СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ В ДВЕНАДЦАТИ ОТВЕДЕНИЯХ Российский патент 2004 года по МПК A61B5/402 

Область техники

Векторкардиограф (ВК) - прибор медицинской электроники.

Уровень техники

Одним из наиболее близких аналогов является кардиоанализатор "КАРДИС" ЭК12К-01К, описанный в журнале "КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕДИЦИНЕ", №1, 1996 г.

ВК выдает обычную картинку электрокардиограммы сердца по 12 стандартным отведениям и векторную кардиограмму, как и в кардиоанализаторе "КАРДИС", но только в двух плоскостях фронтальной и горизонтальной (см. фиг.1 графических материалов).

ВК состоит из двух частей: устройства сбора и обработки информации (УСОИ) и серийного портативного принтера.

УСОИ состоит из: платы аналоговой обработки сигналов сердца, платы цифровой обработки информации и блока питания.

Питание УСОИ осуществляется при помощи трех батареек (аккумуляторов) типа "КРОНА". Портативный принтер имеет свой аккумулятор.

Сущность изобретения

Сущность изобретения заключается в том, что электрокардиограмма (ЭКГ) по 12 стандартным отведениям и векторкардиограмма (ВКГ) снимается не с помощью 10 электродов, как в обычном кардиографе, а с помощью 6 электродов, причем информация снимается с четырех точек, а два электрода используются для подавления помех.

Поясним сказанное. При возбуждении сердца создается электродвижущая сила (ЭДС). Проекция векторной динамики возбуждения сердца на линию ось отведения - есть электрокардиограмма. Проекция возбуждения на плоскость отведений - векторкардиограмма.

На фиг.4 приводится шестиосевая система, изображающая расположение осей отведении от конечностей (фронтальная плоскость). Данный рисунок взят из книги "Практическое руководство по клинической электрокардиографии" Под ред. проф. А.З.Чернова М., Медицина, 1971 г., рис.18, с.25.

На фиг.5 приводятся оси грудных однополюсных отведений. Данный рисунок взят из книги "CLINICAL VECTORCARDIOGRAPHY AND ELECTROCARDIOGRAPHY" E. MASSIE, T.J.WALSH Published by THE YEAR BOOK PUBL1SHERS-INC. Library of Congress Catalog Card Number: 59-12151 (Fig. 21, p.28.).

Теперь покажем, как с помощью двух любых электродов, приложенных к телу в горизонтальной плоскости, можно получить любые сигналы грудных отведений, в том числе и шесть стандартных.

Введем на плоскости грудных отведений следующие обозначения (см. фиг.6):

V - модуль вектора ЭДС в горизонтальной плоскости;

Vk - проекция V на k-e грудное отведение;

Vn, Vp - два произвольных сигнала, снимаемых в горизонтальной плоскости;

ω - угол между Vn и Vp;

β - угол между направлением V6 и результирующим вектором V ЭДС; сердца;

α - угол между V6 и Vk;

γ - угол между направлением, совпадающим с направлением V6 и Vn.

Для введенных обозначений справедливы следующие выражения:

Получена формула, связывающая изображение ЭДС сердца в любой точке горизонтальной плоскости с сигналами двух точек той же плоскости.

Снимая сигналы с двух точек стандартных отведений, остальные четыре получаем путем вычислений. Для пары VnVp стандартных грудных отведений справедлива таблица, изображенная на фиг.7.

Каждому стандартному отведению соответствует свой угол:

V6 α=0°; V5 α=30°; V4 α=60°; V3 α=75°; V2 α=90°, V1 α=120°.

Теперь выведем формулы для грудных стандартных отведений при имеющихся сигналах двух других стандартных отведениях.

Из формул (1) и (2):

Подставим данное выражение в (3)

Итак, получена основная формула для дальнейших вычислений.

Если мы имеем сигналы V1, V2, то V3, V4, V5, V6 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V1, V3, то V2, V4, V5, V6 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V1, V4, то V2, V3, V5, V6 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V1, V5, то V2, V3, V4, V6 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V1, V6, то V2, V3, V4, V5 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V2, V3, то V1, V4, V5, V6 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V2, V4, то V1, V3, V5, V6 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V2, V5, то V1, V3, V4, V6 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V2, V6, то V1, V3, V4, V5 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V3, V4, то V1, V2, V5, V6 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V3, V5, то V1, V2, V4, V6 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V3, V6, то V1, V2, V4, V5 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V4, V5, то V1, V2, V3, V6 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V4, V6, то V1, V2, V3, V5 вычисляются с помощью следующих выражений:

Если мы имеем сигналы V5, V6, то V1, V2, V3, V4 вычисляются с помощью следующих выражений:

Теперь покажем, что для получения эпюр шести стандартных отведений во фронтальной плоскости (I, II, III, aVr, aVf, avl) достаточно иметь информацию от двух из трех точек: R, L, F (правая рука, левая рука, левая нога соответственно).

На фиг.8 приводится таблица общепринятых отведений электрокардиограммы. Данная таблица взята из книги "Практическое руководство по клинической электрокардиографии" Под ред. проф. А.З.Чернова. М., Медицина, 1971.

Отсюда следует, что для любого кардиографа применимы следующие выражения: I=L-R; II=F-R; III=F-L.

Путем геометрических преобразований (см. фиг.4) получаем следующие выражения:

Так как R+L+F=0, то R=-L-F и

То есть имея пару сигналов L и F вычисления I, II, III, aVr, aVl, aVf, проводим по формулам (5) - (10); если есть R и L, то вычисляем по формулам (11) - (16); формулы (17) - (22) применяем, имея R и F.

Итак, мы показали, как можно построить ЭКГ, снимая сигналы с четырех точек. Еще одной возможностью данного способа съема кардиосигналов является построение векторной кардиограммы.

На фиг.1 показано, что в данном приборе строится три ВКГ о трех последовательных ударах сердца, причем построение ведется в двух плоскостях: горизонтальной и фронтальной, а не в трех, как делается во многих других приборах.

С точки зрения информативности этого достаточно. Причем данной информации на много больше, чем в обычной ЭКГ, так как частота дискретизации при съеме ВКГ равна 750 Гц. Это наглядно демонстрирует случай, изображенный на фиг.9. На ВКГ видно явное изменение (помечено буквой А на ВКГ). А на ЭКГ этого никак не заметно. Как видно из разных рисунков, ВКГ занимает меньше места, чем ЭКГ.

Итак, получается более информативная картинка на значительно меньшей площади.

Врачу надо рассмотреть две картинки ВКГ вместо двенадцати ЭКГ, что значительно упрощает анализ.

Однако могут быть такие случаи, где необходимо рассмотреть картинку ВКГ в динамике. То есть дать временную развертку ВКГ. Для этого в данном приборе предусмотрен режим "ВКГ". В этом режиме кардиограмма одного удара разбивается на 16 интервалов по времени (количество интервалов можно запрограммировать любое). Строится ВКГ первого интервала. Затем к данному прибавляется следующий временной отрезок, строится ВКГ первых двух, затем трех и т.д. (см. фиг.2, 10). Последняя картинка представляет полную ВКГ, как и в режиме съема ЭКГ (см. фиг.3, 11). Вверху каждого интервала указывается время его длительности в миллисекундах.

И в режиме "ВКГ" и при съеме ЭКГ происходит автоматическое выделение кардиограммы одного удара, чтобы не было наслаивания картинок от следующих ударов.

Еще одной возможностью данного прибора является запись кардиограммы по одному отведению с последующей распечаткой. Данный режим называется "МОНИТОРИНГ".

В зависимости от скорости движения ленты (10; 25; 50 mm/s) выбираем время записи сигнала (15; 6; 3 мин) соответственно.

На фиг.21 и 22 приведена блок-схема алгоритма работы устройства.

Перечень фигур:

Фиг.1 - электрокардиограммы сердца по 12 стандартным отведениям и векторная кардиограмма.

Фиг.2, 3 - временная развертка векторной кардиограммы.

Фиг.4 - векторная кардиограмма во фронтальной плоскости.

Фиг.5 - векторная кардиограмма в горизонтальной плоскости.

Фиг.6 - плоскость грудных отведений.

Фиг.7 - таблица VnVp.

Фиг.8 - таблица общепринятых отведений.

Фиг.9, 10, 11, - электрокардиограммы сердца по 12 стандартным отведениям и векторная кардиограмма.

Фиг.12 - блок схема ВК.

Фиг.13 - электрическая схема аналоговой части прибора.

Фиг.14 - спецификация электрической схемы аналоговой части прибора.

Фиг.15 - электрическая схема цифровой части прибора.

Фиг.16 - спецификация электрической схемы цифровой части прибора.

Фиг.17, 18, 19, 20 - ЭКГ в режиме “МОНИТОРИНГ”.

Фиг.21, 22 – блок-схема алгоритма работы устройства.

Возможность осуществления изобретения

На фиг.12 изображена блок-схема прибора.

Прибор состоит из двух частей: плата аналоговой обработки; плата цифровой обработки. На плате аналоговой обработки находится усилитель сигналов сердца с коммутатором тест сигналов, входными фильтрами и панель управления прибора, в который входит блок кнопок и блок индикации.

Сигналы сердца, снимаемые с тела с помощью электродов, поступают на блок усиления. Три усиленных сигнала R, L, F формируют сигнал подавления помехи по обратной связи, который подается на правую ногу.

Последний каскад усиления находится на плате цифровой обработки, где происходит аналогово-цифровое преобразование и окончательная обработка сигнала. Управление прибора осуществляется блоком кнопок "панели управления" прибором. К нему относятся следующие кнопки:

"вкл. питания";

"5 мм/с" - выбор скорости движения ленты 5 мм/с;

"25 мм/с" - 25 мм/с;

"50 мм/с" - 50 мм/с;

"ФИЛЬТР 50 Гц" - вкл./откл. режекторного фильтра 50 Гц;

"СБРОС" - сброс прибора в начальное состояние;

"ВКГ" - выбор режима ВКГ;

"МОНИТОРИНГ" - выбор режима мониторинга ЭКГ;

"ПУСК" - данная кнопка запускает прибор в соответствии с выбранным режимом работы.

Кнопками "V1", "V2", "V3", "V4", "V5", "V6" выбирают две точки съема ЭКГ в горизонтальной плоскости. При этом электрод, помеченный цифрой "1", прикладывается к тому месту стандартного грудного отведения, номер которого меньше по сравнению с номером места приложения электрода, помеченного цифрой "2".

К блоку индикации относятся следующие лампы:

"5 мм/с" - загорается при нажатии соответствующей кнопки, при этом лампы

“25 мм/с” и "50 мм/с" гаснут;

"25 мм/с" - то же самое, только гаснут лампы "5 мм/с" и "50 мм/с";

"50 мм/с" - "5 мм/с" и "25 мм/с";

"ВКГ" - при нажатии кнопки "ВКГ" лампочка переходит в инверсное состояние. т.е. если она горела, то гаснет; если не горела, то загорается. При этом лампа "МОНИТОРИНГ" гаснет. То же касается и лампы "МОНИТОРИНГ", только при ее включении гаснет лампа "ВКГ";

"ФИЛЬТР 50 Гц" - загорается при включении фильтра;

При выборе точек съема по грудным отведениям загораются две лампы из шести против соответствующих кнопок, остальные гаснут.

При включении питания прибор входит в исходное состояние, т.е. горят следующие лампы: "25 мм/с", "V2" и "V5"

Также на панели индикации имеется индикатор разряда элементов питания.

Управление прибора осуществляется с помощью контроллера, расположенного на плате цифровой обработки. Из блока кнопок семиразрядный код поступает в порт Р5 контроллера. Из контроллера четырехразрядный код подается на пульт индикации.

Также контроллер управляет работой коммутатора аналоговых сигналов. Поступив на плату цифровой обработки, один из пяти сигналов сердца через коммутатор либо напрямую, либо через фильтр 50 Гц подается на промежуточный усилитель УС2 и через фильтр верхней частоты (ФВЧ) на оконечный усилитель УС3, с которого через фильтр сигнал подается на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Из АЦП оцифрованный сигнал последовательным кодом подается на контроллер для окончательной обработки. Программа обработки сигнала хранится в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Промежуточные результаты обработки сигнала хранятся в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). В конечном виде восьмиразрядный код подается на принтер. В управлении передачи данных на принтер участвуют еще два разряда контроллера.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ:

Связь с принтером Centronics

Питание +5в; -5в; +5в

Ток потребления по

каждому эл-ту 20 mA

Количество электродов 6

Вес прибора с

электродами, с принтером PN-60,

со всеми аккумуляторами 1 кг 400

Изобретение относится к медицине, кардиологии. Регистрируют ЭГК, используя две любые точки из стандартных трех во фронтальной плоскости (R, L, F) и две любые точки из шести в горизонтальной плоскости (V1 - V6). Результирующий сигнал для каждого из любых остальных отведении ЭКГ получают путем математической обработки полученных ЭКГ. Способ позволяет получать ЭКГ в стандартных отведениях, имея информацию только из двух точек съема ЭКГ. 22 фиг.

Способ получения электрокардиограммы (ЭКГ) в 12 отведениях, включающий съем сигнала ЭКГ во фронтальной плоскости (R, L, F) и в горизонтальной плоскости (V1 - V6), отличающийся тем, что для съема ЭКГ используют любые две точки из стандартных трех во фронтальной плоскости и две любые точки из шести в горизонтальной плоскости, для отведений горизонтальной плоскости результирующий сигнал каждого из грудных отведений вычисляют, используя математическую формулу:

,

где Vk - проекция модуля ЭДС в горизонтальной плоскости на k-oe грудное отведение;

Vn, Vp - два произвольных сигнала ЭКГ, снимаемых в горизонтальной плоскости;

α - угол между V6 и любым грудным отведением;

γ - угол между направлением, совпадающим с направлением V6 и Vn;

ω - угол между Vn и Vp;

результирующий сигнал для любого из шести стандартных отведений ЭКГ во фронтальной плоскости получают при помощи двух сигналов, в качестве которых используют сигналы, полученные с левой руки и ноги, или левой руки и правой руки, или правой руки и ноги.