Устройство для измерения частоты пульса Советский патент 1986 года по МПК G01R23/02 A61B5/02 

менты , элемент И, элемент за прета и элемент задержки, причем синхровход триггера соединен с пер вым входом элемента И и является синхровходом блока управления, выход элемента И, соединенного вторым входом с прямым выходом триггера и первым входом первого элемента И-НЕ, является выходом поин- тервальных синхроимпульсов блока у равления, выход первого элемента И-НЕ, соединенного вторым входом через элемент задержки с инверсным выходом триггера и первым входом второго элемента И-НЕ, явля ется, выходом гасящих импульсов блока управления, выход второго элемента И-НЕ, соединенного вторым входом с R -входом триггера и выходом третьего элемента И-НЕ,-со- едине,н с входом Запрет элемента запрета, выход которого соединен с S-входом триггера, а информационный вход обьединен с вторым входом третьего элемента И-НЕ и является управляющим входом блока управления.

3. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что блок адаптации содержит счетньй Т -триг гер и -К-триггер, соединенный входом К с источником нулевой логической константы, элемент И, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы НЕ, первый и второй элементы задержки и элемент И/И-НЕ, причем объединённые между собой синхровходы триггеров, вход первого элемента НЕ и первого элемента задержки являются синх ровходом блока адаптации, выходы первого элемента НЕ и первого элемента задержки соединены с входами элемента И/И-НЕ, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, объединенные .между собой R-входы триггеров, первый вход элемента И и вход второго

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть

элемента НЕ являются гасящим входом блока адаптации, выход второго элемента ИЛИ, соединенного входами с прямьти выходами триггеров, является информационным выходом блока адап - тации, выход элемента И, соединенного вторым входом через второй эле- мент задержки с инверсным выходом элемента И/И-НЕ, является первым управляющим выходом блока адаптации, а выход первого элемента ИЛИ, соеди- ненного с выходом второго элемента НЕ, является вторым управляюпц1м выходом блока адаптации.

г . 4. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что преобразователь код - частота содержит первый и второй элементы И, элемент ИПИ-НЕ, элемент ИЛИ и триггеры формирования младших по весу двоичных частотных компонент, информацион ные входы и синхровходы каждого из которых являются информационным входом и соответственно синхровходом формирования соответствующей по весу двоичной частотной компоненты преобразователя код - частота, старшим по весу информационным входом которого является первый вход первого элемента И, второй вход которого является синхровходом старшей по весу двоичной частотной компоненты преобразователя код - частота, первый вход второго элемента И объединен с,третьим входом первого элемента И и с R -входами триггеров и является синхровходом преобразователя код - частота, а второй вход соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, соединенного входами с информационными входами преобразователя код - частота, информационным выходом которого является выход элемента ИЛИ, соединенного соответствующими вхоами с нулевыми выходами триггеров и с выходами первого и второго элементов И.

использовано в медицине для регист- I .

рации и анализа частоты сердечных

сокращений или дыхания пациента..

Цепь изобретения повьш ние ста тистической точности измерений за . счет автоматического включения в объем выборки каждого последующего периодического цикла измерения скользящего.среднего значения час тоты пульса по результатам уже веденных измерений RR -интервалов во втором полупериоде предыдущего цикла, обеспечение биологического упраления процессом измерения путем синронизации начала и конца каждого цила измерений по пульсовой волне пациента.

На фиг. 1- изображена функциональная схема устройства; на фиг.2, 3 и 4 - соответственно функциональные схемы блока его управления, блока адаптации и преобразователя код частота.Устрбйство для измерения частоты пульса (фиг. 1) содержит селектор 1 входного сигнала, блок 2 управления, первый 3, второй 4 и третий 5 счетчики, масштабный счетчик 6 деления тактовой частоты, генератор 7 тактовых импульсов, блок адаптации, преобразователь 9 код - частота, управляемый делитель 10 частоты, регистр 11, блок 12 индикации, информационный выход 13 селектора 1 входного сигнала, входную управляющую шину 14 сигналов пуска, соединенную с управляющей входом блока 2 управления, шину 15 пойн- тервальных синхроимпульсов блока 2 управления, соединенную со счетным входом счетчика 4 и с синхровходом V регистра 11, шину 16 гасящих импульсов блока 2 управления, соединенную с гасявщм входом блока 8 адаптации и R -входаьш второго счетчика 4 и маситабного счетчика 6 деления тактовой частоть, первая 17 и вторая 18 управляющие шины блока 8 адаптации, соединенные соответственно с R-входом счетчика 5 и синхровходом V установки начального кода счетчика 3, информационный выход 19 блока 8 адаптации соединен со старшим по весу информационным входом В преобразователя 9, а синхровход 20 блока адаптации соединен со старшим по весу (т-11-разрядным выходом счетчика 4, где m 2og М, а М - максимальный

объем выборки при каждом периодическом цикле измерений, при котором число проводов в шине 21, соединяющей разрядные выходы масштаб5 ного счетчика 6 с одноименными по весу синхровходами преобразователя 9, равно m 209 М. При этом управляющие входы счетчика 3 соединены с одноименными разрядны0 ми выходами счетчика 5, разрядные выходы счетчика 3 соединены с одноименными управляющими входами управляемого делителя 10 частоты через регистр. В то же время выход

5 генератора 7 тактовых импульсов соединен с счетным входом масштабного счетчика 6 деления тактовой частоты и с синхровходом С преобразователя 9 код - частота, у ко-

0 торого синхровходы формирования С,,0,...,С младших по весу двоичных частотных компонент суб- гармоник соединены с одноименными по весу разрядными выходами счет- 5 чика 6.„.

I ...

При этом блок 2 управления (фиг.2 содержит синхронный триггер 22, функционирующий в режиме защелки сигнала логической 1, первый 23,

второй 24 и третий 25 элементы И-НЕ элемент И 26, элемент 27 запрета, элемент 28 задержки и источник 29 единичной логической константы. В то же время блок 8 адаптации выпол-

35 нен в виде (фиг. З) счетного Т-триг- гера 30, 3-К-триггера 31, элемента И/И-Н Е 32, элемента И 33, первого 34 и второго 35 элементов ИЛИ, первого 36 и второго 37 элементов НЕ

40 первого 38 и второго 39 элементов задержки и источника 40 нулевой логической константы, изображенного в соответствии с ГОСТ 2.743-72. При этом такое построение блока 8 адап45 тации предусматривает в качестве счетного Т-триггера 30 дополнительный m -разрядный триггер счетчика 4j при котором 3-К-триггер 31 фз кцио- нирует в режиме защелки сигнала

50 лог. I.

Кроме того, предлагаемое устройство раскрывает также структурное построение преобразователя 9 код - частота, который в случае

55 рассматриваемого примера Щ 4, когда максимальный объем выборки М 2 16 может быть выполнен в ви де (фиг. 4) первого 41, второго 42

и третьего 43 триггеров формирования двоичных частотных компонент, первого 44 и второго 45 элементов И, элемента Ш1И--НЕ 46 и элемента ИЛИ 47. При этом на фиг. 4 синхровходы формироваиия двоичных частотных Компонент (субгармоник) преобразователя 9 в порядке возрастания их весов 2, .., 2 , где ш - раэрядность преобразователя 9, обозначены соответственно

С )С ау , . , ,С

1я

младшие по весу его

информационные входь обозначены D,D2,...,D , старший по весу информационный вход преобразователя 9 соединенный с информационным выходом 19 блока 8 адаптации, обозначен .

Устройство для измерения -пульса работает следующим образом.

Переключение устройства в режим регистрации осуществляется путем подачи в входную управляющую шину сигнала (уровня) логического О /положительная логика). При этом собственно процесс измерения частоты пульса пациента начинается с момента выделения селектором IR -зубца на пульсовой волне и вьщачей им сформированного импульса лог I на вход 13 блока 2 управления, В результате триггер 22 (фиг. 2) взво- дится в единичное состояние по срезу этого импульса (т.е. при переходе этого сигнала из состояния лог. 1 13 О), исключая за счет последнего возможность прохождения первого информационного сигнала лог. 1 в выходную управляющую шину 1 Зпоинтервальных синхроимпульсов

В то же время на другой выходной управляющей шине 16 блока 2 управления (фиг. 2) элементом И-НЕ 23 формируется гасящий импульс лог. О, длительность действия которого определяется элементом 28 задержки. Гасящий импульс лог. О с шины 16 производит обнуление маспт- табного счетчика 6 деления тактовой частоты и счётчика 4 по их R -вхо дам, по одноименному входу блока 8 адаптации производит установку в нулевое состояние его триггеров 30 и 31 (фиг. 3), а по выходным управляющим вганам 17 и 18 об- нуяяет также счетчик 5 и соответственно счетчик 4.o

5

0

5

0

Таким образом, в начале измерения на информационные входы преобразователя 9 код - частота выставляется нулевая комбинация, при которой в предлагаемом устройстве представленная на фиг. 4 конструк- ция преобразователя 9 обеспечивает выработку на своем выходе максимальной с весом равнь1м единице частоты Р. следования импульсов, равную частоте следования тактовых пульсов Fj.g генератора 7. Последнее обеспечивается за счет элемента ИЛИ-НЕ 46, деблокирующего (фиг.4) при наличии на его информационных входах нулевой комбинации элемент И 45, который в этом случае непосредственно транслирует на выход преобразователя 9 код - частота тактовые импульсы генератора 7.

В указанных условиях по истечении, первого межпульсового RR -интервала Tj сигнал лог. 1 с выхода селектора I поступает на синхро- вход 13 блока 2 управления, который через уже деблокированный элемент И 26 транслирует этот сигнал в управляющую шину 15. Указанный сигнал лог. 1 в качестве пойнтер- вального синхроимпульса производит перезапись в регистр П содержимого счетчика 3, показания которого (за счет его функционирования в режиме вычитания) в течение интервала времени Т( уменьшились на величину .

м - . т вр..- .л

(

0)

где 12 А - коэффициент пересчета масштабного счетчика 6 деления тактовой частоты, причем М 2 - коэффициент пересчета младших по весу m двоичных разрядов масштабного счетчика 6, а - частота тактового генератора 7.

В то же время указанный импульс лог. { с шины 15 сосчитывается счетчиком 4, который выставляет на управляющие входы преобразователя 9 код - частота двоичную комбинацию 00 (в нашем примере т-1 3). В результате на выходе преобразователя 9 генерируется последовательность импульсов с минимальной F Частотой F, К,„„ F,, /g Р,,„/2«. (2) В момент постзгпления (0,5 М+1) 9-и пульсовой волны пациента произоидет обнуление показаний счетчика 4, и сигнал переполнения старшего (m-l)-го разрядного выхода обусловит по синхровходу 20 блока 8 адаптации (фиг. 3) переключение триггера 30 в единичное состояние. В результате на О -входе триггера 31 установится уровень лог, 1, который через элемент ИЛИ 35 с выхода 19 поступит на старший по весу информационныйВ - вход преобразователя 9, обеспечивая соответствующее увеличение частоты следования импульсов наеговькоде. Существенно при этом, что по срезу этого сигнала переполнения выполняются две новые операции: первая с шины 18 в момент перехода сигнала лог. 1 в состояние лог. О происходит перезапись в счетчике 3 дво ичной информации, накопленной счет- чиком 5 в течение первых (0,5 М) циклов измерения RR -интервалов, вторая - на шине J 7 формируется короткий импульс лог. О с длительностью определяемой элементом 38 задержки, кото1и 1й с задержкой, вносимой эле-- ментом 39 (по отношению к сигналу на шине 18}.обнуляет счетчик 5, обеспечивая тем самым начало проме- ра им продолжительности следующих (0,5-М) RR- интервалов.

Таким образом, вплоть До пересче та счетчиком 3 первых М Межпульсо- вых RR- интервалов (М 16) период повторения выходных импуль- СОВ; делителя 10 частоты будет прямо пропорционален вводимому в регистр 1 текущему числу Ngpд. и обратно про- порционален выходной частоте Р if преобразователя 9. Иначе, по истечении нескольких (К { М) RR -ин- тервалсв, т.е. когда показания счетчика 3 уменьшатся на величину

N

вр,К;

k;

IlN,

F

.М у

ер г-А f:; v) счетчик 4 накопит К;

(3)

импульсов

выходная частота FK; преобразоваля 9 определится соотношением

К;

Г

If . с ,,, г ; у т ген 5

(4)

ТО выходная часть управляемого делителя 10 частоты составит величину .

,

JC; Ье«-г-Л

Ае

Ч,«;

,т

Г,

кГ ген }Тг

f,

ci-F

).

Т;

5 1015 20,-25 ЗО

с 1 40

45

50

55

где учтено, что 2 соотношение l) , а F ц. - среднее арифметическое значение частоты пульса паци- ента за первые Kj измеренных тервалов.

В момент- окончания измерения ИК-интервала и соответсвенно при переходе к измерению (м+1 )- го RR- интервала на информационные входы преобразователя 9.с разрядных выходов счетчика 4 вновь поступает нулевая двоичная комбинация, обуславливая (как показано выше) генерацию преобразователем 9 частоты F геи При этом указанному факту (фиг. 4) не противоречит то обстоятельство, что в момент окончания цикла измерения сигнал переполнения с ( разрядного выхода счетчика 4 по синхровходу 20 блока 8 адаптации взводит (защелкивает - ). в единичное состояние его J -К-триггер 31 (фиг. З), который до окончания измерений будет уже неизменно поддерживать уровень лог. на информационном выходе 19 блока адаптации .

В данной ситуации на управляющей шине 18 блока 8 адаптации формиру- ется импульс лог. 1, по которому происходит перезапись из счетчика 5 в счетчик 3 цифровой информации о продолжительности последних 0,5 М RR-интервалов. При этом указанная перезапись происходит заведомо поз- же того, как по сигналу принтерваль- ного синхроимпульса с шины 15 блока 2 управления будет занесена в регистр 11 информация со счетчика 3, а за счет элемента 39 задержки в блоке 8 адаптации (фиг. 3) -г заведомо раньше, чем сигналом с выхода J 7 будет произведено обнуление счетчика 5.

Таким образом, начиная с измерения (М+1)-го RR-интервала, начальный отсчет показаний счетчика 3 после регистрации каждых (0,3-м) ЯК-интервалов всегда уже будет производиться с цифровых данных о продолжительности предыдущих (0,5- М) RR-интервалов, которые периодически будут заноситься из счетчика 5 в счетчик 3. Соответственно, в указанных условиях блоком 8 адаптации (как было указано) всегда будет поддерживаться уровень лог. 1

на старшем по весу информацион-

9

ном 19 Л входе преобразоватв ля 9 код - частота, обеспечивая генерацию на его выходе импульсов в диапазоне частот от 0,5-Мдщ

0 5Рген Д° re« В результате выходная частота (соотношение 3, 4 и 5) управляемого делителя 10 частоты в указанных условиях будет зще составлять величину

р ,iJOjAl Jjai

Ае«

s.ZlTj 1,5 М - Г (6)

0,5

т

где V суммарная продолd .

жительность (0,5 М)RR -интервалов, измеренных счетчиком 5 в предыдущем цикле измерений и в цифровой форме переписанная (начисленная) в счетчик 3 в момент начала измерения уже К;-х RR -интервалов (1 Kj 0,5 М), продолжительност которых в соотношении (6) входит в виде скользящей суммы

г: Т

J

, Тогда из сопоставления соотношения (6) с соотношением (5) непосредственно следует, что в данном устройстве, начиная с регистрации (М+1)-го RR -интервала, обеспечивается резкое сужение вариации усредняемой выборки за счет периодического .начисления в счетчик 3 суммарной

.-. 0,5

продолжительности Х „ . . . 3

Таким образом, за счет резкого увеличения минимального интервала с одного сердечного сокращения (как в прототипе) до (0,5 М+1)-го сердечного сокращения в предлагаемом устройстве исключительно лишь за счет применения нового алгоритма измерения, накопления и отображения диагностической информахщи обеспечивается высокая статистическая точность оценки частоты пульса пациента при малом пересчете текущих RR-Т1нтервалов и повьш1ение степени сглаженности .скользящей выборки за счет резкого сужения вариации текущего объема выборки.

В то же время наличие в предлагаемом устройстве биологического управления фазированием начала измерений по пульсовой волне пациен211662

10

та и качественное изменение характера работы преобразователя 9 код - частота обеспечили повьшгение аппаратурной точности измерения и воз- можность непрерывного (многоциклич- ного) их проведения без какой-либо потери или искажения диагностической информации. При этом достижение в предлагаемом устройстве в полном

объеме преимуществ биологического управления процессом измерения наиболее убедительно проявляется при прерывании одной, совокупности циклоВ измерений с синхронньм переходом

по пульсововй волне пациента к новой совокупности измерений, осуществляемого путем подачи достаточно короткого импульса лог. 1 в входную управляющую шину 14 сигналов

пуска устройства.

В указанных условиях, т.е. когда при наличии уровня лог. О на вход-. НОЙ управляющей шине 14 устройства идет измерение частоты пульса па-

циента, при подаче в управляющую шину 14 импульса лог. 1 производится принудительная установка триггера 22 в блоке 2 управления (фиг. 2) в нулевое состояние. Последнее обеспечивается за счет того, что при взведенном в единичное состояние триггера 22 сигнал лог. О с его Q-вьtxoдa через элемент И-НЕ 24 деблокирует элемент И 25, связанный с R -входом этого триггера и запирает по входу Запрет элемент 27 запрета, связанный с S-входом триг-т гера 22. Однако сброс в нулевое состояние триггера 22 в предлагаемом

устройстве не приводит к какой-либо потере или искажению диагностической информации, поскольку на вь ходной управляющей шине 16 гасящий ,

импульс может появиться лишь в МО- .

мент переключения триггера 22 вновь в единичное состояние.

Таким образом, прерывание про- цесса измерения в предлагаемом устройстве не приводит к на1рущению процесса передачи от блока 10 в

блок } 2 индикации цифровой информации об уже измеренной частоте пульса пациента за целое число RR-интервалов и ее штатном отображении; исключает (за счет блокировки элемента И 26 в блоке 2 управления) j запись в регистр П искаженной ин- формации о прерванном RR -интерна-.. ле| обеспечивает по поступлении пер

вой же (после прерывания) пульсовой волны пациента переключение упомянутого триггера 22 в единичное со стояние с одновременным формирова. ни ём на управляющей шине 16 короткого (по длине элемента 28 задержки) гасящего импульса,покоторому обнуляются все счетные блокиустройства и 5,начинается уже новый цикл иэ- мерения.

(риг. 1

фиг. 2

Составитель М. Каменский Редактор М.Петрова Техред м.Пароцай Корректор А, Зимокосов

- I I -.-,....: -. --.. - -... L 1 j -..

Заказ 637/50 Тираж 730 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4