Пульсотахометр Советский патент 1986 года по МПК A61B5/02 

счетчика, второй выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, и регистр, выходы которого подключены соответственно к третьим входам реверсивного счетчика, пер

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройства для измерения частоты пульса, и может быть использовано в автоматических системах непрерьданого наблюдения пациентов.

Цель изобретения - измерение средней частоты пульса :С заданной статической точностью.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема пульсотахо- метра; на фиг. 2 - структурная электрическая схема блока управления; на фиг. 3 - структурная электрическая схема блока сдвиговых регистров; на фиг, 4 - структурная элек- тр1-1ческая схема блока сз 1мирования; на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие работу пульсотахометра; на фиг, 6 и 7 - сравнительные точностные характеристики прототипа и пульсотахометра.

Пульсотахометр содержит (фиг. 1) последовательно соединенные селектор I пульсового сигнала, счетчик 2 пульсовых импульсов, блок 3 сдвиговых регистров, блок 4 суммировани регистр 5 результата и блок 6 ин- дикалйн и последовательно соединенные блок 7 умножения, селектор 8 прира щений частоты, вторые входы которо под1шючены соответственно к выходам регистра 5 результата, и блок 9 управления, первый выход которого подключен к входу сброса счетчика 2 пульсовых импульсов, вторые выходы - соответственно к вторым входам блока 3 сдвиговых регистров, третьи выходы - соответственно к вторым входам блока 4 суммирования, чет- вертый выход - к второму входу регистра 5 результата, а пятые выходы соответственно с первыми входами блока 7 умножения, вторые входы ко

вые входы - соответственно к выходам селектора приращений частоты, а втброй и третий входы - соответственно к второму, и пятому выходам дешифратора.

0

15

20

зо

25

35

40

торого соединены соответственно с выходами счетчика 2 пульсовьк импульсов.

При этом блок 9 управления содержит (фиг. 2) последовательно соединенные тактовый генератор 10, выход которого подключен к шине тактирования, счетчик 11 импульсов, выход которого подключен к входу сброса счетчика 2 пульсовых импульсов, к первому из второй группы входов блока 3 сдвиговых регистров и к первому из первой группы входов блока 7 умножения, адресный счетчик 12 и дешифратор 13, первый выход которого подключен к второму из первой группы входов блока 7 умножения, второй и третий выходы - соответственно к первому и второму из второй группы входов блока 4 суммирования, а четвертый выход - к второму входу регистра 5 результата, последовательно соединенные первьй триггер 14, первый элемент И 15, выход которого также подключен к второму из второй группы входов блока 3 сдвиговых регистров, и реверсивный счетчик 16, второй вход которого подключен к пятому выходу дешифратора 13, а выход - к первоьог входу первого триггера 14, второй вход которого подключен к второму выходу дешифратора 13, последовательно соединенные второй триггер 17, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу счетчика 11 импульсов и к четвертому выходу дешифратора 13, и второй элемент И 18, второй вход которого подключен . к выходу тактового генератора 10, а выход - к второму входу адресного счетчика 12, второй выход которого соединен с вторым рходом первого элемента И 15, и регистр 19, выходы которого подключены

соответственно к третьим входам реверсивного счетчика 16, первые входы - соответственно к выходам селектора 8 приращений частоты, а второй и третий входы - соответственно к второму и пятому выходам дешифратора 13.

Кроме того, блок 3 сдвиговых регистров содержит (фиг. 3) последовательно соединенные буферньй регистр 20, информационные входы которого подключены соответственно к выходам счетчика 2 пульсовых импульсов, а вход управления - к выходу счетчика 11 импульсов (фиг. 2), и сдвиговые регистры 21 управляющие входы которых соединены соответственно с выходами последовательно включенных элементов 22 задержки, вход первого из которых подключен к выход первого элемента И 15 (фиг. 2). Блок 4 суммирования содержит (фиг. 4) последовательно соединенные адресный счетчик 23, мультиплексор 24, вторые входы которого подключены соответ- ственио к выходам сдвиговых регистров 21 (фиг. 3), и сумматор 25, тактовый вход которого подключен к шине тактирования, а выходы - соответственно к входам регистра 5 резуль- тата, и буферный регистр 26, информационные входы которого соединены соответственно с выходами сумматора 25, а выходы - соответственно с вторыми входами сумматора 25, причем входы управления адресного счетчика 23 и буферного регистра 26 подключены к третьему выходу дешифратора 13, а их входы сброса - к второму выходу дешифратора 13 (фиг. 2).

.

Блок 7 умножения (фиг. 3) целесообразно выполнять в виде .сдвигового регистра, информационные входы которого соединены соответственно с выходами счетчиг а 2 пульсовых им- пульсов, а первый и второй входы управления - соответственно с выходом счетчика I импульсов и с первым 5ы- ходом дешифратора 13 (фиг. 2). Селектор 8 приращений частоты (фиг. 3) целесообразно выполнять в виде параллельного многоразрядного сумматора, первые входы которого соединены соответственно с выходами блока 7 умножения, вторые входы - соответствен- но с выходами регистра 5 результата , а тактовый вход - с шиной тактирования.

5

10 15 20 25 о

0

5 0 5

5

Пульсотахометр работает следующим образом.

По поступающим с датчика пульса (не показан) сигналам селектор 1 пульсового сигнала формирует соответствующие каждой пульсовой волне синхроимпульсы (СИ) (фиг. 5а) фиксированной амплитуды и длительности, которые постзшают на счетчик 2 пуль- совых импульсов. Счет СИ производит- 6я в течение промежутка времени Т, Задаваемого блоков 9 управления:

. т с ti

где я - количество сдиговых регистров 21 в блоке 3 сдвиговых регистров, выбираемое из двоичного ряда (, 2,3,...).

По окончании текущего интервала Т накопленное число СИ N,- заносится в блок 3 сдвиговых регистров и в блок

7умножения, а счетчик 2 пульсовых импульсов сбрасьшается. В блоке 7 умножений накопленный результат приводится к одной минутэ путем умножения на число п :

N,. п .

Приведенное текущее значение частоты пульса F,- поступает в селектор

8приращений частоты, на щтором входе которого присутствует предшествующее приведенное значение , измеренное за предьщущий интервал Т.

Селектор 8 приращений частоты вьщеляет модуль прира.щения частоты

«F,-: .

dF,- /F,. - F,.., I .

Это приращение поступает в блок 9 Управления, где непользуется для формирования числа сдвигов последовательных накоплений N, занесенных в блок 3 сдвиговых регистров за несколько предьщущих интервалов Т. Текущее значение N., поступившее в блок 3 сдвиговых регистров, продвигается в регистрах 21 сдвига пропорционально приращению Л F. Если приращение отсутствует, то сдвиг производится один раз, т.е. происходит обычное скользящее усреднение. Чем больше значение приращения AF, тем больщёе число сдвигов производится блоком 9 управления, обеспечивающим тем ч:амым вычисление средней частоты пульса в процессе .ее роста по меньшему количеству интервалов Т. Суммированием по всем п сдвиговым

регистрам 21 вьщопняемым блоком 4

суммирования, образуется число

- н

F. 53 N , представляющее текул и

щее среднее значение, частоты импульса, приведенное к одной минуте, и имеющее меньшую статистическую погрешность усреднения по сравнению с прототютом при динамических из .менениях частоты пульса.

Полученное значение частоты пульса затем заносится в регистр 5 результата и поступает в селектор 8 приращений частоты. Блок 6 индикации производит визуализацию значения частоты пульса в течение следующего интервала Т. По окончании интервала Т в регистр 5 результата записывается новое число, соответствующее среднему числу ударов пульса в минуту, полученному в течение нового интервала Т.

В одном из вариантов выполнения пульсотахометра, когда число сдвиговых регистров 21 в блоке 3 сдвиговых регистров равно восьми, а интервал Т накопления информации в счетчике 2 пульсовых импульсов составляет 7,5 с блок 9 управления (фиг. 2) формирует команды К1, К2, КЗ, К4, К5, Кб и К7 (фиг. 5), с помощью которых выполняются следующие операции:

К1 - перезапись данных из счетчика 2 пульсовых импульсов в блок 7 умножения и в блок 3 сдвиговых ре- - гистров, а также сброс счетчика 2 пульсовых импульсов;

К2 - сдвиг информации влево на три двоичных разряда в блоке 7 ум- ножения;

КЗ - занесение информации о приращении частоты в регистр 19, установка в единичное состояние первого триггера 14, сброс адресно- го счетчика 23 к буферного регистра 26;

К4 - сдвиг информации uF- вправо на один двоичный разряд, перезапись Т гнформации из регистра 19 в ревер- сивный счетчик 16;

К5 - сдвиг в блоке 3 сдвиговых регистров (от одного до восьми сдвиговых импульсов);

Кб - управление адресацией нуль- типлексора 24 и запись промежуточного результата в буферный регистр 26;

5

O

5 0

5

с,

0

К7 - занесение результата из блока 4 суммирования в регистр 5 результата.

Командный импульс К1 (фиг. 5б) формируется счетчиком 11 импульсов из непрерьгоной последовательности тактовых импульсов (ТИ), поступающей от тактового генератора 10. Каждые 7,5 с число синхроимпульсов, накопленное в счетчике 2 пуль- совьк импульсов, заносится по переднему фронту К1 в буферный регистр 20, в блок 7 умножения, а задним фронтом . К1 счетчик 2 пульсовых импульсов сбрасывается. Команды К2, КЗ, К4, Кб и К7 (фиг. 5г-е, и, к) формируются дешифратором 13, выполненным в виде матрицы элементов памяти, адресный вход которой соединен с адресным счетчиком 12. Адресный счетчик 12 устанавливается в исходное состояние командным импульсом К1, а перебор адресов .обеспечивается ТИ, по- .ступающими через второй элемент И 18, на второй вход которого подается строб от второго триггера 17. Фронты этого строба формируются задними фронтами командных импульсов К1 и К7.

Командой К2 обеспечивается сдвиг содержимбго в блоке 7 умножения числа N, на три двоичньпс разряда влево, что соответствует умножению на . Полученное в результате умножения значение текущей частоты пульса в дополнительном коде поступает на первый вход селектора 8 приращений частоты, на второй вход которого поступает предыдущее значение частоты пульса из регистра 5 результата. Поскольку суммирование двух чисел, одно из которых представлено в дополнительном крде, эквивалентно операции вычитывания, то полученный результат пpeдc гaвляeт собой модуль приращения частоты пульса I А Fy( в текущем цикле Т. Этот результат заносится в регистр 19 блока 9 управления командой КЗ (фиг. 5д).

Поскольку за интервал накопления ,5 с максимально возможные.приращения частоты при физических нагрузках могут достигать 14 1/мин, а при отсутствии приращения для обеспечения скользящего усреднения число сдвигов должно быть не менее одного, то число импульсов сдвига Р

Р

+ 1.

для случая и 8 может быть определено из выражения

)Л Ffl Т

Поэтому содержимое регистра 19 делится на дв а путем сдвига вправо на один разряд передним фронтом им- пульса команды К4, а затем полученный результат по заднему фронту командного импульса К4 заносится на реве1:)сивный счетчик 16. Поскольку п заднему фронту импульса КЗ взводится первый триггер 14 (фиг. 5ж), то импульсы с выхода адресного счетчика 12 через первый элемент И 15 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 16 и в виде команды К5 - в блок 3 сдвиговых регистров. Количество импульсов в пачке К5 определяется числом, занесенным в реверсивный счетчик 16, плюс один импульс, и составляет не менее одного и не более восьми импульсов (фиг. 5з). Последовательно задерживаясь на элементах 22 задержки, импульсы команды К5 продвигают текущее значение Ny вправо и заносят ег в Р первых сдвиговых регистров 21.

Содержимое всех восьми сдвиговых регистров 21 суммируется блоком 4 суммирования (фиг. 4). Операция суммирования проводится параллельны многоразрядным ,сумматором 25, мультиплексором 24 и буферным регистром 26. Адресация мультиплексора 24 обепечивается двоичным адресным счетчиком 23 по команде Кб, содержащей пачку из 8 импульсов, при этом промежуточная сумма, получаемая в каждой иттерации при суммировании, заносится в буферный регистр 26. Сбро адресного счетчика 23 и буферного регистра 26 проводится командой К4. Например, если приращение частоты

пульса. бьшо равно 12 1/мйн, то Р 7 и в семи первых сдвиговых регистрах 21 блока.3 сдвиговых ре- 5 гистров запишется текущее значение N и лишь в последнем (восьмом) регистре сохранится значение , соответствующее предьщущему интервалу Т. Тем самым сводится к минимуму 0 статистическая погрешность, свойственная обычному скользящему усреднению при изменяющейся частоте пульса.

На фиг. 6, 7 показана реакция 5 прототипа и пульсотахометра на изменение частоты пульса пациента в виде кривой о (фиг. 6). Кривые Ь и С (фиг. 6) представляют зависимости от времени показаний соответственно про- 0 тотипа и пульсотахометра при числе сдвиговых регистров, равном 8, и в интервале Т, равном 7,5 с. На фиг. 7 представлены рассчитанные значения погрешности измерения S- частоты 5 пульса в моменты смены показаний про- тотипа (крестики d) и пульсотахометра (кружки е).

Как следует из приведенных данных j на начальном участке кривой общая погрешность может быть снижена в шесть раз за счет уменьшения статистической составляющей .общей погрешности измерения средней частоты пульса. На стационарном участке погрешности прототипа и пульсотахометра при равном числе сдвиговых регистров будут одинаковы.

Таким образом, предложенный пуль- сотахометр, обеспечивая уменьшение j статистической составляющей погрешности в динамическом режиме, позволяет повысить точность измерения средней частоты пульса при проведении проб с нагрузкой и в задачах мони- торного наблюдения ттациентов.

16

/f f/iffffyA cyftfiiofwfoffiat

ffi/t

/fSffony 9yrtpfffflerftix

1/3 регистра

S fesyfru/rrafrrcf фиг.Э

MV- f/L2z Hin

/fiB H3

К

23

врегис/пр Spfsyfl mitfrter

О 10 дО 60 30 120 физ. 6

/

Оо

V

..

0«оО„0

о 10

0«оО„0

о о о

60120

Фиг. 7

Редактор М. Дылын

Составитель Э. Балуев

Техред, Э .Чнжмар . Корректор И. Муска

Заказ 4353/4Тираж 660Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4