Разработать медицинский прибор для регистрации реакции нервной системы человека на различные раздражители в качестве которого используют звуковое и световое раздражение

Реакцией различения обозначают реакцию, которая производится в условиях, когда человек должен реагировать только на один из двух или нескольких сигналов, а ответное действие должно совершаться только на один из них.
Реакция выбора имеет место также при предъявлении двух или нескольких сигналов, но при условии, что нужно отвечать на каждый из них своим определенным действием. По сравнению со временем простой реакции время реакции различения и время реакции выбора заметно удлиняется. Эта задержка обусловлена включением актов сенсорного различения и выбора ответной реакции. Время, необходимое для различения, варьирует в довольно широких границах.
Прибор позволяет оценить способность испытуемого ритмично реагировать на периодический световой или звуковой сигналы.

Рисунок 2. Структурная схема рефлексометра.









Глава 3 Разработка функциональной схемы рефлексометра

Работа с рефлексометром не должна требовать специальной подготовки или навыков. При загорании светодиодной лампы или подаче звукового сигнала испытуемому необходимо как можно быстрее нажать кнопку.
На передней панели прибора (рисунок 3) расположены светодиод-раздражитель, индикаторы числа ошибок и среднего времени реакции, переключатель выбора раздражителя «Свет-Звук»; переключатель «16-32», определяющий число предъявлений раздражителя в цикле испытаний, кнопки «Сброс» и «Реакция».

Рисунок 3. Передняя панель рефлексометра
После нажатия на кнопку «Сброс» обнуляются показания всех индикаторов. Затем по случайному закону либо включается светодиод, либо слышится тональный сигнал. Задача испытуемого состоит в том, чтобы при каждом предъявлении раздражителя как можно быстрее нажать на кнопку «Реакция». После окончания цикла испытаний (16 или 32 предъявления раздражителя) на жидкокристаллических индикаторах индицируются среднее время реакции и число ошибок. Ошибкой считается нажатие на кнопку «Реакция» в отсутствие раздражителя. Для возобновления испытаний необходимо нажать на кнопку «Сброс».
Функциональная схема рефлексометра изображена на рисунке 4.

Рисунок 4. Функциональная схема прибора
Задающий генератор формирует импульсы с частотами 1 Гц и 1 кГц. Первая последовательность импульсов дает старт генератору интервалов случайной длительности (формирователь 1), который произвольно формирует импульсы длительностью 1 с и периодом 4, 5, 6 или 7 с. Формирование импульсов каждого из перечисленных периодов абсолютно равновероятно. На выходе формирователя 1 по переднему фронту импульса генератора случайных импульсов выдаётся импульс длиной 0,6 с. В течение данного времени включается светодиод или звучит сигнал динамика. По переднему фронту импульса с выхода формирователя 1 стартует измеритель времени. При нажатии кнопки «Реакция» на вход логического устройства с выхода формирователя 2 поступает высокоуровневый короткий импульс. Логическое устройство фиксирует совпадение по времени импульсов на выходах формирователей 1 и 2. При фиксации совпадения импульс с выхода логического устройства останавливает измерение времени реакции. При нажатии испытуемым кнопки «Реакция» до появления светового или звукового сигнала, измеритель времени продолжает отсчёт импульсов с периодом 1 мс до следующего предъявления раздражителя и соответственно, реакции.
Если на интервале между выдачей раздражителя испытуемый вообще не нажал на кнопку «Реакция», то есть не среагировал на раздражитель, то отсчёт продолжится до следующего предъявления раздражителя. Длительность воздействия раздражителя превышает среднестатистическое время реакции, найденное в процессе экспериментальных исследований, более чем в 2 раза.
С другого выхода логического устройства на вход счетчика ошибок выдаются импульсы при нажатии на кнопку «Реакция» во время паузы в предъявлениях раздражителя. Число воздействий раздражителя подсчитывает счетчик попыток. Когда это число достигнет заданного переключателем на панели значения, на выходе счетчика попыток формируется высокий уровень напряжения, блокирующий формирование импульсов задающим генератором. На этом испытания заканчиваются.
Число ошибок и среднее время реакции выводится на соответствующие индикаторы.


Глава 4 Разработка принципиальной схемы рефлексометра

Принципиальная электрическая схема рефлексометра представлена на рисунке 5. Задающий генератор реализован на микросхеме DD19. Генератор случайных импульсов содержит вспомогательный генератор на микросхеме DD1.1, DD1.2, счетчик импульсов DD3.1 с коэффициентом счета 4, реверсивный счетчик импульсов DD5 и инвертор напряжения DD4.1. На триггере DD6.1 спроектирован первый формирователь импульсов. В блок раздражителей входят транзисторы VT1-VT3, светодиод VD1 и динамик ВА1. На триггерах DD8.1 и DD10.1 спроектирован второй формирователь импульсов. Логическое устройство состоит из триггеров DD8.2, DD10.2, DD11.1 и элементов DD1.4, DD9.1, DD9.4. Измеритель времени реализован на триггере счета DD11.2 и счетчиках-микросхемах DD3.2, DD14-DD16. На счетчиках DD7.1, DD7.2 и элементах DD4.2, DD4.4 собран счетчик попыток, а на микросхемах DD12, DD13 реализован счетчик ошибок. Индикация времени реакции, показанного испытуемым на одну попытку, осуществляется ЖКИ U3-U5, а число ошибок отображается на ЖКИ U1, U2.
Перед началом испытаний переключателями ST1 устанавливают количество попыток – 16 или 32 . После включения прибора и нажатия на кнопку SB2 «Сброс» обнуляются счетчики импульсов DD2, DD7.1, DD7.2, DD3.2, DD12-DD16, триггеры DD8.2, D10.2, DD11.1 устанавливаются в нулевое состояние. Индикаторы U1-U5 отображают нули. Отсчёт времени испытания начинается после отжатия кнопки «Сброс».
При этом стартует задающий генератор на микросхеме DD2, которая содержит также делитель частоты с коэффициентом деления 2. На выходах 15 и 5делителя формируются импульсные последовательности с частотами 1 Гц и 1024 Гц соответственно. Первая из них поступает на вход реверсивного счетчика DD5, работающего в вычитающем режиме.
При появлении низкого уровня напряжения на выходе переноса этого счетчика стартует формирователь прямоугольных импульсов на триггере DD6.1, на прямом и инверсном входах которого формируются соответственно положительные и отрицательные импульсы длительностью τ=0,6 с.
В течение промежутка времени τ либо горит светодиод VD1 (если переключатель SТ1 находится в положении «Свет»), либо работает тональный генератор на элементах DD9.2, DD9.3, и динамическая головка воспроизводит звуковой сигнал. Импульс с выхода формирователя DD6.1 обеспечивает предустановку микросхемы DD5. Так как вспомогательный генератор на элементах DD1.1, DD1.2 работает на частоте несколько килогерц, то за период поступления тактовых импульсов счетчик DD3.1 многократно переполняется, а код на его выходе изменяется от 00 до 11.
Частоты задающего и вспомогательного генераторов некратны, поэтому код на входах счетчика DD5 в момент установки прибора является случайным. Временные диаграммы напряжений на элементах схемы изображены на рисунке 6. При нажатии на кнопку SB1 «Реакция» на выходе триггера DD8.1 возникает положительный перепад напряжения, который запускает формирователь импульсов на триггере DD10.1, и на его выходе формируется короткий импульс высокого уровня.


Рисунок 5. Схема электрическая принципиальная


Рисунок 6. Временные диаграммы напряжений
Если нажатие испытуемым на кнопку SB1 совпадает с паузой между появлениями раздражителя, когда напряжение на инверсном выходе формирователя DD6.1 имеет высокий уровень, то перепад на входе переключит триггер DD8.2 в единичное состояние, поскольку на входе R-триггера действует низкий уровень. Состояние R-триггера DD10.2 не изменится из-за подачи высокого уровня на вход R. Импульс высокого уровня с выхода триггера DD10.1 поступает на первый вход элемента DD9.4. На его выходе формируется импульс низкого уровня, увеличивающий на единицу выходной код счетчика ошибок DD12, DD13 и, следовательно, показания индикаторов HG1, HG2.
Когда на выходе триггера DD6.1 формируется следующий импульс раздражителя, триггер DD10.2 переходит в единичное состояние, так как после появления низкого уровня на входе R триггера напряжение на входе S еще на некоторое время (на диаграмме заштриховано) задерживается на высоком уровне. Данное время определяется задержкой распространения сигнала в элементе DD9.1 и в триггере DD8.2. Таким образом, триггер DD11.1 будет оставаться в нулевом состоянии в течение длительности последующего импульса раздражителя независимо от выполнения испытуемым в течение заданного интервала повторного нажатия кнопки SB1. В результате в течение интервала времени τ на входе R счетного триггера DD11.2 действует низкий уровень, разрешающий поступление импульсов с тактового генератора, имеющих период 1 мс. Аналогичная ситуация возникает и в случае «пропуска» раздражителя, если на интервалах Т3 или Т5 испытуемый не реагирует на раздражитель нажатием на кнопку «Реакция».
Если нажатие на кнопку SB1 произошло во время предъявления раздражителя и «ранней реакции» при этом не было, то триггер DD11 1 по фронту импульса напряжения с выхода триггера DD8.1 переключится в единичное состояние, поскольку на вход D этого триггера подан высокий уровень с инверсного выхода триггера DD10.2. Высокий уровень с выхода элемента DD1.4 запрещает работу счетного триггера DD11.2. Таким образом, на R-вход триггера DD11.2 подается импульс низкого уровня, длительность τρ которого равна интервалу времени между появлением раздражителя и моментом нажатия на кнопку «Реакция» во время действия раздражителя.
Число предъявлений раздражителя подсчитывает счетчик попыток DD7.1, DD7.2. После 16 предъявлений раздражителя на выходе “2” счетчика DD7.2 появляется высокий уровень, а после 32 предъявлений высокий уровень напряжения формируется на выходе “4” этого счетчика. В зависимости от положения переключателя SA2 после 16 или 32 попыток испытания высокий уровень по входу R блокирует задающий генератор на микросхеме DD2, и дальнейшего формирования сигнала-раздражителя не происходит. Испытания завершены. Переключателем SA2 изменяется и коэффициент деления делителя частоты, выполненный на триггере DD11.2 и счетчике DD3.2; он равен 16 или 32, соответственно числу попыток. В окончательном результате индикаторы U3-U5 после окончания испытаний показывают среднее время реакции, затраченное испытуемым на одну попытку. Индикаторы U1, U2 отображают общее количество ошибок, совершённое испытуемым в ходе испытаний.
Для возобновления испытаний нужно снова нажать на кнопку SB2 «Сброс».

Заключение

В настоящей работе произведён анализ современных методов рефлексометрии, рассмотрены медико-биологические аспекты данной сферы медико-технической деятельности.
Также был предложен проект прибора для измерения времени реакции испытуемого на звуковой или световой раздражитель.
Разработаны структурная и принципиальная схема рефлексометра.

Список использованных источников

Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы: Учебник. Н.А. Кореневский, Е.П. Попечителев, С.П. Серегин. - Курск, 2009, -986с.
Гусев В.Б. Получение информации о параметрах и характеристиках организма и физические методы воздействия на него: учеб. пособие/ В.Г. Гусев. М.: Машиностроение, 2004. 597с.
Кореневский Н.А. Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы: Учебник / Текст Н.А. Кореневский, Е.П. Попечителев, С.П. Серегин: Курск, гос. техн. ун-т. - Курск: ОАО «ИПП «Курск», 2009.-986с.
Кореневский Н.А. Узлы и элементы медицинской техники [Текст]: учебное пособие / Н.А. Кореневский, Е.П. Попечителев; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2009. 426 с.
Медицинские приборы. Разработка и применение / под ред. И.В. Камышко и Дж. Г. Вебстера. М.: Медицинская книга, 2004. 720 с.
Падерно П. И., Попечителев Е. П. Надежность и эргономика биотехнических систем/ Под ред. проф. Е. П. Попечителева – СПБ: ООО «Техномедиа»/ Из-во «Элмор», 2007. 315с.
http://patlah.ru/etm/etm.htm









2