Спектроанализатор кардиосигналов Советский патент 1985 года по МПК G01R23/00 G01R23/16 

3. Спектроанапизатор по п. 1, отличающийся тем, что блок вьщеления импульса синхронизации содержит четыре элемента И, два блока сравнения, регистр сдвига триг гер, счетчик и ждущий мультивибратор причем выход первого элемента И соединен с первым входом первого блока сравнения и входом регистра сдвига, выход которого подключен к второму входу первого блока сравнения, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первыми входами второго и третьего элементов И, а их вторые входы подключены к шине управления каналом синхронизации,, выход второго элемента И соединен с входом установки триггера в 1 и входом записи регистра сдвига, выход третьего элемента И подключен к входу установки в О триггера, прямой выход которого соединен с вхо дом сброса счетчика, а инверсный выход - с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к входу тактовой частоты, а егб выход - к счетному входу счетчика, выход счетчика соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с шиной константы, выход второго блока сравнения подключен к входу ждущего мультивибратора, выход которого соединен с входом сдвига регистра сдвига и выходом блока выделения импульса синхронизации, входы первого элемента И соединены с п-разрядной информационной шиной. 4. Спектроанапизатор по п. 1, .отличающийся тем, что блок выбора участка обработки содержит два блока сравнения, два счетчика, два мультиплексора, два сумматора-вычитателя, элемент И, регистр, инвертор, бл оперативного.запоминающего устройства {и блок задержки, причем счетные входы первого и второго счетчиков, первьй вход элемента И и вход блока задержки подключены к шине управле- кия каналом обработки, первый вкод 1 первого сумматора-вычитателя соединен с шиной задания кода начала анализируемого участка, а второй его вход с выходом инвертора, вход которого подключен к щине константы, первый вход первого блока сравнения соединен с шиной задания кода длительности анализируемого участка, второй вход - с выходом первого счет-, чика, а его.выход - с шиной импульса конца обработки анализируемого участка, первьй информационный вход первого мультиплексора и вход записи регистра соединен с шиной импульса , синхронизации, второй информационный вход первого мультиплексора соединен с выходом второго блока сравнения, а его выход - с входом сброса первого счетчика и шиной импульса запуска блока синхронизации, вход управления первого сумматора-вычитателя подключен к шине задания .знака начала анализируемого участка, выход - к первому входу второго сумматора-вычитателя, а выход знакового разряда - к второму входу элемен-., та И, входу управления второго сумматора-вычитателя к входу управления первого мультиплексора, вькод элемента И соединен с входом управления второго мультиплексора, выход которого подключен к адресному входу блока оперативного запоминающего устройства, вход Запись-считьгоание которого соединен с выходом блока задержки, выход втЬрого счетчика присоединен к перв.ому информационному зходу второго мультиплексора и к вторым входам второй схемы сравнения и второго сумматора-вычитателя, выход которого соединен с входом регистра и вторым информационным входом вто- : рого мультиплексора, выход регистра подключен к первому входу второго блока сравнения, информационный вход блока оперативного запоминающего устройства присоединен к п разрядной информационный щине, а его выход к третьему выходу блока выбора участка обработки.

1 1

Изобретение относится к медицинкому приборостроению и может быть спользовано в экспериментальной клинической практике.

Устройство позволяет производить спектральный анализ отдельных участков кардиосигналов, что дает возможность разделить полученную информацию по фазам сердечного цикла и тем самым повысить ее диагностическую значимость.

Известен спектроанализатор биологических сигналов, содержащий коммутатор, блоки усиления первого и второго каналов, аттенюатор, схему управления аттенюатором, блок формирования контрольного сигнала, блок вьщеления импульса синхронизации, аналого-цифровой преобразователь, блок контроля. Цифровой фильтр и блок синхронизации и управления Щ .

Известное устройство не обеспечивает измерение отдельных участков кардиосигналов, что резко снижает диагностическую значимость получаемой информации.

Известен также анализатор спектра кардиосигналов, содержащий блок синхронизации, многоканальный усилитель-преобразователь, первые входы которого соединены с датчиками входного сигнала,.блок вьщеления импульса синхронизации, блок управления и цифровой фильтр, первый вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, второй выход последнего - с вторым входом многоканального усилителя-преобразователя, выходом подключенного к входу блока вьщеления импульса синхронизации С2 .

Недостатком известного анализатора является низкая точность измерения участков кардиосигналов. Анализатор .позволяет выбрать для анализа. только участки следующего за импульсом синхронизации цикла сердечного сокращения, что ввиду измерения периода, определяемого различными физиологическими факторами, приводит к резкому снижению точности измерения амплитудно-частотного и особенно фазочастотного спектра этих участков.

Цель изобретения - повьшение точности измерений за счет возможности вьзделения отдельных участков иссле703712

дуемого сигнала в реальном масштабе времени.

Поставленная цель достигается тем, что в спектроанализатор кардио5 сигналов, содержащий блок синхрони,зации, многоканальный усилитель-преобразователь, первые входы которого соединены с датчиками входного сигнала, блок вьщеления импульса синхронизации, блок управления и цифровой фильтр, причем первьй выход блока синхронизации соединен с первым входом цифрового фильтра, а второй его выход - с вторым входом много-

5 канального усилителя- преобразователя, выход которого подключен к вхо- ду блока вьщеления импульса синхронизации, дополнительно введен блок рыбора участка обработки, первьй

Q вход которого соединен с блоком управления, первьй и второй выходы соединены с соответствующими входами блока синхронизации, третий выход которого присоединен к второму

5 входу блока вьщеления импульса синхронизации, второй выход многоканального усилителя-преобразователя подключен к третьему входу блока вьщеления импульса синхронизации и одновременно к второму входу блока выбора участка обработки, третий выход . которого соединен с третьим выходом многоканального усилителя-преобразователя, выход блока вьщеления импульса синхронизации соединен с четвертым входом блока выбора участка обработки, четвертый вход блока вьщеления импульса синхронизации и пятый вход блока выбора участка обработки объединены и подключены к шине константы, третий выход блока выбора участка обработки соединен с вторым входом цифрового фильтра.

Многоканальный усилитель-преобразователь со ержит последовательно соединенные счетчик, дешифратор i. m-входовый коммутатор, усилитель и п-разрядный аналого-цифровой преобразователь, причем выходы дешифрато,ра подключены к информационным входам первого и второго мультиплексоров, а к их входам управления подключены соответственно первый и второй выходы блока управления выбором канала обработки и синхронизации, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с п-разрядной информационной шиной, выходы первого и второго мультиплексоров подключены соответст венно к шине управления каналом обработки и шине управления каналом синхронизации, вход аналого-цифровог преобразователя и счетный вход счетчика присоединены к второму входу мног канального усилителя-преобразователя nepBbfe входы которого соединены с ин формационными входами т-входового коммутатора. Блок вьщеления импульса синхронизации содержит четыре элемента И, два блока сравнения, регистр сдвига, триггер, счетчик и ждущий мультивибратор, причем выход первого элемента И соединен с первым входом первог блока сравнения и входом регистра сдвига, выход которого подключен к второму входу первого блока сравне ния,, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первы ми входами второй и третьей элементов И, а их вторые входы подключены к шине управления каналом синхронизации, выход второго элемента И соединен с входом установки триггера в 1 и BxdAOM записи регистра сдвига, выход третьего элемента И подключен к входу установки в О триггера, прямой выход которого соединен с входом сброса счетчика, а инверсный выход - с первым входом четвертого элемента И, второй вход кото рого подключен к входу тактовой часто ты, а его выход - к счетному входу счетчика, выход счетчика соединен с первым входом вто,рого блока сравне ния, второй вход которого соединен с шиной константы, выход второго бло ка сравнения подключен к входу ждуще го мультивибратора, выход которого соединен с входом сдвига регистра сдвига и выходом блока вьщеления импульса синхронизации, входы первого элемента И соединены с п-разрядной информационной шиной. Блок выбора участка обработки содержит два блока сравнения, два счетчика, два мультиплексора, два сумматора-вьгчитателя, элемент И, регистр, инвертор, блок оперативного запоминающего устройства и блок задержки, причем счетные входы первого и второго счетчитков, первый вход элемента И и вход блока задержки подключены к шине управления каналом обработки, первый вход первого сумматора-вь:1читателя соединен с шиной задания кода начала анализируемого участка, а второй его вход - с выходом инвертора, вход которого подключен к шине константы, первый вход первого блока сравнения соединен с шиной задания кода длительности анализируемого участка, второй вход с выходом первого счетчика, а его выход - с шиной импульса конца обра ботки анализируемого участка, первьй информационный вход первого мультиплексора и вход записи регистра соединены с шиной импульса синхронизации, второй информационный вход первого мультиплексора соединен с выходом второго блока сравнения, а его выход - с входом сброса первого счетчика .и шиной импульса запуска блока синхронизации, вход управления первого сумматора-вычитателя подключен к шине задания знака начала анализируемого участка, выход - к первому входу второго сумматора-вычитателя, а выход знакового разряда - к второму входу элемента И, входу управления второго сумматора-вычитателя и входу управления первого мультиплексора, выход элемента И соединен с входом управления второго мультиплексора, выход которого подключен к адресному входу блока оперативного запоминающего устройства, вход Запись-считывание которого соединен с вькодом блока задержки, выход второго счетчика присоединен к первому информационному входу второго мультиплексора и к вторым входам второй схемы сравнения и второго сумматора-вычитателя, выход которого соединен с входом регистра и вторым информационным вхо. дом второго мультиплексора, выход регистра подключен к первому входу второго блока сравнения, информационный вход блока оперативного запоминающего устройства присоединен к п-разрядной информационной шине, а его выход - к третьему выходу блока выбора участка обработки. На фиг. 1 приведена структурная схема спектроанализатора кардиосигналов; на фиг. 2 - функциональная схема многоканального усилителя-преобразователя; на фиг. 3 - функциональная схема блока вьщеления импульса синхронизации; на фиг. 4 - функциональная схема блока выбора участка обработки.

Устройство содержит (фиг. 1) блок 1 синхронизации, через многоканальный усилитель-преобразователь 2, соединенный с первым входом блока 3 5 вьзделения импульса синхронизации, последовательно соединенные блок 4 управления, блок 5 выбора участка обработки и цифровой фильтр 6, второй вход которого соединен с вторым выхо- 10 дом блока 1 синхронизации, третий вьгход которого связан с вторым входом блока 3, третий вход которого подключен к второму входу блока 5 и второму выходу усилителя-преобра- 15 зователя, третий вьгход которого соединен с третьим входом блока 5, выходы которого соединены с входами блока 1 синхронизации. Усилитель-преобразователь 2 содержит (фиг. 2) 20 т-входовый коммутатор 7, выход которого подключен к входу усилителя 8, мультиплексор 9, один вход которого подключен, к выходу дешифратора 10 и входу коммутатора 7, а другой 25 к выходу блока 11 управления выбором канала обработки и синхронизации, счетчик 12, выход которого соединен с входом дешифратора 10, а вход с входом п-разрядного аналого-цифро- 30 його преобразователя (АЦП) 13,.вто- ; рой мультиплексор 14, подключенный к выходу блока 11 и дешифратора 10, -разрядную информационную пщну 15, шину 16 управления каналом обра- 35 ботки и шину 17 управления каналом синхронизации.

Блок 3 содержит (фиг. 3) первый элемент И 18, подключенный к регистру 19 сдвига с параллельным входом, 40 второй элемент И 20, первый выход которого соединен с вторым входом регистра 19 и первым входом триггера 21, ждущий мультивибратор 22, подключенный к третьему входу регист-45 ра 19, первьш блок сравнения 23, через третий элемент И 24 соединенньш с вторым входом триггера 21, К последовательно соединенные четвер-. тый элемент И 25, счетчик 26 и вто- 50 рой блок 27 сравнения, выходом подключенный к входу ждущего мультивибратора 22.

Блок 5 (фиг. 4) содержит первый блок 28° сравнения, первый счетчик 29, первый мультиплексор 30, элемент И 31, первый вход которого соединен с вхоом первого счетчика 29, а второй с первым выходом сумматора-вычитателя 32, второй вьгход которого соединен с первым входом сумматора-вычитателя 33 через регистр 34, и блок 3 сравнения, подключенный к второму входу мультиплексора 30, регистр 34 инвертор 36, второй счетчик 37, через мультиплексор 38 соединенный с входом оперативного запоминающего устройства 39, блок 40 задержки, шину 41 задания кода начала анализируемого участка, шину 42 задания знака начала анализируемого участка, шину 43 задания кода длительности анализируемого участка, шину 44 импульса конца обработки анализируемого участка и шину 45 импульса запуска блока синхронизации.

Устройство работает следующим образом.

Источниками .иселедуемых сигналов служат датчики различных кардиологических или биологических сигналов, подключаемые к входам т-входного коммутатора 7 многоканального усилителя-преобразователя 2, где-число m определяется необходимым максимальны

числом датчиков входных сигналов.

I

От блока 1 синхронизации на счетный вход счетчика 12 и вход частоты кодирования п-разрядного АЦП 13 многоканального усилителя-преобразователя 2 (фиг. 2) поступает частота mf),, где f| - частота кодирования наиболее высокочастотного сигнала, определяемая теоремой Котельникова. Выходы счетчика 12 подключаются к входам дешифратора 10, выходы которого управляют т-входовым коммут тором 7 и одновременно подаются на информационные входы мультиплексо- ров 9 и 14. Тем самым на выходе т-входового коммутатора 7 с периодом ,вырабатьшается сигнал, представляющий собой упорядоченную последовательность амппитуд всех гавходных сигналов сдлительностью каждого из них, равной 1/mf|, который через усилитель 8 поступает на вход АЦП 13, где преобразуется в последовательность двоичных кодов с шагом квантования 2 . Число разрядов АЦП п определяется требуемой точностью измерения спектральных составляющих и характеристиками входных сигналов, С выхода АЦП 13 коды выборок сигналов поступают по п-разрядной информационной шине 15 на информационные входы блока 3 выделения импульса синхронизации и блока 5 выбора участ ка обработки. Блок 4 управления (например, клавишный переключатель), задавая коды на управляющие входы мультиплексоров 9 и 14, формирует на их выходах соответственно команды ттравления каналом обработки и каналом синхронизации, совпадаюш 1е по времени с временем код|1рования выбранных каналов, которые по шинам 16 управления каналом обработки и 17 управления каналом синхронизации поступают соответственно на входы управления блока 5 выбора участка обработки и блока 3 выделения импуль са синхронизации. Коды выборок сигналов, представляющие собой (п-1) разряд кодов модулей амплитуд и их знак, поступают по п-разрядной информационной ши, не 15 на входы элемента И 18 блока 3 . выделения импульса синхронизации (фиг. 3), причем (п-1) разряд кодов модулей амплитуд поступает на первый вход элемента И 18, а знак или инвер сия знака - на второй его вход. Управление знаком или его инверсией позволяет коммутировать на выходе элемента И 18 коды только отрицател ных или положительных выборок, что дает возможность формирования импул са синхронизации TO от максимума положительной или отрицательной : полярности сигнала синхронизации, в качестве которого выбирается одно из отведений электрокардиосигнала, где превьшение R-зубца остальных элементов электрокардиосигнала составляет не менее 6 дБ. С выхода эле мента И 18 модуль кодов выборок поступает на первьй вход блока сравне ния 23 и вход регистра 19 сдвига, в ход которого соединен с вторым входом блока сравнения 23. При превьше нии кодом текущей выборки N кода выборки N. , хранящегося в регистре 19 сдвига в момент времени, опре деляемый командой управления канало синхронизации, поступающей по шине 1 управления каналом синхронизации, на выходе элемента И 20 формируется импульс, производящий запись в регистр 19 сдвига нового значения кода N и одновременно установку триг гера 21 в положение 1, единичный. выход которого осуществляет при этом брос счетчика 26, а нулевой запрещает прохождение частоты f через элемент И 25 на счетный вход счетчика 26. В случае поступления кода текущей выборки NH меньше значения, хранящегося в регистре 19 сдвига в момент времени, определяемый командой управления каналом синхронизации, на выходе элемента И 24 формируется импульс установки триггера 21 в нулевое состояние. Через элемент И 25 на счетный вход счетчика 26 поступает частота f , и счетчик 26 считает до поступления импульса сброса (в случае локал-ьного максимума сигнала) либо до значения константы, определяемой максимальной длительностью R-зубца (0,2-0,25 с) const T /f., где 1ft, - максимальная длительность R-зубца электрокардиосигнала. Во втором случае при совпадении кода счетчика 26 с кодом константы блока 27 сравнения через ждущий мультивибратор 22 формируют заданной длительности импульс синхронизации TO, которьй поступает на вход синхронизации блока 5 выбора участка обработки, и одновременно производят сдвиг вправо максимального значения кода выборки, хранящегося в регистре 19 сдвига с параллельным входом. Тем самым устанавливается уровень порога, равный половине значения максимальной выборки R-зубца, на следующий цикл работы блока 3 выделения импульса синхронизации, что позволяет исключить формирование ложного импульса То от других элементов электрокардиосигнала. Команда управления каналом обработки по шине 16 поступает на счетные входы счетчиков 29 и 37 (фиг.4), вход элемента И 31 и вход блока 40 задержки. На выходе счетчика 37 непрерывно формируется код адреса записи в оперативное запоминающее устройство 39 (ЗапОЗУ), которьй поступает на информационный, вход мультиплексора 38 и входы сумматора-вычитателя 33 и блока 35 сравнения. Блок 4 управления (например, клавишный переключатель) вырабатывает коды начала, знака и длительности анализируемого участка, поступающие по щинам 41 - 43 соответственно

на вход су1Ф1атора-вычитателя 32, на его вход управления и на вход блока 28 сравнения. Код начала анализируемого участка определяет временное положение начала участка обработки с дискретом, равным или кратным |f.ц а знак - опережение или отставание начала участка обработки относительно максимзп а R-зубца электрокардиосигнала, Сумматор-вычитатель 32 производит коррекцию кода начала анализируемого участка на величину задержки импульса синхронизации Т относительно максимума R-зубца электрокардиосигнала, определяемую константой, поступающей через инвертор 36 на второй вход сумматора-вычитателя 32. Состояние выхода знакового разряда сумматора-вьитателя 32 показывает направление смещения начала анализируемого участка относительно момента времени формирования импульса синхронизации Т и тем самым определяет режим работы блока 5 выбора участка обработки, управляя по шине Sign режимом работы сумматрравычитателя 33 и мультиплексора 30, а также состоянием элемента И 31. Если на шине Sign сформирован поло жительный знак, что означает запаздывание .времени начала обработки относительно момента формирования импульса синхронизации TO, то сумматор-вычитатель 33 производит операцию еложения текущего кода Зап.Озу с кодом сумматора-вычитателя 32, по им пульсу синхронизации TO результат суммирования заносится в регистр 34. В момент сравнения кода Зап.ОЗУ

и кода, занесенного в регистр 34,

.на выходе блока 35 сравнения формируется импульс, который, пройдя че.рез мультиплексор 30, поступает на вход сброса счетчика 29 и производит запуск блока 1 синхронизации по шине 45. Счетчик 29 начинает считать из нулевого положения до сравнения с кодом длительности анализируемого участка. В этот момент на блоке 28 сравнения вырабатывается импульс конца обработки анализируемого участка, который по шине 44 поступает на вход управления концом обработки блока 1 синхронизации. В этом режиме положительный знак по шине Sign устанавливает постоянное значение на выхо,де элемента И 31 и тем самым определяет прохождение через мультиплексор 38 только кода Зап.ОЗУ, поступающего на адресные входы оперативного запоминаняцего устройства 39, т.е. запись и считывание информа1ЩИ, происходящие за период 1/fjt и определяемые командой, поступающей с выхода блока 40 задержки, производятся по одному и тому же адресу Если же на шине Sign сформирован отрицательный знак, что означает опережение времени начала обработки относительно момента формирования импульса синхронизации Т.,, то сумматор-вычитатель 33 производит операци вычитания и вырабатьшает код адреса считывания оперативного запоминающего устройства 39 (Сч.ОЗУ), поступающий на вход мультиплексора 38 В этом режиме на выход элемента И 31 проходит команда управления каналом обработки, которая, управляя мультиплексором 38, обеспечивает на адресных входах оперативного запоминающе го устройства 39 установку адреса Зап.ОЗУ в момент времени записи и адреса Сч.ОЗУ в момент времени считывания. В этом режиме в качестве импульса запуска блока 1 синхронизации используется импульс синхронизации TO, проходящий через мультиплексор 30, а работа счетчика 29 и блока 28 сравнения происходит аналогично. Таким образом, на выходе оперативного запоминающего устройства 39 ко времени начала обработки, определяемому импульсом запуска блока 1 синхронизации, устанавливается информация, соответствующая выбранному каналу обработки и заданному времени начала анализируемого участка и поступающая на информационный вход измерительного канала цифрового фильтра 6.

Импульсы запуска блока синхронизации и конца обработки анализируемого участка, поступающие от блока 5 выбора участка обработки на соответствующие входы блока 1 синхронизации (фиг.. 1), формируют старт-стопный режим управления цифровым фильтром 6 в качестве которого может быть использован, например, цифровой фильтр реализующий алгоритм дискретного преобразования Фурье. Формирование серий mf J, и f, производится непрерывно. Решение задачи измерения отдель ньк участков кардиосигналов, опережающих R-зубец электрокардиосигнала и относящихся к одному и тому же ЦИК-.

лу сердечного сокращения, в реальсосудистой системы. ном масштабе времени существенно повысило точность измерений и значимость полученной информации о мсрфо5 функциональном состоянии сердечно

1. СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР КАРДИОСИГНАЛОВ, содержащий блок сиихро.низации, многоканальный усилительпреобразователь, первые входы которого соединены с датчиками входного сигнала, блок выделения импульса синхронизации, блок управления и цифровой фильтр, причем первый выход блока синхронизации соединен с первым входом цифрового фильтра, а второй его выход - с вторым входом многоканального усилителя-преобразователя, выход которого подключен . в входу блока выделения импульса синхронизации, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него дополнительно введен блок выбора участка обработки, первьй вход которого соединен с блоком управления, первый и второй выходы соединены с соответствующими: входами блока синхронизации, третий выход которого присоединен к второму входу блока вьщеления импульса син хронизации, второй выход многоканального усилителя-преобразователя подключен к третьему входу блока выделения импульса синхронизации 1 одновременно к второму входу выбора участка обработки, третий вход которого соединен с третьим выходом многоканального усилителя-преобразователя, выход блока вьщеления импульса синхронизации соединен .и с четвертым входом блока выбора .. участка обработки, четвертый вход блока вьщеления импульса синхронизации и пятьм вход блока выбора участка обработки объединены и подключе- ны к шине константы, третий выход блока выбора участка обработки соединен с вторым входом цифрового фильтра. 2. Спектроанализатор по п.1, о тi личающийся тем, что много(Л канальный усилитель-преобразователь содержит последовательно соединенные счетчик, дешифратор,m-входовый ком мутатор, усилитель и п-разрядный аналого-цифровой преобразователь, причем выходы дешифратора подключены к информационным входам первого и второго мультиплексоров, а к их входам управления подключены соответственно первьй и второй вьрсоды блока управления выбором канала обработкии синхронизации, выход анас лого-цифрового преобразователя соединен с п-разрядной информационной шиной, выходы первого и второго мультиплексоров подключены соответственно к шине управления каналом обработки и к шине управления каналом синхронизации, вход аналого-цифрового преобразобателя и счетный вход счетчика присоединены к второму входу многоканального усилителя-преобразователя, первые входы которого соединены с информационными входами га-вкодового коммутатора.

Фиг.1

От damifUKoB кардиоси-гнапоб 1..-т

VI

и

/

1

16

фиг.2

77

15 (п-1) разряд Sign-t-sigh is

иг.З «S/ioffjU «5 KSmgi if К Улику 6