Устройство для фиксации состояния сонливости у человека

Устройство для фиксации состояния сонливости человека, содержащее два элемента И, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, сумматор, фильтр альфа-диапазона, выпрямитель, аналого-цифровой преобразователь, блок вычитания, два фильтра-усреднителя, три пороговых блока, умножитель на постоянный коэффициент, блок сравнения. Расширение функциональных возможностей достигается за счет формирования на выходе второго элемента И сигнала при обнаружении сигнала с определенной длительностью и амплитудой. 1 н.п.

Изобретение относится к области обработки данных для специальных применений и может быть использовано, в частности, для фиксации состояния сонливости у человека (например, водителей транспортных средств) на основе цифровой обработки сигнала электроэнцефалограммы (ЭЭГ) по эпизодам альфа-активности.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные регистры сдвига, управляющие входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, группы блоков памяти функций принадлежности, блоки определения минимального значения и блок определения максимального значения [SU 1833889, G06F 15/20, 1991].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов (ГТИ), первый элемент И, счетчик импульсов, блок вычисления вероятностей, сумматор, первый регистр, блок сравнения, второй элемент И, датчик чисел с равномерным распределением, блок выделения случайного числа и второй регистр, последовательно соединенные первый элемент задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента И, и второй элемент задержки, выход которого соединен с управляющим входом первого регистра, а также последовательно соединенные третий элемент задержки, вход которого соединен с выходом второго элемента И, и четвертый элемент

задержки, выход которого соединен с входами установки в ноль счетчика и сумматора [SU 1829032, G06F 7/58, 1990].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно не позволяет осуществить фиксацию состояния сонливости.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей.

Требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее первый и второй элементы И, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента И, и сумматор, введены последовательно соединенные фильтр альфа-диапазона, выпрямитель и аналого-цифровой преобразователь, блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход - соединен с первым входом сумматора, первый фильтр-усреднитель, вход которого соединен с выходом сумматора, а выход - соединен со вторыми входами сумматора и блока вычитания, второй фильтр-усреднитель, вход которого соединен с выходом блока вычитания, первый и второй пороговые блоки, входы которых объединены и соединены с выходом второго фильтра-усреднителя, умножитель на постоянный коэффициент, вход которого соединен с выходом первого фильтра-усреднителя, блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом второго фильтра-усреднителя, второй вход - соединен с выходом умножителя на постоянный коэффициент, а выход - соединен с первым входом второго элемента И, третий пороговый блок, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а выход - соединен со вторым входом второго элемента И, при этом, выход первого порового блока соединен со вторым входом первого элемента И, а выход второго порогового блока соединен с входом установки в ноль счетчика импульсов.

На чертеже представлена электрическая структурная схема устройства для фиксации состояния сонливости человека.

Устройство для фиксации состояния сонливости человека содержит первый 1 и второй 2 элементы И, а также генератор 3 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен с первым входом первого элемента И 1.

Кроме того, устройство содержит счетчик 4 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента И 1, сумматор 5 и последовательно соединенные фильтр 6 альфа-диапазона, выпрямитель 7 и аналого-цифровой преобразователь 8.

Устройство содержит также блок 9 вычитания, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 8, а выход - соединен с первым входом сумматора 5, первый фильтр-усреднитель 10, вход которого соединен с выходом сумматора 5, а выход - соединен со вторыми входами сумматора 5 и блока вычитания 9, второй фильтр-усреднитель 11, вход которого соединен с выходом блока 9 вычитания, а также первый 12 и второй 13 пороговые блоки, входы которых объединены и соединены с выходом второго фильтра-усреднителя 11.

Дополнительно к указанному, устройство содержит умножитель 14 на постоянный коэффициент, вход которого соединен с выходом первого фильтра-усреднителя 10, блок 15 сравнения, первый вход которого соединен с выходом второго фильтра-усреднителя 11, второй вход - соединен с выходом умножителя 14 на постоянный коэффициент, а выход - соединен с первым входом второго элемента И 2, а также третий пороговый блок 16, вход которого соединен с выходом счетчика 4 импульсов, а выход - соединен со вторым входом второго элемента И 2, при этом, выход первого порогового блока 12 соединен со вторым входом первого элемента И, а выход второго порогового блока 13 соединен с входом установки в ноль счетчика 4 импульсов.

Фильтр альфа-диапазона выполнен в виде стандартного полосового фильтра, настроенного в общем случае на диапазон 8-13 Гц или с учетом

функциональных особенностей человек на диапазон 9-11 Гц, который характеризуется наличием наибольших по амплитуде сигналов в интервале альфа-активности. Остальные элементы являются стандартными элементами цифровой техники.

Работает устройство для фиксации состояния сонливости человека следующим образом.

Сигнал электроэнцефалограммы (ЭЭГ) от датчиков, размещенных на затылочной части головы человека, например водителя транспортных средств, поступает на вход фильтра 6, который выделяет сигнал в полосе 8-13 или 9-11 Гц. Выпрямитель 7 вырабатывает сигнал, пропорциональный амплитуде входного сигнала, который преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 8 в цифровой сигнал и подвергается дальнейшей обработке. В частности этот сигнал без изменений проходит через блок 9 вычитания и сумматор 5 в первый фильтр-усреднитель 10, поскольку на другие входы этих элементов поступает один и тот же сигнал. В первом фильтре-усреднителе 10 происходит формирование усредненного значения сигнала с выхода выпрямителя 7.

Одновременно с этим сигнал с выхода блока 9 вычитания поступает во второй фильтр-усреднитель 11, в котором формируется усредненное значение приращения выходного сигнала выпрямителя 7 относительно его среднего значения. Экспериментально установлено, что при наступлении состояния сонливости появляются интервалы альфа-активности, определенной длительности (более 200 мсек) и амплитуды, примерно вдвое превышающую амплитуду в состоянии бодрствования или сна. Причем, появление таких интервалов прекращаются при переходе человека в режим бодрствования или в режим сна.

Регулировка уровня сравнения степени приращения амплитуды производится с помощью умножителя 14 на постоянный коэффициент. В частном случае величина коэффициента умножения равна единице, что соответствует варианту обнаружения альфа-активности при приращении

входного сигнала на величину, равную его среднему значению. Поэтому сигнал с уровнем логической единицы на выходе блока 15 сравнения формируется при превышении степени приращения амплитуды выходного сигнала выпрямителя 7 заданного уровня.

Одновременно с этим при наличии достаточно большого приращения амплитуды входного сигнала происходит преобразование выходного сигнала первого порогового блока 12 с уровня логического нуля на уровень логической единицы, что обеспечивает поступление сигнала ГТИ 3 на счетный вход счетчика 4 импульсов через первый элемент И 1. Счетчик 4 импульсов перейдет в этом случае в режим измерения длительности интервала альфа-активности.

Если длительность этого интервала становятся больше заданного уровня, то срабатывает третий пороговый блок 16, на выходе которого происходит переход выходного сигнала с уровня логического нуля на уровень логической единицы, который поступает на второй вход второго элемента И 2. В результате на выходе этого элемента формируется уровень логической единицы, что приводит к фиксации наступления состояния сонливости у человека.

При прекращении интервала альфа-активности сигнал на выходе второго фильтра-усреднителя 11 снижается до уровня, заданного порогом срабатывания второго порогового блока 13, что приводит к перепаду его выходного сигнала на противоположный и обнуление счетчика 4 импульсов. Это, в свою очередь, приводит к формированию уровня логического нуля на выходе третьего порогового блока 16. Кроме того, изменение выходного уровня сигнала на выходе первого порогового блока 12 приводит к прекращению работы счетчика 4 импульсов в режиме счета. Изменяется на уровень логического нуля и сигнал на выходе блока 15 сравнения. В результате всего этого фиксация состояния сонливости прекращается, что означает переход человека или в режим бодрствования или в режим сна.

При наступлении очередного цикла перехода человека в стояние сонливости описанные выше процессы повторяются.

Таким образом, в предложенном устройстве достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, поскольку обеспечивается фиксация перехода человека в сонливое состояние.

Устройство для фиксации состояния сонливости человека, содержащее первый и второй элементы И, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента И, и сумматор, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные фильтр альфа-диапазона, выпрямитель и аналого-цифровой преобразователь, блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход соединен с первым входом сумматора, первый фильтр-усреднитель, вход которого соединен с выходом сумматора, а выход соединен со вторыми входами сумматора и блока вычитания, второй фильтр-усреднитель, вход которого соединен с выходом блока вычитания, первый и второй пороговые блоки, входы которых объединены и соединены с выходом второго фильтра-усреднителя, умножитель на постоянный коэффициент, вход которого соединен с выходом первого фильтра-усреднителя, блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом второго фильтра-усреднителя, второй вход - соединен с выходом умножителя на постоянный коэффициент, а выход - соединен с первым входом второго элемента И, третий пороговый блок, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а выход - соединен со вторым входом второго элемента И, при этом выход первого порогового блока соединен со вторым входом первого элемента И, а выход второго порогового блока соединен с входом установки в ноль счетчика импульсов.