Устройство для определения динамики ударного объема сердца Советский патент 1983 года по МПК A61B10/00 A61B5/02 

nepBoio формироватепя соединен с входом второго дифференцирующего элемента, а второй выход - с вторым входом первого эпемента совпадения, второй вход умножителя соединен с выходом второго де- питепя, третий вход - с выходом 6noica ввода данных, а выход - с вторым входом регистратора.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИКИ УДАРНОГО ОБЪЕМА СЕРДЦА, содержащее генератор, соединенный с входом приемо-передающего преобразователя ультразвука, поспедоватепьно соединеннь1е усилитель высокой частоты,, первый детектор, усилитель низкой частоты, последовательно соединенные первый коммутатор и интегратор, а также канал электрокардиограммы, включающий первый, второй и третий электроды, подключенные к соответствующим входам усилителя биопотенциалов, соединенного с 1юрвым формирователем, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерения динамики ударного объема сердца, при смещениях позиции сердца,в условиях операторской , деятельности, в него включены первый, второй и третий приемные преобразователи ультразвука, фиксирующая площадка, на которой они размещены, первый сумматор, причем выходы приемных преобразователей ультразвука соединены с первым, вторым, третьим входами сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом приемо-передающего преобразователя, а выход подключен к усилителю высокой частоты, а также последовательно соединенные преобразователь с4йгмоартериограммы, фильтр низкой частоты, усилитель, первый дифференцирующий элемент, второй детектор, второй формирователь, первый элемент совпадения, триггер, второй коммутатор, регистратор, последовательно соединенные чао тотомер, второй элемент совпадения, а также последовательно соединенные третий детектор и третий фop иpoвaтeль, выход которого подключен к второму входу триггера, второй выход которого подключен к второму входу второго, элемента совпадения, а вход третьего детектора соединен с вторым выходом первого дифференцирующего элемента, а также последовательно соединенные втош рой дифференцирующий элемент, четвертый детектор, отметчик, запоминающий элемент, третий сумматор, первый делитель, умножитель, а также второй делитель, выход которого соединен с вто{ж м входсяь умножителя, последовательно соединенные блок ввода данных, второй сумматор, выход которого подключен к второму входу первого делителя, и схема автоматической регулировки усиления, вход которой подключен к выходу первого детектора, а выход - к второму входу усилителя низкой частоты, выход которого соединен с первым входом частотомера, второй вход которого соединен с первым входом интегратора и с выходом первого коммутатора, вход которого соединен с ВЫХОДОК четвертого детектора, второй вход интегратора подключен к выходу второго элемента совпадения, а выход подключен к входам второго сумктатора, запоминающего элемента и первому входу второго делителя, второй вход которого соединен с вторым выходом запоминающего элемента, первый выход

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам дпя определения показателей деятельности сердца с использованием ультразвуковой энергии, предназначено дпя оценки сердечной деятельности в системах медицинс кого контроля, а также для диагностики заболеваний сердца и сосудов. Известен кардиограф, включающий приемо-передающий преобразователь ультразвука, генератор, усилитель высокой частоты, детектор, усилитель низкой частоты, частотомер и регистр ГЛ , Однако кардиограф не обеспечивает автоматического определения показателей сердечной деятельности и имеет недостаточную точность измерения. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является кардиогра включающий приемо-передающий преобразователь ультразвука, генератор, усипитепь высокой частоты, детектор, усилитепь низкой частоты, интегратор, ре- гистратор и канал электрокардиограммы, состоящий из электродов, усилителя биопотенциалов, первого формироватегю и первого коммутатора 21. Однако устройство не обеспечивает достаточно высокую точность измерения динамики ударного объема сердца, при смещениях позиции сердца, в условиях .операторской деятельвости. Цепь изобретения является повышение достоверности измерения динамики ударного объема сердца при смещениях позиции сердца, в условиях операторской дея тепьности. Поставленная цепь достигается тем, что в кардиограф, содержащий генератор соедиданный с входом приемо-передак щёго преобразователя ультразвука, поспедовательно соединенные усипитепь вы сокой частоты, первый дед-ектрр, усипитепь низкой частоты, последовательно соединенные первый коммутатор и интегратор, а также канап электронардиограммы, включающий первый, второй « третий электроды, подключенные к соответствующим входам усилителя биопотенциапов, соединенного с первым формирователем, введены первый, второй и третий приемные преобразователи ультразвука,- фиксирующая площадка, на которой они размещены, первый сумматор, причем выходы . приемных преобразователей ультразвука соединены с первым, вторым, третьим входами сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом прие.мо-пере« дающего преобразователя, а выход подключен к усилителю высокой частоты, а также последовательно соединенные пр&образователь сфигмоартериограммы, фидьтр низкой частоты, усилитель, первь1й дифференцирующий элемент второй детектор, второй формирователь, первый эпемент совпадения, триггер, второй коммутатор, регистратор.поспедоватепьно соединенные частотомер, второй элемент совпадения, а также поспедовательво соединенные третий детектор и третий формироватепь, выход которого подключен к второму входу триггера,-второй выход которого подключен к второму входу второго эпемента совпадения, а вход третьего детектора соединен с вторым выходом первого дифференцирующего эпемента, а также поспедоватепьно соединенные второй дифференцирующий элемент, четвертый детектор, отметчик, запоминающий элемент, третий сумматор, первый делитепь, умножитель, а также второй депитепь, выход которого соединен с входом умножитепя, последовательно уединенные бпок ввода данных, второй сумматор, выход которого подключен к второму входу первого целителя, и схема автоматической регулировки усипения, вход которой подключен к выходу первого детектора, а выход к второму входу усилителя низкой частоты, выход которого соединен с первым входом частотомера, второй вход которого соединен с 1юрвым входом интегратора и с выходом первого коммутатора, вход которого соедииев с выходом чет, вергого детектора, второй вход инп егратора подкгаочен к выходу второго элемента совпадения, а выход подкгаочен к входам второго сумматора, запоминающего эпемента и первому входу второго депитепя, второй вход которого соединен с вторым выходом запоминающего эпемента, первый выход первого формирователя соединен с входом второго дифференцирующего эпемента, а второй выходс втортзЩ входом первого эпемента совпадения, второй вход умножитепя соединен с выходом второго делителя, третий вход - с выходом бпока ввода данных, а выход - с вторым входом регистратора. На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства. Устройство для определения динамики ударного объема сердца содержит генератор 1, соединенный с входом приемопередающего преобразоватетш 2 ультразвука, последовательно соединенные усилитель 3 высокой частоты, первый детектор 4, усилитель 5 низкой частоты последовательно соединенные первый ком мутатор 6 и интегратор 7, а также канал электрокардиограммы, включающий /первый, второй и третий электроды 8, подключенные к соответствующим входам усидигеля 9 биопотенциалов, соединенног с первым формирователем 1О, а также первый 11, второй 12 и третий 13 приемные преобразоватетга ультразвука, размещенные на общей фиксирующей площадк 14, первый сумматор 15. Причем преобразсжатели 11-13 соединены с первым, вторым и третьим входами сумматора 15 четвертый вход которого соединен с выходом првемо-передающего преобразователя 2, а выход подкпаочен к усилителю высоко| частоты. Устройство содержи также Последовательно соединенные преобразователь 16 сфигмоартериограммы, фильтр 17 низкой частоты, усилитель 18 первый дифференцирующий элемент 19, второй детектор 20, второй формирователь 21, первый элемент 22 совпадения триггер 23, второй коммутатор 24, регистратор 25, поспедоватепьно соедине ные частотомер 26, второй элемент 27 совладения, а также последовательно сое диненные третий детектор 28 и третий формирователь 29, выход которого подключен к второму входу триггера 23, второй выход которого подключен к второму входу второго эгтемента 27 совпадения, а вход третьего детектора 28 соедг вен с выходом первого дифферен цируюшего элемента 19, а также последоватепьно соединенные второй дифференцирующий элемент 30, четвертый детектор 31, отметчик 32, запоминаюхций элемент 33, третий сумматор 34, пер . вый да пита ль 35, умножитель 36, второй депитепь37, выход которого соединен с в вторым входом умножителя 36, последовательно соединенные блок 38 ввода , второй сумматор 39, выход которого подключен к второму входу первого делителя 35, и схему 40 автоматической регулировки усиления, вход которой подключен к выходу перврго детектора 4, а выход - к второму входу усилителя 5 низкой частоты, выход которого соединен с первым входом частотомера 26, второй вход которого соединен с первым входом интегратора 7 и с выходом первого коммутатора 6, вход которого соединен с выходом четвертого детектора 31. Второй вход интегратора 7 подключен к выходу второго элемента 27 совпадения, а выход подключен к входам второго сумматора 39, запоминающего элемента 33 и первому входу второго делителя 37, второй вход которого соединен с вторым выходом запоминающего эпемента. Первый выход первого формирователя 1О соединен с входом второго дифференцирующего элемента ЗО, а второй выход - с вторым входом первого элемента 22 совпадения. Второй вход умножителя 36 соединен с выходом второго делителя 37, третий вход - с выходом блока 38 ввода данных, а выход - с вторым входом регистратора. Геометрическая ферма левого желу дочка сердца у здоровых людей с достаточной степенью точности может быть принята эллипсоидом вращения, ориентация малого диаметра D которого совпадает с направлением локации сердца при УЗДК (из Ш-1У межреберья слева у грудины в геометрический центр желудочка). Величина большого диаметра об примерно вдвое больще значения малого. С учетом указанного, объем левого желудочка может быть представлен как . Значение сердечного выброса &V представляет собой разность объемов желудочка в конце систолы YC и диастоль , : ), где и DQ - значения конечнодиастолического и конечносистолического диаметров желудочка. Использование УЗДК не позпопяет про изБоцить непосредственное измерение величин Df-j оцняко обеспечивает измерение перемещений F задней стенки желудочка по интегральным значениям частоты в фазе изгнания F . Подставляя формулу (З) в (2), осу ществпяя промежуточные выкладки и пре небрегая членами второго порядка мапоо ти, получим. bV 5 BclD -vF). (4) Относительные изменения ударного объема при воздействиях на гемодинамику определяются соотношением (cB4-Ps) V FcpDccp() где /sVp, ийУ значения ударного объема при воздейст ВИИ на гемодинамик и в исходном состоя нии; DCB«DC P соответствующие зн чения конечносистолического диаметра желудочка. Устройство обеспечивает непрерывное автоматическое определение динамики ударного объема крови в реальном мае-, штабе времени по соотношению (5). В условиях воздействий на человека J факторов внешней среды (перегрузок, гипоксии, вестибулярных воздействий и др.) или операторской деятельности, сопровождающихся смещениями позиции сер дца, для достоверного определения динамики ударного объема увеличена эффективная площадь приемной апертуры. Дня этого в устройство введено не менее гр приемных преобразователей ультразвука, а выходы всех приемных элементов подсоединены к общему сумматору. Минин мапьное количество преобразователей определяется необходимостью их размещения по окружности в вершинах вписан ного в окружность равнйстороннего треугольника с центром в зоне расположения приемо-передающего датчика. Такое построение акустической системь обеспе чивает перекрытие всех возможных про- . странсгвенных зон приема. Устройство работает следующим образом. Генератором 1 вырабатываются электромагнитные колебания, которые с помощью излучающего элемента приемопередающего преобразователя 2, установленного в зоне проекции левого )кепудочка сердца обследуемого, преобразуются в ультразвуковые волны, которыми осуществляется локация кардиоструктур, Приемнъ1м элементом преобразователя 2, а также приемными преобразователями 11-13, установленными в зоне проекции сердца на общей фиксирующей площадке 14, осуществляется простра ственная селекция отраженных от стенки миокарда акустических волн. В приемном тракте производится сложение отраженных волн сумматором 15 далее с помощью усилителя 3 высокой частоты первого детектора 4, усилителя 5 низкой частоты и схемы 4О- автоматической регулировки усиления осуществляется усиление, детектирование и существенное уменьшение динамического диапазона уровня сигналов. Частото мером 26 измеряется допплеровский сдвиг частоты сигналов, пропорциональный средней скорости движения стенки миокарда. С помощью электродов 8 н усилителя 9 биопотенциалов регистрируется электрокардиограмма. Из зубцов Р электрокардиограммы первым формирователем 10 производится генерирование строба с длительностью, равной минимальной продолжительности системы желудочков сердца. Синхронно с первичным преобразователем 16 сфигмоартериограммы, фотоэпектрического или механоэлектрического типа, подключенным через фильтр 17 низкой частоты к усилителю 18, регистрируется пульсовая волна (например, с проекции височной артерии). Сигнал первой производной сфигмоартериограммы, полученный на выходе первого дифференцирующего элемента 19, поступает на второй 20 и третий 28 детекторы с противоположной проводимостью. Второй детектор 20 выделяет отрицательные пики первой производной, соответствующие ннйизуре г пульсовой волны (т.е. моментам окончания систолы желудочков), ч;ретий детектор 28 выделит попожнтепьные пики производной, формирующиеся дважды в течение каждого сердечного цикла в моменты начала фазы изгнания и фазы наполнения желудочков кровью. Зубцы попожвтепьной полярности преобразуются вторым формирователем 21 и поступают на первый элемент 22 совпадения, на второй вход которого посту пает строб, сформированный из ЭКГ. В результате на выходе элемента 22 выделяется импульс, начало которого соответствует первому попожитепьному пику первой производной сфигмоартериограк мы (т.е. началу фазы изгнания). Этот импупьс изменяет состояние, триггера 23, сигнал с выхода которого осуществпяет временную селекцию импупьсов с выхода частотомера 26 с помощью второго элемента 27 совпадения. .Формирование заднего фронта сигнала с выхода триггера 23 производится отрицательным пиком первой производной сфигмоартериограммы, поступающим с выхода третьего детектора 28 через третий формирователь 29 йа вход триггера 23. В результате на интегратор 7 в течение фазы изгнания крови поступает напряжение, пропорцио-i нальное скорости движения стенки миокарда. На выходе интегратора 7 формируется сигнал, пропорциональный перемещению F стенки левого желудочка в этой фазе сердечного цикла.

Сигнал перемещения стенки желудочка поступает на запоминающий элемент 33, соединенный с отметчиком 32, с помощью Которых фиксируются исход№ е значения Г«в в начале физиологического обследования. Исходные Т и текущие F начешш перемещения (исходные значения усредшлются по фиксированному числу сердечных циклов) совместно с напряжением, пропорциональным среднестатистическим показателям и1) , поступающим. с блока 38 ввода данных, суммируются соответственно третьим 34 и вторым 39 сумматорами. С помощью первого делителя 35 отнощений определяется велиFg)/(t) Рф). Второй дечина (Dee

литель 37 измеряетзначение Fg/IJp. На вхощ умножителя 36 поступают сигналы с выходом, делителей 35 и 37, а также величина DCS /Рсф с блока 38 ввода данных. На выходе умножителя 36 фори. мируется снгнал, пропорциональный ди- . вамике выброса крови А VB /А Уф и поступаюхций на регистратор 25, работой которотю управляет второй коммутатор

24, подключенный к инвертирующему вы ходу триггера 23 (подключается к умножителю 36 только в фазе аиастолы, т.е. после окончания рабочих операций вычиолeнияAVp ).

Первый коммутатор 6, подсоединенный через второй дифференцирующий элемент 30 и четвертый детектор 31 к первому формирователю Ю, управляет работой частотомера 26 и интегратора 7 в ритме сердечных сокращений, осуществляя кратковременный сброс потенциалов с нако пительных элементов интегратора 7 в начале каждого сердечного цикла.

Таким образом, регистратором 25 осуществляется непрерывная запись динамики выброса крови по каждому сердечному циклу в течение всего физиолопиеского обследования.

Устройство, позволяет осуществлять непрерывное автоматическое измерение динамики ударного объема сердца, атакже повысить точность измерений при смещениях позиции сердца, что обеспечивает оперативную, оценку состояния сердечнососудистой системы в реальном масщтабе времени обследования в процессе функциональных проб н воздействий на гемодинамику, необходимую для повышения беаoiracHocTH физиологических экспериментов и уточнения выбора текущих режимов воздействия на организм; снижение времени измерения и трудоёмкости рабоиих операций 1Ю расшифровке н анализу ф(1зкологической инфори1ании; повышение достовер.. ности и надежности измерения выброса крови в условиях операторской деятельности при воздействии на организм специических и неспецифических факторов внеш ней среды; возможность измерения динаики выброса крови без предварительного бучения медицинского персонала методиам расшифровки УЗДК, электрокардиорамм н сфит оартериограмм; эффективое использоЁвние Ьремени, затрачиваеого медицинским Еюрсонапом на функиональное обследование пациентов.