Детектор @ -зубца электрокардиосигнала Советский патент 1986 года по МПК A61B5/04 

10

Изобретение относится к медицинсой технике, а именно к устройствам Л} регистрации ритма сердечной деяельности, и предназначено для форирования счетного импульса, времен- ое положение которого соответствут точке максимума R -зубца электро- ардиосигнала.

Целью изобретения является повыение помехоустойчивости.

На фиг.1 представлена структурная лектрическая схема детектора R - зубца электрокардиосигнала; на фиг.2- временная диаграмма работы детектора; на фиг. 3 - структурная электри- 15 ческая схема временного селектора; на фиг.А - временная диаграмма работы временного селектора; на фиг.5 - структурная электрическая схема компаратора напряжения; на фиг.6 - то 20 же, блока синхронизации; на фиг.7 - то же, блока коррекции синхронизации- на фиг.8 - то же, блока управления; на фиг.9 - то же, ген ератора строби- рующих импульсов; на фиг.10 - то же, 25 ген ератора синхроимпульсов.

.Детектор R -зубца электрокардиосигнала (фиг.) содержит последовательно соединенные усилитель 1 низкой частоты, вход которого подключен к ЗО входной шине детектора, полосовой фильтр 2, дифференциатор 3, блок 4 автоматической регулировки усиления, компаратор 5 напряжения, одновибратор 6 и временной селектор 7, содержащий (фиг.З) последовательно соединенные блок 8 синхронизации, блок 9 коррекции синхронизации, второй вход которого подключен к первому входу блока 8 синхронизации и- к выходу одновиб- ратора 6, блок 10 управления, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторыми выходами блока 8 синхронизации и блока 9 коррекции синхронизации, и генератор 11 стробирующих импульсов, второй вход которого подключен к второму выходу блока 10 управления, а первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы - соответственно к второму входу блока 8 синхронизации и к третьему, четвертому, пятому и шестому входам блока 9 коррекции синхронизации, первый выход которого соединен с третьим входом блока 8 синхронизации и последовательно соединенные генератор 12 тактовых импульсов, выход которого также подключен к третьему входу генератора 1I стробируюших импуЛьсов и

35

40

45

50

10

15 20 25

00042

.генератор 13 синхроимпульсов, выход и второй и третий входы которого соединены соответственно с четвертым выходом и третьим и четвертым выходами блока 10 управления, пятый выход которого подключен к выходной шине i4 детектора.

Компаратор 5 напряжения (фиг.З) содержит операционный усилитель 15, инвертирующий вход которого через резистор 16 подключен к выходу блока 4 автоматической регулировки усиле

ния, неинвертируюший вход через резистор 17 соединен с нулевой шиной, а через последовательно соединенные первый диод 18 - в непроводящем направлении, резисторы 19 и 20 и инвертор 21 - с входом одновибратора 6, причем выход отгерационного усилителя 15 подключен к точке соединения резисторов 19 и 20, а вход инвертора 21 через второй диод 22 в непроводящем направлении подключен к нулевой шине.

Блок 8 синхронизации (фиг.6) содержит последовательно соединенные инвертор 23, первый 24 и второй 25 С-триггеры, второй (тактовый) вход которого подключен к выходу инвертора 23, а третий вход (установки в нуль) - к первому выходу блока 9 коррекции синхронизации, элемент ИЛИ 26 и элемент И 27, выход которого подключен к второму входу блока

10управления, а второй вход - -к выходу одновибратора 6 и к второму (тактовому) входу первого D -триггера 24, третий (информационный) вход которого соединен с входом инвертора 23, с первым выходом генератора

1Iстробируюших импульсов, и вторым входом элемента ИЛИ 26, первый вход которого подключен к первому входу

блока 9 коррекции синхронизации. I

Блок 9 коррекции синхронизации (фиг.7) содержит четыре элемента И 28 - 31, первые входы которых под- кпючены к выходу одновибратора 6, а вторые входы соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым выходами генератора 1I стробирующих импульсов , четыре сдвиговьи регистра 32 - 35, первые (тактовые) входы которых соединены соответственно с выходами-первого, второго, третьего и четвертого элементов И 28, 29, 30 и 31, а вторые (информационные) входы подключены к шине логической единицы, последовательно

соединенные инвертор 36, вх-од которого подключен к второму входу четвертого элемента И 31, пятый сдвиговый регистр 37, второй (информационный) вход которого подключен к шине логической единицы, первый одновибра тор 38 и первый элемент ИЛИ 39 последовательно соединенные второй элемент ИЛИ ДО, входы которого подключены соответственно к выходам :(П-го разряда), первого, второго, I третьего и четвертого сдвиговых . регистров 32, 33, 34 и 35, и второй одновибратор 41, выход которого со- единен с третьим входом (установ- ки в нуль) второго D -триггера 25 блока 8 синхронизации (фиг.6) и с вторым входом первого элемента ИЛИ 39, выход которого подключен к третьим входам (установки в нуль) первого, второго, третьего, четвертого и ПЯТОГО сдвиговых регистров 32, 33,34, 35 и 37, и D-триггер 42, выход которого соединен с третьим входом блока 10 управления, первый (тактовьй) вход - со входом первого одновибратора 38 и с третьим входом первого элемента ИЛИ 39, второй вход (установки в нуль) - с четвертым входом первого элемента ИЛИ 3 и с выходом второго D -триггера 25 блока 8 синхронизации (фиг.6), а третий (информационный) вход - с шиной логической единицы.

. .. i ..

Блок 10 управления (Фиг.8) содер- жит последовательно соединенные инвертор 43, первый элемент И 44, второй вход которого подключен к выходу генератора 13 синхроимпульсов, первый элемент ИЛИ 45 и одновибратор 46, выход которого подключен к выходной шине 14 детектора R -зубца эдектрокардиосигнала, последовательно соединенные второй элемент ИЛИ 47, первый D -триггер 48, второй (информационный) вход которого подключен к шине логической единицы, сдвиговый регистр 49 и второй элемент И 50, выход которого подключен к второму входу генератора 13 синхроимпульсов, последовательно соединенные генератор 51 имггульсов, второй 1 -триггер 52, первый (тактовый) вход которого также подключен к второму (тактовому входу сдвигового регистра 49, а второй (информацион- ный) вход соединен с выходом первого элемента И 44, и третий элемент ИЛИ 53, выход которого подключен к

0

5

j Ю

0

5

0

5

0

третьему входу генератора- 13 синхроимпульсов, третий элемент И 54, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И1Ш 53, а первый вход - с вторым входом генератора 1I стробирующих импульсов и с вторым выходом (старшего разряда) сдвигового регистра 49, первый,, выход (младшего разряда) которого подключен к первому входу генератора П стробирующих импульсов и к третьему входу (установка в нуль) первого Л-триггера 48 и четвертый элемент И 55, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ 45, первый вход - с входом инвертора 43, с выходом Б -триггера 42 блока 9 коррекции синхронизацией (фиг.7) и с вторыми входами второго и третьего элементов И 50 и 54, а второй вход с выходом элемента И 27 блока 8 синхронизации (фиг.6) и с первым входом

второго элемента ИЛИ 47, второй вход которого подключен к выходу второго одновибратора 4 блока 9 коррекции синхронизации (фиг.7),

Генератор 1I стробируюших импульсов (фиг,9) содержит десять компара торов 56 - 65, пять элементов И 66 - 170, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами элемента ИЛИ 26 блока 8 синхронизации (фиг.б)и четвертого, третьего, второго и первого элементов И 31, 30, 29 и 28 блока 9 коррекции синхронизации (фиг.7), последовательно соединенные счетчик 71, элемент 72 памя ти второй вход которого подключён к первому входу второго элемента И 50 блока 10 управления (фиг.8), первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 73 и масштабируюшлй усилитель 74, выход которого соединен с первым (неинвертирующим) входом -. первого компаратора 56 и .через последовательно включенные десять резисторов 75 - 84- с нулевой диной, И второй ЦАП 85, выход которого подключен к вторым (инвертируюшим) входам первого, третьего, пятого, седьмот о и девятого компараторов 56, 58, 60, 62 и 64 и к первым (неинвертирующим) входам второго, четвертого, шестого, восьмого и десятого компараторов 57, 59, 61, 63 и 64, а вход - к выходу счетчика 71,; первый вход которого соединен с первым входом третьего элемента И 54 блока 10 управления (фиг.8), а

второй вход - с выходом генератора 12 тактових импульсов, причем точки соединения резисторов 75 и 76, резисторов 77 и 78, резисторов 79 и 80, резисторов 81 и 82 и резисторов 83 и 84 подключены соответственно к вторым (инвертирующим) входам второго,, четвертого, шестого, восьмого и десятого компараторов 57, 59, 61, 63 и 65, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов И 66, 67, 68, 69 и 70, первые входы которых подключены соответственно к выходам первого, третьего, пятого, седьмо- .го и девятого компараторов 56, 58, бО, 62 и 64, а точки соединения резисторов 76 и 77, резисторов 78 и 79, резисторов 80 и 81 и резисторов 82 и 83 соединены соответственно с первыми (неинвертирующими) входами третьего, пятого, седьмого и девятого компараторов 58,60,62 и 64.

Генератор 13 синхроимпульсов (фиг.10) содержит последовательно соединенные счетчик 86, элемент памяти 87, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И 50 блока 10 управления (фиг.8), элемент 88 сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом счетчика 86 и D -триггер 89, выход которого подключен к второму входу первого элемента И 44 блока 10 управления (фиг.8), второй информационный вход - к шине логической едини11Ь1, а третий вход (установки в нуль) - к выходу третьего элемента ИЛИ 53 блока 10 управлния (фиг,8) и к первому входу, счетчика 86, второй вход которого соади нен с выходом генератора 12 тактовых импульсов.

Детектор R -зубца электрокардиосигнала работает следующим образом.

Электрокардиосигнал (ЭКС) от источника ЭКС (электрокардиографичес- кий канал или канал спязи) и сигналы помехи (ЭКС+П) среди которьгх присутс вумт и близкие к R -зубцу ЭКС по спектру частот и амплитудно-временным параметрам, поступают на вход усилитля 1 низкой частоты, который осущест i вляет необходимое усиление сигнала и выполняет роль буферного каскада меж ду детектором R -зубца ЭКС и источ-/ НИКОМ ЭКС. С выхода усилителя 1 низ- кой частоты сигнал поступает на

5 0 s 0

5 -

5

5

0

5

0

вход полосового фильтра 2, который производит улучшение отношения амплитуды R -зубца к амплитуде Т -зубца и других помех, а также исключает постоянную составляющую сигнала. Резонансная частота полосового фильтт ра 2 находится в пределах 10-15 Гц. С выхода полосового фильтра 2 сигнал поступает на йход дифференциатора 3, который вырабатывает разнополяр- ные импульсы с переходом через нуль в точке м аксимума R -зубца (фиг.2). С выхода дифференциатора 3 сигнал поступает в блок 4 автоматической регулировки усиления, который; не изменяя полярности и формы сигнала передает его на вход компаратора 5 напряжения, поддерживая постоянной амплитуду при отсутствии резких ее, колебаний. Компаратор 5 напряжения на положительный импульс вырабатывает прямоугольный импульс положительной полярности, передний фронт которого формируется в момент времени t,, когда уровень сигнала достигает величины порога срабатывания, а задний фронт - в момент времени t, соответствующий точке максимума R - зубца ЭКС (фиг.2). Временное положе- ние заднего фронта импульса на выходе компаратора 5 напряжения относительно вершины R - зубца более стабильно, чем переднего фронта, так как оно не зависит от амплитуды сигнала На его входе. Временное положение переднего фронта импульса на выходе компаратора 5 напряжения относительно максимума R -зубца зависит от амплитуды сигнала на его входе, так как компаратор 5 напряжения имеет постоянный уровень порога срабаты- вания. Поэтому длительность импульса на выходе компаратора 5 напряжения изменяется в зависимости от изменения амплитуды входного сигнала, если оно происходит с большей скоростью, чем скорость обработки сигнала бло- ком 4 автоматической регулировки усиления. Сигнал с выхода компаратора 5 напряжения поступает на вход одновибратора 6, который срабатывает от заднего фронта сигнала, формируя прямоугольный импульс положитель- ной полярности постоянной дпительнос- ти (фиг.2), Временное положение пер - реднего фронта импульса на выходе одновибратора 6 стабильно относительно временного положения максимума R-зубца ЭКС.

Таким образом, на вход временного електора 7 подаются счетные импульы, временное положение которых сответствует точке максимума R -зуба или помехи, близкой по своей форе С -зубцу (R +П ). Временной селектор 7, анализируя временные интервалы между счетными импульсами на ериодичность, определяет те счётные импульсы, временное положение которых соответствует временному положению R -зубцов, и только их пропускает на выходную шину 14.

По каждому счетному импульсу генератор 1 1 СТрОбИруЮЩИХ И1-1ПУЛЬСОВ временного селектора 7 (фиг.З) формирует прямоугольные импульсы Тв(1/2)Т((. (2/3)Т,. (4/5)Тк, (6/7)Т«, середина которых отстоит на времен- . ной оси от переднего фронта счетного импульса на расстоянии, равном периоду, а также соответственно 1/2, 2/3, 4/5, 6/7 периода, зафиксированного как временной интервал между двумя последними счетными импульсами.

Если импульсы TR , вьфабатываемые генератором 11 стробирующих импульсов , синхронны счетным импульсам, сформированным на R -зубцы ЭКС, то из dMeси счетных импульсов, сформированных на R -зубец и помеху (f. + П ), блок 8 синхронизации передает на свой второй выход (R) толь- ко счетные импульсы, сформированные на R -зубцу. Блок Ш управления на 1саждый из этих счетных импульсов вьфа атывает четыре управляющих сигнала: Сброс 1, Запись Г , Сброс Запись 2, соответственно на втором, первом, четвертом и третьем выходах, под воздействием которых в памяти генератора 11 стробирующих импульсов и генератора 13 синхроимпульсов фиксируется значение длительности текушего RR-интер- вала с g; взамен ранее зафиксированного значения С и;. . После зтого генератор 11 стробирующих импульсов и генератор 13 синхроимпульсов начинает измерять длительность следующего RR-интервала путем подсчета тактовых импульсов (ТИ), поступающих с генератора 12 тактовых импульсов. Когда-количество, тактовых импульсов, записываемых в промежуточную память генератора 11 стробирующих импульсов, составляет определенную часть , на его первый выход J

передается передний фронг импульса Т Если, например, длительность им- :Пульса Т выбрана равной 0,2t. , что определяется возможным значением аритмии сердца, то его передний фронт формируется в момент времени, когда длительность измеряемого (i + 1)-го RR-интервала достигает значения 0,9сс;. При поступлении на

вход временного селектора 7 счетного импульса , сформированного на R-зубец, генератор 11 стробируютих импульсов прекращает дальнейшее формирование импульса Тц. Генератор 13

синхроимпульсов вырабатывает синхроимпульс (СИ) в момент времени, когда длительность (i+l)-ro RR-интервала станет равной cj - , если,,;, В случае, если TU,., , то синхроимпульс вырабатывается с приходом счетного импульса.

Если счетный импульс на R -зубец сформирован не был (например, в мо-.

мент времени t

фиг.4) из-за пропа

Дания кардиосигнала вследствие, например, сбоев в канале связи или изменения ритма сердца, то в этом случае импульс Т формируется полностью. Его заднему фронту соответствует момент времени, когда значе- ние длительности измеряемого (i + 1)-го RR-:интepвaлa I составляет 1,1 Si; . После окончания импульса Т блок 8 синхронизации вырабатывает на своем первом выходе (Сбой) уровень логической единицы, а на вто- tjoM выходе (Синх.) блока 9 корре -. ции синхронизации сигнал принимает значение логического нуля. При этом блок 10 управления вырабатывает только одни управляющий сигйал , Сброс 2. Так как сигналы Запись 1 (Запись 2) и Сброс 1 ( Сброс служат соответственно для фиксации в памяти генератора М стробирующих импульсов (генератора 13 синхроимпульсов) BMecTo tg; значения длительности , и обнуления этого значения в промежуточной памяти, то значение tj; в памяти генератора 13 синхроимпульсов остается неизменным. Для исключения полной потери информации о ритме сердца в момент времени tj (отсутствие R -зубца) на пятый выход (R или СИ) блока 10

управления, являющийся выходной шиной 14, передается синхроимпульс. И все время, пока на выходе Синх. блока 9 коррекции синхронизации при

сутствует сигнал логического нуля, на выходную тину 14 передаются только синхроимпульсы, сформированные генератором 13 синхроимпульсов. При этом их период следования равен вре- менному интервалу между двумя последними счетными импульсами, сформированными на R -зубцы. Этот временной интервал бьш зафиксирован в памяти генератора 13 синхроимпуль- сов до возникновения сбоя. В этом случае информапия о временном положении R -зубцов частично искажена, но информация о их количестве при непродолжительном сбое близка к достоверной.

После того, как на выходе Сбой блока 8 синхронизации сигнал примет значение логической единицы, на выход R блока 8 синхронизации начинают передаваться все счетные импульсы,, в том числе и сформированные на сигналы помех. При этом блок 10 управления на каждый счетный импульс вырабатывает три управляющих сигнала: Запись 1, Сброс 1 и Сброс 2 Отсутствие сигнала Запись 2 обеспчивает сохранение в памяти генератора 13 синхроимпульсов значения дпи- тельности RR-интервала, зафиксированного в ней до возникновения сбоя Наличие сигналов Запись и Сброс обеспечивает запись в память генератора 11 стробирующих импульсов длительности временного интервала межд двумя последними счетными импульса ми. Временной интервал между двумя последовательными стробиругощими импульсами TJ; равен временному интервалу, хранящемуся в памяти генератора 11 стробирующих импульсов. Как только :произойдет совпадение счетного импульса с импульсом Т, , так на выходе Сбой .блока 8 синхронизации сигнал принимает значение логического нуля. Это означает, что из смеси счетных импульсов (R+n) периодические счетные импульсы, характерные для R --зубцов (ЭКС) о

Рассмотрим этот процесс на приме- ре, представленном на фиг.4. Пусть временной интервал между моментом времени t, и t не равен и не кратен временному интервалу между моментами времени tj и t (показано извилистой линией разрыва временной оси, ФИГ..4). Тогда в момент времени совпадения счетного импульса с

j ю

126000410

импульсом Тд не происходит. Так как в момент времени t счетный импульс сформирован не был (штриховая линия, фиг.4), например, из-за сбоя в канале связи, то в памяти генератора 1 1 стробируюших импульсов в момент

20

25

jю

. е . 1 у

50 - 55

30

35

или с импульсами пульсами (2/3) Т

времени t. фиксируется временной интервал, длительность которого равна удвоенному значению RR-интервала. Пусть в момент времени t, счетный импульс на R -зубец (фиг.4) также сформирован не был, например, из-за сбоев в канале связи, тогда в момент времени ig совпадает счетный им- 15 |пульс, сформированный на R -зубец, с импульсом Т . Теперь на вьгход - блока 8 синхронизации передаются только счетные импульсы с периодом, paBHbiM двум RR-интервалам. Сигнал Сбой принимает уровень логического нуля и блок 9 коррекции синхронизации осуществляет проверку счетных импульсов, поступающих на его вход, на признак их наименьщего периода следования.

Выделение счетных импульсов с наименьшим Периодом следования производится путем выявления п последовательных совпадений счетных импульсов (1/2) Тр, или с им- JJ , или с импульсами (4/5) Т| , или с импульсами (6/7) Т . Эта проверка необходима для того, чтобы исключить ошибку в определении длительности RR-интервала из-за наличия сбоев в канале связи или вследствие изменения ритма сердца; так, по зтой причине в моменты времени t и tj счетные импульсы на R-зубцы сформированы не бьши, поэтому в блоке 8 синхронизации было зафиксировано удвоенное значение RR- интервала. .Так как импульсы Тц следуют с периодом, равным значению временного интервала между счетными импульсами,, зафиксированному в памяти генератора I1 стробирующих импульсов , то могут возникнуть такие сбой- . ные ситуации, при которых период следования импульсов Tj; может ока- .заться равным двум, трем.и так далее до восьми RR-интервалам. Ввиду того, что отношение максимального периода следования; R -зубцов (2 с) к минимальному (0,25 с) равно восьми, генератор II стробирующих импульсов построен так, что может формировать максимальный период следования импульсов TU, равный восьми с половиной минимальных RR-интервалов.

11

в рассматриваемом примере (фиг.А) блок 9 коррекции синхронизации подсчитывает п последовательных совпа дений счетных импульсов с импульса - ми (1/2 Tg) так как период следования импульсов Т содержит два RR- интервала. При п 2 второе последовательное совпадение счетных импульсов с импульсами (1/2)Т„ происходит в момент времени Ц. При этом на первом выходе (Коррекция) блока 9 коррекции синхронизации выра батывается короткий положительный импульс. Под воздействием сигнала с выхода Коррекция блок 10 управления формирует управляющие сигналы для генератора 11 стробирующих импульсов и в его памяти фиксируется действительное значение деятельности RR-интервала. Несмотря на то, что в памяти генератора 11 стробирующих импульсов зафиксировано действительное значение длительности RR-интервала, на выходную шину 14 по-прежнему передаются синхроимпульсы (СИ) с выхода генератора 13 синхроимпульсов вместо счетных импульсов, сформированных на fi -зубцах. Так происходит до тех пор, пока на втором выходе (Синх.) блока 9 коррекции синхронизации не будет выработан сигнал логической единицы. Этот сигнал формируется по заднему фронту li-ro (например п 2) стробирую- щего импульса (6/7)Т тогда, когда нет последовательных совпадений счетных импульсов с другими строби- руюшими импульсами, кроме импульса Tjj . Это происходит к моменту времени t,, (фиг.4). На этом коррекция синхронизации завершена, т.е теперь счетные импульсы, сформированные на Я- зубцы ЭКС, идут синхронно с импульсами Тц .

Если первоначально в памяти генератора 11 стробирующих импульсов был зафиксирован временной интервал между счетными импульсами, равный, например, восьми RR-интервалам, то процесс коррекции синхронизации прово- дится в три этапа. На первом этапе подсчитываются п последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами С1/2)Тд. В результате в памяти генератора 11 стробирующих ,им1гульссэв вместо временного интервала, равного восьми КК-интервалам, фиксируется временной интервал, рав ный четырем RR-интервалам. После

6000412

второго этапа фиксируется временной интервал, равный двум RR-интервалам. После третьего этапа в памяти генератора 11 стробируюших импульсов 5 фиксируется RR-интервал. Если первой начально в памяти генератора 11 стробируюицх импульсов был зафиксирован временной интервал между счетными импульсами, равный трем RR-ин- 10 тервалам, то процесс коррекции синхронизации проводится в два этапа. На первом этапе подсчитываются п последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (2/3)T,j, на 5 втором этапе - с импульсами (1/2)Тд. После первого этапа в памяти генератора 11 стробирующих импульсов -. фиксируется временной интервал, равный двум RR-интервалам, а после 2Q второго этапа - равный одному RR.- интервалу. Если первоначально в памяти генератора 11 стробирующих импульсов был зафиксирован временной интервал между счетными импульсами, 5 равный пяти RR-интервапам, то коррекция синхронизации происходит в три этапа.уНа первом этапе подсчитыч ваются п последовательных совпадений с импульсами (4/5)Т(. а в памя0

ти генератора 11 стробирующих им0

пульсов фиксируется временной интервал,- равный четырем RR-интервалам. На втором этапе подсчитываются последовательные совпадения счетных импульсов с импульсйми (l/2)Tfj, а в

памяти фиксируется двойной RR-интервал. На третьем этапе подсчитывают последовательные совпадения счетных импульсов с импульсами (1/2)Т, а в памяти зафиксируется один RR-интep вал. Если первоначально в памяти генератора 11 стробирующих импуль- сов был зафиксирован временной интервал между счетными импульсами, равный шести RR-интервалам, то кор рекция синхронизации проходит также в три этапа. На первом этапе подсчитываются п последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (1/2)Т, а в памяти генератора 11 стробируюших импульсов фиксируется временной интервал, равный трем RR-интервалам. На втором этапе под- считьшаются п последовательных совпадений счетных импульсов с импуль5 сами (2/3)T|j, а на последнем этапе - с импульсами (1/2)Т. После второго этапа в памяти фиксируется временной интервал, равный двум RR-интервалам,

0

а по окончаш-ги третьего этапа - ранный одному RR-интервалу, Когда в памяти генератора 1 стробируюишх импульсоп первоначально бьш зафиксирован временной интервал между счетными импульсами, равный семи RR- интервалам, коррекция cnHxpoHHaarij H происходит в четыре этапа. На первом этапе подсчитьшаются п последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (6/7)Т и в результате в памяти генератора 11 стробирующих импульсов фиксируется временной интервал j равный шести RR-интервалам. На втором этапе подсчитываются ледовательные совпадения счетных импульсов с импульсами (1/2), если как в-предыдущих случаях, будет п совпадений, то в памяти фиксируется временной интервал, равный трем RR-nHtepBajiaM. На третьем этапе подсчитываются п последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (2/3)Т , а в памяти фиксируется временной интервал, равный двум RR-интервалам. На последнем этапе подсчитываются п последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (1/2) и в памяти фиксируется временной интервал, равный одному RR-интервалу. Если первоначаль- ,но в памяти генератора 11 стробирую- щик импульсов был зафиксирован временной интервал, равный четырем RR- интервалам, то коррекция синхронизации проходит в два одинаковых этапа во время которых подсчитываются п последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (1/2)Т.

Начиная с момента времения. t,, (фиг,4)5 так же, как и до момента времени t, на выход временного селектора 7, т.е. на выходную шину 14, передаются сЧетные импульсы, сформированные на R -зубцы ЭКС.

Если причиной сбоя является значительное изменение ритма сердца, то временной селектор 7 фиксирует новы период ЭКС, обеспечив тем синхронизацию счетных импульсов и R-зубцов ЭКС. Счетные импульсы, сформированные на сигналы помех и не совпадающие с импульсами Т , на выход временного селектора 7 не передаются. На выходную шину 14 могут

быть переданы только те счетные импульсы, сформированные на сигналы

помех, которые совпадают с импульса

ми т раньте, чем счетные импульсы.

,

й

6000414

cфop fиpoвaнныe на i{ -зубец. Этот случай маловероятен, но если он и возникает, то это приводит только к

ошибке во временном положении счет, ного импульса, переданного на выходную uiHiry 14 относительно точки максимума R -зубца. Эта ошибка не больше, чем длительность Т - им- пул ь с а.

10 Сигналы Сбой и Синх., вырабатываемые соответственно блоком 8 синхронизации и блоком 9 коррекции синхронизшдии, могут быть использо- ваны для организации световой или

)5 звуковой .сигнализации о неустойчи- вом приеме ЭКС. При наличии интенсивных помех описанные процессы синхронизации и коррекции синхронизации могут обеспечить синхронность

20 счетных импульсов и R -зубцов ЭКС при наличии хотя бы нескольких смежных RR-интервалов, свободных от помех, что всегда имеет место при практическом приеме ЭКС.

25 Отдельные блоки детектора R -зубца электрокардиосигнапа работают следующим образом.

В исходном состоянии напряжение на выходе операционного усилителя 15 компаратора 5 напряжения (фиг.5) равно максимальному положительному значению. Это напряжение поддерживается за счет положительной обратной связи, которая обеспечивается резистором 17, первым диодом 18 и резистором 19. Напряжение положительной обратной связи, подаваемое на неинвертирующий вход операционного усилителя Г5 с резистора 17, является одновременно пороговым напряжением, с которым сравнивается напряжение входного сигнала. При поступлении на инвертирующий вход операционного усилителя 15 через резистор 16 входного сигнала (дифференцированного

45 К зубца) и достижении им порогового уровня напряжение на выходе операционного усилителя 15 становится равным максимальному отрицательному напряжению. При этом напряжение положительной обратной Связи не пропускается диодом 18 на вход операционного усилителя 15 и пороговое напряжение становится равным нулю (момент времени t, , фи1 .2). Теперь

55 переход операционного усилителя 15 в исходное состояние происходит при напряжении входного сигнала, равном пopoгoвo fy, т.е. нулю, что соот30

35

40

50

ветствует точке максимума R -зубца (момент времени i , фиг.2). Резистор 20 и второй диод 22 предназна- чены для того, чтобы исключить подачу напряжения отрицательной по-

лярности на вход инвертора 21, осу- П ествляюшего инвертирование поступаюшего на его вход сигнала.

Перед фронтом счетного импульса сформированного на R -зубец и подан- ного на вход блока 8 синхронизации (фиг.б) первый В -триггер 24 пере- води гся в единичное состояние, так как в это время на его информацион- ном (D) входе присутствует уровень логической единицы, создаваемый импульсом T(j. Задним фронтом инвертированного импульса Тр, поступающего с выхода инвертора 23, инверсное

состояние первого 3) -триггера 24 записывается во второй D -триггер 25, а состояние первого D -триггера 24 изменяется на противоположное. Таким образом, пока счетные импульсы,

сформированные на R -зубпы, и импульсы Т совпадают, на прямом выхо- де второго О -триггера 25 присутствует уровень логического нуля. Если счетный импульс на R -зубец не сфор мирован (например, из-за сбоев в Канале связи или вследствие значительного изменения ритма сердца), то при наличии единичного уровня импульса Tjj на информационном входе (D) первого D -триггера 24 его состояние не изменяется из-за отсутствия сиг- ,нала на тактовом входе (С). В этом случав задним фронтом инвертированного ИМПУЛЬСа Ти, поступающего с выхода и нвертора 23, во второй D - триггер записывается единица, котора является сигналом сбоя. Единица с прямого выхода второго D -триггера 2 через элемент ИЛИ 26 обеспечивает прохождение на выход элемента И 27 всех счетных импульсов. В этом состонии блок 8 синхронизации находится до тех пор, пока генератор 11 стро- бирующих импульсов не зафиксирует период следования R -зубцов по нес- кольким смежным RR-интервалам, свободным от помех, и Не начинает снова вьфабатьшать импульсы Т| синхронно счетным импульс-ам, сформированным на R -зубец. Сигнал Коррекция, подаваемый с первого выхода блока 9 коррекции синхронизации в соответствии с алгоритмом его работы, служит

для исключения ложной установки второго D -триггера 25 в единичное состояние В процессе коррекции длительности RR-интервала.

На второй вход блока 9 коррекции синхронизации (фиг.7) подается сигн R+IT с выхода одновибратора 6, ко рьй поступает на первые входы перво второго, третьего и четвертого элементов И 28, 29, 30 и 31. На вторые входы этих же элементов подаются соответственно сигнал с выходов (l/2)Tft, (2/3)Т«, (4/5) (6/7)Т генератора 11 стробирующих импуль- . сов. На четвертый вход первого элемента ИЛИ 39 подается сигнал с первого -выхода (Сбой) блока 8 синхронизации. На информационные (D) входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого сдвиговых регистров 32, 33, 34, 35 и 37 и С -триггера 42 подается сигнал логической единицы.

Если импульсы Т(., вьфабатываемые генератором 11 стробирующих импульсов, следуют синхронно со счетными импульсами, сформированными на R - зубец (т.е. сигнал на выходе Сбой блока 8 синхронизации равен логи- ческому нулю), то тогда совпадения счетных импульсов, сформированных на R -зубец с импульсами (1/2)Т, (2/3)Т, (4/5)Тк и (6/7)Тя на входах элементов И 28, 29, 30 и 32 не происходят. На входах этих элег йентов могут быть совпадения со счетными импульсами, сформированными на сигналы помех, но это непоследовательные совпадения, так как.сигналы помех имеют хаотический характер. , Задним фронтом инвертированного стробирующего импульса (6/7)Т(, пос- тупа;юшего с выхода инвертора 36, передвигается единица от разряда к разряду в пятом сдвиговом регистре 37. После поступления на шестой вход блока 9 коррекции синхронизации й стробирующкх импульсов (6/7)T|j, (например, п 2), единица перемешается в п -и разряд пятого сдвигового регистра 37 и переводит D -триггер 42 в единичное состояние, и одновременно через первый одновибратор 38 и первый элемент ИЛИ 39 сбрасывает в нуль сдвиговые регистры 32, 33, 34, 35 и 37. Затем описанньй процес :продолжается. Если при этом сигнал на входе Сбой равен логической

единице, то D -триггер 42 находится в нулевом состоянии и сигналы с выхода п -го разряда пятого сдвигового регистра 37 не изменяют его состояние. Если сигнал на входе Сбой находится на уровне логического нуля, а сигнал Т| следует с периодом, например, равным двум RR-интервалам, то.в этом случае на входах первого элемента И 28 счетные импульсы,

сформированные на R -зубцы, совпадают во времени со стробирующими импульсами (l/2)Tj;. При каждом совпадении на выходе первого элемента И 28 вырабатывается импульс, кото- рьй передвигает единицы с информационного (D) входа первого сдвигового регистра 32 по его разрядам. п совпадений (например, п 2) в.П -им разряде первого сдвигового регистра 32 появляется уровень логической единицы, который через второй элемент ИЛИ 40 запускает второй одновибра- тор 41, который в свою очередь вырабатывает импульс положительной по- лярности и подает его на выход Коррекция блока 9 коррекции синхронизации. Этот импульс через первый элемент ИЛИ 39 обнуляет все сдвиговые регистры 32 - 37, в результате чего пятый сдвиговый регистр 37 не переводит D -триггер 42 в единичное Ьостояние. Под воздействием импульса Коррекция в памяти генератора 11 стробируютих импульсов фиксируется действительное значение RR-интерва- да и счетные импульсы, сформированные на R -зубцы, идут синхронно с импульсами Т( . После этого h -и импульс (6/7)Т({ своим задним фронтом переводит Э -триггер 42 в еди- ничное состояние, т.е. на выход Синх. подается сигнал логической единицы,Когда подаваемый на третий вход блока 10 управления (фиг.8) сиг- иад Синх. равен логической единице, означаюшяй, что стробирующие импульсы Tjj идут синхронно со счетными импульсами, сформированными , на R -зубцы, то первый элемент ИЛИ 45 передает на вход одновибратора 46 только сигнал R (счетньш . импульс, сформированный на R -зубец Одновибратор 46 вырабатывает импуль сы R или си одинаковой длительности независимо от длительности сигнала, поступившего на его вход.

При сигнале Синх., равном логическому нулю, на вход одновибратора 46 через первый элё мент ИЛИ 45 подается сигнал си. Когда на входах R и Коррекция блока 10 управления присутствует уровень логического нуля, первый О -триггер 48 находится в нулевом состоянии, которое фиксируется также во всех разрядах сдвигового регистра 49 с помощью генератора 51 импульсов. При изменении уровня сигнала на входах к или Коррекция от нуля до единицы первый D -триггер 48 переходит в единичное состояние, так как на его информационный вход постоянно поддет ся напряжение логической единицы. Когда под воздействием сигнала, поступающего с генератора 51 импульсов в младший разряд сдвигового регистра 49, записывается единица с выхода первого U -триггера 48, пос- ;ледиий обнуляется, а от младшего JC старшему разряду сдвигового регистра 49 последовательно передаётся единица, формируя управляющие сигналь Запись Г и Сброс 1.

Если при этом на входе Синх. I сигнал равен логической единице, то второй D -триггер 52 находится в состоянии логического нуля и сигналы с ВЫХОДОВ младшего и старшего разрядов сдвигового регистра 49 поступают соответственно на выходы Запись 2 и Сброс 2. Если на входе Синх, сигнал равен логическому нулю, то второй элемент И 50 закрыт для прохождения сигнала с выхода младшего разряда сдвигового регистра 49, а на выход Сброс 2 передается сигнал с прямого выхода второго 33 -триггера 52. На прямом выходе второго 3 -триггера 52 повторяется сигнал, подаваемый на его информационный (D) вход, так как частоту импульсов, вырабатываемых генератором 51 импульсов, достаточно высока. Она должна быть больше на несколько порядков частоты следования R- зубцов ЭКС и может быть выбрана равной, например, 100 кГц,

В генераторе II стробируюших импульсов (фиг.9) счетчик 71 подсчи- тывает тактовые импульсы (ТИ), пос- тпупающие на его вторЬй вход. Второй ЦАП 85 преобразует двоичный код, поступающий с выхода счетчика 71 в напряжение, которое нарастает по мере накопления импульсов в счет191

чике 71. С приходом управляющих сигналов Запись 1 и Сброс Г происходит соответственно фиксация в элементе 72 памяти содержимого счетчика 71 и его сброс. Первый ЦАП 73 преобразует цифровой код, поступающий на его вход в напряжение, которое в течение RR-интервапа имеет постоянное значение. Масштабирующий усилитель 74 усиливает напряжение, поступающее с выхода первого ЦАП 73, при этом его коэффициент усиления определяется длительностью строби- рующего импульса Tjj. Например, можно принять длительность импульса 1 равной 0,2 длительности RR-интервапа (т.е 0,2tg ) и храняп1ейся в элементе 72 памяти. Тогда относительно серединь предыдущего импульса Т передний фронт генерируемого импульса Tg должен находиться на временной оси на расстоянии, равном 0,9 , середина - на расстоянии LU , задни .фронт - на расстоянии 1, . Поэто- му в соответствии ji принятой длительностью импульса Tjj коэффициент усиления масштабируюшего усилителя 74 должен быть равен 1,1. Компараторы 56-65 iвместе с подключенными к их выходам элементами И 66-70 производят формирование СТрОбИруЮЩИХ импульсов TR,

(6/7)Т, (А/5)Т. (2/5)Тц и (l/2)Ti. Так, например, первый 56 и второй 57 компараторы вместе с первым элементом И 66 формируют стробирующий импульс TR. ..

Рассмотрим для примера формирование импульса Т. Для этого условно примем напряжение на выходе первого ЦАП 73 равным единице. Тогда на выг ходё маАтабирующего усилителя 74 с .учетом его коэффициента усиления и на (Неинвертирующем входе первого компара ; тора 56 напряжение равно 1,1. Падение напряжения на резисторёг 75 определяет длительность импульса ТцИ должно составлять (3,2 значения напряжения на выходе первого ЦАП 73, что легко удовлетворяется подбором номиналов резисторов 75-84.

.Тогда, если напряжение на выходе дорого ЦАП 85 находится в пределах 0,9 - 1,1 otнocитeльнo напряжения на

6000420

выходе первого ЦАП 73, та на выходах первого и второго компараторов 56 и 57 присутствуют уровни логической единицы и на выходе первого элемента 5 И 66 формируется импульс Т, с требуемыми параметрами. Аналогично происходит формирование остальных стробируюпшх импульсов.

В генераторе 13 синхроимпульсов

10 (фиг.10) элемент 88 сравнения кодовГ сравнивает постоянный цифровой код с выхода элемента памяти 87 с изменяющимся кодом счетчика 86, который подсчитывает тактовые импульсы (ТИ), пос5 тупающие на его второй вход. В момент равенства этих кодов элемент

88сравнения кодов вьфабатывает импульс, который переводит D -триггер

89в единичное состояние, так как

0 на его информационный (D) вход пос- подается уровень логической единицы. Управляющие сигналы

Сброс 2 и Запись 2 могут прихо- . дить совместно, при этом сигнал

5 Запись 2 опережает по времени

сигнал Сброс 2 либо может приходить только сигнал Сброс 2. В первом случае сигналом Запись 2 в элементе памяти 87 фиксируется содержимое Счетчика 86, а сигналом .

Сброс 2 счетчик 86 и Р -триггер 89 обнуляются. Во втором случае при отсутствии сигнала Запись 2 содержимое элемента памяти 87 не меняется, а по сигналу Сброс 2 счет5 чик 86 и О -триггер 89 обнуляются. ;Разрядность счетчика 86 выбирается равной разрядности счетчика 7 генератора 11 стробирующих импульсов.

0 Таким образом, детектор R- -зубца электрокардиосигнала имеет более высокую помехоустойчивость по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения и может Сыть

5 использован для надежной регистрации ритма сердца в системах радиобиотеле- метрии электрокардиограммы биообъекта, находящегося в состоянии Двигательной активности или в других экст0 ремальных условиях, когда необходимо выделять R. -зубец ЭКС на фоне сопутствующих помех.

USblX. иЙЫХ.П

Ufbfjf.

Utbix.S

Uinx.f

tf t2

t

9 1/2.2

л

I

HHIZb

фиг.Н

HHIZb

Ш 1

20

21

BtfJtod

22

KOfftfKtttiH

фиг. 5

ptf«. S

гм

Фаг.З

СдрОС2

Зопись2

Рефрактор Н.Швыдкая

Составитель Э.Балуев

Техред Л. Сердюкова Корректор 0. Луговая

Заказ 5154/2Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

фие. W