Устройство для выявления кардиоаритмии Советский патент 1987 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для диагностики заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Цель изобретения - повышение достоверности выявления нарушений ритма сердца путем контроля выделения R-зубцов и обработки RR-интервалов.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - то же, предпочтительный вариант; на фиг.З - узел вычитания; на фиг.4 - генератор командных импульсов; на фиг.5 - временные диаграммы, пояс- няюшие функционирование устройства.

Устройство для выявления кардиоарит- мии содержит (фиг.1) последовательно соединенные датчик 1 электрокардиосигнала (ЭКС) и блок -2 выделения R-зубцоБ, блок 3 обработки RR-интервалов, блок 4 индикации, контрольный индикатор 5, последовательно соединенные блок 6 задержки и элемент ИЛИ 7, второй вход которого подключен к выходу блока 2 выделения R-зубцов, а выход - к входу блока 3 обработки RR-интервалов, и переключатель 8, первый вход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 7, второй вход - с выходом блока 3 обработки RR-интервалов, первый выход с входом блока 6 задержки, второй выход - с входом блока 4 индикации, а третий выход - с входом контрольного индикатора 5.

При этом блок 6 задержки содержит (фиг.2) последовательно соединенные генератор 9 импульсов, первый элемент И 10 и счетчик 1 1 импульсов, выход которого является выходом блока 6 задержки, поел едователь-но соединенные генератор 12 случайный чисел и второй элемент И 13, выход которого подключен к второму входу счетчика 11 импульсов, и триггер 14, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И 10, первый вход - с выходом счетч1;1ка 11 импульсов и с вторым входом второго элемента И 13, а второй вход является входом блока 6 задержки.

В предпочтительном варианте выполнения устройства блок 3 обработки RR-интервалов, содержит (фиг.2) генератор 15 импульсов, делитель 16 частоть, два счетчика 17 и 18 импульсов, узел 19 вычитания, элемент 20 сравнения и узел 21 управления. Элемент 20 сравнения может быть выполнен в виде компаратора кодов. Узел 21 управления может быть выполнен в виде управляемого генератора 22 командных импульсов и трех триггеров 23, 24 и 25, образую- ших распределитель импульсов с тремя выходами и самоостановом (фиг.2).

Блок 4 индикации может быть реализован, например, на последовательно соединенных счетчике 26 импульсов (обнуляемом при включении устройства), дешифраторе 27 и цифровом индикаторе 28 (фиг.2).

Узел 19 вычитания в предпочтительном варианте выполнения содержит (фиг.З) реверсивный счетчик 29 импульсов, триггер 30, два элемента И 31 и 32 и элемент ИЛИ-НЕ 33 Управляемый генератор 22 командных импульсов содержит (фиг.4) два триггера 34 и 35, элемент И 36, генератор 37 импульсов и формирователь 38 импульсов, выполненный, например, в виде дифференцируюшей RC-цепи. Переключатель 8 может быть вы полнен в виде двух связанных ключей 8-1 и 8-2 (фиг.2). Контрольный индикатор 5 представляет собой световой индикатор, выполненный, например, в виде индикаторной лампочки.

5 Устройство для выявления кардиоарит- мии работает следуюшим образом.

Устройство имеет два режима работы - режим диагностики аритмии и режим проверки работоспособности устройства. В режиме диагностики аритмии с помошью переключа0 теля 8 (фиг.5в, положение I) связь между блоком 2 выделения R-зубцов и блоком 6 задержки размыкается, а блок 4 индикации подключается к выходу блока 3 обработки RR-интервалов. ЭКС с датчика 1 (фиг.5а) подается на вход блока 2 выделения R-зуб цов, который по каждому R-зубцу ЭКС формирует прямоугольный синхроимпульс (СИ), поступаюший через элемент ИЛИ 7 на вход блока 3 обработки RR-интервалов (фиг.56).

Последний анализирует информацию о временных интервалах между поступающими на его вход импульсами (фиг.5д) следующим образом. По каждому входному импульсу осуществляется последовательное формирование на выходах триггеров 23, 24 и 25 узла 21 управления (фиг.2) трех управляющих импульсов К1, К2, и КЗ (фиг.5ж), следующих с частотой, определяемой управляемым генератором 22. По управляющим импульсам К1, К2, и КЗ в блоке 3 обработки RR-интервалов выполяются сле0 дующие операции; К1 - сравнение кодов в элементе 20 сравнения; К2 - перезапись содержимого из счетчика 18 в узел 19 вычитания; КЗ - сброс (установка в нулевое состояние) счетчиков 17 и 18.

Тактовые импульсы (ТИ), поступающие с

5 выхода генератора 15 (фиг.5е), подсчитываются счетчиком 18 и счетчиком 17, на вход которого ТИ подаются через делитель 16, имеющий коэффициент, равный, например, пяти. Поскольку управляющие импульсы К1, К2 и КЗ вырабатываются с приходом

каждого R-зубца ЭКС, по окончании каждого RR-интервала счетчик 18 содержит значение, соответствующие длительности RR-интервала, а счетчик 17 содержит значение, равное одной пятой этой длительности..

е Узел 19 вычитания определяет значение, соответствующее абсолютной величине разности длительностей предществующего RR-интервала RR,- и текущего RR-интервала RR,v i.

0

Это осуществляется путем занесения по импульсу К2 в реверсивный счетчик 29 (фиг.З) значения RR, из счетчика 18, и одновременной установки в единичное состояние триггера 30. Далее ТИ текущего RR-интервала, поступая через элемент И 31 на вход вычитания реверсивного счетчика 29, производят вычитание длительности RR,+i этого интервала. В случае достижения разностью нулевого значения, элемент ИЛИ- НЕ 33 формирует сигнал, сбрасывающий триггер 30, и ТИ подаются на вход прямого счета реверсивного счетчика 29. В результате узел 19 вычитания- определяет значение

IARR,I IRR, -RR,+ ,|. (|)

По управляющему импульсу К1, поступающему с выхода узла 21 управления на элемент 20 сравнения, осуществляется сравнение величины lARRil с непрерывно изменяющейся контрольной уставкой 0,2 RR;+i. При выполнении неравенства

IARR.I о,2 RR,+,

(2)

элемент 20 сравнения вырабатывает импульс, соответствующий наличию аритмии сокращений сердца.

Управляющий импульс 13 производит сброс счетчиков 17 и 18, заверщая цикл обработки текущего RR-интервала ЭКС.

Формируемые узлом 21 управления импульсы К1, К2 и КЗ привязаны по фазе к ТИ, т. е. появляются с приходом первого ТИ после формирования очередного СИ (фиг.5). Эта функция выполняется управляемым генератором 22 (фиг.З). Поступающий с выхода элемента ИЛИ 7 СИ (фиг.5д) устанавливает триггер 34 в единичное сое- тояние, которое переписывается в триггер 35 после появления очередного ТИ. Одновременно триггер 34 сбрасывается. Триггер 35 в течение одного периода ТИ разрешает прохождение импульсов с генератора 37 через элемент И 36 на вход управляемого генератора 22. В момент установки триггера 35 формирователь 38 вырабатывает импульс, который по стробирующим им пульсам генератора 37 записывается в триггер 23, формируя импульс К1, и последо- вательно переписывается в триггеры 24 и 25, вырабатывая соответственно импульсы К2 и КЗ.

С приходом, следующего ТИ триггер 35 сбрасывается и узел 21 управления не меняет своего состояния до появления очередного СИ. Так как частота генератора 37 превышает не менее чем в 3 раза частоту ТИ, управляющие импульсы формируются в промежутке между двумя первыми ТИ, следующими после СИ, и время обработки RR-интервала ЭКС не превышает одного периода ТИ. При наличии аритмии сокращений сердца, выявленной блоком 3 обработки RR-ин

5

0

0

5

0 5 5

0 5

тервалов, импульс с выхода элемента 20 сравнения через переключатель 8 подается на вход блока 4 индикации (фиг.2). Этот импульс увеличивает на единицу содержимое счетчика 26, выходной код которого дешифрируется дещифратором 27 и индицируется в десятичном представлении цифровым индикатором 28. При этом счетчик 26 начинает свою работу с нулевого состояния, устанавливаемого при включении устройства.

В режиме проверки работоспособности устройства с помощью переключателя 8 (положение И) блок 6 задержки подключается к выходу блока 2 выделения R-зуб- цов, а к выходу блока 3 обработки RR-интервалов вместо блока 4 индикации подключается контрольный индикатор 5. В этом режиме СИ на вход блока 3 обработки RR-интервалов подаются через элемент ИЛИ 7 как непосредственно с выхода блока 2 выделения R-зубцом, так и после их прохождения через блок 6 задержки. Таким образом, в режиме проверки блок 3 обработки RR-интервалов производят анализ поверочного ритма, представляющего собой сочетание истинного ритма сердца обследуемого и импульсов, следующих с задержкой по отношению к исходным СИ R- зубцов ЭКС (фиг.5д). Результирующий ритм получается измененным, причем характер изменения зависит от времени задержки и от истинного ритма сердца обследуемого.

Время задержки определяется статистическими Характеристиками выходного сигнала генератора 12 случайных чисел. При поступлении СИ на вход блока 6 задержки триггер 14 устанавливается в единичное состояние, которое обеспечивает прохождение импульсов с выхода генератора 9 через элемент И 10 на счетчик 11. Предварительно в последний с выхода генератора 12 случайных чисел через элемент И 13 заносится код случайно изменяющегося числа п. Следовательно, счетчик 11 досчитывает импульсы с выхода генератора 9, начиная с числа п, до значения коэффициента jV пересчета счетчика 11. Выходной сигнал счетчика 11, являющийся выходным сигналом и блока 6 задержки, переводит в нулевое состояние триггер 14, запрещая прохождение импульсов с выхода генератора 9 через элемент И 10, и разрешает запись через элемент И 13 нового числа п из генератора 12 случайных чисел в счетчик 11, подготавливая блок 6 задержки к приему следующего СИ. Время задержки блоком 6 задержки определяется в соответствии с соотношением

. 1з .

(3),

время задержки блоком 6 задержки;

коэффициент пересчета счетчика 11;

число, заносимое в счетчик 11 из генератора 12 случайных чисел;

частота импульсов на выходе генератора 9.

Для проверки работоспособности датчика 1, блока 2 выделения R-зубцов и блока 3 обработки RR-интервалов на вход последнего необходимо подать аритмичную последовательность СИ, составленную из истинного ритма сердца обследуемого и импульсов, задержанных относительно инстинного ритма сердца. Если ритм сокращений сердца обследуемого является синусовым, достаточно обеспечить в блоке 6 задержки, например, среднее время задержки ,20 с и дисперсию времени задержки Оз 0,0010 с. Таким образом, задержанные импульсы имитируют экстрасистолы, не попадая в середину RR-интервалов и не совпадая с R-зубцами ЭКС обследуемого. Результирующий ряд интервалов между СИ такой, что блок 3 обработки RR-интервалов выявляет наличие проверочной аритмии в соответствии с выражением (2).

Если в исходном ЭКС обследуемого имеются аритмии, вероятные характеристики ритма сердца меняются. Однако в случае использования указанных статистических характеристик времени задержки образование проверочных аритмий все равно достоверно обеспечено, так как аритмии характеризуются сочетаниями нормальных, укороченных и удлиненных RR-интервалов, и их объединение со случайными интервалами образует неправильный ритм. Из выражения (3) следует, что генератор 12 случайных чисел должен формировать случайные числа в соответствии с формулой

П N - t;) - f.

(4)

где 1з распределено случайным образом по нормально.му закону со средним значением Шз 0,20 с и дисперсией Оз 0,0010 с. Для того, чтобы блок 6 задержки каждый раз обеспечивал новую задержку, необходимо, чтобы период формирования случайных чисел п с указанными характеристиками был меньще минимально возможного периода следования R-зубцов и равен, например, 0,1 с. Время задержки, создаваемое блоком 6 задержки, может быть и постоянным, например, меньшим половины наименьшего вероятного периода сердечных сокращений.

В процессе анализа формируемого проверочного ритма блок 3 обработки RR-интервалов выявляет наличие аритмии. Сигналы наличия аритмии индицируются контрольным индикатором 5, подтверждающим исправность устройства. Блок 4 индикации при этом не функционирует.

Существует вероятность формирования в режиме проверки правильного. рит.ма. Это может происходить в случае совпадения задержанных импульсов с СИ и в случае попадания задержанных импульсов в середину RR-интервалов при определенных нарушениях исходного ритма сердца. Так как и

0

5

задержка и истинный ритм сердечных сокращений обследуемого постоянно меняются, путем перевода устройства в режим проверки на более длительное время (например, до 5 с) можно надежно получить на входе блока 3 обработки RR-интервалов нарущенный ритм сердца и проверить работоспособность устройства.

Срабатывание в режиме проверки контрольного индикатора 5 свидетельствует об ис0 правности датчика 1, блока 2 выделения R-зубцов и блока 3 обработки RR-интервалов. Если хотя бы один из этих блоков неисправен, контрольный индикатор 5 в режиме проверки не работает, что указывает на недостоверность получаемой с помощью

5 устройства информации. При этом контролируется также правильность использования датчика 1 (например, правильность положения электродов, обработки поверхности кожи), а следовательно, и достаточность амплитуды и степени помехозащищенности ЭКС, при которых обеспечивается нормальная работа блока 2 выделения R-зубцов.

Таким образом, устройство обеспечивает повышение достоверности выявления нарушений ритма сокращений сердца посредством оперативного контроля работоспособности основных блоков устройства.

Формула изобретения

1.Устройство для выявления кардио- аритмии, содержащее последовательно соеQ диненные датчик электрокадиосигнала и блок выделения R-зубцов, блок обработки RR-интервалов, блок индикации и контрольный индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности выявления нарушений ритма сердца путем контроля выделения R-зубцов и обработки RR-интервалов, в него введены последовательно соединенные блок задержки и элемент ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока выделения R-зубцов, а выход - к входу блока обработки RR-интервалов, и переключатель, первый вход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, второй вход - с выходом блока обработки RR-интервалов, первый выход - с входом блока задержки, второй выход - с входом блока индикации, а третий - с входом контрольного индикатора.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем блок задержки содержит последовательно соединенные генератор импульсов, пер вый элемент И и счетчик импульсов, выход ко- (j торого является выходом блока задержки, последовательно соединенные генератор случайных чисел и второй элемент И, выход которого подключен к второму входу счетчика импульсов, и триггер, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, первый вход - с выходом счетчика импульсов и с вторым входом второго элемента И, а второй вход является входом блока задержки.

5

0

5

5

15

ТИ

си

O-

K2

/ --}I I 2 - I

I гг I j д A-f /rj I

- a г 24 г 25

гпГ

я -Ji-N

f

rIS

TLrn

-v 7/7

Я-;

fS

/ff

2/

Изобретение предназначено для анализа ритма сокращений сердца и позволяет повысить достоверность выявления нарушений кардиоритма путем обеспечения возможности оперативного контроля работоспособности основных узлов устройства. Снимаемый с обследуемого датчиком 1 электрокардиосигнал псЗдается в блок 2 выделения R-зубцор, который по каждому R-зубцу фор мирует нормированный синхроимпульс. Когда устройство с помощью переключателя 8 переводится в режим диагностики, синхроимпульсы поступают непосредственно в блок 3 обработки RR-интревалов, выявляющий аритмии, наличие которых индицируется блоком 4 индикации. В режиме проверки работоспособности на вход блока 2 выделения R-зубцов поступает нерегулярная поверочная последовательность синхроимпульсов, формируемая с помощью блока 6 задержки и элемента ИЛИ 7. Если контрольный индикатор 5 сигнализирует о наличии аритмии, выявленной блоком 3 обработки RR-интерва- лов, это свидетельствует о нормальной работе основных блоков устройства и тем самым о достоверности получаемой с помощью устройства информации о характере кардиоритма. 1 з.п.ф-лы. 5 ил. i (Л со фиг.1

ГИ

19