CC BY
3
ЛИТЕРАТУРА
Терентьев В. А., Шабуров Т. А., Иванова А. И. Нефтехимия, 1961, т. I, № 4, стр. 567.—Гиллем А., Штерн Е. Электронные спектры поглощения органических соединений. М., 1957.
Поступила 18/Х1 1964 г
УДК 613-07 : 881.142
О ПРОСТОМ МНОГОКАНАЛЬНОМ ИНТЕГРАТОРЕ
ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Б. Н. Балашев
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
В практике гигиенических исследований наряду с регистрацией различной биологической информации необходим объективный ее анализ, т. е. применение различных видов обработки записей биологических функций для установления закономерностей их изменения при действии внешних факторов. Так как любая биограмма является временной амплитудно-частотной зависимостью, то расшифровка ее, естественно, состоит из амплитудного (количественного) и частотного (качественного) анализа.
Первые попытки количественной оценки интенсивности биоэлектрических колебаний были осуществлены с помощью записи их огибающей (Snodgrass; Kennedy с соавторами; Г. Д. Смирнов и П. М. Виноградов; Г. А. Шминке; Е. Н. Соколов, и др.). Этот вид анализа биоинформации лишь обобщает характер ее амплитудно-частотных изменений, не давая экспериментатору того критерия, по которому можно былс бы оценить средний ее уровень за определенное время.
В настоящее время получила широкое распространение количественная оценка биоинформации по среднему напряжению. Ее суть состоит в определении некоторого среднего уровня регистрируемой функциональной зависимости за период анализа, выражаемой в абсолютных или относительных единицах (соответственно в вольтах или миллиметрах). Среднее напряжение периода анализа графически соответствует средней высоте «электрической площади», заключенной между монополярной функциональной зависимостью и осью времени, ограниченной по сторонам началом и концом этого периода.
Подобная оценка позволяет суммарно учитывать амплитуду отдельных волн и время их протекания, а поэтому является в количественном отношении исчерпывающей.
Количественный анализ, определяющий величину среднего напряжения периода, до сих пор в основном осуществлялся визуально, с помощью специальной линейки. Однако из-за большой трудоемкости и субъективизма такой способ анализа биоинформации сейчас вытесняется автоматическим, производимым с помощью специальных электронных приборов — интеграторов.
Наиболее удачными можно считать интеграторы с цифровым и импульсным отсчетом среднего напряжения (В. А. Кожевников и Р. М. Мещерский).
Однако ограниченное производство таких приборов, их сложность и высокая стоимость затрудняют внедрение метода интегрирования в практику физиологических и гигиенических исследований.
В связи с этим возникла необходимость разработки простого многоканального интегратора (ПМИ), позволяющего непрерывно наблюдать за изменением уровня различной биологической информации. В основу разработок были положены следующие технические условия: автоматическая запись результатов интегрирования непосредственно на функциональном графике без существенного нарушения записи его; способность охватить все каналы регистратора; простота конструкции, доступная выполнению техником средней квалификации; низкая стоимость; высокая надежность работы; интегратор должен пристраиваться к прибору, регистрирующему биоинформацию, без нарушения его схемы.
Рис. 1. Принципиальная схема простого многоканального интегратора.
а — электроэнцефалограф (один канал); / — отведение; 2 — предварительный усилитель: оконечный усилитель; 4 — микровольтметр; б — интегратор одного канала; в — генератор синусоидальных колебаний; г — автомат отсчета.
В результате конструкторско-экспериментальной работы удалось создать 3 варианта интеграторов: 1) с отсчетом результатов анализа через канал, 2) с отсчетом на соседний канал и 3) с отсчетом на свой канал.
Последний вариант интегратора, запись результатов анализа которого осуществляется непосредственно на функциональном графике, оказался особенно удачным и отвечал всем указанным выше условиям.
Принципиальная схема простого интегратора для одного канала (рис. 1) состоит из канала регистрирующего прибора (в нашем случае электроэнцефалографа), собственно интегратора и автомата отсчета.
На интегратор через разделительные емкости С\ и С2, поступает напряжение, подаваемое на перописец, и выпрямляется мостом £>1, £)2, £>з и Ба. Сопротивление 1 и конденсатор С3 являются электрической интегрирующей цепью с большим постоянством времени, равным 50 сек. Благодаря этому стало возможным выполнить условие линей-
ности между пульсирующим напряжением на входе интегрирующей цепи и напряжением на обкладках заряжающегося через сопротивление конденсатора С3.
Через установленное время анализа срабатывает автомат отсчета закорачивая вход канала регистратора, а затем через 0,2 сек. замыкаются контакты реле Р*. Последнее приводит к тому, что конденсатор Сз быстро разряжается на сопротивление а экспоненциальный импульс напряжения, образующийся при этом на сопротивлении через конденсатор С4, поступает на вход оконечного усилителя канала регистратора. На функциональной кривой, вычерчиваемой перописцем (имеющей нулевой уровень в момент отсчета), появляется импульс с крутым передним и экспоненциальным задним фронтами: амплитуда импульса прямо пропорциональна напряжению на конденсаторе С3 в момент его разряда, а следовательно, и среднему напряжению регистрируемой биоинформации за данный период анализа. Сразу же после записи импульса отсчета автомат открывает вход канала регистратора; весь цикл регистрации и анализа повторяется.
Таким образом, собственно интегратор каждого канала, состоящий из 2 переходных конденсаторов С\ и С2, 4 полупроводниковых диодов Ои 1>з и образующих выпрямительный мост зарядного сопротивления Я1 и разрядного Яг, накопительного конденсатора Ся и реле Ра, является прибором, простота и надежность которого очевидны.
Как же устроен автомат отсчета?
Практика интегрирования биоинформации показала, что при отсчете на свой канал возникают погрешности в регистрации импульсов отсчета. Объясняется это тем, что при значительных амплитудах электроэнцефалограммы (ЭЭГ) перо в момент отсчета часто оказывается в крайнем положении относительно изолинии. Для устранения этого недостатка и был разработан автомат отсчета, который через определенное время, равное периоду анализа, прекращает запись ЭЭГ (на 0,2 сек.), дает возможность перу вернуться к моменту отсчета на изолинию и включает реле отсчета интегратора. После записи импульсов отсчета автомат открывает вход канала; весь процесс регистрации ЭЭГ, интегрирования и записи отсчета повторяется.
Автомат отсчета устроен следующим образом (см. рис. 1). Силовой трансформатор Тр поднимает напряжение сети до 350 в и выводит схему автомата из непосредственного контакта с ней. Диоды и осуществляют однополупериодное выпрямление переменного тока, а Г-образный фильтр С5/?5 осуществляет сглаживание выпрямленного напряжения. Для повышения коэффициента сглаживания и большей точности работы реле времени после фильтра С5Яо включены 2 стабилизатора Лх и Л2 и конденсатор Сб.
Реле времени, осуществляющее периодическое включение системы реле автомата, представляет собой импульсный генератор на неоновой лампе; в нем через переменное сопротивление Яу происходит заряд конденсатора С7 до напряжения, равного напряжению зажигания газотрона </73. В момент, когда данные напряжения сравняются, зажигается газотрон; при этом его сопротивление резко падает, и конденсатор С7 начинает разряжаться. Ток разряда протекает по обмотке реле Р\ и удерживает его контакты замкнутыми до тех пор, пока конденсатор С7 не разрядится до напряжения, равного напряжению гашения газотрона. После этого реле Р1 отпускает и весь процесс заряда С7 через Яг, разряд его через газотрон и обмотку реле Р\ повторяется. Длительность такого цикла, равного периоду анализа, регулируется с помощью переменного сопротивления Ят.
Время удержания контактов Р\ закороченными (0,2 сек.) определяется величиной конденсатора С7. Реле Р\ при срабатывании включает через ограничивающее сопротивление Яа ряд последовательно
включенных реле I.P2 + Рз + P'i\ которые закорачивают входы усилителей и тем самым обеспечивают вывод перьев на изолирование. Кроме того, одно из этого ряда реле (Яз) включает при срабатывании реле Р5. Последнее за счет емкости Со срабатывает с некоторой задержкой во времени относительно реле Рз (0,2 сек.) и включает ряд реле 2Р4 + Р"i, осуществляющих разряд накопительных конденсаторов ПМИ.
Следовательно, автомат отсчета дает возможность производить интегрирование биоинформации без ошибок, возникающих в момент отсчета за счет различного положения перьев относительно изолинии.
Для выражения импульсов отсчета ПМИ в абсолютных единицах (микромилливольтах) предусмотрен способ его калибровки с помощью синусоидального сигнала, частота которого принимается близкой к средней частоте периодичности регистрируемой биоинформации. Для этого используется низкочастотный генератор типа RC, с которого в момент калибровки подается напряжение на входы каналов регистратора. Амплитуда напряжения, соответствующая высоте калибровочных импульсов регистратора, устанавливается аттенюатором генератора. Импульсы отсчета, полученные через время, равное периоду анализа, окажутся пропорциональными амплитуде синусоидального сигнала калибровки. Зная амплитуду синусоидального калибровочного сигнала и высоту импульса отсчета, можно легко определить, скольким единицам напряжения соответствует одна линейная единица (1 мм) импульса отсчета.
По окончании калибровки производится запись биоинформации (рис. 2), а импульсы отсчета, высота которых прокалибрована, будут выражать среднюю амплитуду напряжения функциональной кривой за период анализа.
Следует отметить, что средняя амплитуда Vcp как величина прямо пропорциональна среднему напряжению Ucp лишь на постоянной частоте сигнала (например, выделенный ритм ЭЭГ), т. е. Ucp = VepPconst. В остальных же случаях, когда частота колебаний функциональной кривой F изменяется в широких пределах (например, весь спектр ЭЭГ), можно говорить только о среднем напряжении и его определять.
Автоматический количественный анализ всех регистрируемых отведений головного мозга в динамике с помощью многоканального интегратора позволил значительно расширить и углубить методику электроэнцефалографических исследований при изучении действия на организм атмосферных загрязнений (А. Д. Семененко и соавторы).
В процессе технико-эксплуатационных испытаний ПМИ устанавливался на различных типах регистраторов» на электроэнцефалографах системы «Кайзер», «Галилео», «Альвар», «ВНИИМИиО», «Орион-Будапешт» и полифизиографе «Галилео». Все 6 интеграторов при эксплуатации оказались простыми в обращении, надежными и универсальными, так как обеспечивали количественный анализ различных видов биоинформации (ЭЭГ, ЭКГ, ЭМГ, реовазограммы и др.).
ЛИТЕРАТУРА
Кожевников В. А., Мещерский Р. М. Современные методы анализа электроэнцефалограммы. М., 1963, стр. 84. — Смирнов Г. Д., Виноградов П. М. Докл. АН СССР, 1953, т. 91, № 2, стр. 433,—С о к о л о в Е. Н. В кн.: Материалы совещания по психологии. М., 1957, стр. 250. — Шминке Г. А Бюлл. экспер. биол.. 1954, т. 37, № 6, стр. 65. — Kennedy L., Gottsdanker R. М., Arming-ton С. et а 1., Science, 1948, v. 108, p. 527. — S n о d g r a s s I. M„ J. gen. Psvchol., 1939. v. 20, p. 503.
Поступила 12/XII 1964 r.
1 Реле Р/ и названное далее реле Ротносятся к другим каналам ПМИ. не рассматриваемым на схеме.
