Изобретение относится к медицине, медицинской технике, предназначено для анализа ритма сердечных сокращений при оказании экстренной помощи вне стационара и может быть использовано для оценки возрастной динамики состояния регуляторных механизмов сердечного ритма, а также при оценке реакции сердечно-сосудистой системы на нагрузки, медикаментозное и физиотерапевтическое лечение.
Известен способ экспресс-анализа сердечного ритма, изложенный (в заявке Великобритании N 2109559, кл. A 61 B 5/02, 1983), по которому определяют и отображают на жидкокристаллическом экране (ЖКЭ) текущие значения пульса, что позволяет наблюдать изменения сердечного ритма пациента в реальном масштабе времени. Недостатком данного способа является то, что по изменению пульса невозможно определить характер и причину изменений сердечного ритма.
Известны также способы экспресс-анализа сердечной деятельности, основанные на съеме и запоминании электрокардиограммы (ЭКГ) пациента, анализ формы которой позволяет более точно определять характер причин, вызвавших нарушения ритма и диагностировать заболевание.
Особый интерес для врача представляют обобщенные характеристики сердечного ритма, учитывающие продолжительность каждого кардиоцикла, например распределение плотности вероятности длительности RR-интервалов, отображаемое в виде гистограммы. Вышеописанные способы и устройства не предусматривают приемов и средств для отображения таких характеристик, что является существенным недостатком при оказании экстренной медицинской помощи.
Известны способы и устройства, предназначенные для получения и регистрации таких характеристик, (например, в патентах США N 4367753, кл. A 61 B 5/04, 1983, и N 4417306, кл. C 01 F 15/42, 1983). Однако, с помощью этих устройств невозможно произвести экспресс-анализ нарушений сердечного ритма вне клинических условиях. Кроме того, шаг гистограммы RR-интервалов по данному способу выбран таким, что некоторые изменения сердечного ритма, имеющие более мелкий характерный временной масштаб, чем указанный шаг, не отражаются в гистограмме. Другими словами, RR-интервалы измеряются с недостаточной точностью и в результате гистограмма не обеспечивает разрешения, позволяющего быстро и однозначно выявлять некоторые заболевания.
Прототипом предлагаемого способа экспресс-анализа сердечного ритма выбран способ, приведенный (в патенте США N 5002064, кл. A 61 B 5/04, 1991), по которому снимают ЭКГ -сигнал, усиливают его, выделяют R-зубец кардиокомплекса, определяют пульс, запоминают полученные данные и отображают ЭКГ и величину пульса в реальном масштабе времени на ЖКЭ.
Однако способ-прототип не предусматривает построение гистограммы кардиоинтервалов и кардиоинтервалограммы в реальном масштабе времени, хотя при последующей обработке ЭКГ, при считывании хранящихся в памяти данных, указанные характеристики, вообще говоря, могут быть получены, но не в реальном масштабе времени, что сужает спектр применения способа.
Разработанный способ экспресс-анализа сердечного ритма основан на съеме электрокардиосигнала, усиление его, выделении зубца кардиокомплекса, регистрации пульса и электрокардиограммы в реальном масштабе времени с запоминанием электрокардиограммы и возможностью ее воспроизведения. Новым в способе является то, что одновременно с выделением R-зубца каждого кардиокомплекса измеряют длительность предыдущего RR-интервала в реальном масштабе времени, осуществляют построение кардиоинтервалограммы и гистограммы кардиоинтервалов. По окончании построения кардиоинтервалограммы и гистограммы кардиоинтервалов регистрируют значения статистических параметров электрокардиосигнала, определенных за время наблюдения. При этом точность измерения длительности RR-интервалов задают обратно пропорционально разбросу длительности RR-интервалов в стационарной фазе.
В частном случае необходимую точность измерения длительности RR-интервалов устанавливают по превышению заданного порога разностью между максимальным и минимальным значениями длительности RR-интервалов, измеренных в n последовательных циклах сердечной деятельности, где n≥2, при изменении точности измерения от меньшего значения к большему.
Целесообразно принять, что статистическими параметрами электрокардиосигнала, значения которых регистрируют по окончании построения кардиоинтервалограммы и гистограммы кардиоинтервалов, являются усредненные значения пульса, минимальное и максимальное значения длительности RR-интервалов, разность между максимальным и минимальным значениями длительности RR-интервалов (вариационный размах гистограммы кардиоинтервалов) и наиболее часто встречающееся значение длительности RR-интервалов (мода гистограммы) за время наблюдения.
Целесообразно также съем электрокардиосигнала осуществлять с пальцев рук или рук и ног.
Прототипом устройства, реализующего предложенный способ, выбрано устройство, реализующее способ-прототип (см. там же). Данное устройство является портативным, автономным и содержит корпус, внутри которого размещены блок усиления электрокардиосигнала, блок аналого-цифрового преобразователя и селектор R-зубца кардиокомплекса, представляющий собой пиковый детектор. Устройство содержит также блок переключения режимов, блок обработки и управления с процессом и регистратор с жидкокристаллическим экраном, на котором выводится в реальном масштабе времени форма ЭКГ сигнала. Значения пульса индуцируются на светодиодном экране, расположенном на передней панели прибора. Прибор может быть соединен с внешними устройствами, а именно с самописцем и/или ЭВМ для считывания данных из памяти и их обработки. Для этого на корпусе имеются соответствующие гнезда. К прибору могут подключаться с помощью гибких электрических проводов три дополнительных электрода, позволяющие варьировать расстояние между точками съема ЭКГ с груди пациента.
Однако данное устройство не содержит средств для измерения кардиоинтервалов и получения отображений обобщенных статистических характеристик в виде гистограммы. Кроме того, в данном устройстве не предусмотрен вывод ЭКГ из памяти на жидкокристаллический дисплей самого устройства, что делает невозможным возвращение к просмотренным участкам ЭКГ без подключения к внешним устройствам для считывания данных из памяти. Это вносит дополнительные трудности в работу врача, которому приходится принимать решение на основе только тех данных, которые отображаются на ЖКЭ.
Предлагаемое изобретение направлено на создание способа анализа сердечного ритма и портативного автономного устройства, его реализующего, обеспечивающего возможность оперативной достоверной диагностики во внеклинических условиях сердечно-сосудистой системы пациента на основе обобщенных статистических характеристик, регистрируемых в реальном масштабе времени.
На фиг.1 показана возможная реализация внешнего вида портативного автономного анализатора сердечного ритма; на фиг.2 структурная схема портативного автономного анализатора сердечного ритма; на фиг.3 изображения на ЖКЭ формы ЭКГ, параметров сердечного ритма в режиме снятия ЭКГ и изображение на ЖКЭ кардиоинтервалограммы и гистограммы в режиме их построения.
Устройство на фиг.1 содержит корпус 1, на одной из наружных сторон которого расположен жидкокристаллический экран (ЖКЭ) 2, а на другой три электрода круглой формы (на чертеже не показаны). В корпусе 1 имеются гнезда (на чертеже не показаны) для подсоединения внешних устройств (ЭВМ, самописца), а также для подключения трех дополнительных электродов 3, 4, 5 с помощью гибкого электрического провода. Электроды 3, 4, 5, как и электроды, расположенные на корпусе 1, должны быть выполнены из неполяризующегося материала, например графита, что уменьшает дрейф изолинии электрокардиограммы. На наружной стороне корпуса 1, отличной от той, на которой расположены электроды, расположена клавиатура 6, содержащая клавиши с обозначением режимов работы: "POWER RESET ECG POS/NEG, RG, HG, BRIGHT + BRIGHT- STEP, PC OUT TYPE OUT".
Устройство по фиг.2 содержит блок 7 усиления, последовательно соединенный с блоком аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 8, селектор 9 R-зубца кардиокомплекса, вход которого подключен к выходу блока 7, блок 10 переключения режимов с клавиатурой 6 (см. фиг.1), блок 11 измерения длительности RR-интервалов, а также блок 12 обработки и управления и регистратор 13 с ЖКЭ 2 (см. фиг.1). Первый вход блока 12 соединен с первыми выходами блока АЦП 8 и блока 10 и с выходом блока 11. Второй вход блока 12 соединен с выходом селектора 9, а к третьему и четвертому входам блока 12 подключены вторые выходы блока АЦП 8 и блока 10, соответственно. Первый выход блока 12 соединен с регистратором 13, а второй выход блока 12 соединен с входом блока 11.
Блок 7 усиления может быть выполнен (по книге "Микрокомпьютерные медицинские системы", под ред. У.Томпкинса, Дж.Уэбстера, М. Мир, 1983, с.461-463) и должен обеспечивать подавление синфазной помехи не менее 140 дВ и чувствительность 0,05 мВ в полосе усиления 1-30 Гц.
Блок АЦП 8 может быть реализован стандартными средствами (например на микросхемах).
Селектор 9 R-зубца может быть выполнен по упомянутой книге, с.459-461 и должен обеспечивать формирование импульса, соответствующего с точностью приблизительно 1 м/с началу R-зубца кардиокомплекса.
В частном случае блок 11 включает последовательно соединенные перестраиваемый генератор 14 тактовых импульсов и счетчик 15 импульсов, при этом управляющие входы перестраиваемого генератора 14 и счетчика 15 подключены к входу блока 11, а выход счетчика 15 является выходом блока 11.
Перестраиваемый генератор 14 тактовых импульсов в конкретной реализации может быть выполнен на логических схемах и должен обеспечивать изменение периода следования вырабатываемых импульсов, при этом температурная и временная нестабильность его не должна превышать приблизительно 1 м/с, то есть точности установки начала RR-интервала.
Счетчик 15 в конкретной реализации выполнен на стандартных микросхемах. Быстродействие его определяется точностью установки начала RR-интервала, то есть приблизительно 1 м/сек.
В другом частном случае блок 10 имеет клавиатуру с десятью клавишами (см. фиг.1).
Блок 12 в конкретной реализации представляет собой процессор и содержит центральное процессорное устройство (ЦПУ) 16, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 17, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 18, порты ввода 19, порты вывода 20 и шины 21, 22, 23 адреса, управления и данных, соответственно. Каждое из устройств в составе процессора (ЦПУ 16, ПЗУ 17, ОЗУ 18, порты ввода 19, порты вывода 20) соединено с остальными с помощью шин 21, 22, 23. Второй, третий, четвертый входы блока 12 являются, соответственно, первым, вторым и третьим входами сигналов прерывания ЦПУ 16. Вход портов ввода 19 является первым входом блока 12, а выход портов вывода 20 вторым выходом блока 12. ЦПУ 16 подключено к первому выходу блока 12 с помощью шины 23.
В конкретной реализации процессор выполнен на основе микропроцессора ИМ 1821ВМ85А. Требования к его быстродействию определяются только объемом обрабатываемых и регистрируемых на ЖКЭ 2 данных, так как измерение RR-интервалов производится в аналоговой форме.
Блок АЦП 8 в конкретной реализации включает генератор таковых импульсов (на чертеже не показан), выход которого является вторым выходом блока АЦП 8.
Способ экспресс-анализа сердечного ритма с помощью портативного автономного анализатора сердечного ритма реализуется следующим образом.
Пациенту надевают на пальцы электроды 3, 4, 5 (либо прикладывают к груди плоские электроды, находящиеся на одной из наружных сторон корпуса 1 прибора) и включают прибор нажатием клавиши "POWER" (питание). При включении прибора происходит автоматический сброс и настройка аппаратно-программных средств. Затем с помощью электродов 3, 4, 5 снимают электрокардиосигналы пациента и усиливают их с помощью блока 7. Производят регистрацию ЭКГ сигнала.
При этом с выхода блока 7 электрокардиосигнал (ЭКГ-сигнал) поступает на вход блока АЦП 8, в котором происходит оцифровка указанного сигнала. С выхода генератора АЦП 8 на второй вход сигналов прерывания ЦПУ 16 блока 12 поступают тактовые импульсы. По приходу каждого импульса ЦПУ 16 устанавливает тип прерывания, в соответствии с которым на шину 22 выставляет код обращения к ПЗУ 17, а на шину 21 адрес обработки прерывания, по которому производит считывание и исполнение подпрограммы готовности к восприятию цифрового значения ЭКГ-сигнала. В то же время с первого выхода блока АЦП 8 цифровое значение ЭКГ-сигнала поступает на порты ввода 19 блока 12 и по шине 23 в ЦПУ 16. При нажатии клавиши "ECG" на клавиатуре 6 блока 10 со второго выхода блока 10 на третий вход сигнала прерывания ЦПУ 16 поступает сигнал прерывания. По приходу указанного сигнала ЦПУ 16 устанавливает тип прерывания, в соответствии с которым на шину 22 выставляет код обращения к ПЗУ 17, а на шину 21 выставляет адрес обработки прерывания в ПЗУ 17, по которому производят считывание и исполнение подпрограммы готовности к восприятию кода клавиши. Код клавиши поступает на порты ввода 19 с первого выхода блока 10, откуда по шине 23 поступает на ЦПУ 16. ЦПУ 16 воспринимает код клавиши, в соответствии с которым выставляет на шины 22 и 21 код обращения к ПЗУ 17 и адрес в ПЗУ 17, соответственно, по которому считывает и исполняет подпрограмму отображения цифровых значений ЭКГ-сигнала в графической форме. По данной подпрограмме цифровые значения ЭКГ-сигнала с ЦПУ 16 по шине 23 поступают на вход регистратора 13 и выводятся на ЖКЭ 2 с помощью стандартных процедур. Указанная подпрограмма может быть реализована (по статье Петропавловского Р. Р и Ходака А.Е. "Драйвер для вывода графической и цифровой информации" в журнале "Микропроцессорные средства и системы", N 6, 1987, с. 15-18).
В то время цифровые значения ЭКГ-сигнала запоминают. Для этого ЦПУ 16 по восприятию цифрового значения ЭКГ-сигнала выставляет на шины 22 и 21 код обращения к ОЗУ 18 блока 12 и адрес в ОЗУ 18, соответственно, по которому находится массив цифровых значений ЭКГ-сигнала, после чего по шине 23 каждое цифровое значение ЭКГ-сигнала поступает в указанный массив.
Производят построение кардиоинтервалограммы и гистограммы кардиоинтервалов в реальном масштабе времени. Для этого с помощью селектора 9 выделяют R-зубец каждого кардиокомплекса и одновременно измеряют длительность предыдущего RR-интервала.
Для этого ЭКГ-сигнал с выхода блока 7 поступает на вход селектора 9, где вырабатываются короткие импульсы, соответствующие началу R-зубца кардиокомплекса. Каждый из указанных импульсов поступает на первый вход сигналов прерывания ЦПУ 16, ЦПУ 116 в соответствии с типом прерывания выставляет на шины 22 и 21 код обращения к ПЗУ 17 и адрес обработки прерывания в ПЗУ 17, соответственно, по которому производит считывание подпрограммы управления процессом измерения длительности RR-интервала, а также готовности к восприятию цифрового значения длительности RR-интервала. Выполняя первую из указанных подпрограмм, ЦПУ 16 формирует управляющий сигнал. Данный управляющий сигнал с портов вывода 20 поступает на управляющий вход счетчика 15 блока 11, который считает импульсы, подаваемые на его сигнальный вход с перестраиваемого генератора 14. По приходу управляющего сигнала счетчик 15 приостанавливает счет, после чего число сосчитанных импульсов, представляющее собой цифровое значение длительности RR-интервала, с выхода счетчика 15 подается на вход портов ввода 19, откуда по шине 23 поступает в ЦПУ 16. После восприятия цифрового значения длительности RR-интервала ЦПУ 16 формирует сигнал обнуления и разрешения счета счетчика 15 и по шине данных 23 через порты вывода 20 пересылает упомянутый сигнал на управляющий вход счетчика 15. Счетчик 15 обнуляется и начинает снова считать импульсы с перестраиваемого генератора 14. Полученные таким образом цифровые значения длительности RR-интервалов используют для построения кардиоинтервалограммы и гистограммы кардиоинтервалов с шагом, обратно пропорциональным установленной точности измерения длительности RR-интервалов. При этом точность измерения длительности RR-интервалов обратно пропорциональна характерному масштабу изменений сердечного ритма в стационарной фазе. Построение кардиоинтервалограммы и гистограммы кардиоинтервалов происходит по соответствующей подпрограмме, которую ЦПУ 16 считывает из ПЗУ 17 и исполняет по восприятию цифрового значения RR-интервала. По упомянутой подпрограмме также определяются значения статистических параметров ЭКГ-сигнала, измеренные за время наблюдения, такие как усредненное значение пульса (HRS), максимальная (RRh) и минимальная (RRl) длительности RR-интервалов, разность между максимальным и минимальным значениями длительности RR-интервалов (вариационный размах гистограммы кардиоинтервалов) и наиболее часто встречающееся значение длительности RR-интервалов М (мода гистограммы). Указанная подпрограмма может быть реализована (по книге Дьяконова В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ, М. Наука, 1989, с. 133-136).
Одновременно регистрируют кардиоинтервалограмму и гистограмму кардиоинтервалов на ЖКЭ 2 блока 13. Для этого нажатием клавиши "RG, HG" производится последовательность действий, аналогичная той, которая производилась при регистрации ЭКГ. По окончании построения кардиоинтервалограммы и гистограммы кардиоинтервалов регистрируют значения упомянутых статистических параметров ЭКГ-сигнала, измеренных за время наблюдения (см. фиг.3). Необходимую точность измерения длительности RR-интервалов устанавливают по превышению заданного порога разностью между максимальным и минимальным значениями длительности RR-интервалов, измеренных в n последовательных циклах сердечной деятельности (n≥2) при изменении точности измерения после каждых циклов от меньшего значения к большему.
Точностью измерения RR-интервалов управляют следующим образом: наблюдают за изменениями величины Δx вариационного размаха гистограммы, отображенной на ЖКЭ 2 при построении гистограммы кардиоинтервалов за n (n≥2) циклов сердечной деятельности при нажатой клавише "RG, HG". Если величина Δx меньше некоторого априори заданного порога, принимают решение об увеличении точности, для чего уменьшают период следования тактовых импульсов, вырабатываемых перестраиваемым генератором 14 (например на 5 м/с) путем нажатия клавиши "STEP" на клавиатуре 6. При каждом нажатии клавиши "STEP" с второго выхода блока 10 на третий вход сигналов прерывания ЦПУ 16 поступает сигнал прерывания, по которому ЦПУ выставляет на шину 22 код обращения к ПЗУ 17, а на шину 21 адрес обработки прерывания в ПЗУ 17, по которому находится подпрограмма готовности к восприятию кода клавиши. ЦПУ 16 считывает и исполняет указанную подпрограмму и воспринимает код клавиши "STEP" с первого выхода блока 10 через порт вывода 19 и шину 23. По указанному коду ЦПУ 16 выставляет на шину 22 код обращения к ПЗУ 17, а на шину 21 адрес в ПЗУ 17, по которому считывает подпрограмму управления точностью. По данной подпрограмме ЦПУ 16 формирует управляющий сигнал и по шине 23, через порты вывода 20 пересылает его на управляющий вход перестраиваемого генератора 14. При этом период следования тактовых импульсов уменьшается и построение кардиоинтервалограммы и гистограммы кардиоинтервалов происходит на основе RR-интервалов, измеренных с повышенной точностью. Если вариационный размах указанной гистограммы не превысит упомянутый порог, то принимают решение о повторном нажатии клавиши "STEP".
В то же время запоминают кардиоинтервалограмму и гистограмму кардиоинтервалов и значения вышеперечисленных характерных параметров ЭКГ-сигнала путем записи их значений в соответствующие массивы в ОЗУ 18 аналогично тому, как запоминают значения ЭКГ-сигнала. Регистрацию и запоминание ЭКГ-сигнала, кардиоинтервалограммы и гистограммы кардиоинтервалов производят до повторного нажатия клавиши соответствующих режимов, либо до заполнения отведенного для них объема памяти, либо до достижения центральной модой гистограммы границы, отведенной для гистограммы части ЖКЭ 2 (см. фиг. 3). После окончания регистрации и запоминания хранящиеся в ОЗУ 18 данных можно вывести на внешнее устройство такие, как самописец или ЭВМ. Для этого подключают указанные внешние устройства к портативному автономному анализатору сердечного ритма, для чего на корпусе 1 прибора имеются соответствующие гнезда, и нажимают на клавишу "TYPE OUT" для вывода на самописец или на клавишу "PC OUT" для вывода на ЭВМ.
В случае, когда портативный автономный анализатор сердечного ритма не подключен к внешним устройствам, по нажатию клавиши "PC OUT" происходит считывание из ОЗУ 18 и вывода на ЖКЭ 2 участка ЭКГ или кардиоинтервалограммы (при нажатой клавише "ECG" или "RG, HG", соответственно), непосредственно предшествующего наблюдаемому. Нажимая клавишу "PC OUT" повторно, можно перелистать все страницы записи ЭКГ или кардиоинтервалограммы от конца к началу записи, а нажимая клавишу "TYPE OUT" от начала к концу. При нажатии клавиши "RESET" прибор приводится в начальное состояние готовности, происходит настройка аппаратно-программных средств и очищаются регистры памяти. Увеличение (уменьшение) яркости изображения происходит при нажатии клавиши "BRIGHT +" ("BRIGHT -"), кроме того, нажатием клавиши "POS/NEG" можно выбрать позитивное или негативное изображение данных на ЖКЭ 2. Данные клавиши могут быть использованы при любом режиме работы прибора.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПО КАРДИОРИТМУ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1999 |
|
RU2200461C2 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ РИТМОГРАММЫ СЕРДЦА | 1993 |
|
RU2076628C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ РИТМОГРАММЫ СЕРДЦА | 2000 |
|
RU2199945C2 |
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ НАРУШЕНИЙ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕЙРОГОРМОНАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ | 2002 |
|
RU2233616C2 |
СПОСОБ МОНИТОРИНГА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА | 2003 |
|
RU2258455C2 |
СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ КАРДИОКОМПЛЕКСА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2008 |
|
RU2387367C1 |
СПОСОБ МОНИТОРИНГА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2006 |
|
RU2327415C1 |
УСТРОЙСТВО НЕИНВАЗИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПЛОДА И СПОСОБЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ | 2008 |
|
RU2387370C2 |
Способ определения функционального состояния человека по фонокардиограмме | 2018 |
|
RU2687566C1 |
СПОСОБ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА | 2008 |
|
RU2363379C1 |
Изобретение относится к медицине, медицинской технике. Сущность: у больного регистрируют электрокардиограмму (ЭКГ), гистограмму R-R-интервалов, максимальное и минимальное значения длительности R-R-интервалов, их разность, моду гистограммы, а также пульсограмму. Шаг регистрируемой гистограммы можно изменять, задавая необходимую точность измерения длительности R-R-интервалов в соответствии с разбросом длительности R-R-интервалов, что обеспечивает оптимальное разрешение гистограммы. ЭКГ и статические характеристики интервалограммы регистрируется на жидкокристаллическом экране портативного автономного анализатора сердечного ритма. Прибор содержит дополнительные электроды для снятия ЭКГ с пальцев рук или ног пациента. Способ позволяет анализировать ритм сердечных сокращений во внебольничных условиях. 2 с.и 6 з.п.ф-лы, 3 ил.
Патент США N 5002064, кл | |||
Устройство для сортировки каменного угля | 1921 |
|
SU61A1 |
Авторы
Даты
1997-04-27—Публикация
1992-03-26—Подача