устройство контроля и оценки физиологических процессов

Формула изобретения

Устройство контроля и оценки физиологических процессов, содержащее микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь, коммутатор, датчики дыхания, кожно-гальванической реакции, артериального давления и сердечно-сосудистой активности, а также блок питания, отличающееся тем, что в него введены датчик двигательной активности, микрофон, предварительные усилители, усилители сигналов, фильтры, два цифроаналоговых преобразователя, инструментальный усилитель и блок сопряжения с персональным компьютером, снабженный гальванической развязкой, а датчик дыхания выполнен на датчиках грудного и брюшного дыхания, при этом выходы всех датчиков через предварительные усилители, фильтры и усилители сигналов соединены с соответствующими входами коммутатора, управляющий вход которого связан с первой шиной микроконтроллера, а выход - с первым входом инструментального усилителя, второй вход которого подключен к выходу первого цифроаналогового преобразователя, третий вход - к выходу второго цифроаналогового преобразователя, а выход - к входу аналого-цифрового преобразователя, входы первого и второго цифроаналоговых преобразователей и группа входов-выходов аналого-цифрового преобразователя связаны со второй шиной микроконтроллера, третья шина которого связана с блоком сопряжения с персональным компьютером, а микрофон через соответствующий предварительный усилитель и детектор огибающей подключен к соответствующему входу коммутатора.

Описание изобретения к патенту

Область применения

Изобретение относится к классу устройств медико-биологического назначения, предназначено для регистрации и оценки быстротекущих физиологических реакций человека, возникающих в ответ на предъявляемые ему стимулы различной модальности (вопросы, предметы, фотографии и прочее) и может найти применение в криминалистике, медицине, психологии, психофизиологии, педагогике. Изобретение особенно успешно может использоваться при выявлении у человека возможно скрываемой им информации в ходе расследования преступлений (правонарушений), либо в процессе отбора и проверки нанимаемого на работу или работающего персонала, а также при исследовании и диагностике психических процессов и состояний.

Уровень техники, к которому относится заявленное изобретение

До сих пор задача сбора физиологических данных и анализа физиологических реакций человека в целях выявления у него скрываемой информации решалась с помощью устройств (приборов), к которым относятся полиграфы, анализаторы стресса по голосу, тензометрические платформы и прочее. Предназначение этих устройств состоит в регистрации реакций человека на воспринимаемые им стимулы различной модальности и оценке по зарегистрированным реакциям субъективной значимости для него воспринятых стимулов, на основании которой полиграфолог выносил суждение о наличии или отсутствии сокрытия информации данным человеком.

К современным разработкам такого типа, в частности, относится устройство по патентному документу России 2125399, А 61 В 5/04, предназначенное для анализа психофизиологической информации и включающее блок датчиков, выходы которого соединены с соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, блок воспроизведения, выходы которого подключены к входам блока отображения, и узел запоминания, связанный посредством шин с блоком воспроизведения и блоком функциональных преобразователей. В устройство введены формирователь сигналов анимированного изображения, соответствующие выходы многоканального аналого-цифрового преобразователя подключены к входам одноименных функциональных преобразователей блока, выходы каждого из которых подключены к одноименным входам формирователя сигналов анимированного изображения, выходы которого подключены к входам блока воспроизведения. В этом устройстве повышение надежности достигается за счет реконструкции динамического процесса реакции субъекта на стимул в виде визуализируемой анимированной фазовой траектории. Однако нельзя говорить о высокой достоверности тестов, проводимых с использованием известного устройства, ввиду неполноты собранных физиологических данных; в нем используются сигналы от датчиков дыхания, давления крови и кожно-гальванических реакций. Недостаток этого устройства состоит в сложности, как самого оборудования, так и его обслуживания, а также процесса выполнения тестов и обработки их результатов.

Известны полиграфы (например, US 3915156, US 4441504) и устройства для контроля запоминания и передачи зарегистрированной информации - например, устройство по европейскому патентному документу 0212278, А 61 В 5/02, - содержащее микропроцессор, выход которого соединен непосредственно и через дешифратор с блоком приема информации, выход и вход которого соединены с входом и выходом аналого-цифрового преобразователя, коммутатор, датчик частоты сердечных сокращений, формирователь сигнала. Данное устройство, также как и другие упомянутые выше средства, использует ограниченное число регистрируемых физиологических показателей, сложно, громоздко и имеет неудовлетворительную достоверность результатов.

Ближайшим российским аналогом к заявленному изобретению является устройство по патенту России 2010326, также предназначенное для контроля физиологических показателей. Известное изобретение позволяет объективно контролировать показатели жизнедеятельности человека - динамику сердечно-сосудистой активности, дыхания, кожно-гальванические реакции, на основе этого судить о состоянии человека в данный период наблюдения и осуществлять это при малом объеме оборудования. Устройство содержит микропроцессор, блок приема информации, дешифратор, аналого-цифровой преобразователь, коммутатор, датчик контроля дыхания, датчик контроля сердечно-сосудистой активности, датчик кожно-гальванических реакций, формирователь сигнала частоты дыхания, формирователь сигнала частоты сердечных сокращений, формирователь сигнала кожно-гальванических реакций, согласующий блок, блок питания.

При всех достоинствах данного устройства с его помощью невозможно решить главную задачу, которую должны обеспечивать такие устройства - обеспечить высокую достоверность и несомненную объективность получаемой информации.

Таким образом, встает потребность в создании устройства без указанных недостатков, обеспечивающего достоверные и объективные результат, имеющего широкий спектр применения в различных областях, предпочтительно малогабаритного, простого в использовании и обслуживании.

Сущность изобретения

Изобретение направлено на решение задач, устраняющих указанные выше недостатки известных устройств контроля физиологических процессов - невысокую достоверность и недостаточную объективность, возможность применения только в узкой специфической области исследований, сложность.

Предлагаемое изобретение совершенствует наиболее распространенное устройство, применяемое в указанных выше целях - устройство контроля и оценки физиологических процессов, использующее объективные показатели жизнедеятельности организма человека в каждый момент времени, регистрируемые приборами.

Действие устройства основано на экспериментально подтвержденной устойчиво воспроизводимой связи между восприятием человеком субъективно-значимыми для него стимулами и имеющими место через некоторый короткий интервал времени изменениями его физиологических показателей. Эффективность, объективность и достоверность проводимых с помощью заявленного устройства тестов достигается путем расширения количества контролируемых физиологических показателей и соответствующего выполнения схемы обработки и анализа полученной информации.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении достоверности и объективности проводимых экспертом исследований и выносимого в результате этих исследований заключения (или диагноза). Заявленное изобретение обеспечивает надежность конструкции устройства, возможность контроля качества его работоспособности непосредственно в процессе проводимого исследования и упрощение процедуры подготовки тестов. Кроме того, устройство обеспечивает диагностику текущего состояния организма человека и, в случае медицинского применения, позволяет оценить правильность установленного ранее диагноза и выбора лечебных процедур.

Оператор избавляется от некоторых рутинных моментов деятельности, ему обеспечивается компьютерная поддержка в решении экспертных задач и существенно уменьшается время и трудоемкость обработки результатов исследований.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве контроля и оценки физиологических процессов, содержащем микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь, коммутатор, канал дыхания, канал сердечно-сосудистой активности (датчик плетизмограммы и датчик артериального давления), датчик кожно-гальванической реакции, блок питания, датчик двигательной активности, микрофонный канал, предварительные усилители, усилители сигналов, - введены фильтры, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, инструментальный усилитель и блок сопряжения с персональным компьютером, снабженный гальванической развязкой, при этом канал дыхания включает датчик грудного дыхания и датчик брюшного дыхания; выходы всех датчиков соединены через предварительные усилители, фильтры и усилители сигналов с соответствующими входами коммутатора, управляющий вход которого связан с первой шиной микроконтроллера, а выход - с первым входом инструментального усилителя, второй вход которого подключен к выходу первого цифроаналогового преобразователя, третий управляющий вход - к выходу второго цифроаналогового преобразователя, а выход - к входу аналого-цифрового преобразователя, входы первого и второго цифроаналоговых преобразователей и группа входов-выходов аналого-цифрового преобразователя связаны со второй шиной микроконтроллера, третья шина которого связана с блоком сопряжения с персональным компьютером, а микрофонный канал содержит микрофон, через детектор огибающей подключенный к соответствующему входу коммутатора.

Описание графических материалов

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, на которых на фиг.1 приведена функциональная схема устройства, на фиг.2 - схема внешнего подключения устройства.

Пример конкретного выполнения изобретения

Устройство для контроля и оценки физиологических процессов 1 рассчитано на работу совместно с персональным компьютером 2 (ПК), который обеспечивает обработку и отображение получаемой информации, а также ее запись для длительного хранения и печать результатов тестов.

Устройство 1 содержит датчик 3 кожно-гальванической реакции, датчик 4 грудного дыхания, датчик 5 брюшного дыхания, датчик 6 артериального давления, датчик 7 сердечно-сосудистой активности, датчик 8 двигательной активности, микрофон 9, включенный в микрофонный канал, предварительные усилители 10-16 и усилители сигналов 17-22, фильтры 23-30, детектор огибающей 31, коммутатор 32, инструментальный усилитель 33, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 34, второй ЦАП 35, АЦП 36, микроконтроллер 37, шины 38-40 микроконтроллера, блок сопряжения с персональным компьютером (ПК) 41, блок питания 42, обеспеченный гальванической развязкой 44. Датчики и блоки схемы обработки выполнены на стандартных элементах, блок гальванической развязки выполнен на оптронном канале АД307-ФД256, в качестве микроконтроллера использована, например, модель серии 6000 CAMBASIC.

Выходы всех датчиков 3-8 и микрофона 9 подключены к входам усилителей 10-16, усилители 11-15 связаны с фильтрами 24-28, а усилитель 16 - с детектором огибающей 31. Выход усилителя 10 подключен к фильтрам 23, 29 тонического и физического каналов электрокожного сопротивления (кожно-гальваническая реакция), выход фильтра 23 через усилитель 17 и фильтр 30, а выход фильтра 29 непосредственно связаны с соответствующими входами коммутатора 32. Выходы фильтров 24-28 через усилители 18-22 также подключены к входам коммутатора 32. Управляющий вход последнего посредством шины 39 соединен с микроконтроллером 37, а его выход - с первым входом инструментального усилителя 33, второй вход которого связан с выходом первого ЦАП 34, третий управляющий вход - с выходом второго ЦАП 35, а выход - с десятиразрядным АЦП 36. Входы первого ЦАП 34, второго ЦАП 35 и группа вход-выход АЦП 36 второй шиной 38 подключены к микроконтроллеру 37. Третья шина 40 микроконтроллера связывает последний с блоком 41 связи с ПК. В устройство 1 входит блок питания 42, выходы которого подключены к соответствующим блокам устройства 1 (связи не показаны) и обеспечивают их питание соответствующим напряжением.

Устройство работает следующим образом.

Выходы усилителей сигналов 17-22 после предварительного усиления и фильтрации поочередно подключаются через коммутатор 32 к входу инструментального усилителя 33 (усилитель с регулируемым коэффициентом усиления). С выхода инструментального усилителя 33 сигнал поступает на 10 разрядный АЦП 36.

Инструментальный усилитель 33 позволяет согласовать размах сигналов датчиков 3-9 с входным диапазоном АЦП 36. Кроме того, усилитель 33 служит для компенсации постоянной составляющей сигналов датчиков, для чего на один из его входов подается напряжение с первого ЦАП 34.

Коммутатор 32, АЦП 36 и первый и второй ЦАП 34, 35 управляются микроконтроллером 37 по стандартной шине 38, 39. Значения усиления и смещения по каждому каналу передаются в микроконтроллер 37 из ПК 2 по каналу 43. Микроконтроллер 37 производит первичную обработку сигналов датчиков и микрофона 3-9 и затем передает цифровую информацию в компьютер 2 по каналу 43, в который включен блок сопряжения 41с ПК 2, выполненный по схеме оптронной гальванической развязки. Питание на схему устройства поступает через изолирующий конвертер 44+5В/+5В, обеспечивающий гальваническую развязку от источника (в частности ПЭВМ).

Для контроля исправности датчиков 3-8 и соединительных кабелей блок формирует тестовый сигнал частотой 0,7-0,8 Гц, подаваемый во все каналы, кроме микрофонного.

ПК 2 реализован в виде пакета прикладных программ, интегрированных в единую среду и обеспечивающих выполнение следующих функций:

- ввод с устройства 1 в ПК 2 сигналов контролируемых физиологических процессов и визуализация их (или их параметров) в виде графиков в масштабе реального времени,

- сохранение введенных данных для последующей работы с ними,

- просмотр полиграммы (сохраненных данных в графическом виде) в режиме диалога,

- вывод на печатающее устройство полученной полиграммы (в целом или фрагментарно),

- одновременный просмотр полиграмм двух обследований,

- ввод с клавиатуры дополнительных отметок (маркеров) в системе реального времени,

- выделение участков полиграммы, не подлежащих дальнейшей математической обработке,

- математическая обработка данных и формирование протокола обследования в табличном виде,

- просмотр, коррекция и вывод на печатающее устройство сформированного протокола,

- создание библиотеки вопросников и их использование в процессе проведения психофизиологического обследования,

- автоматическое выделение вопросов, имеющих наибольшую эмоциональную значимость для обследуемого лица,

- написание и последующее редактирование оператором заключения по результатам обследования, его вывод на печатающее устройство.

Перед включением устройства, на различные участки тела испытуемого для регистрации физиологических параметров помещают соответствующие датчики, при этом датчик кожно-гальванической реакции в виде двух электродов закрепляют на указательном и безымянном пальцах одной из рук, датчики грудного и диафрагмального дыхания укрепляют на груди и в области диафрагмы, плетизмографический датчик закрепляют на среднем пальце руки, датчик двигательной активности укрепляют под испытуемым, датчик артериального давления накладывают на руку над сосудом, а микрофон закрепляют на груди. В процессе тестирования испытуемому через определенные промежутки времени предъявляют ряд тестовых вопросов. Эти вопросы касаются склонностей, способностей, личностных качеств и имеют нейтральный, проверочный и контрольный характер. При предъявлении контрольных вопросов, ответ на которые не соответствует реальному положению, возникает эмоциональный всплеск, что через некоторый небольшой период времени выражается в скачкообразном изменении показателей. Измерения производят непрерывно и передают информацию через схему обработки на микроконтроллер и затем на ПК. ПК производит накопление и обработку полученных данных, и в соответствии с заложенной программой, распечатывает предварительное заключение и полиграмму.