Устройство для определения объема сердца Советский патент 1983 года по МПК G06F15/42 A61B5/02 

Изобретение относится к вычисли тельной технике и медицине и предназначено для определения объема крови, находящейся в сердце, объема крови, выбрасываемой сердцем за но сокращение, и объема крови,перекачиваемой ;сердцем за единицу време ни , Известно устройство для определе ния количества крови, перекачиваемой сердцем за единицу времени,содержащее регистратор кривой разведения индикатора, инте.гратор сигнала изменения концентрации индикато ра и вычислитель минутного объема сердца. В результате обработки кривой разведения определяется среднее время циркуляции крови, которое сов местно с данными об объеме циркулирующей крови используют для вычисле ния минутного объема сердца Ц . Однако данное устройство не обес печивает определения емкости сердца Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее тактовый ген ратор, первый вход которого соединен с первым выходом кварцевого генератора, инжектор, последовательно включенные катетерный датчик, пр образователь концентрация индикатор электрический сигнал. усилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), второй вход которого соедине с вторым выходом кварцевого генератора, блок индикации и блок вычисления, включающий элементы И, счетч ки, накопитель результатов, блок программы, блок параметров, вычислитель и общий регистр, входы которого соединены соответственно с вых дами счетчиков, блока параметров, .блока программ, тактового генера- тора и вычислителя, второй выход которого черезнакопитель результатов подключен к блоку индикации, а входы вычислителя подключены к вторым выходам:-общего регистра и тактового гeнepaтopa третий выход которого соединен с первыми установочными входами счетчиков, вторые входы которых подключены к выходам элементов И, информационные и управляющие входы которых соединены соответственно ;с выходом АЦП и четвертым выходом тактового генератора пятый выход которого подключен к инжектору. Определение емкости сердЦа осуществляется следующим образом. Катетер .вместе с датчиком вводят в полость сердца, объем которой подлежит определению, к катетеру подсоединяют инжектор, который представляет собой автоматический шприц, обеспечива.ющий постоянную скорость (2,5 ) введения индикатора через катетер в сердце. Начало инъекции индикатора происходит при нажатии кнопки пуска тактового генератора, который выдает сигнал на инжектор, приводя его в действие. Одновре.менно с началом введения индикатора сигналами с соответствующих выходов тактового генератора все обнуляются, открывается первый элемент И и закрывается эторой и третий элементы И. Первый счетчик начинает непрерывно интегрировать поступающий через открытый первый элемент И с выхода АЦП сигнал u(t) изменения концентрации индикатора в крови. После выполнения инъекции с постоянной скоростью и временем ty , составляющим сердечных цикла и необходимым для достижения постоянной концентрации индикатора в сердце m введение индикатора по сигналу тактового генератора прекращается. В этот момент открываются второй и третий элементы И, причем второй элемент И открывается только на время измерения величины am , которая фиксируется во втором счетчике, а третий счетчик начинает непрерывно интегрировать сигнал изменения концентрации индикатора. В результате интегрирования в течение достаточно продолжительного времени первый счетчик зарегистрирует число S Ju(t)dt, а третий счетчик - число u(t)dt. Числа S, S и дт переписываются затем по сигналам тактового генератора в общий регистр, в который из блока параметров также поступает информация о количестве введенного красителя Ц.или, в случае терморазбавления о количестве тепла K(Tg- Т ) , где Tg- температура крови до введения охладителя; Tij - температура введенной охлажденной жидкости; К - коэффициент, задаваемый таблицами как функция типа катетера количества вводимой жидкости, теплоемкости жидкости и теп3лоемкости Крови, нагревания жидкост .прежде чем она достигнет сердца и скорости введения; Вычислитель вначале вычисляет йинутный объем сердца по формуле ., Qi I(TB-TO О g1 или D - у . а затем лг -S емкость сердца по формуле V которые высвечиваются на цифровом табло блока индикации. Блок програм мы хранит команды для указанных вычислений . Общий регистр устроен так что по команде тактового генератора Он переадресовывает в правильных вр менных последовательностях числовые данные и команды, поступающие из блока программ, в вычислитель, который обрабатывает -полученные данные. Во время вычислений неиспользуемые ячейки общего регистра служат как дополнительная память для вычислителя 2j . Недостатком известного устройст ва оп|ределения емкости сердца является его сложность и травматичность, обусловленные введением в полость сердца и крупнйх сосудов катетера с датчиком. Цель изобретения - упрощение и уменьшение травматичности пациента. Поставленная цель достигается те что в.устройство для определения объема сердца, содержащее кварцевый генератор, блок индикации, счетчики, блок памяти результатов, блок хранения программ, блок ввода параметров, блок регистровой памяти, арифметический блок и тактовый генератор, первый вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, входы блока регистр ово памяти соединены соответственно с ходйми первого и второго счетчиков блока вврда параметров и с первыми выходами блока хранения программ, тактового генератора и арифмети цес кого блока, второй выход которого через памяти результатов соед нен с входом блока индикации, вход арифметического блока соединены со ответственно с выходом блока регис ровой памяти и с вторыми выходами блока хранения программ и тактовог генератора, третий выход которого подключен к входу первого счетчика четвертый выход соединен с входом 14 установки исходного состояния первого счетчика, введены делитель частоты, элемент задержки, электрокардиограф, формирователь импульсов, элемент ИЛИ и последовательно соединенные коллимированный детектор гамма-излучений и амплитудный дискриминатор, выход которого „подключен к счетному входу первого счетчика, выход электрокардиографа через формирователь импульсов подключен к входам установки исходного состояния второго и третьего счетчиков и к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого через элемент задержки соединен с выходом третьего счетчика, вход последнего подключен к выходу второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом делителя частоты, выход кварцевого генератора подключен к входу делителя частоты и к счетному входу третьего счетчика, вцход элемента ИЛИ соединен с ,;. вторым входом тактового генератора. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства;на фиг.2 - схема блоков ввода параметров индикатора. Устройство содержит тактовый генератор 1, кварцевый генератор 2, блок 3 индикации , вычислитель k, включающий счетчики 5 и 6, блок 7 памяти результатов , блок 8 хранения программ, блок 9 ввода параметров,арифметический блок 10, блок 11 регистровой памяти,амплитудный, дискриминатор 12, коллимированный детектор 13 гамма-излучений, элемент ИЛИ Н, счетчик 15, формирователь 16 импульсов, электрокардиограф 17, элемент задержки 18, делитель 19,коммутаторы 20-22, дешифратор 23, коммутатор 2Ц. В случае применения электрокардиографа формирователь 16 реагирует на появление R-зубца электрокардиосигнала, который поступает при каждом сердечном со1фащении на вход формирователя, могут быть использованы и другие кардиосигналы, Hanpv|Mep сфисмог грамма, фонокардиограмма или баллисто Кардиограмма, которые регистрируют соответствующим блоком. Определение емкости сердца осуцествляется следующим образом. Уровень дискриминатора 12 устанавливают на фотопик гамма-излучения радиоактивного изотопа, который будет введен в кровь, Коллимированный детектор 13 гаммаизлучений устанавливают спереди груд- ной клетки в области желудочное сердца, подключают к пациенту электрокардиограф 17, затем внутривенно в локтевую вену вводят радионуклид, например альбумин человеческой сыворотки крови, меченный радиоактивным изотопом d-131, и регистрируют концен трацию индикатора раздельно в систолу и. диастолу путем синхронизации тактового генератора кардиосигналами. При этом формирователь 16 формирует краткоч временный импульс синхронизации, поступающий через элемент ИЛИ 14 на вход пуска тактового генератора 1. Одновременно -импульс синхронизации noc-i тупает на вход синхронизации счетцика 15, осуществляя запись в него числа Nj(j I Tfj.g, которое регистрирует счетчик 6 за время Т между двумя R-зубцами.электрокардиограммы (ЭКГ), где f - частота кварцевого генерато,- постоянный коэффи ра 2; К циент деления делителя 19. Задним фронтом импульса синхронизации счетчик 6 устанавливается в нулевое сос тояние и начинает снова регистрировать число Nj.pB следующем сердечном цикле, величина которого будет определяться каждый раз только длительностью сердечного цикла T. Импульс синхронизации запускает тактовый генератор 1, который на вре мя , равное, например, 0,1 с открывае по входу управления счетчик 5 В теч ние этого времени счетчик 5 регистрирует число импульсов Мл , пропорциональное количеству индикатора в сер це в конце диастолы, когда объем желудочков сердца максимальный. Число N переписывается в блок И для последующих вычислений, а счетчик 5 сбрасывается в нулевое состояние. Второй раз тактовый генератор 1 запускается импульсом переноса счетчика 15 в конце систолы через время, равное (0, 0,142)с, где 0, - время досчета до нуля счетчика 15, которое равно отношеli iR R-R „TR-R-. f K,-i У:, 0, c- время задержки импульса переноса элементом 18 задержки. Счетчик снова открывается на время 0,1 си регистрирует число импульсов N,,, пропорциональное количеству индикатора в сердце в конце систолы, когда объем желудочков минимальный. Число NC импульсом с первого выхода тактового генератора переписывается в ре171 гистр блока 11, а счетчик 5 устанавливается в исходное состояние импульсом с тактового генератора 1 . С поступлением очередного R-зубца ЭКГ формирователь 16 вырабатывает снова синхроимпульс и цикл измерения повторяется. Таким образом, в каждом I-ом сердечном цикле счетчик 5 регистрирует два числа МлШи Nc(t),которые переписываются в блок 11 для вычисления емкости и производительности сердца. Исходными данными для вычислений являются числа, которые регистрирует счетчик 5 соответственно в диастолу и систолу при прохождении индикатора в течение m сердечных циклов через правое сердце при прохождении индикатора в течение р сердечных циклов через левое сердце и при равномерном разведении индикатора за 100 кардиоциклов, а также число N которое регистрирует счетчик 6. На блок 10 с выхода тактового генератора 1 в каждом сердечном цикле поступают сигналы на прием из блока И кодов чисел Nrf и N,, а из блока 8- сигналы., по которым блок 10 осуществляет операции вычисления в последовательности, указанной ниже. В начале вычисляется разность Ng( 5 ) (i-1 ), затем логарифм этой разности ( i )-Nc( ) , после этого вычисляется сумма Ng{i)+Nc{i) и логарифм этой суммы ( i )+Nc( i ) причем результаты вычислений, кроме суммы Ng (f )+Nci i +1 ), записываются еместо числа Nc(i-l), Ng(i-1 ) и Ng(f) снова в блок 11, количество ячеек которого выбирают достаточным для хранения как исходных данных так и, промежуточных результатов вычислений. Аналогично вычисляются и фиксируются в блоке 11 чисда Ng{j)-Nc(j-1), п Ng) j )-Nc (j-1 ) , Ng{j )4-Nc(j ) и (j )+Nc (j ) . После этого электрокардиограф 17 отключают на время достижения равномерного разведения индикатора (примерно, 10 мин), а блок 10 начинает соответственно вь1числять и фиксировать результаты вычислений е слес1Ующем порядке. а) Вычисляются и запоминаются уммы m l,iil, и L--2:i 2-j mp MlU,i)(i)-Nj,(44)4l. a ячейки с числами N|U)-Njti-)N(j) ревобождаются.б)Вычисляются и фиксируются разностий ; 1:п Мя{2})-«с{2|-Г)3-tn§Nqli)-Nc(}-l) ; &i (j)(2j)-I4«(2J-1 )1 -fn Nq(J )-Nc(j-1)Ь( i ) (2 i) N с {2 01 - ЫШ1)-ьМс (1 )3 и &i(j ) (2j )+Nc (2j )(j )+ -i4|c(j), ячейки общего регистра И с числами (r)-Nc(l-1), (j) -Nc{j-l) ,(r))3 и (j) (j)} освобождается для приема следующих промежуточных результатов вычислений, в)Вычисляются и запоминаются сум мы .u,(K)-,2:;iM u,(4)s -4-4 т ч ч(i).н) mЕ z Ui-ibjij TrtUv i: &,,U); . . - „.. -2- Е /;1,ш4мпиЕ2и)Е.,(з); . при этом ячейки блока 11 с числами Л/ ) &,(j ), U2(i ) и ujtj ) освобождаются. г)Вычисляются разности А1Р 2;,(1)Ъ(л); (П--Е;(), и3- Ji-J,,ячейк С числами lljt-il, ) .ll (j , I2 и J2 освобождаются. дПр д)Вычисляются отношения С , . а J ) --, - J ,.. -J а Я14ейки с числами A7,,Af,, ГиТ освобождаются. е)Вычисляются произведения п .,; .; П-1 C2-J ячейки с числами 1 и J освоббадаются.. ж) Вычисляются суммы ,(i) ((i; 2 ячейки с числами ,,, nf ,Z,U),Z(il,2,U)M2:j(j освобождаются. ЛР -и) Вычисляются отношенияв Р Ь1. „г. -.лее .Ъ1. л лее ., -enci при этом ячейки с числами ц t.A У лее, У лее -- . i U освобождаются. „к) Вычисляются отношения .лее вГ -прВ.-пр В I л«в -1 пр ) 2 7 лее ячейки С- числами i И t . В D , РЗ i °г l 2 и Lg освобождаются.пр . л) Вычисляются разности жав- ifiu АРЙcot А1 и 4(,г t ячейки с числами ty , , и t освобождаются. В результате указанных вычислений в блоке 11 запоминаются числа , и 1 (i J), а также число Мд. д, которое в самом начале измерения записывается в блок 11 по сигналу тактового генератора 1. После равномерного разведения индикатора в крови, которое наступает через О мин после инъекции ин- дикатора, снова подключают электрокардиограф 17 и аналогично описанному выше способу- регистрируют числа Ng(k) и Nc(k), которые пропорциональны количеству индикатора в желудочках сердца соответственно в конце диастолы и в конце систолы. Это количество, в свою очередь, определяется произведением концентрации индикатора на объем крови в желудочк ах сердца. Так как концентрация индикатора в крови остается постоянной в результате его равномерного растворения в объеме циркулирующей крови (ОЦК), то изменение количества индикатора в сердце от диастолы к систоле, следовательно,и разность N(k)-Nc(k) соответствует изменению емкости сердца на величину ударного объема (УО), т.е. количеству крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение. Блок 10 по сигналам, поступающим от тактового генератора 1 и коман дам из блока 8 вычисляет суммы З N.(k) 400 . и ) за сто сердечных циклой. Необходимость суммирования информа 1ции за сто сердечных циклов обусловлена тем, что кон14ентра1у я индикатора после его равномерного разведения на 2-3 порядка меньше, чем при первом прохождении индикатора через пра вые, а затем левые отделы сердца. По этому усреднение информации уменьшает статистическую ошибку измерения, обусловленную ститистическим характером ядерного распада радионуклида, После запоминания чисел : 51 Мл(U) ...foo , . . и Z Njs(k) в блок 11 из блока 9 пос1тугТает информация о величине ОЦК, ко торая может быть определена, например путем измерения вводимой активности индикатора и активности пробы крови после равномерного разведения индика тора. Блок 10 последовательно выЮО 100 числяет разность I D Z1 Nrf(k)- Ndk), уменьшает ее в 100 раз, затем вычисляет отношения Е и произ ведения V/JP YО -1 Р V YO-t МО YO чес, где емкость правого желудочка,:сердца; VpJr емкость лезого желудочка сердца; ЧСС - частота сердечныУ сокращений, определяемая блоком 10 по числу N(. МО 7 минутный объем сердца или производительность сердца. Числа У(|Р , , УО, ЧСС и МО запоминаются в блоке 7 и затем в цифровом виде индицируются на табло блока 3 индикации. В результате определения еМкости сердца данным способом исключается необходимость введения катетера в сердце, что, во-первых, уменьшает травматичность и,во-вторых, делает процедуру исследования более простой и быстрой. Катетеризация сердца может быть выполнена только в специальных условиях и, как правило, под рентгеновским контролем, для чего необходимо использовать сравнительно сложное оборудованиеi Кроме этого, способ обеспечивает, при однократном введении в периферическую, например, локтевую вену радиоиндикатора, одновременное определение емкости обоих желудочков сердца, в то время как известным способом определяется емкость только одного желудочка, в которь|й введен катетер.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА СЕРДЦА, содержащее кварцевый генератор, блок индикации, Счетчики, блок Памяти результатов, блок хранения программ, блок ввода параметров, блок регистровой памяти, арифметический блок и тактовый генератор,«первый вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, входы блока регистровой памяти соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков, блока ввода параметров и с первыми выходами блока хранения программ, тактового генератора и арифметического блока, второй выход которого через блок памяти результатов соединен с входом блока индикации, входы арифметического блока соединены соответственно с выходом блока регистровой, памяти и с вторыми выходами блока хранения программ и тактового генератора, третий выход которого подключен к входу первого счетчика, четвертый выход соединен с установки исходного состояния iпервого счетчика, о т я и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения и уменьшения траематичности пациента, в него введены делитель частоты, элемент задержки, электрокардиограф, формирователь импульсов, элемент ИЛИ и последовательно соединенные коллимированный детектор гамма-излучений и амплитудный дискриминатор, выход которого подключен к счетному входу первого счетчикаJ выход электрокардиографа через формирователь импульсов гюдключен к входам установки исходного состояния второго и третьего счетчиков и к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого через элемент задержки соединен с выходом третьего счетчика, вход последнего подключен к выходу второго счетчиto ю ка, счетный вход которого соединен d .выходом делителя частоты,выход квэр.цевого генератора подключен к входу делителя частоты и к счетному входу третьего счетчика, выход элемента ИЛИ соединен с вторым входом тактового генератора-.

27«. /

Фг/г.