Устройство для измерения частоты пульса Советский патент 1991 года по МПК A61B5/245 

П4|

LF

|Сл)

кэ

Изобретение относится к медицинской технике. Целью изобретения является сокращение длительности и упрощение процедуры обследования пациентов за счет проведения измерений с использованием пульсовых сигналов разной природы при повышенной помехозащищенности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения частоты пульса, содержащее детектор 1 пульсового сигнала, формирователь 4 импульсов и измерительный блок 5, введены амплитудный ограничитель 2 сигнала снизу, блок 3 вычитания и амплитудный детектор 6, при этом в состав формирователя 4 импульсов входят последовательно соединенные амплитудный ограничитель 7 сигнала сверху, компара гор Ј, дифференциатор 9, амплитудный ограничитель 10 сигнала снизу и одновибратор 11. Устройство обеспечивает помехозащищен- ные измерения частоты пульса даже при использовании такого нестационарного и произвольным образом модулированного по амплитуде пульсового сигнала, как тзхо- осциллограмма, что позволяет упростить конструкцию устройства и методику наложения датчиков, а также сократить длительность процедуры измерений, что повышает пропускную способность при массовых медицинских обследованиях. 1 э.п.ф-лы, 2 ил.

Фиг,/

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к устройствам для измерения параметров ритмической деятельности сердца.

Цель изобретения-сокращение длительности и упрощение процедуры обследования пациентов за счет проведения измерений с использованием пульсовых сигналов разной природы при повышенной помехозащищенности.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения частоты пульса содержит (фиг. 1) последовательно соединенные детектор 1 пульсового сигнала, амплитудный ограничитель 2 сигнала снизу, блок 3 вычитания, формирователь 4 импульсов и измерительный блок 5, и амплитудный детектор 6, вход которого подключен к входу амплитудного ограничителя 2 сигнала снизу, а выход - к второму входу блока 3 вычитания. При этом формирователь А импульсов выполнен в виде последовательно соединенных амплитудного ограничителя 7 сигнала сверху, вход которого является входом формирователя 4 импульсов, компаратора 8, дифференциатора 9, амплитудного ограничителя 10 сигнала снизу и одновибратора 11, выход которого является выходом формирователя 4 импульсов.

В предпочтительном варианте выполнения устройства детектор 1 пульсового сигнала содержит, например, последовательно соединенные датчик и первичный преобразователь, включающий дифференцирующий и усилительный блоки (не показаны). Измерительный блок 5 может быть выполнен в виде измерителя частоты импульсных сигналов.

Устройство для измерения частоты пульса работает следующим образом.

Детектор 1 пульсового сигнала осуществляет снятие с пациента аналогового пульсового сигнала и первичное преобразование этого сигнала, например, дифференцирование и усиление, В качестве пульсового сигнала для измерения частоты пульса широко используется электрокардиограмма (ЭКГ), что обусловлено относительной стабильностью этого информационного сигнала, особенно его основного фрагмента - зубцов R, у которых естественная амплитудная модуляция минимальна. Однако, использование ЭКГ-методики для измерения частоты пульса имеет такие недостатки, как трудоемкость, критичность и длительность операции наложения ЭКГ-электродов и относительная

сложность аппаратуры обработки ЭКГ-сигнала. Для устранения этих недостатков при измерении частоты пульса в устройстве в качестве информационного пульсового сигнала используются более простые в получении сигналы, например сфигмограмма (СФГ) и первая производная от СФГ-та- хоосциллограмма (ТОГ), которую можно получить от компрессионной манжеты и ис0 пользовать не только для измерения частоты пульса, но и для одновременного измерения параметров артериального давления.

Исходный сфигмографический сигнал

5 включает медленно меняющуюся составляющую Р давления в компрессионной манжете и переменные пульсирующие колебания этого давления (фиг. 2а). Каждое пульсовое СФГ-колебание содержит восходящий уча0 сток(анакроту)и нисходящий участок (катак- роту), на котором имеется в той или иной степени выраженная впадина (инцизура) П1 и выпуклость (дикротическая волна) П2. В ряде аномальных случаев фрагменты П1 и

5 П2 выражены настолько явно, что они воспринимаются, как раздвоенный максимум СФГ-сигнала, и тем самым становятся источником возникновения внутренних помех. Наряду с такими внутренними

0 помехами СФГ-сигнал может содержать между пульсовыми колебаниями и внешние помехи разной природы и полярности, например, типа ПЗ и П4 на фиг, 2а. Непосредственно СФГ-сигнал не используется для

5 измерений из-за наличия меняющейся постоянной составляющей. Поэтому детектор 1 пульсового сигнала производит дифференцирование и усиление снимаемого с пациента сигнала, преобразуя СФГ в ее

0 первую производную - ТОГ-сигнал (фиг. 26), что обеспечивает устранение постоянной составляющей и стабилизацию нулевой линии, При этом внутренние и внешние помехи уже не различимы между собой, а форма

5 ТОГ-сигнала становится еще более сложной с точки зрения устранения помех. Кроме того, амплитуда как положительных, так и отрицательных пиков ТОГ монотонно возрастает, достигает максимума, после чего сно0 ва уменьшается и наконец, помимо такой амплитудной модуляции, изменяется и форма пульсовых колебаний ТОГ-сигнала при каждом пульсовом ударе, Поэтому ТОГ-сигнал является наиболее сложным для поме5 хозащищенных измерений частоты пульса из всех известных видов пульсографических информационных сигналов, но зато и наиболее приемлемым с точки зрения простоты конструкции датчико-усилительной части устройства и ее эксплуатационных преимуществ - удобство в использовании и надежность в работе.

Помехозащищенность измерения частоты пульса при использовании нестационарного и произвольным образом модулированного по амплитуде информационного пульсового сигнала, например, ТОГ-сигнала достигается в устройстве путем автоматического выделения из любого пульсового сигнала только верхних частей пульсовых колебаний (без существенного искажения их передних фронтов) и срезания всех остальных частей сигнала вместе с разного рода помехами. Для этого выходной сигнал детектора 1 пульсового сигнала Vi (фиг. 26) подается одновременно на входы амплитудного ограничителя 2 сигнала снизу и амплитудного детектора б.

Уровень среза UH амплитудного ограничителя 2 сигнала снизу выбирается достаточно малым ( ), так как при высоком уровне ограничения () можно пропустить низкоамплитудные пульсовые колебания, например третье колебание на фиг. 26. Но при малом значении уровня среза через амплитудный ограничитель 2 сигнала снизу пройдет значительная часть помех, в частности помехи П5, П6 и П7 (фиг. 2в). Для устранения таких помех сигнала параллельно пропускается через амплитудный детектор 6 с разными постоянными времени заряда Гз и разряда тр , удовлетворяющими условию гз « Тр . Конкретное значение величин гз и гр можно получить исходя из максимально возможного диапазона изменения частоты пульса от 20 до 240 уд/мин. Для уменьшения искажений передних фронтов сигнала величина Гз должна быть на порядок меньше периода самого быстрого пульсового процесса, например Гз 25 мс, а для достаточно эффективного подавления помех величина трдолжна быть на порядок меньше периода самого медленного пульсового процесса, например Гр 300 мс. При таких значениях Гз и Гр они между собой, как это и требуется, различаются на порядок.

Благодаря выбранным таким образом параметрам зарядно-разрядных цепей амплитудного детектора 6 передние фронты его выходного сигнала V6 (фиг. 2г) искажаются значительно меньше, чем задние фронты, которые значительно затягиваются, перекрывая помехи (пунктирный график на фиг. 2в). Для устранения помехосодержащей части пульсового сигнала выходные сигналы амплитудного ограничителя 2 сигнала снизу V2 и амплитудного детектора 6 Уе подаются на соответствующие входы блока 3 вычитания, с выхода которого снимается положительная часть полученной разности Уз (фиг. 2д). Передние фронты сигнала Уз, например фронт АВ, имеют минимальные искажения

относительно исходного пульсового сигнала, а крутизна переднего фронта АВ сигнала Уз занимает промежуточное положение между крутизной фронта АВ сигнала V2 и крутизной фронта АС сигнала Ve. При этом

условие гр/Гз 10 гарантирует невозможность пропуска информативно пульсации, так как вследствие малого, но конечного значения Гз точка С всегда будет располагаться ниже точки В, а точка Д из-за большого, но конечного значения тр всегда будет ниже точки С (фиг. 2в). При работе на участке возрастающих амплитуд пульсаций сигнала (точка Е выше точки В) пропуск какой-либо его информативной пульсации исключен,

поскольку точка б будет находиться заведомо ниже точки ЕЛ§ точка F-снова несколько ниже точки Е. Но даже при работе на участке уменьшающихся амплитуд сигнала (точка Н ниже точки Е) пропуск информативной пульсации сведен к минимуму, так как все равно точка G расположена, как правило, ниже точки F и снова ниже точки Н, хотя при зтом точка Н уже ниже точки Е (фиг. 2в).

Выходной сигнал блока 3 вычитания

представляет собой (фиг, 2д) уже автоматически сформированный (синхронно с сокращениями сердца, и без постоянней составляющей и без помех) импульсный сигнал почти треугольной формы (ABC, DEF и

QHJ на фиг. 2в, д), одинаково надежно сформированный как на участке возрастания амплитуд пульсаций, так и на участке их убывания в исходном пульсовом сигнале. Выходной сигнал блока 3 вычитания подается через формирователь 4 импульсов на вход измерительного блока 5, который производит измерение частоты входных импульсов и индикацию частоты пульса.

Для того, чтобы работа измерительного блока 5 была более надежной и не зави- села-от различия амплитуд и длительностей его входных импульсов, выходной сигнал блока 3 вычитания пропускается в формирователе 4 импульсов через амплитудный ограничитель 7 сигнала сверху, компаратор 8, дифференциатор,9, амплитудный ограничитель 10 сигнала снизу и одновибратор 11, которые унифицируют входные импульсы формирователя 4 импульсов по амплитуде и

длительности. Амплитудный ограничитель 7 сигналов сверху с пороговым уровнем Ue (фиг. 2д) срезает верхнюю часть импульсов (фиг. 2е). компаратор 8 с уровнем опорного напряжения отрезает основание импульсов

(фиг. 2ж), дифференциатор 9 выделяет их передние и задние фронты (фиг. 2з), а амплитудный ограничитель 10 сигнала снизу пропускает только положительные импульсы, соответствующие передним фронтам (фиг, 2и), по которым одновибратор 11 вырабатывает прямоугольные импульсы фиксированной длительности, например 250 мс (фиг. 2к), поступающие на вход измерительного блока 5.

Таким образом, устройство обеспечивает надежное измерение частоты пульса с любым из известных пульсографических сигналов, в том числе и с сигналом, в котором непрерывно изменяются амплитуды и форма пульсовых колебаний на фоне различных внешних и внутренних помех. При этом не возникает необходимости использовать в качестве измерительного блока 5 сложный аналитический прибор со специализированными узлами подавления помех или дорогостоящий вычислительный блок с соответствующим программным обеспечением. При работе устройства с любым видом информационного сигнала детектор 1 пульсового сигнала может иметь довольно простую конструкцию, обеспечивающую быстрое наложение датчиков на различные участки тела пациента и не требующую строго соблюдения требований специальной методики наложения датчиков и отведения сигнала, как в случае использования электрокардиограммы для измерения частоты пульса. Это позволяет использовать устройство в качестве самостоятельного канала в комплексе с другими измерителями

физиологических параметров, например, в измерителях артериального давления, а также сокращает длительность измерений, что повышает пропускную способность при 5 массовых обследованиях.

Формула изобретения

10 сигнала и последовательно соединенные формирователь импульсов и измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью сокращения длительности и упрощения процедуры обследования пациентов за

15 счет проведения измерений с использованием пульсовых сигналов разной природы при повышенной помехозащищенности, в него введены последовательно соединенные амплитудный ограничитель сигнала

20 снизу и блок вычитания и амплитудный детектор, вход которого подключен к выходу детектора пульсового сигнала и к входу амплитудного ограничителя сигнала снизу, а выход - к второму входу блока Вычитания,

25 выход которого соединен с входом формирователя импульсов.

6

М