Устройство для вычисления объема сердца Советский патент 1987 года по МПК G06F19/00 G06F159/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и медицине и может использоваться для определения среднего времени циркуляции крови и объема сердца путем обработки входных и выходных сигналов изменения концентрации индикатора, отражающих процесс разведения его в системе кровообращения.

Целью изобретения является уменьшение травматизма и упрощение исследования путем исключения катетеризации сердца.

На фиг.1 представлена схема уст- ройства на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устрсч ютво содержит датчики 1 и 2, схемы 3 и 4 сравнения, узел 5 согласования параметров, счетчик б, вычисЕмкость дозирующего конденсатора 10 и сопротивление резистора 14 выбирают такими, чтобы выполнялось условие

to

f5

Cg R -fM 1, (1) где Cg - емкость конденсатора 0 R - сопротивление резистора 14; f - максимальная частота поступаю1цих импульсов. Емкость конденсатора 14 выбирают такой, чтобы постоянная времени интегратора была равной, например, 10 с. Определение устройством среднего времени циркуляции крови и объема сердца осуществляют следующим образом.

После установки датчиков 1 и 2 описанным образом в локтевую вену пралитель 7, аналого-цифровой преобразо- 20 вой руки вводят с помощью обычного ватель (АЦП) 8, интегратор 9, конден- шприца индикатор, например, альбумин

сатор 10, диоды 11 и 12, конденсатор 13, резистор 14.

Датчики 1 и 2 представляют собой, например, коллимированные сцинтил- ляционные датчики, устанавливаемые Снаружи, причем датчик 1 устанавливают в области правой подключичной вены для регистрации входной кривой разведения, а датчик 2 устанавливают спереди грудины над сердцем для регистрации выходной кривой разведения индикатора, который вводят в периферийную вену. Схемы 3 и 4 могут быт (Выполнены, например, на компараторах нижнего и верхнего уровней амплитудной дискриминации импульсов, посту- 11аюи;их с выхода датчиков 1 и 2, с последуюпщм объединением выходных сигналов компараторов в схеме анти- соБпадений.

В качестве вычислителя 7 можно использовать, например, персональную ЭВМ ИРИШЛ с бытовым телевизором в качестве монитора, в которой сигналы с АЦП 3 и счетчика 6 поступают в оперативную память через два порта параллельного интерфейса КР 580ВВ55, а сигналы сброса и управления счетчиком 6 и пуска АЦП 8 получают программным путем с выходов звукового синтезатора КР580 ВИ 53. При этом программ1л, реализующие алгоритм рабо ты устройства, хранят в модуле памяти, а необходи.мые для расчетов дан ные вводят с клавиатуры через интерфейс клавиатуры КР580ИР12.

Емкость дозирующего конденсатора 10 и сопротивление резистора 14 выбирают такими, чтобы выполнялось условие

Cg R -fM 1, (1) где Cg - емкость конденсатора 0 R - сопротивление резистора 14; f - максимальная частота поступаю1цих импульсов. Емкость конденсатора 14 выбирают такой, чтобы постоянная времени интегратора была равной, например, 10 с. Определение устройством среднего времени циркуляции крови и объема сердца осуществляют следующим образом.

После установки датчиков 1 и 2 описанным образом в локтевую вену пра25

30 35 40

человеческой сыворотки, меченный йодом-131.

На выходах дискриминаторов 3 и 4 появляются импульсы, средняя частота которых пропорциональна соответственно входной и выходной концентрации индикатора:

Ke,C.Bx(t) -, ,(t),

(2) (2a)

где К

g - коэффициент преобр;зования датчика 1

-jw

Kg - коэффициент преобразования датчика 2.

Импульсы частотой ) поступают на вход счетчика 6, который регистрирует отсчеты NjCt) njCt)- ut , где ut - шаг дискретизации, устанавливаемый сигналом управления с выхода вычислителя 7,

Для недиффундирующего и равномерно перемешиваемого с кровью индикатора закон сохранения массы можно представить следующим уравнением:

(c)j

- л w

(3)

масса индикатора в исследуемом объеме VB момент времени tj результирующая скорость доставки индикатора потоком крови F, равная

313126

разности скоростей притока и оттока индикатора:

dw F С,, (t) - F C,,,,,(t). (4)

8ИХ

Учитывая, что С„.(с) m(t) V,

рЫд

после подстановки значения - w из уравнения (4) в уравнение (3) и преобразований получаем

,.(t) dt

+ Се,„(с) Ce.(t) (5)

где t V F - среднее время цирк лявди индикатора через исследуемый объем V.

Дифференциальное уравнение (5) описывает зависимость изменения во времени концентрации индикатора, и решение его относительно ) представляет собой математическое описание выходной кривой разведения, которая в виде меняющихся во времени отсчетов N2(t) ) х X dt Kjbix Cgfci/t) при dt 1с записывается в оперативной памяти вычислителя 7 и выводится на его монитор.

С учетом, что n2(t) Kg(, уравнение (5) преобразует к виду

d )

. , 1к(0 - S|L«c,,(t).(6) 35

Импульсы частотой n(t) через конденсатор 10 и диод 12 поступают на интегратор 9, интегратор измеряет среднюю частоту импульсов и представляет результат измерения в аналоговой форме в виде тока через резистор 14. Измерение средней частоты импульсов осуществляется путем усреднения ко- 45 личества электричества, приносимого импульсами напряжения, следующим об- пазом.

При постоянной частоте импульсов гп fp и установившемся равновесии количество электричества л Q,gp , поступающее на конденсатор 13 за время jt, равно потере заряда лррдзр i(j4t из-за тока i разряда конден- сатора через резистор 14, т.е. о Чо заряд, приносимый каждым импульсом с диода 12. Так как конденсатор 13 с приходом каждого

154

импульса разряжается не мгновенно, (из-за большого обратимого сопротив- лени. диодов 11, 12 и конечного значения сопротивления), а с постоянной времени Т RC, то, несмотря на дискретность приносимого заряда q , пульсации тока сглаживаются, а результат измерения частоты импульсов в виде усредненного тока разряда io автоматически нормируется по времени.

Таким образом, при указанном выборе величин дозирующей емкости и сопротивления интегрирующего контура (в этом случае qj, const) ток i в установивщемся режиме пропорционален частоте импульсов и не зависит от сопротивления.

Конденсатор 10 разряжается в паузах между импульсами через внутреннее сопротивление схемы 3 и прямое сопротивление диода 11.

При меняющейся во времени частоте импульсов прирост заряда на конденсаторе 13 за время dt равен qgn,.(t)dt (t)dt, a уменьшение заряда за счет разряда конденсатора через резистор 14 равно dQpa5p i(t)dt, где i(t) - ток разряда. Суммарное изменение заряда определяется разностью:

dQ dQ p-dQp 3p Kg,,(t)dt-i(t)dt.(7)

Это же изменение заряда можно определить по изменению напряжения dU на конденсаторе 13:

(t)-RC . (8)

Приравнивая правые части равенства

(7) и (8) после преобразований, получаем

. 1 цо

q«K

вх

(9)

где Т RC - постоянная времени Интегратора.

Выходной сигнал в виде напряжения снимается с резистора 14, поэтому в уравнении (9) можно i(t) заменить на (t)/R:

.(t),,U)

Выбирая значения Чд, Kg и R такими, чтобы их произведение R например,К вх вы qg - , получаем следующее дифференциальное уравнение:

d UBbix(t) 1, ч К«м,, /X /,. dt t ) - (t)()

которое полностью индентично уравнению (6). Следовательно, сигнал

URU,(t)

совпадает с сигналом N2

при условии, что постоянная времени Т интегратора равна среднему времени t циркулящш крови через исследуемый объем V сердца.

Сигнал (t) поступает на информационный вход АЦП 8, пуск преобразования которого осуществляется про- 1 раммным путем одновременно с окончанием интервала дискретизации. С выхода АЦП 8 сигнал в цифровом виде записывается в вычислитель 7

15 амплитуде

ewt W) I

и

вых

()

20

и вьшодит ее на монитор.

По степени совпадения кривых

и (c) оценивают достове ность полученных результатов.

)

Формула изобретени

Устройство для вычисления объем

и выводится на его монитор. Таким об- 25 сердца, содержащее первый датчик, разом, на мониторе одновременно отоб- аналого-цифровой преобразователь,

ражены кривые ) и Ujj,,(t),

причем кривая Ujbix - выбран- лой постоянной времени интегратора 10 с (фиг.2).

Далее вычислитель 7 находит максимумы записанных кривых ни m и определяет значение времен цф и tj ф - на фронтах и t, с и tjC - на спадах кривых, соответствующих половинам амплитуд,и вычисляет коэффициент коррекции по

счетчик и вычислитель, информацион ные входы которого подключены к вы ду аналого-цифрового преобразовате

30 и счетчика соответственно, отли чающееся тем, что, с целью уменьшения травматизма и упрощения следования путем исключения катете зации сердца, в него введены два к

эс паратора, интегратор и второй датч причем выходы- первого и второго да чиков соединены с входами первого второго компараторов соответственн выход второго компаратора соединен

1C - I (i t 2 Ч,ф

Н2

tiC

и амплитуде:

и/5мхт

Г - -

2m

вычислитель 7 опревремя циркуляции крови t -- и объем сердца: t

V t

к -..ffi..K,

где ОЦК - объем циркулирующей крови, вводимый с клавиатуры вычислителя

S - под кривой N2(t); h - высота плато кривой

NjCt).

Вычисленные параметры вьшодятся I на монитор.

Кроме того, вычислитель масштабируют кривую Ugy(t) по длительности и

амплитуде

ewt W) I

и

вых

()

и вьшодит ее на монитор.

По степени совпадения кривых

и (c) оценивают достоверность полученных результатов.

)

Формула изобретения

Устройство для вычисления объема

сердца, содержащее первый датчик, аналого-цифровой преобразователь,

счетчик и вычислитель, информационные входы которого подключены к выходу аналого-цифрового преобразователя

и счетчика соответственно, отличающееся тем, что, с целью уменьшения травматизма и упрощения исследования путем исключения катетеризации сердца, в него введены два компаратора, интегратор и второй датчик, причем выходы- первого и второго датчиков соединены с входами первого и второго компараторов соответственно, выход второго компаратора соединен со

счетным входом счетчика, выход первого компаратора подключен через интегратор к информационному входу анаого-цифрового преобразователя, выхо пуска вычислителя соединен с запускающими входами аналого-цифрового преобразователя и счетчика, установочный выход вычислителя подключен к установочному входу счетчика.

/ф 2tp

Изобретение относится к вычислительной технике и медицине. Целью изобретения является уменьшение травматизма и упрощение исследований путем исключения катетеризации сердца. Устройство содержит датчики 1,2, схемы 3,4;сравнения, узел 5 согласования параметров, счетчик 6, вычислитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8, интегратор 9, конденсатор 10, диоды 11, 12, конденсатор 13 и резистор 14. 2 ил. § (Л оо to Од Si Фиг,1

Редактор Н.Егорова

Составитель А.Жереков

Техред Л.Олийных Корректор Л.Питай

Заказ 1973/50Тираж 673Подписное

ВНШПИ 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