Устройство для выделения R-зубца электрокардиосигнала Советский патент 1988 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к меди.пип-- ской технике н может бнггт- использовано при исcJH uoHaHHH и контрс-ле сос TCHfUiH сердечно сосудистой litiieMbi в KJiviHH4ecKort, физиологической и спортивной медицине.

Цель изобретения повышение дос- тово;рносги выделения R--зубца.

На фиг, 1 представлена структур- пая электрическая с:;ема устройства для ныделоняя К-зубца электрокардио- сигнала; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства

Устройство для выделения R-зубца электро са15диосигнала (ЭКС) содержит (фиг. 1) фильтр 1, выход которого подключен к ходной шине устройства компаратор 2, временной селектор 3, блок | (Ьпрмирова ия порога, первый вход которого соединен с первым входом компаратора 2 и с выходом фильтра 1 , второй вход - с выходом временного селектора 3 .и с выходной шиной устройства, а выход - с вторым входом компаратора 2, последовательно соединенные элемент 5 задержки

и элемент 6 совпадения, выход кото

I

рого подключен к входу временного

селектора 3, первый измеритель 7 раз маха напряжения, вход которого соединен с входом фильтра 1, второй измеритель 8 размаха напряжения, вход которого подключен к первому входу компаратора 2, выход которого соеди- нен с входом элемента 5 задержки, и блок 9 контроля усиления, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам первого измерителя 7 размаха напряжения, третий и четвертый входы - соответственно к первому и второму выходам второго измерителя 8 размаха напряжения, а выход - к второму входу элемента 6 совпадения.

При этом блок 9 контрол усиления содержит последовательно соединенные источник 10 опорного напряжения и стробируемый компаратор 11, выход которого подключен к выходной шине блока 9 контроля усиления, элемент 12 совпадения, выход которого соединен с вторым входом стробируемого компаратора 11, а первый и второй входы - соответственно с второй и четвертой входными шинами блока 9 контроля усиления, и делитель 13, выход которого подключен к третьему входу стробируемого компаратора 1 1 ,

|Q

5 0 5

0 д c

0

5

а первый и второй входы - соответственно к перчой и третьей входным нипа.м блока 9 контро.ля усиления.

В предпочтительном варианте выпол- ньния устройства фильтр 1 может быть реализован в видг согласованного полосового фильтра с полосой пропускания частот 9-17 Гц. Временной селектор 3 может быть выполнен на основе последовательного соединения двух ждугаих мультивибраторов. Аналогичным образом может быть реализован элемент 5 задержки, выходной сигнал которого в предпочтительном варианте выполнения устройства имеет длитель - ность 20 мс и время задержки 15 мс (фиг. 2 г). Указанные длительности определены экспериментально на основе анализа временных характеристик QRS -комплекса ЭКС представительной выборки испытуемых. Блок 4 формирования порога может быть выполнен в виде последовательно соединенных ждущего мультивибратора, пикового детектора и -элемента выборки и хранения с резистивным делителем на выходе. Первый и второй измерители 7 и 8 можно выполнить с использованием двух пиковых детекторов, определяющих значения локальных максимумов и ми- нимумов сигнала, двух элементов выборки и хранения, запоминающих эти значения, и дифференциального усили теля, вычисляющего разность величин локального максимума и следующего за ним локального минимума, т.е. размах напряжения. Источник 10 опорного напряжения может быть выполнен, например, с использованием стабилитрона, Устройство для вьщеления R-зубца ЭКС работает следующим образом.

Сигнал, поступающий на входную щину устройства, подается на вход фильтра 1 (фиг. 2 и). Во входном сигнале присутствуют как ЭКС, имеющий характерную форму с зубцами Р, Q, R, S и Т, так и импульсные помехи П|, П., П различной длительности, в -гом числе н близкой к длительности QRS-комплекса, но по форме существенно отличающиеся от R-зубца. Блок 4 формирования порога вырабатывает пороговый уровень напряжения и,т,(фиг. 2..6), пропорциональный амплитуде выделенных ранее R-зубцов, который подается на второй (опорный) вхо.ч компарйтора 2.

При появлении сигнала на входе устройства на выходе фильтра 1 появ ляется отклик на входное воздействие Если сигнал на входе фильтра 1 пре- вышлет пороговое напряжение Up, , то на выходе компаратора 2 появляется импульс, длительность которого рав на Длит ;льности превышения сигналом порога Un, (фиг. 2 и) . Импульсы помех амплитуда которых после прохождения фильтра 1 превышает порог U, , как и R-зубцы, проходят на выход компа ратора 2, однако вследствие несоот ветствия спектра помех амплитудно- частотной характеристике фильтра 1 их форма существенно искажена (фиг. 2б). Импульсный сигнал с выхода компаратора 2 поступает на вход элемента 5 задержки, на выходе кото- рого через 15 мс появляется импульс длительностью 20 мс (фиг. 2).

Первый измеритель 7 вычисляет раз ность между амплитудами локального максимума и следующего за ним кального минимума. Напряжение на первом (информационном) выходе пер- вого измерителя 7 пропорционально размаху на,пряжения на входе филь ра 1. Напряжение на первом (инфор мациснном) выходе второго измерите ля пропорционально размаху выход- ного напряжения фильтра 1. Импульсы на вторых (управляющих) выходах измерителей 7 и 8 появляются в моменты фиксации измерителями 7 и 8 локальных минимумов. Блок 9 контроля усиления производит вычисление коэффициента усиления фильтра 1 для каждого текущего отрицательного пере- пада входного сигнала и фиксирует моменты превышения вычисленным коэффициентом усиления задаьшого порога. Коэффициент усилеь ИЯ определяется делителем 13 путем вычисления отно- шения напряжения с информационного выхода второго измерителя 8 к напряжению с информационного выхода перво го измерителя 7. Если в момент появления на втором входе стробируемого компаратора 11 стробирующего импульса (фиг, 2), вырабатываемого элементом 12 совпадения при поступлении на него сигналов с управляющих выходов измерителей 7 и 8, выходное напряжение делителя 13 превышает пороговое напряжение Up, подаваемое с источника 10 опорного напряжения (фиг. 2), то стробируемый компара

JQ |5 20

25 зО дд дз

35

50

55

тор 1I формирует импульс на пыходе блока 9 контроля усиления (фиг. 2ч). При поступлении этого импульса на второй вход элемента 6 совпадения при условии поступления в это же вре - мя на его первый вход импульса с выхода элемента 5 задержки (фиг. 20 элемент 6 совпадения вырабаты ае импульс (фиг. 2},), свидетельстБ юший о наличии R-зубца во входном с гнг- ле. Из этого импульса временной селектор 3 формирует импульс длительностью 50-100 мс, предотвращающий срабатывание устройства от помех, следующих непосредственно за R-зуб- цом.

Повышение помехоустойчивости выделения R-зубца ЭКС достигается путем сравнения величин размаха напряжения сигнала на входе и выходе фильтра I. Каждому виду импульсного сигнала соответствует определенный вид отклика на выходе фильтра 1. Если амплитудно-частотную характе-- ристику фильтра 2 согласовать со спектром выделяемого импульсного сиг- нала (например, R-зубца ЭКС), то при появлении на входе фильтра 1 импульса нужной формы величина OTHoirie- ния размахов напряжений сигнала с выхода и входа фильтра 1 максимальная. Вследствие искажения формы (гм- пульсов помехи фильтром 1 сигнал на информационном выходе второго измерителя 8 при прохождении помехи значительно меньше, чем сигнал на информационном выходе первого измерителя 7. В го же время для R-зубца, форма которого при прохождении фильтра 1 изменяется незначительно, выходные сигналы измерителей 7 и 8 примерно одинаковы. Поэтому выходное кусочно-постоянное напряжение делителя 13 (фиг. 2е) при поступлении на вход устройства импульсной помехи меньше порогового уровня Uni, а при, поступлении R-зубца больше порогового уровня Un7 (фиг. 2 е) . Так как параметры QRS-комплекса имеют значительный разброс у разных испытуемых, то необходимо определять пороговую величину Uf,7 отношения размахов напряжения путем предварительной калибровки устройства имитационными сигналами.

Если амплитуда сигнала с выхода фильтра 1 превышает порот компаратора 2 и на интервале длительностью

20 мс, следующем через 15 мс после момента превьотения порога, зафиксировано, что отношение размахов превышает порог стробируемого компара- тора 11, то на выходе устройства появляется импульс, свидетельствующий о наличии R-зубцов во входном сигнале.

Таким образом, устройство осу- ществляет выделение R-зубцов элек- трокардиосигнала на фоне импульсных помех, имеющих соизмеримые с R-зуб- цами амплитуду и длительность и не устраняемых из электрокардиосигнала известными методами амплитудной и временной селекции. Устройство обеспечивает повышение достоверности выделения R-зубцов без использования спектрального анализа и автоматичес- кон регулировки усиления электрокардиосигнала.

Формула изобретения

1, Устройство дпя выделения R-зуб ца электрокардиосигнала, содержащее фильтр, выход которого подключен к входной шине устройства, компаратор, временной селектор и блок формирования порога, первый вход которого сое динен с первым входом компаратора и с выходом фильтра, второй вход - с выходом временного селектора и с выходной шиной устройства, а выход - с вторым входом компаратора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности выделения R-зубца, в него йведены последовательно соединенные элемент задержки и элемент совпадения, выход которого подключен к входу временного селектора, первый измерител размаха напряжения, вход которого соединен с входом фильтра, второй измеритель размаха напряжения, вход которого пoдк Doчeн к первому входу компаратора, выход которого соедине с входом элемента задержки, и блок контроля усиления, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам первого измерителя рязмаха напряжения, третий и четвертый входы - соо ветственно к первому и второму выходам второго измерителя напряжения, а выход - к второму входу элемента совпадения.

2. Устройство по п.I, отличающееся тем, что в нем блок контроля усиления содержит последовательно соединенные источник опорного напряжения и стробируемый компаратор, выход которого подключен к .выходной шине блока контроля усиления, элемент совпадения, выход которого соединен с вторым входом стробируемого компаратора, а первый и второй входы - соответственно с второй и четвертой входными шинами блока контроля усиления, и делитель, выход которого подключен к третьему входу стробируемого компаратора, а первый и второй входы - соответственно к первой и третьей входным шинам блока контроля усиления.

П1 Пг

/-ч

яз

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для выделения R-зубца электрокардиосигнала (ЭКС) содержит фильтр 1, компаратор 2, временной селектор 3, блик 4 формирования порога. С целью повышения достоверности выделения R-эубца в него введены элемент 5 задержки, элемент 6 совпадения, измерители 7 и 8 размаха напряжения, блок 9 контроля усиления, который содержит источник 10 опорного напряжения, стробируе- мый компаратор 11, элемент 12 совпадения, делитель 13. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с (f ЁыяоИ ро о О5 05

Un, «

/V

И

f

Мл inn

ппп п п

f

п п п п

ГН

п

LJ

W

а $

/Л

&

V

п