Вычислительное устройство для предварительной обработки кардиосигналов Советский патент 1978 года по МПК G06F15/42 

гистров со входами первого и второго блоков осреднения.

Недостатком известного устройства является его сложность.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что оно содерлшт блок выделения экстремумов, первый вход которого через фильтр низких частот соединен с выходом аналого-цифрового иреобразователя, второй и третий входы - с выходом делителя частоты и входом синхронизации устройства, а выход - со вторым входом элемента ИЛИ, блок вычисления нлощадей, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом аналого-цифрового преобразователя и входом элемента задержки, а выход - со входом второго блока регнстров.

Схема устройства приведена на чертеже.

Она содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, буферный блок 2 памяти, фильтр 3 низких частот, блок 4 выделения экстремумов, блок 5 вычисления интервалов, блок 6 вычисления площадей, делитель 7 частоты, распределитель 8, блоки регистров 9 и 10, блоки И и 12 осреднения, блоки 13 и 14 сравнения, блок 15 уиравления, элемент 16 задержки, элемент ИЛИ 17, элемент И 18. При этом информационный вход устройства подключен к АЦП 1, выход которого связан с блоком 2, блоком 6 вычисления нлощадей и через фильтр 3 - с блоком 4. Второй вход блока 4 связан со входом блока 5 вычисления интервалов и с выходом делителя 7 частоты, вход которого связан с тактирующим входом 19 устройства и с управляющим входом АЦП 1. Третий вход блока 4 связан со входом 20 синхронизации устройства, с первым входом блока 15 управления и первым входом элемента ИЛИ 17, второй вход которого связан с выходом блока 4. Выходы блоков 5 и 6 связаны соответственно со входами блоков регистров 9 и 10, управляющие входы которых связаны с выходом 21 блока 15 управления и с управляюо им входом блока 2. Выход элемента ИЛИ 17 связан с первым входом распределителя 8 и через элемент 16 задержки - со вторыми входами распределителя 8, блоков 5 и 6.

Первая и вторая группы выходов распределителя 8 связаны соответственно через блоки регистров 9 и 10 со входами блоков 11 п 12 осреднения. Выходы блока регистров 9 и блока II осреднения связаны со входами блока 13 сравнения. Аналогично связаны выходы блока регистров 10 и блока 12 осреднения со входами блока 14 сравнения. Выходы блоков 13 и 14 сравнения связаны через элемент И 18 со вторым входом блока 15 управления, второй выход которого связан с управляющими входами блоков 11 и 12 осреднения.

Блок 2 имеет объем памяти для запомниания ординат одного кардиоимпульса. Фильтр

3 низких частот представляет собой сумматор, осуществляюи ий накопление суммы определенного числа ординат кардиоимпульса с последующим осреднением суммы. Распределитель 8 выполнен в виде счетчика н дешифратора. Блок 5 вычисления интервалов выполнен в виде счетчика, блок 6 вычисления площадей - в виде накапливающего сумматора. Блок 4 вычисления экстремумов выполнен в

0 виде элемента сравнения двух соседних в последовательности ординат кардиоимпульса и схемы выработки сигнала в момент появления максимального или минимального значения ординаты кардиосигнала, т. е. в момент выделения экстремума. Блоки 9-14 состоят из п ячеек каждый.

Работа устройства основана на аиализе в каждом кардиоимпульсе отдельных участков, разделяющихся по знаку первой производной.

0 В каждом кардиоимпульсе определяются экстремумы, по которым кардиоимпульс разбивается на п участков. Предварительно путем фильтрации осуществляется исключение ложных экстремумов, не характерных данному

5 кардиоимпзльсу, а вызванных, например, высокочастотными помехами. При этом постояпная времени фильтра выбирается исходя из вида кардиосигнала, т. е. такой, чтобы в отфильтрованном кардиоимпульсе сохранились

0 только характерные экстремумы {максимумы и минимумы). Затем вычисляются площади Sj полученных участков и их протяженности TJ:

м,

.1,

5;- и.

1 К

i

Tj ,

где и г - f-ная ордината носледующего кардиоимпульса;

0 , 2, 3, ..., К, ..., М, ..., Л -номер ординаты;

K.J и Aij - границы анализируемого участка; / 1, 2, ..., п - ном.ер анализируемого участка, причем

. м,К,; М, К,,...1

Mj Ki,,...;M N.

Полученные величины сравниваются с соответствующнмн осредненными величинами

Sj и Tj, вычисленными из определенного количества L преди1ествуюии1х неискаженных карДНОИМПУЛЬСОВ

т;§.

-rS-

где / 1, 2, ..., L.

Сравнение осуществляется с определенным

допуском, учитывающим нестабил1 ность кар65 диоимпульсов по амплитуде н длительностн,

5

Число L выбирается исходя из динамики изменеиия кардиоимпзльсов. Например, ири съеме кардиосигналов во время проведения нагрузочных проб динамика изменеиия кардиоимпульсов по амплитуде и по длительности значительнее, чем в условиях покоя обследуемого, в соответствии с чем и выбирается число L кардиоциклов, подвергающихся осредиеиию.

Кардиоимпульсы, совпавшие по всем соответствующим признакам с осредпеиными неискаженными предшествующими кардиоимпульсами, считаются иеискажеппымп и поступают иа дальнейшую об 1аботку и осреднение. В противном случае они считаются искалсенш ми и исключаются из обработки.

Работает устройство следующим образом.

Анализируемые карднопмпульсы поступают на вход АЦП 1, который преобразует аналоговый сигнал в дискретный с частотой дискретизации, задаваемой частотой следования тактовых импульсов по тактирующему входу 19. Образуемые иа выходе . 1 коды ординат кардиоимпульса заносятся в блок 2, где храпятся в течение одного кардиоцикла.

Синхроиизация работы устройства осуществляется по каждому капдиоциклу импульсами, сформированными из R-зубца электрокардиограммы, которые постлпают на вход 20 синхронизации. При этом в начале каждого кардиоцикла под действием синхроимпульсов, поступающих через элеметтт 16 задержки, блоки 5 и 6 п расгфеделителт. 8 устапав.яиваются в состояние «О.

Ко.аы ординат кардиоимнульса с выхода АПП 1 поступают в фильтр 3, на выходе которого образуется дискретный снгпал, отфильтрованный от высокочастотных составляющих. Постоянная времени фильтра 3 определяется коэффттниентом деления делителя 7 частоты, на вход которого поступают тактовые имнульсы по тактирующему ВХОДУ 19. С выхода фильтра 3 коды ординат отфильтрованного кардиоттмнульса поступают в блок 4, на выходе которого образуется единичный ИМПУЛЬС в момеит выделения экстремального значения кя.рдиоимпульса (максимума или минимума). Параллельно блок 5 вычисления интервалов иодсчитывает тактовые ИМПУЛЬСЫ, поступающие на его вход с выхода делителя 7 частоты, количество которых определяет протяженность соответствующего участка между экстремумами, а блок 6 вычисления площадей осуществляет суммирование ординат кардиоимпульса на данном участке. Полученные величины Tj и Si заносятся в соответствующие блоки регистров 9 и 10. причем занесение в блоки регистров 9 и 10 осуществляется с помощью распределителя 8, на вход которого поступают единичные импульсы с блока 4, при этом занесение признаков последнего участка кардиоимпульса (между последним экстремумом и началом следующего кардиоцикла) происходит под действием синхроимпульса, поступа6

ющего па вход распределителя 8 со входа 20 синхронизации через элемент ИЛИ 17.

Коды признаков Г,- и 5,- постуиают с выходов блоков регистров 9 н 10 на соответствующне входы блоков 13 и 14 сравнения, на другие входы которых постуиают коды осредиенных величин Г,- и S,- с выходов блоков И и 12 осреднения.

Если кардиоимиульсы ие искажены, то они ио всем анализируемым признакам совпадут с определенным допуском с осредненпыми кардиоимнульсами, тогда иа выходах всех блоков 13 и 14 сравнения образуются едииичные потеинпалы. Вследствие этого на выходе элемента И 18 образуется единичиый потенциал, который поступит в блок 15 управления. Па выходе 22 последнего образуется управляющий импульс, под действием которого величины Tj тт Sj перепищутся с блоков регистров 9 н 10 в соответствующие блоки 11 и 12 осреднеиня, где образуются новые величины fj н

5;. Этот процесс будет повторяться, если последующие кардиоимиульсы будут совпадать

по анализируемым признакам с соответствующимн осредиенпылп величинами. При этом неискаженная информация блока 2 будет иоступать иа выход устройства. Если в какой-то кардио1и кл появится искаженный кардиоимиульс, то на онределеиных выходах блоков 13 и 14 сравнения будут ну.певые потенилалы. Тогда на выходе элемента П 18 будет нулевой потенциал, а в момент поступления синхронмпульса но входу 20 сннхропизацин в блок 15 управления, на его выходе 21 образуется импу.льс, который поступпт па управляющие входы блока 2 п блоков регистров 9 и 10, при этом данные блоки уста1ЮВЯТСЯ в состояние О, т. е. информация об искаженном кардионмпульсе нсключится из обработки.

Время задержки элемента 16 выбирается исходя из быстродействия операции перезаписи кодов из блоков 5 и б Т в соответствующие

б.:токи регистров 9 и 10.

Первоначальный ввод аттализируёмьтх признаков в блоки 11 и 12 осредиения осуи1ествляется оператором путем соответствующей коммутации б.лока 15 управления (на чертеже не

показано) и параллельным визуальным просмотром снимаемых кардиосигиалов с помощью осциллоскопа.

Введение в устройство блока выделения экстремумов и блока вычисления площадей

упрощает устройство по объему оборлдовання в сравпении с известными устройствами. Папример, ианболес близкое устройство содержит два блока буферной памяти для заиоминання ординат предыдущего и последующего

кардионмиульсов. Пртт этом каждый блок 6vферной памяти состоит из Л ячеек. Число ордипат :Y задается точностью обработки кардиологической информацци. Обычно Л 2004-500. В предложенном устройстве содержится один блок буферной памяти (Л ячеек) и 2 регистра, каждый из которых состоит из л ячеек. Число л определяется количеством участков кардиоимпульса, разделенных экстремальными значениями. Обычно /г 5ч-10. Остальные блоки известного и предложенного устройства в основном эквивалентны но объему оборудования.

Таким образом, данное устройство имеет почти в 2 раза меньший объем оборудования, чем известное, что и обеспечивает поставленную цель изобретения.

Формула изобретения

Вычислительное устройство для предварительной обработки кардиосигналов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого является информационным входом устройства, а выход соединен с первым входом буферного блока памяти, выход которого является выходом устройства, блок вычисления интервалов, первый вход которого через делитель частоты соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и тактирзющим входом устройства, выход блока вычисления интервалов соединен с входом первого блока регистров, распределитель, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ и через элемент задержки с вторыми входами блока вычисления интервалов и распределителя, первый вход элемента ИЛИ соединен с входом синхронизации устройства и с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом элемента И, а первый и второй выходы соответственно - с управляющими входами первого, второго блоков регистров, буферного блока памяти и с управляющими входами первого и второго блоков осреднения, первый и второй блоки сравнения, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, а первые и вторые группы входов соответственпо - с выходами первого, второго блоков осреднекия и выходами первого п второго блоков регистров, причем первая и вторая группы выходов распределителя соединены соответственно через первый и второй блоки регистров с входами первого и второго блоков осреднения, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит блок выделения экстремумов, первый вход которого через фильтр низких частот соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй и третий входы - с выходом делителя частоты и входом синхронизации устройства, а выход - с вторым входом элемента ИЛИ, блок вычисления площадей, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом аналого-цифрового преобразователя и входом элемента задержки, а выход - с входом второго блока регистров.

Источники информацни, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 339918, кл. G 06F 15/42, 1970.

2. Вычислительные системы и автоматическая диагностика заболеваний сердца. Под ред. Ц. Касереса и Л. Дрейфуса. М., «Мир.

1974, с. 401, 402.