Устройство для измерения длительности кардиоцикла Советский патент 1987 года по МПК A61B5/02 

1

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для определения ритма сокращений сердца.

Цель изобретения - повьппение помехозащищенности.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг.2 и 3 - структурные электрические схемы соответственно блока управления и счетного блока в предпочтительном варианте выполнения устройства; на фиг. 4 - - принципиальная электрическая схема генератора импульсов, блока управления и их связей; на фиг. 5 - то же, первого счетчика импульсов, реверсивного счетчика, регистра, блока, контрольной уставки, коммутатора и их связей; на фиг. 6 - то же, компаратора; на фиг. 7 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 8 - пример участка ритмограммы с импульсными помехами.

Устройство для измерения длитель- ности кардиоцикла (фиг. 1) содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, первый счетчик 2 импульсов, реверсивный счетчик. 3 импульсов, компаратор 4, счетный блок 5, регистр 6 и блок 7 индикации,блок 8 управления, первый вход которого подключен к второму выходу генератора 1 импульсов, второй вход - к входной шине устройства, первый выход - к второму входу реверсивного счетчика 3 импульсов, второй выход - к второму входу первого счетчика 2

12

импульсов, а третий выход - к второ- 40 схемах типа 564ИЕ11 (элементы ДЦб, му входу счетного блока 5, третий ДЦ7 и ДД8 на фиг. 5), регистр 6 - вход которого соединен с вторым выхо- на микросхеме типа 564ИР9 (элемент дом Ko iinapaTopa 4, блок 9 кбнтроль- ной уставки, выход которого соединен с вторым входом компаратора 4, а вход г с вторым входом регистра 6 и

ДЦЗ.О на фиг. 5), компаратор 4 - rfa микросхеме типа 564ЛЕ5 (элементы 45 ДД9, ДЦ10 и дан на фиг. 6).

Принцип работы устройства основан на том, что последовательность нормированных импульсов, синхронных с сокращениями сердца (ритмограмма), ра 1 импульсов, и коммутатор 10,пер- 50 является квазипериодическим процесс первым входов реверсивного счетчика 3 импульсов, третий вход которого подключен к первому выходу генератовьй вход которого соединен с вторым выходом реверсивного счетчика 3 импульсов, второй вход - с вторым выходом блока & управления, а выход - с четвертым входом реверсивного счетчика 3 импульсов. При этом блок 8 управления (фиг.2) содержит последовательно соединенные триггер 11, второй счетчик 12 импульсов, второй

10

961132

вход которого является первым входом блока 8 управления, и дешифратор 13, первый, второй и третий выходы которого являются соответственно первым вторым и третьим выходами блока 8 управления, а четвертый выход подключен к первому входу триггера 11, второй вход которого является вторым входом блока 8 управления. Кроме того, счетньш блок 5 (фиг.З) содержит последовательно соединенные первый элемент И 14 и третий счетчик 15 импульсов, выход которого является выходом счетного блока 5, и второй элемент И 16, выход которого подключен к второму входу третьего счетчика 15 импульсов, первьй вход является первым входом счетного блока 3, а второй вход является вторым входом счетного блока 5 и соединен с первым входом первого элемента И 14, второй вход которого является третьим входом счетного блока 5.

В предпочтительном варианте вьтол- нения устройства генератор 1 импульсов (фиг.4) содержит дйа инвертора (элементы ДЦ1.1 и ДЦ1.2), резистор, кварцевьй резонатор ZQ и двоичный счетчик импульсов (элемент ДЦ4.1).

Блок 9 контрольной уставки выполнен, например, в виде преобразователя кодов на микросхеме К573РФ2 (элемент ДЦ3.1 на фиг. 5). Коммутатор 10 выполнен в виде триггера (элемент ДЦ3.2

j на фиг. 5). Первый счетчик 2 импульсов может быть выполнен на микросхемах типа 564ИЕ10 (элементы ДД4.2, ДЦ5.1 и ДЦ5.2 на фиг. 5), реверсивный счетчик 3 импульсов - на микро20

5

сом, в котором временные интервалы Т; между смежными импульсами (длительности кардиоцикла), удовлетворяют условию

Т;

1-f

- Т;

iui

где U,; - максимально возможное изменение соседних кардиоинтервалов

3 12961

Т-, и Т; ритмограммы, которое при нормальном типе сердечного ритма не превьшзает 10% от длительности Т; кардиоцикла. В реальных условиях регистрации ритмограммы помехи в виде 5 случайной последовательности импульсов поступают вместе с ритмограммой на вход устройства. Устройство производит вычисление абсолютного значения разности соседних интервалов рит- мограммы:

йТ;

Т;., - Т;

которое сравнивается с пороговым уровнем Л; , т.е. проверяется условие (1) . Далее проверяются по условию (1) кардиоинтервалы Т- и Т- Т;4.| и и т.д. Если К следующих друг за другом кардиоинтервалов удовлетворяют условию (1), то принимается решение, что помехи отсутствуют и все К интервалов принадлежат ритме- грамме. В этом случае значение пос- леднего интервала принимается за длительность кардиоцикла и отображается на индикаторе. Если условие (1) для какой-либо пары из К смежных интервалов не выполняется, то про- цесс поиска К подряд следующих кардиоинтервалов, удовлетворяющих условию (1), начинается сначала.

Устройство для измерения длительности кардиоцикла работает следующим

образом.

На второй вход блока 8 управления поступают импульсы ритмограммы (РГ), а на первый вход первого счетчика 2 и на третий вход реверсивного счетчи- ка 3 подаются с первого выхода генератора 1 тактовые импульсы (ТИ) частотой, например 1 кГц (фиг.7,б). При поступлении очередного импульса рит- нограммы (фиг.7,а), который посред- ством триггера 11 переводит второй счетчик 12 в режим счета (фиг.2, блок 8 управления формирует соответственно на своих третьем, первом и втором выходах три неперекрывакяцихся синхроимпульса (СИ) Ф1, Ф2 и ФЗ (фиг.7,в), причем эти синхроимпульсы формируются вторым счетчиком 12 и дешифратором 13 (фигЛ) в.паузе между первым и вторым тактовыми импуль- сами по.поступаюпщм с второго выхода генератора 1 на первый вход блока 8 управления импульсом, следующим с частотой, например, 16 кГц. Затем

961

5-

15

-

35

40 -Q «

134

по сигналу с четвертого выхода дешифратора 13 триггер 11 возвращает второй счетчик 12 в исходное состояние.

Измерение текущего интервала Т ритмограммы осуществляется первым счетчиком 2 путем подсчета количества тактовых импульсов в течение интервала Т;. Определение модуля разности двух смежных кардиоинтервалов &Tj, в соответствии с выражением (2), производится реверсивным счетчиком 3 и коммутатором 10. Для этого по окончании предшествующего кардиоцикла длительностью Т;, синхроимпульсом Ф2 содержимое первого счетчика 2, соответствующее длительности Т, , переписывается в реверсивный счетчик 3. Затем синхроимпульс ФЗ сбрасывает первый счетчик 2 в нуль и переводит коммутатор 10 в состояние, при котором его выходной сигнал устанавливает реверсивный счетчик 3 в режим вычитания. Первый счетчик 2 осуществляет измерение текущего кар- диоинтервала Т; путем подсчета тактовых импульсов, а в реверсивном счетчике 3 производится вычитание количества поступивших тактовых импульсов из записанного в нем числа, соответствующего длительности Т;, . Если Т., Т , то. по окончании интервала Т содержимое реверсивного счетчика 3 будет соответствовать величине дТ-. Если Т, «iTj , то в момент переполнения реверсивного счетчика 3, т.е. в данном случае, когда его содержимое становится равным нулю, сигналом с его второго выхода коммутатор 10 переводится в такое состояние, при котором выходной сигнал коммутатора 10 устанавливает реверсивный счетчик 3 в режим суммирования. Поэтому и в случае Т,, с Т, по окончании текущего интервала в реверсивном счетчике 3 будет записано значение дТ в соответствии с выражением (2).

Пороговое значение Д; формируется блоком 9 контрольной уставки по измеренной длительности Т; текущего кардиоинтервала. При этом закон формирования выходного кода блока 9 контрольной уставки в зависимости от величины 1- также, как и количество К проверок смежных кардиоинтервалов по условию (1), устанавливаются в зависимости от условий эксплуатации устройства. Например, может

51

быть задана такая зависимость, при которой минимальному значению 250 мс (частота сердечных сокращений .240 ударов -за минуту) соответствует пороговое значение Д; 10 мс, а максимальному значению 2000 мс (30 ударов за минуту) соответствует Л; 200 мс. Количество проверок К, которое определяется емкостью третьего счетчика 15 (фиг.З), может быть выбрано равным, например, пяти.

Компаратор 4 производит сравнение значения Т; с пороговым уровнем &; и результат этого сравнения пода- ется в счетный блок 5. В начале следующего кардиоцикла по синхроимпульсу Ф1, поступающему на второй вход счетного блока 5, происходит или увеличение содержимого третьего счет чика 15 (фиг.З) на единицу, если ЬТ; &&;; или третий счетчик 15 устанавливается в исходное (нулевое) состояние, если йТ; uj Если в те- ;чение К смежных кардиоинтервалов удовлетворяется условие ( 1) , то третий счетчик 15 переполняется и его выходной сигнал производит запись длительности последнего измерения кардиоинтервала из первого счетчика 2 в регист р 6, содержимое которого отображается блоком 7 индикации, и затем снова начинается процесс измерения длительности кардиоцикла.

Повьшение помехозащищенности уст- ройства по сравнению с прототипом можно продемонстрировать на примере участка ритмогрйммы, представленной на фиг. 8. Предположим, что на вход устройства поступает импульсная по- следовательность (фиг.8,в), состоящая Иаэ восьми кардиоимпульсрв (фиг.8,а) и двух импульсов помехи (фит.8,6), причем разность межимпульсных интервалрз на искаженном помехами участке t ритмограммы не превышает пороговых значений и; . В такой ситуации прототип даст три искаженных результата (Т,, Т, и Тд) и четыре истинных результата (Tj, Tg, Т и Tg), а устройство (при задании величины К, равной пяти) за- фиксирует хотя и единственный, но истинный результат измерения длительности кардиоцикла.

Таким образом, устройство обеспечивает достоверное измерение дли- тельности кардиоцикла при оценке

136

состояния сердечно-сосудистой системы на фоне повышенного уровня помех вызванньк интенсивной мышечной деятельностью или другими экстремаль- ными условиями.

Формула изобретения

1.Устройство для измерения длительности кардиоцикла, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов, первый счетчик импульсов, реверсивный счетчик импульсов, компаратор и счетный блок, блок управления, первый вход которого подключен к второму выходу генератора импульсов, второй вход - к входной шине устройства, первый выход - к второму входу реверсивного счетчика импульсов, а второй выход - к втором входу первого счетчика импульсов, и блок контрольной уставки, выход которого соединен с вторым входом компаратора, а вход - с первым входом реверсивного счетчика импульсов,третий вход которого подключен к пер- вому выходу генератора импульсов,, отличающееся тем, что,

с целью повышения помехозащищенности, сР него введены последовательно соединенные регистр и блок индикации, и коммутатор, выход и первый вход которого подключены соответственно к четвертому входу и второму выходу реверсивного счетчика импульсов, а второй вход - к второму выходу блока управления, третий выход которого соединен с вторым входом счетного блока, третий вход которого подключен к второму выходу компаратора, а выход - к первому входу регистра, второй вход которого соединен с выходом первого счетчика импульсов.

2.Устройство по П.-1, отличающееся тем, что в нем блок управления содержит последовательно соединенные триггер, второй счетчик импульсов, второй вход которого является первым входом блока управления, и дешифратор, первьй, второй и третий выходы которого являются соответственно первым, вторым и третьим выxoдa &I блока управления, а четвертый выход подключен к первому входу триггера, второй вход которого является вторым входом блока управления.

3.Устройство по п.1, отличающее с я тем, что в нем счетный

блок содержит последовательно соединенные первый элемент И и третий слетчик импульсов, выход которого является выходом счетного блока, и второй элемент И, выход которого подключен к второму входу третьего счетчика импульсов, первый вход являОт генератора 1

ется первым входом счетного блока, а второй вход является вторым входом счетного блока и соединен с пер вым входом первого элемента И, второй вход которого является третьим входом счетного блока.

Фиг. 2.

фиг.З

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для измерения временных интервалов между сердечными сокращениями ttt 1 flr. при условиях помех, вызванных интенсивной мышечной и двигательной деятельностью. Импульсы с генератора 1 тактовых импульсов поступают на блок - 8 управления, где вырабатываются три неперекрывающихся синхроимпульса. Измерение текущего интервала ритмо- граммы осуществляется счетчиком 2. Определение модуля разности двух смежных кардиоинтервалов ЛТ; производится реверсивным счетчиком (PC) 3 и коммутатором 10. Пороговое значение &i формируется блоком 9 контрольной уставки по измеренной дли- .тельности Т; . Компаратор 4 производит сравнение значения ЛТ; с пороговым уровнем Ai, сигнал с компаратора 4 поступает в счетньй блок 5. 3 з.п. ф-лы, 8 ил. iS |ч Х

) I II I II I t

S) I

.; jWlVlllVL

Фиг.7

Фиг.8