Устройство для обработки кардиосигналов Советский патент 1978 года по МПК A61B5/04 G06F15/42 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для предварительной обработки кардиосигналов.

Известно устройство для обработки кардиосигналов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, буферное запоминающее устройство, блок вычисления интервалов, регистры, распределитель, два блока сравнения, два блока осреднения, схему «И и блок управления.

Однако известное устройство не обеспечивает необходимой точности обработки кардиосигналов.

Цель изобретения - повышение точности обработки путем исключения искаженных кардиоимпульсов.

Для этого в устройство введены узел выделения экстремумов, блок вычисления площадей, дискретный фильтр нижних частот, делитель частоты, схема «ИЛИ и блок задержки, выход которого соединен с управляющими входами блока вычисления интервалов, блока вычисления пло цадей и распределителя, а вход совместно со входом распределителя подключен к выходу схемы «ИЛИ. Один ее вход соединен с шиной синхронизации, а другой - с выходом узла выделения экстре.мумов, подключенного через дискретный фильтр нижних частей к выходу аналого-цифрового преобразователя, который через блок вычисления площадей соединен со входами |1ерв(ио регистра. Тактовая щина через делитель частоты соединена с управляющим входом узла выделения экстремумов.

Узел выделения экстремумов имеет схему сравнения, два последовательно соединенных регистра, триггер, по две схемы «11 и «МЛИ и два элемента задержки, причем входы схемы сравнения через соответствующие два регистра соединены с управляющим входо.м узла выделения экстремумов и одним из входов схе.м «И, чьи вторые входы соединены соответственно с выходами схемы сравнения, а третьи - с соответствующими нулевым и единичным выходами триггера. Выходы схем «И совместно через первую схему «ИЛИ связаны с выходо.м узла выделения экстремумов. Выход первой схемы «И через элемент задержки и вторую схему «ИЛИ через второй элемент задержки подключен к нулевому входу этого же триггера, второй вход второй схемы «ИЛИ соединен с синхронизирующим входом узла выделения экстремумов, а вход первого регистра- с сигнальным входом узла выделения экстремумов.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок-схема узла выделения экстремумов.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1 (АЦП) , буферное запоминающее устройство 2 (БЗУ), дискретный фильтр 3 нижних частот (ДФНЧ), узел 4 выделения экстремумов (УВЭ), блок 5 вычисления интервалов, 6;ioK 6 вычисления площадей, делитель 7 частоты, распределитель 8, регистры 9 и 10, блоки 11 и 12 осреднения, блоки 13 и 14 сравнения, блок 15 управления, блок 16 задержки, схема 17 «ИЛИ, схема 18 «И, тактовую щину 19, щину 20 синхронизации. При этом сигнальный вход устройства подключен к АЦП, выход которого связан с БЗУ, блоком 6 и через ДФНЧ - с УВЭ. Выход последнего связан с одним входом схемы 17 «ИЛИ, другой вход которой соединен с щиной 20 синхронизации, а выход схемы 17 «ИЛИ связан со входом распределителя 8 и через блок 16 задержки - с установочными входами блоков 5, 6 и распределителя 8. Его выходы связаны с управляющими входами регистров 9 и 10, сигнальные входы которых соединены с выходами блоков 5 и 6 соответственно. Выходы регистров 9 и 10 связаны через соответствующие блоки 11 и 12 осреднения с одними входами соответствующих блоков 13 и 14 сравнения, другие входы которых соединены с выходами соответствующих регистров 9 и 10. Выходы блоков 13 и 14 объединены схемой 18 «И, выход которой подключен к одному входу блока 15 управления, другой вход которого связан с шиной 20 синхронизации, подключенной также к установочному входу УВЭ. Тактовая щина 19 связана с управляющим входом АЦП, со входом блока 5 вычисления интервалов и через делитель 7 частоты-с управляющими входами ДФНЧ и УВЭ. Выход 21 блока 15 управления подключен к щинам сброса БЗУ и регистров 9 и 10, а выход 22 - к шинам перезаписи БЗУ и блоков 11 и 12 осреднения.

В узел 4 выделения экстремумов входят регистры 23 и 24, схема сравнения 25, триггер 26, схемы 27 и 28 «И, схемы 29 и 30 «ИЛИ., элементы 31 и 32 задержки. При этом сигнальный вход УВЭ связан с последовательно включенными регистрами 23 и 24, выходы которых соединены со входами схемы 25. Один вход схемы «И 27 связан с единичным выходо у1 триггера 26, а другой вход - с выходом 33 схемы 25.

Один вход схемы 28 «И связан с нулевым выходом триггера 26, а другой вход - с выходом 34 схемы 25. Третьи входы обеих схем 27 и 28 «И связаны с управляющим входом УВЭ и с управляющими входами регистров 23 и 24. Выходы схем «И 27 и 28 связаны через схему 29 «ИЛИ с выходом УВЭ. Кроме того, выход с.чемы 27 «И связан через элемент 31 задержки с нулевым входом триггера 26, а выход схемы 28 «И -через элемент 32 задержки с одним входом схемы 30 «ИЛИ, другой вход которой соединен с установочным входом УВЭ, а выход схемы 30 «ИЛИ - с единичным входом триггера 26.

БЗУ имеет объем памяти для запоминания ординатодного кардиоимпульса. Дискретный ФНЧ представляет собой сумматор, осуществляющий накопление суммы определенного числа ординат кардиоимпульса с последующи.м усреднением суммы. Распределитель 8 выполнен в виде счетчика и дешифратора. Блок 5 выполнен в виде счетчика, а блок 6 - в виде накапливающего сумматора.

Работа устройства основана на анализе в

каждом кардиоимпульсе отдельных участков, разделяющихся по знаку первой производной. В каждом кардиоимпульсе определяются экстремумы, по которым кардиоимпульс разбивается на п участков. Предварительно путем фильтрации осуществляется исключение

ложных экстремумов, не характерных данному кардиоимпульсу, а вызванных, например, высокочастотными помехами. При этом постоянная времени фильтра выбирается, исходя из вида кардиосигнала, т.е. такой, чтобы в отфильтрованном кардиоимпульсе сохранились только характерные экстремумы (максимумы и минимумы). Затем вычисляются площади Sj полученных участков и их протяженности TJ:

i и,

S/- S.

к,

т, . где Ui- i-ая ордината последующего кардиоимпульса;

i 1, 2, 3 ..., К,. - ., М ..., N - номер ординаты;

Kj и Mj - границы анализируемого участка; j 1, 2,.. .,.п - номер анализируемого участка, причем Ki 1; Mi М Кз;..., Uj К .ь Мл N.

Полученные величины сравниваются с соответствующими осредненными величинами Sj и Tj, вычисленными из определенного количества предшествуЕОщих неискаженных кардиоимпульсов: ч - ± гс

Sj- L Ij

где 1 1, 2,.. .,L.

Сравнение осуществляется с определенным допуском, учитывающим нестабильность кардиоимпульсов по амплитуде и длительности. Число L выбирается, исходя из динамики изменения кардиоимпульсов. Например, при съеме кардиосигналов во время проведения нагрузочных проб -динамика изменения кардиоимпульсов по амплитуде и длительности значительнее, чем в условиях покоя обследуемого, в соответствии с чем и выбирается число L

кардиоциклов, подвергающихся осреднению.

Кардиоимпульсы, совпавщие по всем соответствующим признакам с осреДненными неискаженными предществующими кардиоимпульсами, считаются неискаженными и поступают на дальнейшую обработку и осреднение. В

противном случае они считаются искаженными и исключаются из обработки.

Устройство работает следующим образом. Анализируемые кардиоимпульсы поступают на вход АЦП 1, который преобразует аналоговый сигнал в дискретный с частотой дискретизации, задаваемой частотой следования тактовых импульсов по шине 19 тактирования. .Образуемые на входе АЦП коды ординат кардиоимпульса заносятся в БЗУ, где хранятся в течение одного кардиоцикла.

Синхронизация работы устройства осуществляется по каждому кардиоциклу импульсами, сформированными из Р-зубца электрокардиограммы и поступающими в щину 20 синхронизации. При этом в начале каждого кардиоцикла под действием синхроимпульсов, поступающих через блок 16 задержки, блоки 5 и 6 и распределитель 8 устанавливаются в состояние «О.

Коды ординат кардиоимпульса с выхода АЦП поступают в ДФНЧ, на выходе которого образуется дискретный сигнал, отфильтрованный от высокочастотных составляющих. Постоянная времени ДФНЧ определяется коэффициентом деления делителя 7 частоты, на вход которого поступают тактовые импульсы по тактовой шине 19. С выхода ДФНЧ коды ординат отфильтрованного кардиоимпульса поступают в УВЭ, на выходе которого образуется единичный импульс в момент выделения экстремального значения кардиоимпульса (максимума или минимума).

Параллельно блок 5 подсчитывает тактовые импульсы, поступающие на его вход по шине 19, количество которых определяет протяженность соответствующего участка между экс тремумами, а блок 6 осуществляет суммирование ординат кардиоимпульса на данном участке. Полученные величины Tj ,и S,- заносятся в соответствующие регистры 9 и 10 с помощью распределителя 8, на вход которого поступают единичные импульсы с выхода УВЭ.

Занесение признаков последнего участка кардиоимпульса (между последним экстремумом и началом следующего кардиосигнала) осуществляется под действием синхроимпульса, поступающего на вход распределителя 8 с шины 20 через схему 17 «ИЛИ.

Коды признаков Tj и Sj поступают с выходов регистров 9 и 10 на соответствующие входы блоков 13 и 14, на другие входы которых поступают коды осредненных величин Т; и Sj с выходов блоков 11 и 12.

Если кардиоимпульсы не искажены, то они по всем анализируемым признакам совпадут с определенным допуском с осредненными кардиоимпульсами, тогда на выходах всех блоков 13 и 14 образуются единичные потенциалы. Вследствие этого на выходе схемы 18 «И образуется единичный потенциал, который поступит в блок 15 управления. На выходе 22 последнего образуется управляющий импульс, под действием которого информация с БЗУ поступит на выход устройства, например, в ЭВМ для дальнейщей обработки, а величины Tj и S, перепишутся с регистров 9 и 10 в соответствующие блоки 11 и 12 осреднения, где образуются новые величины Tj и Sj. Этот процесс будет повторяться, если последующие кардиоимпу.И)Сы по анализируемым признакам будут совпадать с соответствующими осредненными величинами.

Если в каком-то кардиоцикле появится искаженный кардиоимпульс, то на определенных

выходах олокон 13 и 14 нулевые потенциалы. Тогда на выходе схемы 18 И будет нулевой нотецциа.. э R мс.мент поступления синхроимпульса из щины 20 в блок 15 управления на его выходе 21 опразуется управляющий импульс, который поступит в щины сброса ВЗУ и регистров 9 и 10. При этом узлы устанавливаются и состоянии «О, т.е. информация об искаженном кардиоимпульсе исключится из обработки.

Время задержки блока 16 выбирается с учетом быстродействия операции перезаписи кодов из блоков 5 и 6 в соответствующие регистры 9 и 10.

УВЭ работает следующим образом .(см. фиг. 2). В начале каждого кардиоцикла под

действием синхроимпульсов, поступающих по установочному входу УВЭ через схему 30 «ИЛИ на единичный вход триггера 26, последний устанавливается в состояние «1, при котором на его единичном выходе образуется единичный потенциал. УВЭ оказывается подготовленным для выделения максимума кардиоимпульса, так как учтен тот факт, что первым экстремумом каждого кардиоимпульса является максимум..,:. Коды двух соседних ординат отфильтрованного кардиоимпульса последовательно поступать в регистры 23 и 24. Занесение кодов в эти регистры тактируется импульсами, поступающими на их управляющие входы с выхода делителя 7 частоты. Параллельно коды с выходов регистров 23 и 24 поступают на входы схемы 25. Так как в начале кардиоцикла первый участок кардиоимпульса является возрастающим, то каждая последующая ордината будет больше предыдущей. Тогда на выходе 34 схемы 25 сравнения будут образовываться еди- .

ничные потенциалы. В момент выделения максимума, когда последующая ордината карД1 Оимпульса станет меньн1е предыдуцей. единич. ный потенциал образуется на выходе 33 схс-;. мы 25 сравнения. Под действием тактового импульса, поступающего по управляющему

входу УВЭ на схемы 27 и 28 «И, на выходе схемы 27 «И образуется единичный имп.ульс, который поступит через схему 29 «ИЛИ на: выход УВЭ. Этот же импульс nocTyniir через: элемент 31 задержки на нулевой вход триг гера 26, последний перебросится в состояние

«О, на его нулевом выходе образуется единичный потенциал, и УВЭ окажется подготовлен ным к выделению минимума кардиоимпульса Так как на втором участке кардиоимпульса каждая последующая ордината будет меньц е

предыдущей, то единичный потенциал будет образовываться на выходе 33 схемы 25. В момент выделения минимума, когда последующая ордината кардиоимпульса станет больше предыдущей, единичный потенциал образуется на выходе 34 схемы 25. Аналогичным образом

единичный импульс.образуется на выходе схемы 28 «И и поступает на выход УВЭ. Также единичным импульсом через элемент 32 за-. держки триггер 26 перебросится в состо.яние «1 и УВЭ окажется подготовленным к выделению максимума кардиоимпульса и .т.д. При . это.м в кардиоимпульсах, где экстремумы рас