УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ПОЛИКАРДИОСИГНАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК A61B5/02 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при регистрации низкочастотных и звуковых колебаний прекардиальной области грудной клетки.

Известно устройство регистрации поликардиосигналов на основе датчика Б. С. Боженко, представляющего собой пьезоэлектрический микрофон с квадратным кристаллом из сегнетовой соли, три угла которого закреплены в корпусе, а к четвертому (свободному) прикреплен шток, соединенный с центром воронкообразной гофрированной мембраны. Закрепление датчика на поверхности грудной клетки осуществляется матерчатым поясом. Датчик подключен к усилительно-регистрирующему устройству для регистрации электрокардиографических сигналов с большой постоянной времени, имеющему два и более каналов (см. Б. С. Боженко, З. Ю. Юзбашев. Грудная хирургия. 1978. N 1, с. 40 43).

Датчик позволяет осуществить регистрацию толчков сердца в полосе частот от 4 5 до 35 40 Гц. Возможно расширение полосы в сторону низших до 1 2 Гц.

Однако данное устройство обладает низкой помехоустойчивостью, не позволяет производить синхронную регистрацию сейсмокардиограммы и фонокардиограммы.

Известно также устройство регистрации поликардиосигналов на основе пьезоэлектрического микрофона и преобразователя пульсовых ударов сердца (см. Авт. св. СССР N 523690, кл. A 61 B 5/02, 1976). Датчик имеет воздушную камеру, выполненную в виде корпуса с крышкой, в котором расположен микрофон, в центре камеры размещен преобразователь пульсовых ударов. Датчик имеет пелот из диэлектрического материала и электрокардиографический электрод, расположенный на торце пелота. При этом кабель микрофона подключен к входу фоноканала поликардиографа, преобразователь пульсовых ударов через коробку питания подключен к входу усилителя переменного тока того же поликардиографа, а электрокардиографический электрод подключен к одному из проводов кабеля грудных отведений ЭКГ. Данное устройство позволяет в одной и той же точке грудной клетки регистрировать фонокардиограмму (ФКГ), электрокардиограмму (ЭКГ) и апекскардиограмму (АКГ). Однако регистрация фонокардиограммы возможна только на фонокардиографе с определенным входным сопротивлением. Кроме того, чувствительность данного устройства при регистрации низкочастотных колебаний прекардиальной области сердца недостаточно высока, поскольку используемый датчик является датчиком с контактным проведением и обладает достаточной инерцией.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство регистрации поликардиосигналов на основе сейсмокардиографического датчика СП-03, выполненного в виде широкополосного пьезоэлектрического микрофона с воздушным проведением (см. Юзбашев З. Ю. Сейсмокардиографическая диагностика приобретенных пороков. Саратов. 1989, с. 95). Пьезоэлектрический микрофон имеет расположенную в корпусе воронкообразную гофрированную мембрану, центральная часть которой соединена с одним из концов пьезоэлемента, другой конец которого жестко прикреплен к корпусу. При этом датчик подключен к делителю, выходы которого соединены с каналами усилителя, подключенного к регистратору и блоку визуализации. Устройство позволяет производить одновременную регистрацию сейсмо- и фонокардиограмм (СКГ и ФКГ). Кроме этого, оно допускает использование различных типов усилительных устройств, предназначенных как для кристаллического, так и динамического микрофонов.

Однако устройство не позволяет одновременно с ФКГ и СКГ регистрировать апекскардиограмму (АКГ) кривые перемещения и виброкардиограммы (ВКГ) - кривые ускорения. Введение различного рода предусилителей в данную конструкцию не позволяет получить перечисленные характеристики без временных и фазовых искажений. Кроме того, мощность сигнала, возникающего в пьезоэлементе, используемая для получения ФКГ и СКГ, недостаточно высока, что затрудняет синхронную регистрацию указанных кривых у лиц с плотной грудной стенкой и глухими тонами сердца.

Технический результат расширение функциональных возможностей устройства за счет осуществления синхронной регистрации электро-, сейсмо-, фоно-, апекс-, виброкардиосигналов в одной и той же точке сердца.

Технический результат достигается тем, что в устройство регистрации поликардиосигналов, содержащее преобразователь в виде пьезоэлектрического микрофона, имеющего расположенную в корпусе гофрированную мембрану, центральная часть которой соединена с одним из концов пьезоэлемента, другой конец которого жестко прикреплен к корпусу, а вывод пьезоэлемента подключен к делителю, выход которого соединен с одним из ЭКГ-каналов усилителя, имеющего сейсмокардиологический выход и ФКГ-каналы, введены интегрирующий и дифференцирующий элементы и потенциометр, вход которого подключен к выходу дополнительно введенного в преобразователь второго пьезоэлемента, расположенного симметрично первому, также соединенного с центральной частью гофрированной мембраны и корпусом, сейсмокардиографический выход усилителя подключен к входам интегрирующего и дифференцирующего элементов, выходы которых соединены с входами ЭКГ-каналов усилителя, один из ФКГ-каналов которого подключен к выходу потенциометра.

В известных источниках патентной и научно-технической информации не описано устройства, позволяющего регистрировать поликардиосигналы сейсмо-, фоно-, электро-, вибро- и апекс- синхронно в одной и той же точке одним и тем же датчиком. Известны попытки зарегистрировать ФКГ совместно с АКГ путем размещения в прикардиальной области двух датчиков (см. Я. В. Оберемченко. Кардиология. 1968. N 6, с. 109 116) или совмещенных датчиков различной конструкции (см. например, А. А. Якубович, А. Л. Гребенев. Клиническая медицина. 1968. N 1, с. 72 78). В первом случае получают кардиограммы из разных отделов сердца, что снижает точность диагностических исследований. Во втором случае попытка совместить воздушные камеры пульсового датчика и микрофона приводит к существенным искажениям акустических характеристик. Все это позволяет сделать вывод о наличии изобретательского уровня в предлагаемом устройстве.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства регистрации; на фиг. 2 - преобразователь в виде пьезоэлектрического микрофона; на фиг. 3 - принципиальная схема устройства; на фиг. 4 синхронная регистрация АКГ, СКГ, ВКГ; на фиг. 5 синхронная регистрация СКГ и ФКГ.

Устройство содержит преобразователь 1, делитель 2, потенциометр 3, усилитель 4, интегрирующий 5, дифференцирующий 6, регистратор 7. При этом один из выводов преобразователя 1 подключен к делителю 2, а другой к потенциометру 3. Выход делителя 2 подключен к входу ЭКГ-канала (вход Б на фиг. 1) усилителя 4, сейсмокардиографический выход которого (выход Б на фиг. 1) подключен к интегрирующему 5 и дифференцирующему 6 элементам, соединенным с входами ЭКГ-каналов (входы В и Г на фиг. 1) усилителя 4.

Выход потенциометра 3 подключен к входу ФКГ-канала (вход Д на фиг. 1) усилителя 4.

Преобразователь 1 представляет собой (см. фиг. 2) корпус 8 с камерой воздушного проведения 9, разделенных пластиной 10 с отверстиями.

В корпусе 8 расположена воронкообразная гофрированная мембрана 11, которая делит герметично его полость на подмембранное 12 и надмембранное 13 пространства. В подмембранном пространстве 12 смонтированы два пьезоэлемента 14, 15. Одни из концов пьезоэлементов соединен с центральной частью мембраны 11, а другие их концы жестко прикреплены к корпусу 8. Оба пьезоэлемента имеют самостоятельные выходы.

Устройство может быть снабжено эмиттерным повторителем 16 (см. фиг. 3), который позволяет при использовании динамического микрофона согласовать сопротивление преобразователя 1 с входным сопротивлением усилителя 4.

В качестве усилителя 4 с ЭКГ-каналами и ФКГ-каналами может быть использован стандартный поликардиограф, имеющий ЭКГ-блок и ФКГ-блок, включающий усилитель с частотными фильтрами. Поликардиограф имеет также записывающее устройство и блок визуализации.

Устройство работает следующим образом. При наложении преобразователя 1 к грудной клетке пациента между кожей и пластиной 10 образуется воздушная подушка. Под влиянием вибраций, передающихся через грудную стенку от работающего сердца, происходят колебания давления в воздушной подушке, вызывающие колебания мембраны 11, а через нее колебания пьезоэлементов 14, 15 преобразователя 1.

Вследствие прямого пьезоэффекта сигнал от пьезоэлемента 14 поступает через делитель 2 на вход усилителя 4 (вход Б), а затем в регистратор 7, где производится запись СКГ. При этом сигнал может быть подан одновременно и на осциллоскоп (на фиг. 1 не показан). С сейсмокардиографического выхода этого канала (выход Б на фиг. 1) сигнал одновременно поступает на вход интегрирующего 5 и дифференцирующего 6 элементов, а затем на свободные входы ЭКГ-каналов (входы В и Г) усилителя 4 с большой постоянной времени.

Причем параметры элементов подобраны эмпирически таким образом, чтобы, проходя через них, сигнал стал полностью идентичным классической апекскардиограмме (АКГ) и виброкардиограмме (ВКГ). Сигнал от пьезоэлемента 15 преобразователя 1 через потенциометр 3 поступает на вход ФКГ-канала (вход Д) усилителя 4. В случае использования динамического преобразователя 1 сигнал поступает от пьезоэлемента 15 в эмиттерный повторитель 16, а затем на вход ФКГ-канала усилителя 4. Таким образом, одновременно осуществляется регистрация с одной и той же точки грудной клетки одним преобразователем кривой скорости (СКГ), кривой перемещения (АКГ), кривой ускорения (ВКГ), а также ФКГ на различных частотных диапазонах (в зависимости от используемых каналов усилителя 4).

На фиг. 4 изображены синхронно зарегистрированные кривые АКГ, СКГ, ВКГ с помощью данного устройства над верхушечной областью сердца у здорового мужчины.

Как известно, АКГ по форме весьма близка к кривой внутрижелудочного давления (Willems J. K. Kyle M. C. Pillsbury H. C. Fries E. D. Amer.g. Cardiology. 1975, 36, N 12, p. 873 879; Макаровская Е. С. Беляев П. А. Кардиология. 1978. N 2, с. 143 145 и др. Амплитудно-временной анализ АКГ дает возможность судить о функциональном состоянии мышцы).

СКГ богаче элементами. На ней хорошо представлены элементы, отображающие открытие и захлопывание парусных и полученных клапанов, в диастолической части выделяются волны, отображающие приток в левый желудочек крови в ранней диастоле (волн быстрого наполнения l₁) и в пресистоле (волны пресистолического наполнения а₃). Указанные элементы дают возможность дифференцировать различные асцилляции ФКГ, различать функциональные диастолические шумы от шумов органического происхождения (см. Юзбашев З. Ю. Сейсмокардиографическая диагностика приобретенных пороков сердца. Саратов. 1989). Следовательно, СКГ-кривая, помимо изучения деятельности левого желудочка во времени систолы, динамики диастолического наполнения, может быть использована в качестве эталонной кривой при расшифровке сложных фонокардиограмм.

ВКГ идентична кинетокардиограмме ускорения, регистрируемой с помощью датчика И. Е. Оранского (см. И. Е. Оранский. Акселерационная кинетокардиогафия. М. 1973). Кривая отображает силовые моменты сердечной деятельности.

Таким образом, с помощью единого преобразователя и стандартного поликардиографа воспроизводятся различные стороны механической деятельности исследуемого желудочка сердца, что дает возможность их комплексного анализа.

На фиг. 5 представлены зарегистрированные с помощью предлагаемого устройства синхронно ФКГ и СКГ (аппарат "6-НЭК") с левого (А) и правого (Б) желудочков сердца у больного Я. 22 лет, с ревматизмом. На фиг. 5А видно, что на СКГ нет волн наполнения l₁ и а₃. Весь диастолический период занят низкочастотными вибрациями, соответствующими низкочастотными колебаниям ("кошачье мурлыканье"). Это говорит о резком сужении митрального отверстия. На синхронно зарегистрированной ФКГ диастолический высокоамплитудный шум, начало которого совпадает с точкой l СКГ, отображающей начало наполнения желудочка. Благодаря СКГ удается выделить осцилляции, отображающие щелчок открытия (OS) митрального клапана. На фиг. 5Б кривые, зарегистрированные у этого же больного, с правого желудочка. На СКГ большая волна быстрого наполнения l₁ и увеличенная волна пресистолического наполнения а₃, что свидетельствует о значительном повышении давления в правом предсердии. Это является признаком сужения правого венозного устья, следовательно, шум на ФКГ, следующий вслед за волной а₃, обусловлен трикусцидальным стенозом. Диагноз подтвержден на операции.

Предлагаемое устройство обеспечивает синхронную запись с одной и той же точки грудной стенки без фазовых и временных сдвигов различных параметров механической деятельности сердца АКГ, СКГ, ВКГ, а также звуковых проявлений указанной деятельности ФКГ. Возможна комбинация любых перечисленных кривых или их раздельная регистрация в зависимости от задач исследования. Предлагаемая конструкция избавляет от необходимости использования нескольких датчиков пульсового, сейсмокардиографического, акселерометрического и микрофона. Обеспечивает комплексность обследования с одновременной экономией рабочего времени врача по сравнению с устройствами, реализующими раздельные записи кривых деятельности сердца. Синхронная регистрация повышает информативность результатов и облегчает их расшифровку.

Использование: изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при регистрации низкокачественных и звуковых колебаний прекардиальной области грудной клетки. Сущность: устройство содержит преобразователь 1, делитель 2, потенциометр 3, усилитель 4, интегрирующий 5 и дифференцирующий 6 элементы, регистратор. Один из выводов преобразователя 1 подключен к делителю 2, другой - к потенциометру 3. Выход делителя 2 подключен к входу ЭКГ-канала усилителя 4, сейсмокардиографический выход которого подключен к интегрирующему 5 и дифференцирующему 6 элементам, соединенным с входами ЭКГ-каналов усилителя 4. Выход потенциометра 3 подключен к входу ФКГ-канала усилителя 4. Преобразователь 1 представляет собой корпус 8 с камерой воздушного проведения 9, разделенных пластиной 10 с отверстиями. В корпусе 8 расположена воронкообразная гофрированная мембрана 11, которая делит герметично его полость на подмембранное 12 и надмембранное 13 пространства. В подмембранном пространстве 12 смонтированы два пьезоэлемента 14, 15. Одни из концов пьезоэлементов соединены с центральной частью мембраны 11, а другие их концы жестко прикреплены к корпусу 8. Оба пьезоэлемента имеют самостоятельные выходы. 5 ил.

Устройство регистрации поликардиосигналов, содержащее преобразователь в виде пьезоэлектрического микрофона, имеющего расположенную в корпусе гофрированную мембрану, центральная часть которой соединена с одним из концов пьезоэлемента, другой конец которого жестко прикреплен к корпусу, а вывод пьезоэлемента подключен к делителю, выход которого соединен с одним из ЭКГ-каналов усилителя, имеющего сейсмокардиографический выход и ФКГ-каналы, отличающееся тем, что оно содержит интегрирующий, дифференцирующий элементы, потенциометр, вход которого подключен к выводу дополнительно введенного в преобразователь второго пьезоэлемента, расположенного симметрично первому, также соединенного с центральной частью гофрированной мембраны и корпусом, сейсмокардиографический выход усилителя подключен к входам интегрирующего и дифференцирующего элементов, выходы которых соединены с входами ЭКГ-каналов усилителя, один из ФКГ-каналов которого подключен к выходу потенциометра.