу вычислительного блока, выходы которого и выходы блока памяти соединены через блок принятия решений с первыми выходами устройства и входом блока синхронизации, первый выход которого подключен к третьему входу вычислительного блока и другим входам накапливающих сумматоров и счетчика, а.второй выход блока синхронизации соединен с другим входом второго элемента И 2.

20

Недостатком его является низкая достоверность, поскольку полученный после преобразования результат так-же не отражает фазового содержания исходного объекта-образца.

Цель изобретения - повышение точности (достоверности) классификации электрофизиологических сигналов.

Указанная цель достигается тем, что полученные в результате последовательной биполярной стимуляции

вызванные электрофизиологические сигналЕ предварительно преобразуют в сигналы, содержащие и несодержащие фазопеременные компоненты, полученные сигналы одновременно преобразуют в монотонно возрастающие,квантованные по уровню сигналы, послецовательно суммируют их текущие уровни, формируют промежуточные результирующие сигналы, пропорциональные вольт-секундным площадям монотонно возрастающих сигналов,и опреелягот отношение промежуточных результирующих сигналов, по которому судят о принадлежности к данному классу, с указанной целью в известное устройство для классификации электрофизиологических сигналов, содержащее блок синхронизации, включенные последовательно аналого-цифровой преобразователь, п-ерв.ые элементы И и первый накапливающий сумматор, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, включенные последовательно генератор тактовых импульсов, второй элемент И и счетчик, соединенный выходом с другими входами первых элементов И и одними входами третьих элементов И, подключенных выходами через второй накапливающий сумматор ко второму входу вычислительного блока, выходы которого и выходы блока памяти соединены через блок принятия решений ,с первыми выходами устройства и входом блока синхронизации, первый выход которого подключен к третьему входу вычислительного блока и другим входам накапливающих сумматоров и счетчика, а второй выход блока синхронизации соединен с другим входом второго элемента И. Введены генератор тест-сигналов,- подключенный входом и выходом соответственно к третьему выходу блока синхронизации и второму выходу устройства, аналоговые сумматоры и элемент задержки, соединенные входами со входом устройства, инвертор, четвертые и пятые элементы И и дополнительный аналогоцифровой преобразователь, подключенный выходом к другим входам третьих элементов И и входом, через четвертый элемент И - к выходу первого аналогового сумматора, другой вход которого через инвертор соединен с выходом элемента задержки, подключенным к другому входу второго аналогового сумматора, выход которого через пятый элемент И соединен со входом основного аналого-цифрового преобразователя, причем другие входы четвертого и пятого элементов И подключены ко второму выходу блока синхронизации.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Здесь 1 - исследуемый медико-биологический объект, в частности one-.

ратор. Устройство содержит генератор 2 тест-сигналов (управляемый блок тест-стимулов), усилитель 3 биопотенциалов, элемент 4 (линия) эадержки, первый 5 и второй 6 аналоговые сумматоры, пятый 7 и четвертый 8 элементы (вентили) И, основной 9 и дополнительный Ю аналого-цифровые преобразователи (разностные импульс|Ные преобразователи), первые Ни третьи 12 элементы И (вентили), первый 13 и второй 14 накапливающие сумматоры, генератор 15 тактовых импульсов, второй элемент И (вентиль) 1 счетчик 17 (тактовых импульсов), вычислительный блок 18, блок 19 принятия решений (компаратор кодов)/ блок 20 памяти (постоянное запоминающее устройство), блок 21 синхронизации (и. управления) и инвертор 22,

Устройство работает следующим образом.

В блоке памяти 20 хранятся коды соответствующих i,,...j классов,

До начала преобразования функциональные блоки классификатора с помощью блока 21 управления и синхронизации по шине

импульсом

сброса установлены в исходное состояние, вентили 7 . 8 и 16 закрыты запрещающими уровнями блока 21 и выходные сигналы соответствующих аналоговых сумматоров 5 и б не поступают на входы преобразователей 9 и 10, тактовые импульсы с генератора 1 Не поступают на вход счетчика 17, кроме того, блок 2 тестов-стимулов заторможен-.

Преобразование вызванных электрофизиологических сигналов начинается по команде Пуск, поступающей с блока 21 управления и синхронизации. При этом в момент времени Т блок 2 тестов-стимулов воспроизводит, в соответствии с программой-, определенные амплитудные, частотные и фазовые Параметры стимула конечной длительности, которые при воздействии на оператора 1 (или объект медико-биологического исследования) вызывают появления электрофизиологического сигнала на входе усилителя 3 биопотенциалов, с выхрда которого этот сигнал поступает на вход линии задержки 4, которая имеет постоянную времени ад Кроме того, выходной сигнал усилителя 3 поступает непосредственно на один из входов перво-. го и второго аналоговых сумматоров 5 и 6, но вентили 7, 8 и 16 остаиз ся закрытыми. В момент времени (t +fjaqблок 21 управления и синхронизации выдает очередную команду блоку 2 тестов-стимулов, который воспроизво-дит те же амплитудные и частотные параметры стимула, а фаза изменяется на 180° При этом вентили 7, 8 и 16 открываются блоком 21 и выходной сигнал первого аналогового сумматора 5, равный сумме задержанного сигнал U(t) и U(t +tjaQ ) непосредственно с выхода усилителя 3 поступает через вентиль 7 на вход разностноимпульсного преобразователя 9, Аналогично, выходной сигнал второго аналогового сумматора 6{ равный разности U(t) и и (Ц + зсхд- сил наличия инвертора 22 через вентиль поступает на вход преобразователя 1 Таким образом, на выходе аналоговых сумматоров 5 и б образуются парал.лельно два анашоговых сигнгша, один из которых не содержит фазопеременные компоненты Щ E{U(t); VI{t/ + + 309.) и второй U(, ,); U(t + яаи.-1 содержащий эти компоненты. Частота выходных сигналов преобразователей 9 и 10 фулкциональйо св зана с производной входных аналоговых сигналов, т.е. отклонение часто пропорционально скорости изменения входного напряжения, т.е. время импульсная последовательность на вы ходе преобразователя 9 {или 10), оп ределяет форму аналогового сигнала на выходе .сумматора 5 (или 6). Таким образом, путем считывания значений параллельного кода счетчика 17 такто вых импульсов, поступающих на вторые «...i тчг ггттт f f t3fT 4fr f fJt 11 тя то . входы групп вентилей 11 и 12 через неравномерные промежутки времени, определяемые время - импульсной пос ледовательностью преобразователей 9 и 10 в накапливающих сумматорах 1 и 14 формируют промежуточные результирующие сигналы, пропорциональные вольт-секундным площадям монотонно возрастающих сигналов. Вычислительны блок 18 определяет отношение промежуточньгх результирующих сигналов, а значение кода на выходе однозначно определяет амплитудный, частотный/и фазовый состав исходного электрофизиологического сигнала. Компаратор 19 кодов, осуществляет сравнения Кодов-описаний 1, ... ,j классов, храня щихся в постоянном запоминающем устройстве 20, со значением кода вычислительного блока 18 и выдает сигнал на одном из i,... ,j выходов, что соответствует отнесению исходного электрофизйологического сигнала к данному классу. После определения класса компаратором 19 кодов, последний выдает команду Конец блоку 21 управления и синхронизации, который устанавливает блоки, классификатора в исходное состояние, а блок 2 тестов-стимулов переходит к следующему виду стимула. Таким образом, введение предваритель ного преобразования с целью получения двух сигналов, содержащего фаэопеременные компоненты и не содержащего фазопеременные компоненты и дальнейшее одновременное преобразование полученных сигналов в монотонно возрастазшдие функции, формирование промежуточных сигналов пропорционалъных вольт-секундным площадям монотонно возрастающих функций и определение отношения промежуточных сигналов шозволяют получить более высокую достоверность классификационного анализа электрофизиологических сигналов .по сравнению с известными устройствайн. v. Формула изобретения Устройство для классификации электрофизиологических сигналов, содержащее блок синхронизации, включенные последовательно аналого-цифровой преобразователь, первые элементы и и первый накапливающий сумматор, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, включенные последовательно генератор тактовых импульсов, второй элемент И и счетчик, соединенный выходом с другими входами первых элементов И и одними входами третьих элементов И, подключенных выходами через второй накапливающий сумматор ко второму входу вычислительного блока, выходы которого и выходы блока памяти соединены через блок принятия решений с первыми выходами устройства и входом блока синхронизации, первый выход которого подключен к третьеь5у -. входу вычислительного блока и другим входам накапливающих сумматоров и счетчика, а второй выход блока синхронизации соединен с другим входом второго элемента И,отличающ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит генератор тест-Сигналов, подключенный входом и выходом соответственно к третьему выходу блока синхройизацйи и второму выходу устройства, аналоговые сумматоры и элемент задержки, соединенные входами со входом устройства, инвертор, четвершшэ и пятые элементы И и дополнительный аналого-цифровой преобразователь. подключенный выходом к другим входам третьих элементов И и входом, через четвертый элемент И - к выходу первого аналогового сумматора, другой вход которого через инвертор соединен с выходом элемента задержки, подключенным к другому входу второго аналогового сумматора, выход которого через пятый элемент И соединен со входом основного аналого-цифрового преобразователя, причем другие входы четвертого и пятого элементов подключены ко второму выходу блока синхронизации. Источники информации. ринятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3717848, л. 340-146, опублик. 1973. 2.Авторское свидетельство СССР 528585, кл. G Об К 9/00, 1976 (прототип).