Устройство для контроля частоты сердечных сокращений Советский патент 1991 года по МПК A61B5/24 

Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться в физиологических исследованиях.

Цель изобретения - повышение оперативности получения данных при дозировании физических нагрузок.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. - диаграммы сигналов.

Устройство контроля частоты сердечных сокращений содержит последовательно соединенные датчик 1, усилитель 2, блок 3 формирования и одновибратор 4. В состав блока 3 формирования входят частотный фильтр 5 и формирователь 6. К выходу формирователя 6 подключен генератор 7 импульса сброса, выполненный, например, в виде одновибратора.

Устройство снабжено также N каналами регистрации сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные управляемый одно- вибратор 8 со входом сброса R, логический элемент И 9, счетчик 10 и блок 11 индикации. Выход одновибратора 4 соединен с сигнальным входом S управляющего одновибратора 8., первого канала регистрации. Сигнальный вход каждого одновибратора 8г...8н подклю- чен к выходу одновибратора 8Д...8М( соответственно. Вторые входы логичеосо

4

ьэ

СП

ских элементов 9 „ N И соединены с выходом блока 3 формирования. Выход генератора 7 импульса сброса подключен ко входам сброса R одновибрато- ров 8 I m-i fy .

Количество каналов регистрации может быть различным и обусловлено задачей физиологических исследований при анализе пульсовых зон, в соответ- ю ствии с которыми можно определять разные показатели выполненной работы.

Например, при частоте сердечных сокращений (ЧСС) до 130 уд/мин (1-я зона) работоспособность сердца мини- 15 мальна.

2-я зона - ЧСС 130-150 уд/мин. Работу в этой зоне специалисты называют основной или компенсаторной зоной, где развивается пик сердечной

работоспособности. Здесь происходит основная тренировочная работа занимающихся физической культурой.

3-я зона - ЧСС 150-170 уд/мин. При (этом режиме работоспособность сердца субмаксимальна. Этот режим используется, в основном тренированными спортсменами .

О

Учитывая, что в диапазоне до 170 уд/мин наблюдается линейная зависимость между ЧСС, максимальным потреблением кислорода (МПК), производительностью сердца и скоростью бега, по результатам зафиксированных частных пульсовых сумм в соответствующих каналах регистрации врач - исследователь, тренер могут точно и оперативно судить о степени напряженности работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем и своевременно и качественно контролировать и регулировать задание и выполнение нагрузок.

Устройство работает следующим образом.

С помощью датчика 1 физиологические проявления деятельности сердца преобразуются в электрический сигнал - электрокардиосигнал, который усиливается усилителем 2, Помехи, сопровождающие полезный сигнал во время физической деятельности, например, октромиографическая помеха от работающих м.ышц, подавляется частотным фильтром 5, который обеспечивает подавление составляющих помехи и пропускание частотного спект- i pa полезного сигнала. Эпюра U или Uф (фиг.2) - это полезный сигнал, , очищенный от помех, для случая эле

ктрокардиосигнала. Формирователь 6 импульсов из высокоамплитудных фрагментов полезного сигнала, например, R-зубцов электрокардиоснгнала, формирует прямоугольные импульсы, следующие с частотой сердечных сокращавши (ЧСС) и имеющие период Тк (Ug фиг.2).

Передним фронтом этих импульсов запускается одновибратор 4, который формирует прямоугольный импульс U4 такой длительности, когда приход очередного R-зубца невозможен. Это связано с тем, что ЧСС человека не может превышать определенного значения частоты FCC M(UC 50 УД/ми по этому длительность

Гд,ин сигнала U4 (фиг.2) составляет

0

5

5

0

5

0

5

С

60000

/ми и

250 мс..

ее макс

Поскольку в течение этого интервала вероятность появления полезного сигнала близка к нулю, этот одно- вибратор 4 не подключен к цепям анализа и регистрации. Это повышает помехоустойчивость предложенного устройства, так как если в этом интервале появится импульс помехи, например, вплеск электромиографического характера, на счетчик канала регистрации он не пройдет и достоверность конечной информации повысится. Одновременно с одновибратором 4 импульсом формирователя 6 запускается генератор 7 импульса сброса, на выходе которого формируется импульс сброса (Јсвр , U7, фиг.2). Этот импульс повторяет импульс формирователя 6, но сдвинут на время задержки -сэаА- Цель введения задержки будет изложена ниже.

Задним фронтом импульса одновиб- ратора 4 (гмин) запускается первый канал регистрации, содержащий одно- вибратор первой (верхней) пульсовой зоны - 8 с импульсом длительностью

О, на выходе (Ug, фиг.2), двух- входовый элемент 9( И, счетчик 10 импульсов и блок индикации 11. Границы первой пульсовой зоны ограничены и Јj , соответствующим F (уд/мин) 60000/ ОС мин + Ј() Выбором длительности Ј, можно добиться заданного значения нижней границы первой пульсовой зоны F . При

С, 50 мс, значение F 200 уд/ /мин.

Если ЧСС достаточно высока, например, выше значения F , очередной кардиримпульс появится в течение действия импульса О, (Ug, фнг.2)

Эта ситуация соответствует приходу пятого по счету R V3 кардиоимпуль са (Ug-, фиг. 2), при этом на выходе одновибратора 8 O g, фиг.2) появляется высокий потенциал, который подается на верхний вход элемента 9j И.К другому входу элемента 9 И - в момент прихода кардиоимпульса в течение длительности импульса формирователя 6 также приходит высокий потенциал, в результате чего на выходе элемента 9( И появляется импуль для дальнейшего подсчета, осуществляемого счетчиком 10 (Ид , фиг. 2). Через время L о на выходе генератора 7 импульса сброса появляется импульс с , который поступает на R-входы принудительного сброса одновибраторов всех N каналов регистрации. Поскольку запуск одновибраторов 8 происходит последовательно друг за другом, в данный момент работает только один из них. Воздействия импульса сброса О СЕр на неработающие одновибраторы (они заторможены) не происходит. В то же время одновибратор, находящийся в данный момент в активном состоянии, возвращается импульсом сброса в исходное состояние - принудительно. Это необходимо для того, чтобы после прохождения импульса формирователя на счетчик последующий запуск других одновибраторов был исключен и возможность попадания одного и того же импульса на счетчики других каналов регистрации исключена.

Задержка на время Ј эа.необходима для завершения переходных процессов при прохождении импульса формирователя через элементы 9, ;И. В момент появления импульса сброса импульс работающего одновибратора обрывается (U., фиг.2).

01

Если очередной кардиоимпульс не пявится в течение действия импульса Ј, одновибратора 8,, длительность импульса с выхода ограничивается лишь времязадающей цепью одновибратора, а задним фронтом этого импульса запускается одновибратор 8 ка нала второй пульсовой зоны.

На выходе одновибратора 8, вто- рого канала регистрации в течение времени б Фиг-2) формируется высокий потенциал, который подан на верхний вход элемента 9 2. И, аналогично элементу 9( .И. Если ЧСС такова, что во время действия $ появляется кардиоимпульс, с выхода элемента 9$

импульс поступает на счетчик второго канала регистрации. Другие элементы 9j , 9rj, 9 | И заперты, поэтому подсчитываются импульсы лишь во втором канале регистрации.

5 -Аналогичным образом работают остальные каналы регистрации. Одно- вибратор последнего (N-ro) канала запускается в том случае, когда ЧСС достигает своего минимального зна0 чения Fcc миь которое у отдельных спортсменов, тренирующихся на выносливость, может достигать 35- 40 уд/мин. Период сердечных сокращений при этом доходит до 2 с (со5 ответствует 30 уд/мин) и сумма дли0

тельностей

2 с.

+ N

V

и;

+ ...+

R этом случае кардиоимпульс обязательно появляется во

л л

временном интервале б( - с ц для любых возможных значений ЧСС человека

5

0

и обязательно появляется з одном из N каналов регистрации.

Таким образом, каждый кардиоин- тервал Т сравнивается с набором

(суммой) интервалов (Ј, ++ tN).

Кардиоимпульс R|(, соответствующий этому интервалу, заносится в счетчик одного из N каналов регистрации, работающего на импульсах соответствующих длительностей.

После выполнения физической нагрузки в устройстве будут зафиксированы N (по количеству каналов регистрации) пульсовых сумм, по кото5 РЫМ можно с большом - роятностью оценить перегрузку (неза. :-гчсенность) относительно нормы тренирующегося, например на длинной дистанции, спортсмена на различных участках.

о Сопоставляя отдельные пульсовые суммы с общей (сумма данных каналов всех пульсовых зон), можно отработать тактику прохождения дистанции или программу поддержания заданного тем5 па в течение длительного времени тренировочного процесса. Особенно важна такая информация в том случае, когда физическая нагрузка не является постоянной, как, например, это

имеет место в игровых видах спорта (футбол, ручной мяч и т.д.). По отдельным пульсовым суммам тренер (врач) может судить, насколько напряженным было задание для конкретного игрока, сколько времени он выполнял напряженную работу, а сколько - относительно спокойную. Это объясняется тем, что, зная количество сокращений сердца и среднюю ЧСС в пульсовой зоне, можно определить среднее время работы в этой пульсовой зоне. Возможность получения информации о частных пульсовых суммах почволяет таким образом более оперативно и с большой степенью детализации (что отражает повышение точности и разрешающей способности) оценивать энергозатраты человека при выполнении физической работы и по ним планировать более точно восстановительные мероприятия и последующие занятия, что в конечном |итоге повышает качество и эффективность тренировочного процесса. Формула изобретения

Устройство для контроля частоты сердечных сокращений, содержащее по0

5

0

5

следовательно включенные датчик, усилитель, блок формирования и индикатор, а также формирователь импульса сброса и канал регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения оперативности получения данных при дозировании физических нагрузок, в него введены N-1 каналов регистрации, причем каждый из N каналов регистрации выполнен в виде последовательно соединенных управляемого одновибратора, логического элемента И, счетчика и блока индикации , при этом выход одновибратора соединен с сигнальным входом управляемого однойчбратора первого канала регистрации, а сигнальный вход каждого управляемого одновибратора каждого из 2, 3...N каналов регистрации подключен к выходу управляемого одновибратора предшествующего канала регистрации, а вторые входы каждого из логических элементов И подключены к выходу блока формирования, который также через Формирователь импульса сброса соединен с входом управляемого одновибратора каждого из N каналов регистрации.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности устройствам для контроля частоты сердечных сокращений и может использоваться при проведении физиологических исследований. Устройство содержит датчик 1, усилитель 2, блок 3 формирования, одновибратор 4, генератор 7 импульса сброса и N каналов регист- .рации (КР). В каждой из КР входят одновибратор 8 со входом сброса, логический элемент И 9, счетчик 10, блок 11 индикации. Устройство позволяет выделить импульсы в соответствии с определенными зонами сердечных сокращений и распределить их по соответствующим счетчикам. По окончании выполнения нагрузки в каждом из счетчиков будет зафиксировано то количество периодов, которое было при выполнении нагрузки в соответствующих зонах пульса. По этим данным можно судить об интен- сивностной структуре той или иной физической нагрузки даже со значительно меняющейся интенсивностью. 2 ил. с е (Л

Фи г, 1

Us

45

1л&

т

Ъ(Ъ

I,

h

I

-Ы

№

п

/TO/f

JM

milj Pflli

V

ILZE

S cv&nwx f-tff OMMa

- в cvff/nvi//f 2-гоканало

I

-6 счетчик t-го ffOHO/ta

- Л cvemviM #- to комола