Устройство для анализа биоритмов сердца Советский патент 1991 года по МПК G06F15/42 A61B5/02 

35

mot Х

&0

о

х

Изобретение относится к вычислительной технике и медицине и может быть использовано для совместного анализа биоритмов сердца и дыхания у человека при контроле состояния сердечно-сосудистой системы и ее нейрогуморалъной регуляции при диагностике, прогнозировании и определении стадии заболевания, при оценке и прогнозировании состояния тяжело больного в процессе лечения, человека-оператора в процессе трудовой деятельности и спортсмена в спортивно-тренировочном процессе.

Целью изобретения является повышение достоверности за счет имитации искаженной передачи частотного состава дыхательных влияний на деятельность синоарикулярного узла (САУ) сердца в генерируемой им последовательности импульсов.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - графики функций спектральной плотности биорит- мов дыхания (кривая Q ), сердца (кривая fr ) и синтезированного сигнала (кривая э ) .

Устройство содержит датчик 1 эле- ктрокардиосигнала, усилитель 2, де- тектор 3 зубца R преобразователь 4 времени в код, цифровой частотный анализатор 5, датчик 6 дыхания, усилитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8, цифровой частотный анализа тор 9, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10, генератор 11 тактовых импульсов, цифровой частотный анализатор 12.

В анализе биоритмов сердца в перв очередь рассматривают взаимодействие дыхательной и сердечно-сосудистой системы, представленное дыхательными волнами (ДВ), и внутрисистемное регулирование, представленное медлен- ными волнами первого (МВ1) и второго (МВ2) порядка, которые связывают с депрессорными и прессорным колебаниями артериального давления. Считают, что ДВ отражают состояние трофо- тропных, а МВ1 и МВ2 - эрготропных механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы. Для выявления ДВ в биоритмах сердца используют анализ биоритмов дыхания, МВ1 находится в диапазоне 0,17-0,07 Гц, а МВ2 - в диапазоне 0,07-0,02 Гц.

В системе кейрогуморальной регуляции вегетативных функций человека

5

САУ сердца выступает в качестве моду1- лятора поступаюпщх на него управляющих сигналов. Для того, чтобы в результате модуляции не происходило искажение частотного состава управляющих сигналов, необходимо чтобы частота модуляции была не менее, чем в 2 раза выше наибольшей частоты, присутствующей в их спектре.

Устройство работает следующим образом.

С помощью установленных на пациенте датчиков 1 и 6 одновременно снимаются электрокардиосигнал (ЭКС) и сигнал дыхания. ЭКС через усилитель 2 подают на детектор 3 зубца R, который на каждый зубец R ЭКС вырабатывает синхроимпульс. Последовательность синхроимпульсов подается на вход преобразователя 4, который осуществляет цифровое измерение интервалов следования зубцов R, преобразуя их в последовательность кодов, поступающую на вход цифрового частотного анализатора 5. На выходе анализатора 5 образуется среднее значение и функция спектральной плотности интервалов следования зубцов. Сигнал дыхания через усилитель 7 поступает на сигнальные вхо- ды АЦП. На выходе АЦП 10 образуются цифровые отсчеты сигнала дыхания с частотой следования, задаваемой генератором 11, которые поступают на вход анализатора 12. На выходе анализатора 12 образуется функция спектральной плотности сигнала дыхания. На выходе АЦП 8 образуются цифровые отсчеты сигнала дыхания с частотой следования, задаваемой последовательностью синхроимпульсов, поступающих на его тактовый вход с выхода детектора зубца R. Последовательность цифровых отсчетов сигнала дыхания с выхода АПП 8 поступает на вход цифрового частотного анализатора.9, на выходе которого образуется функция спектральной плотности сигнала дыхания, кодированного с текущим значением периода дискретизации, равным текущему значению интервала следования зубцов R.

Заключение о дыхательном происхождении частотных составляющих биоритмов сердца получают из сопоставления функции спектральной плотности интервалов, образованной на выходе анализатора 5, и функций спектральной плотности сигнала дыхания, обра3 1

зованных на выходах анализаторов 12 и 9. При этом для определения масштаба по оси частот функции спектральной плотности на выходах анализатора 5 и 9 используют среднее значение интервалов между зубцами, а на выходах анализатора 12 - частоту генератора 11 .

На основе данного устройства может быть создан прибор для опера ГИБКОГО анализа биоритмов сердца и дыхания, позволяющий на заданном интервале наблюдения определять среднее значение Г кастета сердечных сокращений) и среднеквадратичрскоо отклонение (нестабильность пери -да сердечных сокращений) длительностей интервалов между зубцами R, часто гv дыхания, а также функции спектрчлъ- ной плотности биоритмов сердца, дыхания я синтезированного сигнала - последовательности кодов, полученной путем квантования сигнала дыхания с текущим значением периода дискретизации, равным текущему значению интервала между зубцами R ЭКС. По функциям спектральной плотности определяются частота и дисперсия колебательных составляющих нестабильности периода сердечных сокращений, частота и дксп°рсия колебательных составляющих синтезированного сигналаs Все результаты выводятся на цифро- печать, причем функции спектральной плотности выводятся как в цифровом, так и в графическом виде. Спектральные составляющие биоритмов сердца, имеющие частотные аналоги в спектра Дыхания или синтезированного сигнала, связывают с влиянием дыхания. Интегральная оценка влияния дыхания на биоритмы сердца определяется как сумма дисперсий этих составляющих, По расхождениям в спектрах дыхания и синтезированного сигнала судят о наличии искаженного воспроизведения сигнала дыхания Р биоритмах сердца о

На графике биоритмов дыхания (фиг.2а) присутствует доминирующий лик на частоте 0,3 Гц с относительной дисперсией 0,72, характеризующий основную частоту дыхания, и четко выраженный пик на частоте 0,6 Гц с относительной дисперсией 0,12, представляющий первую гармонику На графике биоритмов сердца (фиг,2б) присутствует доминирующий пик на частоте 0,06 Гц, а также пики на частотах

93096

0,15, 0,8 и 0,45 Гц. Макс :мялььая частота, которая может присутствовать в биоритмах сердца (0,55 Гц), предо- ляется частотой сердечных сокращений (66 уд./мин), в связи с чем в отношении составляющей биоритмов дыхания с частотой 0,6 Гц может проявиться перенос часто;ч На графике функции

53 спектральной плотит-ти синтезированного сигнала (Аиг.2в) присутствует не только доминирующий пик нл частота 0,3 Гц, чо еде и пики на частотах 0,15, 0,2 и 0,45 Гц, ьҐе имеющие четJ5 ких аналсгов ь биоритмах дыхания. Ин- т.- рпретир5тя биоритмы сердца на основании сулрствукнс о представления о диапазон 1 : частот колебательных сос- тарляк т -х и сойместкогг, г зализа гра20 фчков функции спектральной плотности сердлэ и гыхания получают,что пик на час1 лте 0,06 Гц с относительной дчспер.-иРй Г/отн 0,58 представляет мед- волны второго порядка, пик

25 ч частоте 0,15 Гц с Dor)J 0,06 представляет медленные волны первого порядка и характеризует участие симпатической нервной системы; пик на частоте 0,3 Гц с DOTK 0,28 представ30 ляет дг-хательные волны и характеризует участие парасимпатической нервной системы. Принадлежность к дыхательным волнам пика на частоте 0,45 Гц с T)OTrt 0,04 находится под сом-JJ. нением, так как он не имеет четкого аналога в биоритмах дыхания.

Рассмотрение графика функции спектральной плотности синтезированного сигнала позволяет придти к выводу,

4Q что пик на частоте 0,45 Гц относится к дыхательным волнам, пик на частоте 0,15 Гц также связан с дыхательными влияниями на биоритмы сердца, вследствие чего характеризует участие

45 в регулировании сердечно-сосудистой системы не симпатического, а наоборот, парасимпатического отдела вегетативной нервой системы. В результате колебания в диапазоне MB / отсутствуют, а суммарная D

отн

ДВ оказывается равной 0,38, а не 0,28, как это ошибочно представлялось без учета искаженного воспроизведения частотного состава сигнала дыхания в биоритмах сердца,

Формула изобретения

Устройство для анализа биоритмов сердца, вход электрокардпосигнала которого чере последовательно соединенные детектор зубца R и преобразователь времени в код соединен с входом первого цифрового частотного анализатора, вход сигнала дыхания устройства подключен к информационному входу первого аналого-цифрового преобразователя, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход подключен к входу J второго цифрового частотного анализатора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности за счет имитации искаженной

передачи частотного состава дыхательных влияний на деятельность синоаури- кулярного узла сердца в генерируемой им последовательности импульсов, в него введены третий цифровой частотный анализатор и второй аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого подключен к входу сигнала дыхания устройства, тактовый вход подключен к выходу детектора зубца R, а выход соединен с входом третьего цифрового частотного анализатора.

Изобретение относится к вычислительной технике и медицине и может бь ть использовано для совместного j-лалиэа биоритмов сердца и ды- у человека при контроле состояния сердечно-сосудистой системы. Целью изобретения является повышение достоверности зя счет имитации искаженной передачи частотного состава дыхательных влияний на деятельность синоаурикулярного узла сердца в генерируемой им последовательности импульсов. Устройство содержит датчик 1 электрокардиосигнала, усилитель 2, детектор 3 зубца, преобразователь 4 времени в код, цифровой частотный анализатор 5, датчик 6 дыхания, усилитель 7 аналого-цифровой преобразователь 8, цифровой частотный анализатор 9, аналого-цифровой преобразователь 10, генератор 11 тактовых импульсов, цифровой частотный анализатор 12. 2 ил. (О V,

6№

(i/rj

О

03

01

О К « {М

Фиг 2

А

06 ЛЧ