Устройство для выделения слуховых вызванных потенциалов

 

Использование: изобретение относится к медицинской технике. Сущность: устройство для выделения слуховых вызванных потенциалов содержит узел 1 приема сигналов биоэлектрической активности головного мозга, узел 2 компенсации Сигналов фоновой биоэлектрической активности, блок 3 оценки, узел 4 приема сигналов электрокардиограммы . Цель: повышение точности регистрации и сокращения времени выделения потенциалов. 3 ил.

й2,, 1835258 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК (sLps А 61 В 5/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР f(ГОСПАТЕНТ СССР) 1 ., ОЛИСАНМЕ ИЗаБРЕтЕККЯ -, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4886165/14 (22) 30.11.90 (46) 23.0В.93. Бюл. N 31 (71) Научно-инженерный центр автоматизированных биотехнических систем "Сонар"

Института кибернетики им. Глушкова (72) 3.А.Бакай, В.Г.Подгорная, Е.И.Подгорный и В.М.Гаранин (56) Авторское свидетельство СССР

3Ф 1055471, кл. А 61 В 5/12, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ СЛУХОВЫХ ВЫЗВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам обнаружения и выделения с диагностическими целями вызванных потенциалов биоэлектрической активности организма человека (или животного) и может быть использовано для регистрации слуховых вызванных потенциалов в автоматизированных системах контроля и диагностики физиологического состояния человека в системах "оператор-машина".

Целью изобретения является. повышение точности регистрации и сокращение времени выделения вызванных потенциалов.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для выделения слуховых вызван-. ных потенциалов, содержащее узел акустической стимуляции, с электродом на входе, узел приема сигналов биоэлектрической ак- тивности головного мозга, второй вход которого соединен с выходом сумматора узла (57) Использование: изобретение относится к медицинской технике, Сущность: устройство для выделения слуховых вызванных потенциалов содержит узел 1 приема сигналов биоэлектрической активности головного мозга, узел 2 компенсации сигналов фоновой биоэлектрической активности, блок 3 оценки, узел 4 приема сигналов электрокардиограммы. Цель: повышение точности ре.гистрации и сокращения времени выделения потенциалов. 3 ил. компенсации сигналов фоновой биоэлектрической активности, включающим также Й параллельных каналов, каждый иэ которых содержит полосовой усилитель и перемножитель, введены блок оценки, узел приема сигналов электрокардиограммы и блок синхронизации и управления, а в узел компенсации фоновой биоэлектрической активности введения (М-1) электродов, причем каждый из электродов подключен ко входу полосового усилителя соответствующего канала узла компенсации сигналов фоновой биоэлектрической активности, каждый из которых снабжен аналоговым ключом, триггером управления и запоминающим уСтройством, при этом полосовой усилитель, аналоговый ключ и перемножитель соединены последовательно, выход запоминающего устройства подключен ко . второму входу перемножителя, первый вход запоминающего устройства подключен к первому выходу блока оценки. а второй его

1835258 вход и первый вход триггера.— к групповому выходу блока синхронизации и управления, тактирующий вход которого соединен с выходом узла приема сигналов электракардиограммы, второй вход блока синхронизации. и управления соединен с узлом акустической стимуляции, третий выход — со вторым входом триггера каждого из Nканалов,,выходы котОрых подключены ко входам сумматора, выход узла приема сигналов через блок оценки подключен к блокусинхронизации.

При этом блок оценки содержит линейный преобразователь действующих значений напряжений, компаратор, источник напряжения и вычитающее устройство, причем выход линейного преобразователя действующих значений напряжений соединен с выходом компаратора и первым входом вычитающего устройства, выход источника напряжения соединен со входом компаратора и вторым входом вычитающего устройства вход линейного преобразователя действующих значений напряжений соединен со входом блока оценки, вычитающее устройство с первым выходом блока оценки, а выход компаратора — со вторым. выходом блока оценки.

Узел приема сигналов электрокардиосигналов содержит последовательно соединенные электрод, усилитель и триггер

Шмидта, причем выход триггера Шмидта соединен с выходом..узла приема сигналов электрокардиограммы.

Блок синхронизации и управления содержит элемент ИЛИ, триггер управления, переключатель, первый счетчик, дешифратор, соединенные последовательно, а также переключатель, элемент задержки и второй счетчик, причем второй выход переключателя соединен со входом элемента задержки и второго счетчика, выход последнего соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен со входом блока синхронизации и управления, выход

N-го разряда первого счетчика соединен со вторым входом триггера управления, тактовый вход переключателя соединен с тактовым входом блока синхронизации и управления, первый выход последнего соединен с первым выходом элемента ИЛИ, второй выход — с выходом элемента задержки, групповой выход — с выходом дешифратора, Узел акустической стимуляции содержит акустическую систему с динамиком на выходе и управляемый генератор, соединенные между собой, причем вход управляемого генератора соединен со входом узла акустической стимуляции, Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг, 1 и 2 показаны структурные схемы устройС1 ва для выделения вызванного

5 потенциала на примере выделения слухового вызванного потенциала; на фиг, 2 — временные диаграммы функционирования отдельных узлов и блоков.

Устройство для выделения слуховых вызванных потенциалов (фиг. 1} содержит узел приема сигналов БЭА головного мозга, узел

2 компенсации сигналов фоновой БЭА, блок

3 оценки, узел 4 приема сигналов ЭКГ, узел

5 акустической стимуляции и блок 6 синхронизации и управления. Информационным входом узла 1 является эле ктрод 7, Второй вход этого тракта шиной "SD" соединен с выходом..узла 2 компенсации, а выход — шиной "SG" с входом блока 3 оценки, в котором

20 один из выходов шиной -SI " соединен с управляющим входом блока 6 синхронизации, а. второй выход — шиной "SR" с соответствующими входам каждого из N каналов узла 2 компенсации. Выходузла приема сигналов ЭКГ шиной "KG" соединен с тактирующим входом блока 6 синхронизации, выходы которого подключены шиной "ST"— ко входу узла 5 акустической стимуляции, шиной "SN" — ко входу узла 2 компенсации и шиной "SI" — к соответствующим N входам того же узла 2, Узел 1 приема сигналов БЭА включает последовательно соединенные электрод.7, усилитель. 8, полосовой фильтр 9, блок 10 вычитания и накопитель 1 i.

Узел 2 компенсации сигналов фоновой

БЭА, включающий N — входовой сумматор

12 и.N параллельных каналов 131 — 13N, каждый из которых содержит последовательно

40 соединенные электрод14, усилитель. 15 полосовой, ключ 16 аналоговый, перемножитель 17, а также триггер 18 управления и динамическое запоминающее устройство

19, причем вход ключа 16 соединен с шиной

45 "0" нулевого потенциала, а управляющий . вход ключа 16 соединен с выходом триггера

18 управления, один из входов которого подключен к шине "SN", другой вход — к соответствующей шине "Sl" параллельно с управляющим входом динамического запоминающегоо . устройства I 9, информационный вход которого в каждом из N-каналов подключен в шине "SR" блока 3, Выход каждого из N-каналов подключен ко входу сумматора 12, выход которого является выходом узла 2 и соединен шиной "SD" со вторым входом блока 10 узла 1.

Блок 3 оценки содержит линейный преобразователь 20 действующих значений напряжения, компаратор 21. источник 22

5 .

1835258

50 напряжения и второе вычитающее устройство 23, причем вход преобразователя 20 является входом блока 3 оценки, который соединен шиной "SG" с узлом 1, а выход преобразователя 20 подключен параллельно к одному из входов компаратора 21 и вычитающего устройства 23, вторые входы которых подключены к выходу источника 22 напряжения, выход компаратора 21 подключается к шине "SP", а выход устройства

23 вычитания — к шине "SR".

Узел 4 приема сигналов ЭКГ содержит последовательно соединенные электрод 24, паласовой усилитель 25 и триггер Шмидта

26, причем выход триггера 26 соединен с шиной "KG" и является выходом узла 4, Узел 5 акустической стимуляции содержит последовательно соединенные акустическую систему 27 и управляемый генератор

28 электрических сигналов звуковой частоты, синхронизирующий вход которого соединен с шиной "$!" и является входом узла

Блок 6 синхронизации содержит триггер 29 управления, двухпозиционный переключатель 30, счетчик 31 емкости N, дешифратор 32, счетчик 33 емкости К, элемент задержки 34 и элемент ИЛИ 35, причем выход узла соединен шиной "KG" с информационным входом переключателя

30, один из выходов которого соединен с входом счетчика 31, а второй с входом счетчика 33 и входом элемента 33 и входам элемента задержки 34. Выходы счетчика 31 соединены с соответствующими входами дешифратора 32, который своими выходными шинами "Sl" соединен с каждым иэ N параллельных каналов узла 2. Кроме того, выход N-го разряда счетчика 31 подключен к одному из входов триггера 29 управления, а выход К-го разряда счетчика 33 подключен через элемент ИЛИ 35 ко второму входу триггера 29 управления и шине "SN" узла 2 компенсации сигналов фоновой.БЭА.

Перед началом работы на исследуемый обьект накладываются плоскостные хлорсеребряные электроды для отведения БЭА с сопутствующим контролем переходного сопротивления (кожный покров-электрод) любым из известных способов (в данном описании эти функциональные блоки опущены без ущерба для технической сути предлагаемого решения), причем электрод

7 узла 1 приема сигналов БЭА накладывается на поверхность головы в точке предпалаraevoA регистрации вызванного. потенциала (например. для слуховых ВПвертекс). Остальные N электродов 14 узла 2 компенсации накладываются в точках сьема БЭА по системе "10 — 20" (см, В.П.Овсяник

45 и др. Исследования временных и спектральных характеристик некоторых сигналов 8ртефактов и фоновой БЭА, Медицинская техника, М 6, 1984, с. 15 — 18) и вдоль сильвлевой борозды. Электрод 24 узла 4 устанавливается в центре левой грудной мышцы для отведения сигналов ЭКГ, Работа устройства для выделения вызванных потенциалов проходит в два этапа: первый — режим "Компенсации", второй — режим "Накопление".

В режиме "Компенсации" устройство производит адаптивную подстройку пространртвенно-инвариантных каналов регистрации фоновой БЭА па критерию действующего значения напряжения разностного сигнала: с одной стороны — фоновой

БЭА информативного отведения (электрод

7), с другой стороны — аддитивной смеси фоновои активности (электроды 141-14N).

По команде "VP" внешнего(или ручного) запуска устройство устанавливает режим

"Компенсации", при этом происходит предустановка всех триггеров в исходное (условно "0") состояние, обнуление содержимого счетчиков и динамических запоминающих устройств. С целью упрощения шина "VP" на рис. 1 не показана.

В дальнейшем работа устройства инициируется узлом 4, который регистрирует

ЭКГ сигнал, преобразовав его в дальнейшем в последовательность единичных импульсов, с периодом, равным текущему значению RR — интервала ЭКГ-сигнала (рис.

2). В исходном состоянии триггер управле-, ния 29 устанавливает двухпозиционный пе- реключатель 30 в положение, при котором импульсная последовательность (рис, 2а) по шине "KG" поступает только на вход счетчика 31, состояние которого через дешифратор 32 формирует пространственновременную последовательность на многапровадную шину "Sl". Исходное состояние- триггеров 18 каждого из N-параллельных каналов . обеспечивает. подключение шины "0" нулевого потенциала к одному из входов перемножителя 17, т.е. выходное напряжение каждого равно уровню собственных шумов. В момент прихода первого импульса "$1" срабатывает только триггер 18> первого канала (фиг, 2б), открывая ключ 161 для регистрации фоновой БЭА от электрода 141. Таким образом на вход вычитающего устройства 10 узла 1 поступают два сигнала: первый — фоновая БЭА от информационной точки регистрации (вертекс); второй — фоновой БЭА, первого канала 13 компенсации. Выходной сигнал устройства 10, пропорциональной разности двух сигналов поступает по шине "SG" в

1635258 блок 3 оценки, где образуется устройством

20 в постоянное напряжение, уровень которого строго пропорционален действующему значению сигнала 56. Входной сигнал устройства 20 поступает параллельно на один из входов компаратора 21 и на один из входов второго вычитающего устройства 23, где происходит сравнение с напряжением источника 22, который устанавливается априорно и соответст r приведенномууровню действующего значения напряжения фоновой БЭА для достоверного выделения вызванной БЭА (фиг, 2з), Разностный сигнал вычитающего устройства 23 по шине

"SR" поступает параллель о в каждый из

N-каналов на информацион : и вход динамического запоминающего устройства 191, При этом только устройство 191, по сигналу

311 установлено в режиме "Записи"; все остальные находятся в режиме "Хранение" и недоступны для разностного сигнала SR.

Таким образом, величина сигнала SR, вызывает соответствующее изменение крутизны преобразования блока 171 перемножения, уменьшая сигнал SR за счет действия первого контура компенсации (блок 10 — 20 — 23 — 19> — 171 — 12 — 10). В момент прихода второго импульса блок 191 переводится в режим "Хранение", а блок 19г переводится в режим "Записи" с одновременным подключением второго канала узла 2 компенсации, в котором осуществляется аналогичное изменение крутизны преобразования блока

17, вызывая дальнейшее уменьшение сигнала SR за счет подключения второго контура компенсации. Последовательное накопление числа N импульсов KG в счетчике 31 с помощью дешифратора 32 позволяет осуществлять последовательное подключение каждого из N-каналов ко входу сумматора 12 (фиг., 2в, д, е, ж), вызывая линейно-ступенчатое уменьшение действующего значения разностного сигнала SR до величины выходного уровня 0О (фиг, 2з) источника 22 напря. жения с погрешностью астатизма суммарного контура компенсации фоновой

БЭА. Выходной сигнал N-ro разряда счетчика

31 переводит устройство выделения вызванных потенциалов в режим "Накопление", при этом триггер 29 управления устанавливается в состояние "1.", что вызывает переключение последовательности импульсов KG со входа счетчика 31 на вход счетчика 31 на вход счетчика 33, емкость К которого определяет интервал (или количество) накопление вызванной БЭА в ответ,на акустические стимулы инициируемые сигналом ST с выхода элемента 34 задержки.

В случае, когда текущее значение разностного сигнала превышает величину Up напряжения, срабатывает компаратор 21, положительный перепад выходного сигнала которого в виде сигнала "SP" поступает в блок 6 синхронизации, вызывает установку

5 триггер 29 управления в состояние "0", тем самым прерывает режим "Накопление" и переводит устройство для выделения вызванных потенциалов в режим "Компенсация", до завершения всего цикла

К-накоплений.

Если же действующее значение сигнала

SG не превысило Up, то сигнал К-го разряда счетчика 33 переводит, все устройство в режим "Компенсация", которые описан выше.

Таким образом, устройство для выделения вызванных потенциалов производит периодическу "Компенсацию",фоновой БЭА, а при наличии мешающих сигналов артефак10

15 тов автоматически переводит устройство в

20 режим "Компенсация", тем самым увеличивает соотношение сигнала помеха, что приводит к существенному уменьшению времени выделения вызванных потенциалов и повышает точность регистрации.

Формула изобретения

1, Устройство для выделения слуховых вызванных потенциалов, содержащее узел акустической стимуляции с электродом на входе, .узел приема сигналов биоэлектрической активности головного мозга; второй вход которого соединен с выходом сумматора узла компенсации сигналов фоновой биоэлектрической активности, включающим также и параллельных каналов, каждый из

35 которых содержит полосовой усилитель и перемножитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регистрадиограммы и блок синхронизации и управления, в узел компенсации фоновой биоэлектрической активности введен n — 1 электродов, причем каждый из электродов подключен к входу полосового усилителя соответствующего канала узла компенсации

45 сигналов фоновой биоэлектрической активности, каждый из которых снабжен аналоговым ключом, триггером управления и

50 запоминающим устройством, при этом полосовой усилитель, аналоговый ключ.и перемножитель соединены последовательно, выход запоминающего устройства подключен к второму входу перемножителя, первый вход запоминающего устройства — к первому выходу блока оценки, а второй его вход и первый триггер — к групповому выходу блока синхронизации и управления, тактирующий вход которого соединен с выходом узла приема сигналов электрокарции и сокращения времени выделения вызванных потенциалов, в него введены блок

40 оценки, узел приема сигналов электрокар10 диаграммы, второй выход блока синхронизации и управления соединен с узлом акустической стимуляции, третий выход — с вторым входом триггера каждого из и каналов, выходы которых подключены к входам 5 сумматора, выход узла приема сигналов через блок оценки подключен к блоку синхронизации.

2. Устройство пои. 1, о тл ича ю ще ес я тем, что блок оценки содержит линей- 10 ный преобразователь действующих значений напряжений, компаратор, источник напряжения и вычитающее устройство, причем выход линейного преобразователя действующих значений напряжений соединен с 15 выходом компаратора и первым входом вычитающего устройства, выход источника напряжения соединен с входом компаратора и вторым входом вычитающего устройства, вход линейного преобразователя действу- 20 ющих значений напряжений соединен с входом блока оценки, вычитающее устройство — с первым выходом блока оценки, а выход компаратора — с вторым выходом блока оценки. 25

3. Устройство по и. 1, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что узел приема сигналов электрокардиосигналов содержит последовательно соединенные электрод, усилитель и триггер

Шмидта, причем выход триггера Шмидта со- 30 единен с выходом узла приема сигналов электрокардиограммы.

4. Устройство по и. 1, отл ич а ю щеес я тем. что блок синхронизации и управления содержит элемент ИЛИ, триггер управления, переключатель, первый счетчик, дешифратор, соединенные последовательно, а также переключатель, элемент задержки и второй счетчик, причем, второй выход переключателя соединен с входом элемента задержки и второго счетчика, выход последнего соединен с первым входом элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с входом блока синхронизации и управления, выход и-го разряда первого счетчика соединен с вторым входом триггера управления, тактовый вход переключателя — с тактовым входом блока синхронизации и управления, первый выход последнего — с первым выходом элемента ИЛИ, второй выход — с выходом элемента задержки, групповой выход— с выходом дешифратора.

5. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что узел акустической стимуляции содержит акустическую систему с динамиком на выходе и управляемый генератор, соединенные между собой, причем вход управляемого генератора соединен с входом узла акустической стимуляции.

1835258

1635258

Фиг.3

Составитель В.Котенева

Техред М.Моргентал Корректор О. Густи

Редактор

Заказ 2968 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретейиям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, f01