устройство для многоканальной магнитной регистрации электрофизиологических сигналов с автоматической коррекцией

Формула изобретения

Устройство для многоканальной магнитной регистрации электрофизиологических сигналов с автоматической коррекцией, содержащее блок аналоговых ключей, генератор, блок стробирования аналоговых ключей, блок формирования ступенчатого сигнала, блок модуляторов, выходы которого соединены с входом магнитного регистратора, блок демодуляторов, входы которого соединены с выходами воспроизведения магнитного регистратора, отличающееся тем, что в него введены блок формирования сигнала выбора канала, блок выделения несущей частоты, блок выделения сигнала коррекции, узел коррекции сигнала, причем первый выход блока формирования сигнала выбора канала соединен с вторым входом блока модуляторов, второй выход соединен со стробирующим входом блока аналоговых ключей, третий выход соединен со стробирующим входом блока выделения сигнала коррекции, вход блока выделения несущей частоты соединен с входом служебного канала демодуляторов, а выход при воспроизведении соединен с входом блока стробирования аналоговых ключей, вход блока выделения сигнала коррекции соединен с информационным выходом блока демодуляторов, а выход соединен с первым входом узла коррекции сигнала, второй вход которого соединен с выходом аналоговых ключей, выход генератора соединен с входом несущей частоты блока модуляторов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к электрофизиологии, и предназначено для использования в медицинских учреждениях для накопления результатов исследований с помощью широко распространенной и доступной бытовой техники с целью последующей автоматической обработки и архивации без искажения информации.

Известны устройства для магнитной регистрации биоэлектрических процессов /Волков В.Г. В кн. "Новые методы и аппаратура для научных исследований в области высшей нервной деятельности и нейрофизиологии", М. 1973, с. 16-26; Булгаков С. П. Гундарев В.П. Соколова А.М. Сомов В.Г. Юшкин А.В. "Частотный преобразователь для магнитной регистрации биоэлектрических процессов", Медицинская техника, 1977, N1, с.15-18; Захаров Е.А. "Возможности определения колебаний линейной скорости движения сигналоносителя в записывающих и воспроизводящих устройствах". В кн. "Методика и аппаратура для исследования психофизиологических характеристик человека-оператора". М. Наука, 1977, с. 17-20/. Однако эти устройства не обеспечивают необходимой достоверности при регистрации воспроизведении электрофизиологических сигналов. Указанные устройства не обеспечивают одновременной регистрации нескольких параметров, что является необходимым в подавляющем большинстве физиологических экспериментов и требует применения специальных многоканальных магнитофонов.

Из известных устройств наиболее близким к изобретению является восьмиканальное устройство магнитной регистрации и ввода в ЭВМ электрофизиологических сигналов, разработанное на базе стереофонического бытового магнитофона /Гусаинов С.А. Сербина Е.В. Вешкин С.Б. источник информации Журнал высшей нервной деятельности, 1979, т.29, в.2, с. 424-430/.

Известное устройство в режиме записи содержит блок аналоговых ключей /БАК/, генератор, блок стробирования аналоговых ключей /БСК/, блок формирования ступенчатого сигнала /БФС/, блок модуляторов /БМ/. Причем генератор соединен с блоком стробирования аналоговых ключей, выход которого соединен с блоком аналоговых ключей и блоком формирования ступенчатого сигнала, выход блок аналоговых ключей соединен с первым входом блока модуляторов, выход блока формирования ступенчатого сигнала соединен со вторым входом блока модуляторов, выходы которого предназначены для подключения к двум каналам магнитофона.

Известное устройство в режиме воспроизведения содержит блок демодуляторов /БДМ/, входы которого соединены с входами двух каналов магнитофона, а выходы должны быть подсоединены через сопрягающее устройство к ЭВМ.

В устройстве используется запись на двух дорожках, причем первая дорожка используется для записи только физиологической информации по принципу временного уплотнения восьми каналов регистрации, а вторая дорожка используется для записи служебного сигнала, который служит для дешифрации восьми каналов регистрации и для амплитудной коррекции физиологической информации, записанной на первой дорожке. Функции выделения каналов регистрации и последующей амплитудной коррекции реализованы алгоритмически программным способом с помощью ЭВМ. Преобразование аналогового сигнала с магнитофона и сопряжение с ЭВМ в описанное устройство не входит и не анализируется.

Одним из основных требований к устройствам для сбора и регистрации электрофизиологических сигналов является высокая достоверность регистрируемых параметров. Искажения, возникающие при регистрации и воспроизведении информации, ошибки выделения регистрируемых каналов снижает качество и эффективность последующей автоматической обработки, а иногда делает ее вообще невозможной.

В известном устройстве информационный сигнал и сигнал его коррекции записывается на разных дорожках магнитной ленты. Практика магнитной записи свидетельствует о том, что факторы, искажающие процессы записи-воспроизведения из-за коробления ленты, неравномерности прижима ее к записывающей и воспроизводящей головке, поперечного перемещения ленты и т.п. по разному влияют на уровень записи-воспроизведения обеих дорожек в текущий момент времени, что приводит к недопустимому искажению физиологической информации. Кроме того, число формируемых сигналов ограничено величиной различимой ступеньки аналогового сигнала, а искажение ступенчатого сигнала приводит к неправильной дешифрации и невозможности выделения конкретного канала.

Целью изобретения является устранение искажений информационного сигнала при записи-воспроизведении за счет введения сигнала автокоррекции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее БАК, генератор, БСК, БМ, БДМ, причем в режиме записи генератор соединен с блоком БСК и блоком формирования ступенчатого сигнала, вход БАК соединен с первым выходом БМ, выход блока формирования ступенчатого сигнала соединен со вторым входом БМ, выходы которого предназначены для подключения к двум каналам магнитофона, а в режиме воспроизведения входы БДМ соединены с выходами двух каналов магнитофона, а выходы БДМ подсоединены через сопрягающее устройство к ЭВМ, введен переключатель записи-воспроизведения, в режиме записи введены вместо блока формирования ступенчатого сигнала блок формирования сигнала выбора канала /БФВК/, второй дополнительный выход которого соединен с введенным стробирующим входом БАК; выход генератора также соединен с дополнительным входом БМ; в режиме воспроизведения в устройство введены БАК, БСК, БФВК, блок выделения несущей частоты /БНЧ/, блок выделения сигнала коррекции /БСК/, схема коррекции сигнала /СКС/, причем вход второго канала коррекции /ВСК/, схема коррекции сигнала /СКС/, причем вход второго канала БДМ дополнительно соединен со входом ВНЧ, выход которого соединен со входом БСК, выход 2 БДМ соединен с дополнительным входом обнуления БСК, выход 1 БДМ соединен с восемью входами БАК и первым входом ВСК, выход 3 БФВК соединен со вторым входом ВСК, выход которого соединен с первым входом СКС, второй выход СКС соединен с выходом БАК.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: блока формирования сигнала выбора канала, блока выделения несущей частоты, блока выделения сигнала коррекции и их связями с остальными элементами схемы.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "Новизна".

Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями показывает, что блок формирования сигнала выбора канала, блок выделения несущей частоты, блок выделения сигнала коррекции и др. широко известны. Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемое устройство, эти блоки проявляют новые свойства, что приводит к исключению временных и амплитудных искажений информационных сигналов при записи-воспроизведении. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "Существенные отличия".

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для многоканальной магнитной регистрации электрофизиологических сигналов с автоматической коррекцией в режиме записи; на фиг.2 в режиме воспроизведения; на фиг.3 полная блок-схема в положении переключателя режима запись.

Устройство в режиме записи содержит восьмивходовый блок аналоговых ключей 1, выход которого соединен с первым входом блока модуляторов 2, генератор 3, выход которого соединен с входом блока стробирования аналоговых ключей 4 и с третьим входом блока 2; выход блока 4 соединен с управляющим входом блока 1 и с входом блока формирования сигнала выбора канала 5, первый выход которого соединен со вторым входом блока 2, а второй выход соединен со стробирующим входом блока 1.

Устройство в режиме записи работает следующим образом: генератор 3 создает несущую частоту, на которой блок 2 формирует сигнал информационного канала /выход канала 1/ и сигнал служебного канала /выход канала 2/, поступающие на запись магнитофона. Эта же частота используется в блоке 4 для формирования управляющего сигнала блока 1 и блока 5. В блоке 1 осуществляется временное уплотнение восьми каналов на выход управляющим сигналом с блоком 4 и размещение опорного сигнала коррекции в каждой из восьми выборок за счет стробирования выхода блока 1 управляющим сигналом с блока 5. Блок 5 формирует также маркерный сигнал, соответствующий началу уплотнения каналов, который используется для формирования сигнала служебного канала в блоке 2 путем модуляции несущей частоты с генератором 3. Сигнал с временным уплотнением каналов и опорного сигнала коррекции используется для формирования сигнала информационного канала путем модуляции несущей частоты в блоке 2.

Устройство в режиме воспроизведения содержит блок демодуляторов 6, первый выход которого соединен со входом блока выделения сигнала коррекции 9 и с объединенными входами 1-8 блока аналоговых ключей 1, а второй выход соединен с маркерным входом блока стробирования аналоговых ключей 4; выход канала 1 воспроизведения магнитофона соединен с первым входом блока 6, выход канала 2 воспроизведения магнитофона соединен со вторым входом блока 6 и со входом блока выделения несущей частоты 7, выход которого соединен со входом блока 4; выход блока 4 соединен с управляющим входом блока 1 и входом блока формирования сигнала выбора канала 5, первый выход которого соединен со входом стробирования блока 8, а второй выход соединен со входом стробирования блока 1; выход блока 8 соединен с первым входом схемы коррекции сигнала 9, второй вход которой соединен с выходом блока 1.

Устройство в режиме воспроизведения работает следующим образом: с выхода магнитофона по каналу 2 модулированный служебный сигнал поступает на блок 6, где выделяется маркерный сигнал привязки начала уплотнения каналов, и на блок 7, где осуществляется выделение /восстановление/ несущей частоты. Восстановленная несущая частота поступает на вход блока 4 /вместо частоты с генератора 3 в режиме записи/. Маркерный сигнал осуществляет привязку начала формирования управляющего сигнала блока 4. Блок 4 работает аналогично режиму записи. Таким образом осуществляется автоматическая коррекция временных искажений записи воспроизведения.

С выхода магнитофона по каналу 1 модулированный информационный сигнал поступает на блок 6, где выделяется уплотненный информационный сигнал с опорным сигналом коррекции, который поступает на блок 1 и блок 8. По желанию оператора в блоке 5 устанавливается переключателем выбор любого из восьми уплотненных каналов. При этом блок 5 формирует строб информационного канала и строб опорного сигнала коррекции выбранного канала, которые поступают соответственно на блок 1 и блок 8 для стробирования. Выделенные выборки информационного и опорного сигналов поступают на блок 9, где запоминаются. В блоке 9 осуществляется коррекция амплитудных искажений записи-воспроизведения за счет привязки информационного сигнала к уровню опорного сигнала. Сформированный информационный сигнал выбранного канала поступает на выход блока 9 для последующей обработки и анализа.

В целом устройство функционирует в режимах записи воспроизведения за счет преобразования структуры с помощью переключателя рода работы.

Экспериментальные исследования заявляемого устройства проведены на кафедре нормальной физиологии Рязанского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова с использованием иммитатора электрофизиологических сигналов типа "Medical simulator 4593" и электроэнцефалографа типа BST-1 производства ГДР. Кроме того, проводились исследования на кошках, электроэнцефалограмма которых регистрировалась би- и монополярно с корковых и подкорковых структур мозга. Проведенные исследования показали, что заявляемое устройство позволяет зарегистрировать на магнитную ленту бытового магнитофона 11 класса типа "Астра-209" и воспроизвести без искажения на диаграммную ленту электроэнцефаллографа BST-1 стандартный электрофизиологический сигнал с иммитатора типа "Medical simulator 4593" в режиме имитации электроэнцефалограммы, а также реальную электроэнцефалограмму с корковых и подкорковых структур мозга.

В предлагаемом устройстве для многоканальной магнитной регистрации электрофизиологических сигналов информационный сигнал и сигнал его коррекции записывается на одной дорожке магнитной ленты, что исключает искажения процессов записи-воспроизведения, которые могут возникнуть из-за коробления ленты, неравномерности прижима ее к записывающей и воспроизводящей головкам, поперечного перемещения ленты и т.д. что исключает искажения электрофизиологической информации. Число формируемых каналов не ограничено величиной различимой ступеньки аналогового сигнала и позволяет исключить ошибки дешифрации при выделении конкретного канала.

Таким образом, использование регистрации электрофизиологических сигналов на бытовых магнитофонах невысокого качества с помощью устройства для многоканальной магнитофонной регистрации с автоматической коррекцией позволяет исключить временные и амплитудные искажения, конструктивно присущие всем регистраторам с магнитным носителем.