Детектор экстрасистол Советский патент 1988 года по МПК A61B5/04 

о оо

Детектор экстрасистол (ЭС) содержит блок 1 измерения RR-интервала, блок 2 анализа вре.менных соотношений, индикатор 3, с целью обеснечения выделения предсерд- ных, желудочковых, парных и групповых экстрасистол в него введены блок 4 выделения, параметров электрокардиосигнала, блок 5 классификации ЭС, индикатор 6 помехи, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, дифференциатор, триггер Шмидта, делитель частоты, RS-триггер , генератор импульсов, счетчик с детектором, узел триггеров, узел регистров, элемент задержки и логический элемент И. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

i/e.;

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для кардиологических исследований.

Цель изобретения - обеспечение выделения нредсердных, желудочковых, парных и групповых экстрасистол.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схе.ма детектора экстрасистол; на фиг. 2 - блок выделения параметров электрокардиосигнала; ,на фиг. 3 - блок классификации экстрасистол; на фиг. 4 - преобразователь входящего в состав блока анализа временных соотношений; на фиг. 5 - таблица обозначений сигналов, формируемых в детекторе экстрасистол; на фиг. 6 - эпюры сигналов, поясняющие работу детектора экстрасистол.

Детектор экстрасистол содержит (фиг. 1) последовательно соединенные блоки измерения .RR-интервала и блок 2 анализа временных соотнощений, второй вход синхронизации которого подключен к второму выходу синхронизации блока 1 измерения RR-интервала, блок 3 индикации, последовательно соединенные блок 4 выделения параметров электрокардиосигнала и блок 5 классификации экстрасистол, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу и к второму входу блока 2 анализа временных соотношений, а выход - к входу блока 3 индикации, и индикатор 6 помехи, вход которого соединен с вторым выходом блока 4 выделения параметров электрокардиосигнала, третий выход которого подключен к входу блока 1 измерения RR-интервала, а вход - к входной шине детектора экстрасистол.

При этом блок 4 выделение параметров электрокардиосигнала содержит (фиг. 2) последовательно соединенные фильтр 7 нижних частот, вход которого является входом блока 4 выделения параметров электрокардиосигнала, фильтр 8 верхних частот, дифференциатор 9, триггер Шмидта 10, делитель 11 частоты и RS-триггер 12, последовательно соединенные генератор 13 импульсов, счетчик с дешифратором 14, узел 15 триггеров, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к второму, третьему и четвертому выходам счетчика с дешифратором 14, и узел 16 регистров, второй, третий и четвертый входы которых подключены соответственно ко второму, третьему и четвертому выходам узла 15 триггеров, первый, второй и третий выходы - к первой выходной щине блока 4 выделения параметров электрокардиосигнала, а четвертый выход - к второй выходной ujHHe блока 4 выделения параметров электрокардиосигнала, элемент 17 задержки, вход которого соединен с пятым входом узла 16 регистров и с вторым выходом делителя 11 частоты, второй вход которого под5

ключен к пятому выходу счетчика с дешифратором 14 и к второму входу RS-триггера 12, выход которого соединен с вторым входом счетчика с дешифратором 14, и логический элемент И 18, первый вход которого соединен с выходом элемента 17 задержки, второй вход - с пятым выходом узла 16 регистров, а выход - с третьей выходной шиной блока 4 выделения параметров электрокардиосигпала.

Кроме того, блок 5 классификации экстрасистол содержит (фиг. 3) первый анализатор 19, последовательно соединенные второй анализатор 20, третий анализатор 21, второй вход которого подключен к выходу

5 первого анализатора 19, и узел 22 счетчиков импульсов, выход которого является выходом блока 5 классификации экстрасистол, и узел 23 управления, первый вход синхронизации которого подключен к второму

Q входу узла 22 счетчиков импульсов, первый выход - к первым входам первого анализатора 19, и второго анализатора 20, второй и третий выходы - соответственно к второму и третьему входам второго анализатора 20, а второй вход - к второму выходу второго анализатора 20, причем второй вход первого анализатора 19 и третий и первый входы узла 23 управления являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока 5 классификации

Q экстрасистол.

В предпочтительном варианте выполнения детектора экстрасистол блок 2 анализа временных соотношений содержит (фиг. 1) первый и второй цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 24 и 25, регистр

5 26, мультивибратор 27, двухступенчатый резистивный делитель 28, два компаратора 29, 30 и преобразователь 31, в состав которого входят (фиг. 4) узел 32 регистров и логический элемент И 33, причем вход стро„ бирования R-преобразователя 31 подключен к входу мультивибратора 27. Узел 15 триггеров блока 4 выделения параметров электрокардиосигнала содержит четыре соответствующим образом подк люченные триггеры 34-37 (фиг. 2). Узел 23 управления

5 блока 5 классификации экстрасистол содержит (фиг. 3), триггер 38, три логических элемента И 39-41, два логических элемента ИЛИ 42 и 43, инвертор 44 и три элемента 45-47 задержки. В состав первого анализатора 19 входят (фиг. 3) три триггера 48-50, три логических элемента И 51-53 и элемент 54 задержки. Второй анализатор 20 включает (фиг. 3) счетчик с дешифратором 55, три логических элемента И 56-58 и логический элемент ИЛИ 59. Третий ана5 лизатор 21 содержит девять логических элементов И 60-68.

Детектор экстрасистол функционирует следующим образом.

0

Принцип работы детектора экстрасистол заключается в одновременном анализе как вариаций длительности RR-интервала элек- трокардиосигнала (ЭКС), так и формы QRS-комплекса ЭКС, что позволяет выделять предсердные и желудочковые экстрасистолы, а .также диагносцировать одиночную, парную- и групповую экстрасистолию (фиг. 5 сигналы ).

Исходный ЭКС поступает на вход блока 4 выделения параметров ЭКС, который осуществляет выделение и первичную классификацию QRS-комплексов по их длительности. На первом выходе блока 4 выделения параметров ЭКС формируются сигналы В, Bj и БЗ (фиг. 5), соответствующие нормальному QRS-комнлексу (В., и желудочковым экстрасистолам первого типа (Bj) и второго типа (В), на третьем выходе - и.мпульсная последовательность, соответствующая желудочковым комплексам ЭКС, а на втором его выходе - сигнал наличия помехи импульсного вида или различных артефакторов (В). Сигнал В поступает на вход индикатора 6 помехи, который позволяет оценить степень насыщенности помехами анализируемого участка ЭКС, а также качество наложения электродов.

Длительности временных интервалов между смежными желудочковыми комплексами ЭКС измеряются блоком 1 измерения RR-интервала, информация с первого выхода которого поступает на первый вход блока 2 анализа временных соотношений. Анализ сердечного ритма ведется по сокращенному описанию ЭКС в виде последовательности RR-интервалов. Оценка степени аритмичности сокращений сердца проводится путем классификации по трем классам отношения RRi-.,/RR.i, где RRi - интервал между выделенным желудочковы.м комплексом и ему предшествовавшим, а RRi-, - интервал между предпоследним желудочковым комплексом и ему предшествовавшим. Блок 2 анализа временных соотношений формиру- . ет логические сигналы А, , А,,, А (фиг. 5), отображающие к какому классу принадлежит текущий RR-интервал ЭКС:

А, 1, если -| --i-: l,2,

Aj l, если 1,2 ,8 АЗ 1, если 0,8 - Сигнал с выходи синхронизации блока 1 измерения RR-интервала; формируемый по каждому выделенному QRS-комплексу ЭКС вне зависимости от его типа, подается на вход синхронизации блока 2 а-нализа временных соотношений и на третий вход (синхронизации) блока 5 классификации экстрасистол, осуществляющего окончательную классификацию экстрасистолических нарушении и подсчет их количества. Для этого на первый вход блока 5 классификации экстрасистол подаются дашнис нер- вичного анализа ЭКС по форме (

плекса (сигналы В,, Bj и Bj), а на второй его вход - информация, характери;ик)щая временные соотношения, выявленные в сердечном ритме (сигналы А,, А, и Aj).

Количество экстрасистолических на|)ушений по всем выделенным классам 1- Р индицируется блоком 3 индикации.

Отдельные блоки детектора экстраспстсхт работают следующим образом.

Блок 4 выделения параметров ЭКС (фиг. 2) посредством фильтра 7 нижних

цастот, фильтра 8 верхних частот, дифференциатора 9 и триггера Шмидта 10 осуществляет выделение желудочковых комплексов на фоне сетевой помехи, дрейфа изолинии, а также Т-зубцов ЭКС высокой

амплитуды, сравнимой с амплитудой R-зубца. Фильтр 7 нижних частот и фильтр 8 верхних частот образуют полосовой фильтр с полосой пропускания, соответствующей спектру QRS-комплекса ЭКС

(например, с полосой 10-35 Гц). Кроме того, фильтр 7 нижних частот является дифференцирующим узлом и формирует на выходе сигнал первой производной ЭКС (фиг. 6 экс). Поэтому на выходе дифференциатора 9 имеется сигнал второй производной ЭКС (фиг. 6, экс ), который имеет экстремумы в точках перегиба QRS- комплекса ЭКС. При этом расстояние между двумя соседними максимумами ЭКС соответствует длительности QRS-комплекса исходного ЭКС. Триггер Шмидта 10 преобразует макси.мумы ЭКС в импульсы прямоугольной формы, по которым делитель 11 путем деления частоты на два формирует информативные импульсы, длительность которых соответствует длительности QRSкомплексов (фиг. 6).

Счетчик с дешифратором 14 производит подсчет количества тактовых импульсов, которыми генератор 13 импульсов заполняет информативные импульсы, а также осуществляет разделение информативных импулЬсов, формируемых делителем i 1 частоты, на пять зон по их длительности.

Первая зона соответствует импульсной помехе (фиг. 6, П), при этом выходной сигнал со счетчика с дешифратором 14 не снимается и, таким образом, юмехи подобного типа устраняются из дальнейшего анализа. Вторая зона соответствует наличию нормального R-зубца (фиг. 6, R). При попадании в эту зону появляется сигнал логической единицы на первом выходе счетчика с дешифратором 14, который путем перевода триггера 34 узла 15 триггеров в единичное состояние проходит на первый вход узла 16 регистров. Попадание в третью зо

ну характеризует желудочковую экстрасистолу первого типа (фиг. 6, ). При этом на втором .выходе счетчика с дешифратором 14 появляется сигнал логической единицы, который сбрасывает Триггер 34, переводит триггер 35 узла 15 триггеров в единичное состояние и проходит благодаря этому на второй вход узла 16 регистров. Четвертая зона охватывает диапазон длительностей QRS-комплексов, возникающих при желудочковых экстрасистолах второго типа (фиг. 6, ). При попадании в четвертую зону на третьем выходе счетчика с дешифратором 14 появляется сигнал логической единип.ы, который сбрасывает триггер 35, переводит триггер 36 узла 15 триггеров в единичное состояние и поступает на третий вход узла 16 регистров. Пятая зона соответствует наличию помех, имею-, ших наибольшую длительность (фиг. 6, ). При этом на четвертом выходе счетчика с дешифратором 14 появляется сигнал логической единицы, который осуществляет сброс триггеров 36 и 37 узла 15 триггеров. Для фор.мирования выходного сигнала, соответствующего последовательности желудочковых комплексов ЭКС без помех, с первого выхода счетчика с дешифратором

14осуществляется установка в единичное состояние, а с его. четвертого выхода - сброс в нулевое состояние триггера 37 узла

15триггеров. Сигнал о наличии достоверного QRS-комплекса (при попадании во вторую, третью или четвертую зоны) с четвертого выхода узла 15 триггеров поступает на четвертый вход узла 16 регистров, с пятого выхода KOTOpOi O этот сигнал через .логический элемент И 18 (при наличии на первом его входе разрешающего сигнала) проходит на третий выход блока 4 выделения параметров ЭКС. На четвертом выходе узла 16 регистров сигнал логической единицы (В ) формируется только при наличии помехи (как импульсной, так и арте- фактной) в исходном ЭКС. Этот сигнал через, второй выход блока 4 выделения параметров ЭКС поступает на вход индикатора 6 помехи.

Сброс счетчика с деншфратором 14 осуществляется по импульсу переполнения с пятого его выхода при помощи RS-триггера 12, что обеспечивает запаздывание во времени сигнала сброса счетчика с дешифратором 14 относительно сигнала стробиро- вания узла 16 регистров, необходимое для записи и считывания полученной информации. Импульс переполнения счетчика с де- щифратором 14 производит также сброс делителя 11 частоты. Запись сигналов с выходов узла 15 триггеров в узел 16 регистров осуществляется по заднему фронту информативного импульса, поступающего с второго выхода делителя 11 частоты через

0

5

0

5

0

5

0

5

элемент 17 задержки. Этот же сигнал разрешает прохождение через логический элемент И 18 сигналов с пятого выхода узла 16 регистров и фор.мирование на третьем выходе блока 4 выделения параметров ЭКС сигнала наличия QRS-комплекса (фиг. 1 и 2, сигнал R). На первом, втором и третьем выходах узла 16 регистров формируются соответственно сигналы В,, Вг и Bj (фиг. 5), которые поступают на первую выходную шину блока 4 выделения параметров ЭКС для дальнейшего анализа.

Сигналы А,, Aj и AJ, несущие информацию о степени аритмичности сердечных сокращений, поступают на второй вход блока 5 классификации экстрасистат, а именно на третий вход узла 23 управления, на первый вход которого подается сигнал синхронизации по R-зубцу ЭКС (фиг. 3). Сигнал А., соответствует наличию укороченного предэкстрасистолического RR-интервала и запоминается триггером 38 узла 23 управления. Когда приходит сигнал Aj, свидетельствующий о наличии удлиненного пост- экстрасистолического RR-интервала, то срабатывает логический элемент И 40 и с небольшой задержкой на первом выходе узла 23 управления возникает ко.манда D/ о наличии экстрасистолы. Командой D., через логический элемент ИЛИ 43 сбрасывается триггер 38.

Сигнал укорочения RR-интервала поступает также на вход логического элемента И 41, и если на его второй вход поступают синхроимпульсы R, то это свидетельствует о наличии парной или групповой экстрасис- толии. Сигнал Оз с выхода логического элемента И 41 поступает на счетный вход счетчика с дешифратором 55 второго анализатора 20, который осуществляет подсчет количества смежных укорочений RR-интер- валов. Максимальное количество укороченных RR-интервалов при групповой экстрасистоле равно пяти, поэтому шестым импульсом с выхода счетчика с дешифраторо.м 55 производится сброс триггера 38. Сброс счетчика с дешифратором 55 производится сигналом Ог. вместе со сбросом триггера 38 или при приходе сигнала А,, по которому с помощью инвертора 44, эле.мента 45 задержки и логического элемента И 39 формируется короткий импульс сброса. Это необходимо вследствие того, что если за удлиненным постэкстрасистолическим RR-ин- тервалом следует RR-интервал нормальной длительности, то появляется сигнал укорочения А. Сброс счетчика с дешифратором 55 по сигналу укорочения А исключает возможность ошибочной диагностики экстрасистол.

Сигнал D с первого вбтхода узла 23 управления подается через первый вход первого анализатора 19 на входы логических элементов И 51, 52 и 53, а также с небольшой задержкой на входы сброса триггеров 48, 49 и 50 (фиг. 3). На второй вход первого анализатора 19 поступают сигналы В, В,, и Вз (фиг. 5), которые запоминаются триггерами 48-50 на некоторое время, необходимое для формирования сигнала D. При этом на выходах триггеров 48-50 появляются сигналы В, В и Вз (фиг. 6).-При появлении сигнала Df, на выходе первого анализатора 19 формируется один из сигналов С,, С,, Cj (фиг. 5), поступающий на второй вход третьего анализатора 21. Второй анализатор 20 с помощью логического элемента ИЛИ 59 и логических элементов И 56-58 формирует один из сигналов Е,, Ej, Е (фиг. 5), который подается на первый вход третьего анализатора 21. Третий анализатор 21 с помощью логических элементов И 60-68 формирует сигналы F, -РЗ в соответствии с типом выделенной экстрасистолы.

Сигналы Н,-FI, подаются на первый в.ход узла 22 счетчиков импульсов, на второй вход которого поступают синхроимпульсы, сформированные по R-зубцам ЭКС. Узел 22 счетчиков импульсов осуществляет подсчет количества нарушений ритма сердца по каждому из девяти типов экстрасистол, выделяемых детектором экстрасистол. Информация, поступающая с узла 22 счетчиков импульсов, отображается блоком 3 индикации.

Использование предлагаемого детектора экстрасистол в клинической практике позволяет существенно расширить диагностические возможности и повысить достоверность диагностики нарушений сердечного ритма, что обеспечит повышение качества профилактики и лечения целого класса заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Формула изобретения

0

с вторым выходом блока выделения параметров электрокардиосигнала, третий выход которого подключен к входу блока измерения RR-интервала, а вход - к входной ши- не детектора экстрасистол.

5 триггеров, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к второму, третьему и четвертому выходам счетчика с дешифратором, и узел регистров, второй, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к второму, третьему и четвертому выходам узла триггеров, первый, второй и третий выходы - к первой выходной шине блока выделения параметров электрокардиосигнала, а четвертый выход - к второй выходной шине блока выделения

5 параметров электросигнала, элемент задержки, вход которого соединен с вторым выходом делителя частоты, второй вход которого подключен к пятому выходу счетчика с дешифратором и к второму входу

п RS-триггера, выход которого соединен с вторым входом счетчика с дешифраторо.м, и логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом элемента задержки и с пятым входом узла регистров, второй в.ход - с пятым выходом узла регистров,

5 а выход - с третьей выходной шиной блока выделения параметров электрокардиосигнала.

0 и третьему входам второго анализатора, а второй вход - к второму выходу второго анализатора, причем второй вход первого анализатора и третий и первый входы узла управления являются соответственно

5 первым, вторым и третьим входами блока классификации экстрасистол.

0

экс

7

7

I -L

. ..

dpLffl

i

r

J

3

п

5/

,

/

52

ffi

J

/

ffi

J- 2f

Q

S

Ш

Bit

J

. 2

Фие.

ЭКС f l R R т,Э

экс

ЭКС

вГ гВЗ

ЦАП21

ПАП 25

ППрЭ