187155. lajstromszámú szabadalom • Biológiai jelanalizátor
1 187 155 2 A találmány tárgya mikroprocesszoros vezérlésű biológiai jelanalizátor, amely alkalmas elektromos jellé átalakított biológiai jelek, például szenzomotoros rendszerből nyert akaratlagos és kiváltott potenciálok (gyorsan változó biológiai jelek) automatikus programozott kiértékelésére, feldolgozására, az eredmények tárolására. Az elektroneurográfiában és elektromiogrofiában nyert elektrofiziológiás jelek igen nagyszámú paraméterrel jellemezhető időfüggvényként ábrázolhatok. Például az izom akciós potenciálok vizsgálatára napjainkban mind a klasszikus valószínűség-elméletet, mind a sztochasztikus folyamatok jellemzésére használatos módszereket alkalmazzák. Az izom akciós potenciálokat az analízis' idején stacioner, ezen belül ergodikus, sőt egyes esetekben az egyszerűség kedvéért normális eloszlásúnak feltételezik. Egyes állapotokhoz határozott jelalakokat rendelnek, másokhoz frekvenciatranszformáltjuk időbeli átlagát rendelik. Motoros és szenzoros rendszerből elvezetett akciós potenciálok gyakorisága, amplitúdóközépértéke, időtartama, fázisainak száma, meredeksége, stb. lényeges paraméterek a diagnózis felvétele szempontjából. Az elektromiográfiás jelek automatikus feldolgozása rövid múltra tekint vissza. A 60-as években még gyakorlat volt a paraméterek statisztikai elemzése, átlagolása a regisztrátum szemrevételezésével. A kézi kiértékelés munkaigényes, fáradságos út. Willison 1963-ban [„A method of measuring motor unit activity in human muscle”, J. Physiol. London, 168,35 (1963)] és az elektromiográfiás regisztrátum analíziséhez alkalmas kézi módszert ismertetett. Eszerint egy mutatót és egy mechanikus számlálót használt 35 mm-es filmre felvett és kivetített regisztrátum analízisére. E módszerrel a 100 pV-nál nagyobb potenciálok amplitúdó- és időtartam eloszlását vizsgálta, és bebizonyította, hogy a muszkuláris disztrófiában szenvedő betegnél a miográfiás jel átlagos frekvenciája és amplitúdója nagyobb, mint egészséges egyéneknél. A módszert Fitch és Willison tökéletesítette, amelynek során automatikus elektronikus analizátort fejlesztettek ki a mechanikus számláló helyettesítésére [„Automatic measurement of the human electromhyogram” J. Physiol. London, 178, 28 (1965)]. Ennél a megoldásnál az intramuszkuláris elektródáról nyert jelet felerősítik, és az erősítő kimenőjelét RC-hálózaton keresztül Schmitt-triggeres komparátorpárra vezetik. Ez a komparátorpár jelzi, ha a jel amplitúdója meghaladja a pozitív vagy negatív 100 pV-os szintet. A komparátorpár kimenete bistabil multivibrátort vezérel, amely akkor változtatja meg állapotát, ha pozitív csúcsot negatív követ, vagy ha negatív csúcsot pozitív követ. A komparátorpár és a bistabil áramkör kimenete polaritásváltás számlálót vezérel, amelynek tartalma akkor inkrementálódik, ha két ellentétes előjelű potenciál követi egymást. Az áramkör amplitúdószámlálót is tartalmaz, amely minden egyes 100 pV-nál nagyobb amplitúdójú potenciált megszámol. Ezt a berendezést akaratlagos erőkifejtés alatti potenciálváltozások frekvencia - és amplitúdóviszonyainak vizsgálatára használják, és a vizsgált paraméterek segítségével küf lönböző mozgásszervi betegségek jól diagnosztizálhatok. A későbbiek során az analizátorral együtt már számítógépet is használtak Dowling, Fitch és Willison : [„A special purpose digital computer (biomac 500) used in the analysis of the human electromyogram” Electroenceph, clin. Neurophisiol. 25, 570 (1968)]. Az így összeállított berendezés feladata amplitúdó- és intervallum hisztogrammok képzése volt. A hisztogram készítésére a polaritásváltás jelző impulzusok által szinkronizált címszámlálót használtak. Polaritásváltáskor indul a számláló és a következő polaritásváltáskor az éppen aktuális memóriarekesz tartalma inkrementálódik, majd a számlálást újra indítják. A készülékkel elért eredmények bebizonyították, hogy az intervallum- és amplitúdóhisztogrammok felhasználhatók az egészséges és krónikus parciális denervációban szenvedő paciensek megkülönböztetésére. Ismert olyan megoldás, amelynél analóg analizátort használtak arra, hogy az izom maximális kontreakciója mellett felvett interferenciamintából következtessenek az egységpotenciálok időtartamának változásaira. Az analizátorral az átlagos fázistartam reciprokát jellemző adatot számították ki. ahol Tn és Sn a pozitív és negatív csúcsok számát és időtartamát jelentik. A zaj és az akciós potenciál megkülönböztetésére az időtartamokat az amplitúdó szerint súlyozták. így az algoritmus az alábbi szerint módosul : n V = ------(2) I a-T, L-l ahol aj és TV az i-edik kitérés amplitúdója és időtartama. Ezen analizátor alapja egy olyan analóg áramkör volt, amely a fenti kifejezést megoldja, és értékét folyamatosan kijelzi és regisztrálja. Nagy kapacitású és sebességű számítógépek olyan analízistechnikát tesznek lehetővé, amely kézi módszerrel el sem végezhető. Ilyen például a Fourier analízis. A számítógépen viszont on-line módon folyamatos kijelzéssel végezhetők. Paciensről tű- vagy felületi elektródával felvett jelet biológiai erősítővel felerősítik, és analóg-digitál átalakítón keresztül számítógépbe vezetik, amely az előre megadott algoritmus szerint on-line vagy off-line feldolgozást végez. A feldolgozás algoritmusa egyszerűen módosítható, és idővel nagy programháttér alakulhat ki a kutatóbázison. A megoldás hátránya, hogy költséges és nagy sebességű, nagy kapacitású számítógép csak kevés helyen áll közvetlenül rendelkezésre. így a komputeres analízistechnika előnyeit nem lehet kihasználni. Ismertek olyan kis számítógéppel ellátott analizátor-rendszerek, amelyek komplett orvosi mérésadatgyűjtő és jelfeldolgozó rendszert tartalmaznak, és alkalmasak az elektroenkefalográfiás, elektromi-5 n 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
