Диагностическое вычислительное устройство

 

I8I88O

ОПИСАН ИЕ

ИЗОЫР Ите НИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтокиз

Социвлистическив

Рвспублив

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 21.IV.1965 (№ 1003479/26-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 21.IV.1966. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 1.VIII.1966

Кл. 42тп, 14/04

42m, 14/18

МПК G 061

G 06I

УДК 681.142.001.57:

:616-07(088.8) Комитет по делаю изобретений н открытий при Совете Министров

СССР с

/ " - - О.: ;-,: (1:

М. Jl. Быховский

Институт хирургии им. А. В. Вишневского АМН СССР ..:; .,:., ., "" " Е/(,1

Автор изобретения

Заявитель

ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

>в, (ф а 7/ — 1оя (2) 1

Известны диагностические вычислительные машины, содержащие запоминающее устройство, арифметическое устройство, устройство управления и устройство ввода-вывода, Предложенное устройство отличается тем, что оно содержит запоминающее устройство на сопротивлениях для хранения коэффициентов количества информации, содержащейся в признаке заболевания относительно заболевания, подсоединенное к тумблерам или реле ввода симптомов; выходы запоминающего устройства подключены ко входам суммирующе-потенциирующих усилителей, выходы которых подключены к индикаторам и схемам сравнения, на которые поданы соответствующие пороговые напряжения; выходы схем сравнения подключены к индикаторам; выходы суммирующе-потенциирующих усилителей подсоединены через суммирующий усилитель и усилитель постоянного тока ко входам суммирующе-потенциирующих усилителей.

Это позволяет упростить устройство при выполнении его на аналоговых элементах, На фиг. 1 дана блок-; на фиг. 2 — схема суммирующе-потенциирующего усилителя; на фиг. 3 — токовая характеристика нелинейного элемента; на фиг. 4— диодно-реостатная схема.

Для объяснения принципа действия аппарата изложены вкратце основы принятого метода диагностики.

Пусть класс заболеваний содержит т, за5 болеваний В,, В., Âj, В . Количественная связь между некоторым признаком S; и заболеванием В, определяется в виде количества информации, содержащейся в признаке относительно заболевания В: г(Bi) в( а,. - = log = 1од, (1)

P(Bj) g P (S() где P(Bj) и P(S,) — априорные вероятности заболеваний

В; и признаков S,. в данном классе заболевания, а Рз, (В,) и

Pâ. (8;)—

20 соответствующие условные вероятности.

Так же определяется количество информации относительно данного заболевания, заключающееся в отсутствии признака (отсутствие признака — отрицательный результат некото25 рого исследования — часто оказывается не менее, а более информативным, чем наличие признака):

181880

R =К1

/1/

10 где

15 го г = — 4. зо где S,- †означа, что испытание номер / проведено у больного, но этот признак отсутствует.

Если у больного проведено k испытаний, которые дали определенную систему признаков (наличие или отсутствие) — D,(SI...S„), то вероятность каждого заболевания при этой системе признаков D, равна

log Р(В,)р, —, « а, — а, (3) к с., = — log P(B), (3 ) причем, должно иметь место условие

y P (Bj),„= 1. (4)

l=l

Для выполнения этого условия (так как практически оно не осуществляется вследствие неточности исходных данных а;;) вводится дополнительный нормализующий множитель А„так, что

А„ P (В,)р, — — 1, (< ) где Р (В )р — «вероятности», вычисленные до

j K нормализации. Тогда истинные вероятности суть

Р(В,)р, — Р (В,)р, А„. (5)

С учетом нормализующего множителя формула (3) превращается в

log P(B,.)р, — — g „. — о: + log А„, (6) где А выбирается из условия (4). Формула (6) определяет вероятность заболевания.

Для определения заболевания вводится система чисел-порогов т,, тг, Tj ... т.

Имеет место то заболевание, для которого

Р(В ), т.. (7)

Следовательно, в основе проведения диагностического процесса лежат формулы (6), (4) и (7).

Медицинской памятью является таблица чисел а,. и а,, рассчитанная заранее на основе медицинского опыта и принятых в исследовательском центре процессов обучения. Указанные числа представлены в схеме сопротивлениями 1 и 2 соответственно. Система этих сопротивлений образует сменный (микромодульный) блок памяти аппарата.

Вычисление для каждого заболевания В, вероятности P(Bj)р, по формуле (6) с переходом от логарифма вероятности к вероятности (потенциироваиием) осуществляется операционным суммирующе-потеициируюшим усилителем.

Каждое сопротивление 1 выбрано обратно пропорциональным модулю величины а,, т. е, 1

R, =Кд

/а / а знак а" учтен присоедиij

ij нением сопротивления 2 к источнику напряжения +е или — е. Аналогично сопротивления

2 выбр аны р а в ными.

55 бо б5

Нормирующее напряжение:вводится из специальной цепи автоматического нормирования. При включении в цепь обратной связи усилителя блока нелинейного сопротивления

4 с токовой характеристикой 4 = f2 (ег) потенциал точки «О» такого операционного усилителя практически равен нулю и, значит, входной ток il равен

+e е

il, — =2 — + — — A

Rij Rj или, при надлежащем подключении сопротивлений Я,-,. и Я/ к источникам соответствующей полярностй, получим

, = — Кг (Е ;; — а/+ А„) = — Кг 1одР (В,) oj . (8)

В соответствии с уравнением Киргофа для точки «0» (имея в виду, что eii=o, и, следовательно, io = о) имеем

Выбираем далее нелинейное сопротивление

4 так, чтобы его токовая характеристика представляла собой логарифмическую функцию

4 = К, loge,. (10) Тогда из формул (8), (9), (10) получим ег — Р (В,.) рд . (11) Так как Р(В,)р, (1, а1о P(B,.)р„(0, токовая характеристика нелинейного элемента представляет собой часть логарифмической кривой (см. фиг. 3). С большой степенью точности эту кривую можно заменить кусочнолинейной аппроксимацией (фиг. 3 — хорды) и тогда нелинейное сопротивление 4 реализуется в виде диодно-реостатной схемы с опорными напРЯжениЯми El, Ег, Ег... (см. фиг. 4).

Величины опорных напряжений и сопротивлений рассчитываются в соответствии с принятой аппроксимацией логарифмической кривой. Обычно достаточно 4 — 5 опорных напря. жений. Так как для всех усилителей 3 логарифмическая функция /(ег) должна быть одна и та же, то опорные напряжения E„Eг... для ьсех усилителей одни и те же и снимаются с одного источника.

Для каждого заболевания выделена своя суммирующая шина, к которой подключаются напряжения + е через сопротивления 1 при помощи тумблеров 5 (по количеству симптомов). Если признак у больного есть, тумблер устанавливаем в левое положение и напряжения+ е подключаются через сопротивления 1 (т. е. вводим а,.;), если признака у больного нет, тумблер устанавливаем в правое положение и напряжения 4- е подключаются через сопротивления б (т, е. вводим nij). Наконец, если испытание не проведено, тумблер устанавливаем в среднее положение, и он не подключает ни то, ни другое напряжение.

181880 т

1 — Р (В,)л /=1 (12) Напряжения могут быть включены и при помощи реле 7, так что возможен автоматический ввод признаков по шинам 8. Суммирующие усилители 8 одновременно вычисляют для каждого заболевания В, В2..., B их вероятности P(B1)p, при данной системе признаков, имеющегося у больного.

Для выполнения операции нормализация следует вычислить сумму согласно условию (4) и установить А„таким, чтобы сумма вероятностей была равна единице. Для вычислет иии суммы g P (В)л служит усилитель 9.

1= I

Причем он сразу вырабатывает сигнал разности который через цепь автоматической нормализации (обратной связи), включающей в себя усилитель 10 с большим коэффициентом усиления, устанавливает такое корректирующее напряжение А „«a входе усилителей 8, чтобы сигнал разности (12) был практически равен нулю.

Таким образом, устройство (схема фиг. 1) мгновенно после включения тумблера 5 устанавливает на выходных шинах усилителей 8 напряжения, соответствующие вероятности заболеваний. Их можно прочесть на шкалах приборов 11. Далее эти напряжения автоматически сравниваются с пороговыми напря>кениями Т по входам 12. Это осуществляется при помощи схем сравнения И, представляющих собой, например, диодную цепочку сравнения или поляризованное реле.

Когда диагноз установлен, т. е. P(B1)D, Т, то срабатывает схема сравнения 18, загорается световой сигнал на индикаторе 14 и посылается по этой шине управляющий сигнал к больному, если аппарат используется для диагностики состояния больного и управления тем или другим лечебным воздействием.

Микромодульный блок сопротивлений 1 целесообразно выполнить в виде набора плат так, что одна плата соответствует одному заболеванию В,- (один ряд на фиг. 1). Тогда замена в памяти чисел, связанных с каким-либо заболеванием, сводится к замене одной платы в данном блоке.

Наличие цепи автоматического нормирования позволяет (если для того или другого класса заболеваний это предпочтительнее) составлять медицинскую память не в виде таблицы информационных коэффициентов а;;, а непосредственно в виде логарифмов условйых вероятностей PBj (S;) так, что сопротивления матрицы устанавливаются обратно пропорциональными модулю логарифмов этих вероят5

65 ностей R R

При этом

1од Р (S;)

1 вместо шин 8 двух полярностей +е и — е используют одну шину, а переключатели ставят не двухполюсные, а однополюсные.

Так как включение сопротивлений 1 можно производить не только через тумблеры а, но и при помощи группы реле 7, то возможен автоматический ввод признаков больного прямо по внешним линиям в виде ступенчатых напряжений.

Положительное напряжение означает, что есть признак, и реле срабатывает в одну сторону, отрицательное напряжение — нет признака, и реле срабатывает в другую сторону, отсутствие напряжения — испытание не проведено, и реле остается в среднем положении, При автоматизации ввода признаков от датчиков, связанных с болыи)м, и мгновенном решении на аппарате задачи диагностики, возможна автоматическая диагностика состояний больного в процессе операций или в послеоперационный период. Кроме того, шины можно использовать для подключения специального вводного устройства с перфокарточным входом.

Реализуя в матрице сопротивлений элементы, обратно пропорциональные не а,-;, а квадратам вероятностей Р в (S,), получим возможность проводить на данном аппарате диагностику в соответствии с другим предложенным нами методом диагностики — методом фазового интервала. При этом нелинейное сопротивление R „, в усилителях 8 заменено линейным.

Предлагаемый аппарат позволяет осуществить последовательную диагностику, так как на нем можно проводить диагностику в рамках любых испытаний, а не обязательно всех испытаний. Это следует нз применяемого информационного принципа диагностики, а технически выражается в том, что на входе можно устанавливать не только «признак есть» или «признака нет», но и «испытание не проведено».

Последовательная диагностика заключается в том, что сначала проводим у больного легкие испытания и в рамках этих испытаний проводим на аппарате диагностику. Если этих сведений недостаточно для диагностики (ни для одного В> не будет иметь место

P(B<)D, )Т1), то постепенно, проводя у больного более сложные испытания, можно последовательно включать их в диагностику на аппарате до тех пор, пока сведения не окажутся достаточными для вынесения определенного решения. На этом испытания больного заканчиваются. Таким образом, больной подвергается не всем испытаниям, а только тем, которые в данной ситуации необходимы.

Предмет изобретения

Диагностическое вычислительное устройсгВа, СОДЕРжаЩЕЕ ЗаПОМИНаЮЩЕЕ УСтРОйетвО, 181880 е е -е е -е

7 арифметическое устройство, устройство управления и устройство ввода — вывода, отличаюи ееся тем, что, с целью упрощения устройства при выполнении его на аналоговых элементах, оно содержит запоминающее устройство на сопротивлениях для хранения коэффициентов количества информации, содержащейся в признаке заболевания относительно заболевания, подсоединенное к тумблерам или реле ввода симптомов; выходы запоминающего устройства подключены ко входам суммирующе-потенциирующих усилителей, выходы которых подключены к индикаторам и схемам сравнения, на которые поданы соответствую5 щие пороговые напряжения; выходы схем сравнения подключены к индикаторам; выходы суммирующе-потенциирующих усилителей подсоединены через суммирующий усилитель и усилитель постоянного тока ко входам сум10 мирующе-потенциирующих усилителей, 181880

<е -е

Фиг 2

Фиг Ф

Составитель В. А. Субботин

Редактор Л. А. Утехина Техред Г, Е. Петровская Корректоры: В. В. Крылова

Заказ 1947/19 Тираж 1075 Формат бум. 60X90 / Объем 0,58 изд. л. Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2