Устройство для регистрации биопотенциалов

 

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 цифроаналоговый 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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3501534/28-14 (22) 15.10,82. (46) 30 ° 01; 87. Бюл. ¹ 4 (71) Институт физиологии АН БССР (72) Е.В.Жук (53) 615.471:616(088.8) (56) Добреньков В.Н., Рыжов В.А., Чевтаев Г.Т. Трехканальный осциллографический индикатор с блоками электронной памяти. — Электронная промьппленность, 1979, ¹¹ 8-9, с. 20. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ БИОПОТЕНЦИАЛОВ (57) 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

„Я0„„12 15 А1 (д) 4 А 61 В 5/04. С 06 F 15/42

12 биопотенциалов, блок 3 запоминающего устройства, стробируемый цифроаналоговый 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 выполнен в виде регистров сдвига, 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.

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.

Исследуемый аналоговый сигнал (Пх) от источника 12 биопотенциалов посту-55 пает на вход АЦП 2, который совершает очередной цикл преобразования по переднему фронту сигнала, с выхода ГИ 1 поступающего на вход запуска АЦП 2.

1 12861

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

Целью изобретения является повыше- 5 ние информативности и помехоустойчивости регистрации биопотенциалов с плавающим нулевым уровнем за счет исключения неинформативных и искаженных помехой участков сигнала, а так- 1О 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.3 — диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство для регистрации биопотенциалов содержит генератор 1 импуль сов (ГИ), аналого-цифровой преобразователь 2 (АЦП), блок 3 запоминающего ,устройства (БЗУ 3), блок 4 сравнения, стробируемый цифроаналоговый преобразователь 5 (IJjGI), блок б 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 управляющие входы ЦАП 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.

Потенциалы с выходов АЦП 2 и с промежуточных 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 установочный 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

3 12861 исследуемого сигнала, на котором обнаружен импульс искомой формы. Перед— ним фронтом сигнала, поступающего с . выхода триггера 7 на управляющий вход блока 11, производится регистрация 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- 10 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 исследуемого сигнала с обнаруженным импульсом искомой формы. Длина регистрируемого участка, т.е. число реги,стрируемых точек, определяется емкостью БЗУ 3 и соответствующим размером20

1счетчика 9. Сигал переполнения с выхода счетчика 9 приходит на вход очистки триггера 7, сбрасывает его u прекращает регистрацию.

Блок 4 сравнения может быть реали25 зован комбинацией логических схем или с помощью постоянных запоминающих устройств (ПЗУ).

Блок 3 запоминающего устройства реализуется с помощью нескольких групп 0 регистров сдвига. Число регистров в группе соответствует разрядности АЦП

2, а число групп регистров сдвига соответствует числу запоминаемых точек анализируемого сигнала. 35

Блок 13 уставок может быть реализован на переключателях.

Изобретение иллюстрируется следующим примером, когда ставится задача 40 обнаружить импульс, форма которого может изменяться в пределах штриховки на фиг.3а. Для этого на блоке 13 уставок достаточно установить две установки: А1 — первый амплитудный эталон и

А2 — второй амплитудный эталон. Пример реализации блока 3 запоминающего устройства и блока 4 сравнения для этой задачи изображен на фиг.2. Блок

3 содержит пять групп регистров сдвига. 50

Число регистров сдвига в группе соответствует разрядности АЦП 2. Выходы последних разрядов регистров сдвига первых четырех групп объединены 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

57 4

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. сигналы 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

ЙЗУ 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 эталону, 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 aíàëèзируемого участка исследуемого сигнала. Схемы 18 и 21 ПЗУ сравнивают эту разность с кодом, поступающим из блока 13 уставок. Если разность больше кода, т.е. на анализируемом участке зафиксирован годъем 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 зарегистрирован 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 разно .ть с кодом, левому уровню, автоматически сравнивается с исследуемым сигналом. Звездочками помечены регистрируемые импусы искомой формы. На оси времени указаны точки отсчета Т1-Т4, записывемые из счетчика 1 0 меток времени в блок 11 ре— гистрацин.

Формула изобретения

/Р1 А1/Б,/Р4>А1/g//Ð2(À2/+/ÐÇñÀ2//, 50 а время Т соответствует времени ана лиза; Тр — длйтельности регистрации сигнала.

На фиг.Ç изображен длительный участок исследуемого сигнала с "плаваю- 55 щим" нулевым уровнем. В соотве11 ствующем масштабе показан эталон формы, подробно изображенный на фиг.За, который, "скользя" по "плавающему" ну5 128615 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

22 И-НЕ соответствует фиксации импу- 10 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 установочКому входу триггера 7 и к входу сброса счетчика 9. Сигнал на выходе схемы

23 И стробируется генератором i и 20 появляется при наличии сигналов на выходах схем 18 и 21 ПЗУ при отсутствии сигнала на выходе схемы 22 И-НЕ, т.е. в случае обнаружения на фоне

"плавающего нулевого уровня импуль11 25 са, амплитудой превышающего первый амплитудный эталон, и длительностью в диапазоне, соответствующем диапазону длительностей импульсов нейронной активности. 30

На фиг. 3 изображены анализируемые участки и регистрируемые импульсы.

Искомый импульс может принимать любую форму в пределах штриховки на фиг.3а.

Используются следующие обозначения: 35

t,t,t»t4,t> — моменты времени, соответствующие пяти анализируемым 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 14-1б ПЗУ, отвечают условиям обнаружения импульса:

Устройство для регистрации биопотенциалов, содержащее последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к источнику биопотенциалов, запоминающее устройство, стробируемый цифроаналоговый преобразователь и блок регистрации, а также блок управления, выход которого соединен со стробирующим входом цифроаналогового преобразователя, и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя и блока управления, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности и помехоустойчивости регистрации биопотенциалов с плавающим нулевым уровнем за счет исключения неннформативных и искаженных помехой участков сигнала, запоминающее устройство выполнено в виде блока параллельно включенных регистров сдвига, тактовые входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выходы последнего разряда регистров сдвига являются выходом запоминающего устройства, а выходы младших 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.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я 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 которого 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 (Риг. 2

А2

4 44 0 5 и тг тю т

Рис. д

Составитель А.Васильев

Техред Л.Олейник Корректор В.Бутяга

Редактор M.Áàíäóðà

Заказ 7654/2 Тираж 594

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

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

7 12861 единицы триггера является входом блока, а выход триггера - выходом блока управления, вход синхронизации триг° гера соединен с входом запуска устройства, который подключен также к обну- 5 ляющим входам регистров сдвига запоминающего устройства.

57 8

3. Устройство по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ е е с я 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.

Р! Ю

Р2 <АЯ юс г н>ю

Tq - nipuol аерпиуи

Tp - pepuad

pecucmpaquu.