Эргомонитор Советский патент 1982 года по МПК G01L5/00 A61B5/02 

(54) ЭРГОМОНИТОР

Изобретение относится к измери тельной технике, в частности к прибо рам медицинской диагностики сердеч-. ной аригмии и определения неличины физической нагрузки, при которой наступила аритмия, и может быть исполь зовано в научных медицинских исследованиях. .Известно устройство для выявления сердечной аритмии (кардиомонитор), позволяющее распознать наличие аритмии как в покое человека., так и в процессе физической нагрузки или переходных процессах 1. Этот кардиомонитор, выявляя наличие аритмии, не позволяет судить о величине физической нагрузки, при которой поступила аритмия, что особенно важно для больных сердечно-со судистыми заболеваниями во время медицинской реабилитации после перенесенного инфаркта г шокарда, Наиболее близким к предлагаемому является электронный эргометр, содержащий преобразователь, выполненны на основе сейсмодатчика, формирователь импул:ьсов, два мультивибратора делитель частоты,, счетчик работы, счетчик мощности, регулируег.шй таймер, блок установки интервалов таймера, блок установки индивидуальных данных человека, блок установки допустимого порога работы, блок установки допустимого порога мощности, блок установки нуля, ри схемы сравнения, блок разрешения индикации, регистр, схему ИХШ, блок переключения индикации и блок питания 2. Известный Ъргометр позволяет измерять и регистрировать работу и мощность ;;человека, однако не дает ответа о работе сердца в момент выполнения физических нагрузок. Так как, выполняя физическую нагрузку, человек совершает работу, аритмию может вызвать работа, совершенная человеком в предшествующий момент времени, то представляет интерес определение мощности, развиваемой человеком при совершении работы в этот момент. , Цель изобретения - определение и индикация величины нагрузки, при которой наступает сердечная аритмия. Указанная цель .достигается тем, что устройство, содержащее корпус, преобразователь, формирователь импульсов, регулируемый высокрчастот- ный мультивибратор, блок установки индивидуальных данных человека, де литель частоты, счетчик работы, счетчик мощности, индикатор, блок установки допустимого порога-работы, бло установки допустимого порога мощности, низкочастотный мультивибратор, смеситель, таймер, блок установки ин тервалов таймера, регистр, один эле мент ИЛИ, схему сравнения работы, первую схему сравнения мощности, вто рую схему сравнения мощности, блок эаэрешения индикации мощности, блок переключения индикации, блок установ ки в ноль, блок питания, снабжено кардиомонитором, формирователем сигнала аритмии, блоком разрешения индикации нагрузки, при которой наступает аритмия, вторым регистром, вторым блоком установки в ноль, вторым элементом ИЛИ, причем выход кардиомонитора соединен со входом формирователя сигнала аритмии, выход которого соединен с управляющими входами блока разрешения индикации нагрузки, при которой наступает аритмия, индикатора н второго регистра, а также с входом первого элемента ИЛИ, при этом выходы блока разрешения индикации нагрузки, при которой наступает аритмия, соединены с информационными входами-индикатора, а входы - с выходами второго регистра, входы которого соединены с выходами второго регистра, входы которого соединены с выходаи. счетчика мощности, входами первого регистра и с входами первой схемы сравнения мощности, установочный вход второго регистра соединен с выходом таймера, управляющим входом счетчика мощности и с одним из установочных входов этого счетчика, второй установочный вход счетчика мощности соединен с установочным входом- первого регистра и свыходом второго блока установки в ноль, вход которого соединен с выходом второй схемы сравнения мощности вторым входом первого элемента ИЛИ и с одним из входов второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с блоком переключения индикации а выход - с управляющими входами блока разрешения индикации мощности и индикатора, вход первого блока установки в ноль соединен с выходом схемы сравнейия работы и третьим входом первого элемента ИЛИ, а дели тель частоты соединен со счетным входом счетчика мощности своим вторым входом. Структурная схема эргомонитора представлена на чертеже. Эргомонитор состоит из преобразо вателя 1, формирователя 2 импуль . сов, высокочастотного мультивибрато ра 3, делителя 4 частоты, счетчика работы, индикатора б, блока 7 уста новки индивидуальных данных человека, блока 8 установки лопуетимого порога работы, схемы 9сравнения ра боты; низкочастотного мультивибратора 10, смесителя 11, таймера 12, блока 13 установки интервалов таймера, счетчика 14 мощности, регистра 15, схемы 16 сравнения мощности, блока 17 - установки порога мощности, схемы 18 сравнения мощности,блока 19 разрешения индикации мощности, блока 20 переключения индикации, элемента 21 ИЛИ, элемента 22 ИЛИ, блока 23 установки в ноль, блока 24 установки в ноль, кардиомонитора 25, формирователя 26 -.сигнала аритмии, блока 27 разрешения индикации нагрузки, при которой наступила аритмия, регистра 28 и блока 29 питания. Выход преобразователя 1, состоящего по крайней мере из одного сейсмодатчика, подключен ко входу формирователя 2 импульсов, выход которо го соединен с первым входом высокочастотного мультивибратора 3. диапазон частот-мультивибратора 3 регулируется блоком 7 установки индивидуальных данных человека. Выход мультивибратора 3 соединен со счетным входом делителя 4 частоты и первым входом смесителя 11. Делитель частоты одним своим выходом подключен к счетному входу счетчика 5 работы,а. вторым выходом - к счетному выходу счетчика 14 мощности. Выходы счетчика 5 работы подключены к первым информационным входам индикатора 6 и к первым входам схемы 9 сравнения работы. Ко вторьвл входам схемы 9 сравнения работы подключен блок В установки допустимого порога нагрузки, а выход схемы 9 сравнения соединен с третьим входом элемента 22 ИЛИ и со входом блока 23 установки в ноль, выход последнего соединен с : установочными входами делителя 4 частоты и счетчика 5 работы, а вход элемента 22 ЮШ соединен со вторым входом мультивибратора 3 и с управляющими входами делителя 4 частоты и низкочастотного мультивибратора 10, выход которого подключен ко второму входу смесителя 11. Выход смесителя 11 соединен с сигнальным входом индикатора 6. Выход таймера 12 подключен к управляющему входу счетчика 14 мощности - первому установочному входу счетчика 14 мощности и установочному входу регистра 28. Временной интервал таймера 12 регулируется блоком 13 установки интервалов, который соединен с таймером 12. Выходы счетчика 14 соединены со входами регистров 15 и 28 и с первыми входами схемы 16 сравнения мощности. Выходы регистра 15 подключены ко вторым входам схемы 16 сравнения, первым входам схекш 18 сравнения мощности и ко входам блока 19 разрешения индикации мощности. Выход схемы 16 сравнения соединен с управляю-) щим входом регистра 15. Ко вторым входам схемы 18 сравнения мощности подключен блок 17 установки порога мощности, а выход схемы 18 соединен со вторым входом элемента 22 ИЛИ, первым входом элемента 21 ИЛИ и со входом блока 24 установки в ноль. Выход блока 24 соединен со вторым установочным входом счетчика 14 и с установочным входом регистра 15. Блок 20 переключения индикации подключей ко второму входу элемента 21 ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом блока 19 разреше ния индикации мощности и с первым управляющим входом индикатора 6, а выходы блока 19 соединены со вторыми информационными входами индикато ра 6. Кардиомонитор 25 своим выходом подключен ко входу формирователя 26 сигнала аритмии, который своим вы ходом соединен с первым входом элемента 22 ИЛИ, вторым управляющим вхо дом индикатора б, управляющим входом блока 27 разрешения индикации нагрузки, при которой наступила аритмия, и с управляющим входом регистра 28, который своими выходами подключен ко входам блока 27, выходы ко торого соединены с третьими информационными входами индикатора 6, Эргомонитор работает следующим образом. Предварительно переключатель блока 7 установки индивидуальных данных человека устанавливают в положение, соответствующее индивидуальным ранным конкретного человека (весу, росту, средней длине шага, темпу движения) . Переключателем блока 8 допус тимого порога работы устанавливают допустимое значение работы для данного человека. Переключателем блока 13 установки интервалов таймера устанавливают время, за которое будет оцениваться значение мощности, а переключателем блока 17 установки порога мощности устанавливают допустимый порог мощности для данного человека. При включении питания производится автоматическая установка в ноль блоков 4, 5, 14, 15 и 28. Эргомонитор подготовлен к работе. При этом с выхода схемы 9 сравнения, схемы 18 сравнения и с выхода блока 26 поступает сигнал на входы элемента 22 ИЛИ на выходе которого появляется сигнал поступающий на второй вход мультивибратора 3, управляющие входы мультивибратора 10 и делителя 4 частоты Вследствие этого счетный вход делителя 4 частоты Окажется открытым для поступления импульсов с выхода мультивибратора 3, который во время действия управляющего импульса с выхода блока 2 будет их генерировать мультивибратор 10. окажется заблокирован ным, смеситель Ц - закрытым по выходу мультивибратора 10. При ходьбе или беге человек совершает колебательные движения в вертикальной плоскости. Амплитуда этих колебаний зависит от индивидуальных данных человека (веса,роста и т.д.), но в среднем составляет 1,5-3 см. Преобразователь 1 воспринимает эти , колебания и преобразует их в электрический сигнал, который поступает в формирователь 2 импульсов. На выходе последнего образуются импульсы, длительность которых пропорциональ-на амплитуде, колебаний центра тяжести человека. Эти импульсы поступают на соответствующий вход мультивибра тора 3, который генерирует высокочастотные импульсы во время действия импульса с выхода блока 2. Частота генерации мультивибратора 3 определяется положением переключателя блока 7. Пачки импульсов с выхода мультивибратора 3 поступают на счетный вход делителя 4 частоты, который представляет собой многоразрядный двоичный счетчик с двумя выходами. Коэффициент делителя частоты выбран, таким, что с первого выхода делителя 4 выходит импульс, эквивалентный 1 кгм, а со второго - эквивалентный 100 кгм. С выхода делителя 4 частоты им:-.пульсы, эквивалентные 100 кгм, поступают на счетный вход счетчика 5 работы. Код с выхода счетчика 5 поступает одновременно на схему 9 сравнения и на индикатор б, который индицирует проделанную работу в соответствующих единицах. При соответствии кода с выхода счетчика 5 коду допустимого порога 1ра.боты, установленного с помощью перек.пючателя блока 8, на выходе схемы 9 сравнения работы формируется сигнал Резерв исчерпан , который поступает через элемент .22 ИЛИ на соответствующий вход мультивибратора 3 и последний начинает генерировать импульсы ВЫСОКОЙ частоты непрерывно. Сигнал Резерв исчерпан одновременно поступает на управляю- . щий вход делителя 4 частоты и запрещает этим прохождение импульсов с выхода мультивибратора 3 на счет- ный вход делителя 4, а также поступает на управляющий вход мультивибратора 10 и обеспечивает режим генерации последнего. Низкочастотный сигна.л мультивибратора Ю и высокочастотный сигнал мультивибратора 3 поступают в смеситель 11, на выходе которого получаются пачки импульсов. Частота поступления пачек равна частоте мультивибратора 10, а .частота заполняющих импульсов в пачке - частоте мультивибратора 3. Так как по входу делитель 4 закрыт, то на выходе счетчика 5 работы будет код.

равный предварительно установленному допустимому порогу работы, значение которого будет отражено в инди-i каторе 6. Сигнал с выхода смесителя 11 поступает на сигнальный вход индикатора 6, по которому он формирует прерывистый сигнал и обеспечивает мигание цифр шкалы индикатора, что привлекает внимание человека. Кроме того, сигнал CQ схемы 9 сравнения работы поступает на блок 23 установки в ноль. Блок 23 представляет собой устройство, которое по истечении определенного времени, например 30 с, вырабатывает импульс сброса (реле времени). По истечении 30 с блок 23 устанавливает делитель (частоты и счетчик 5 работы в ноль. Так как код со счетчика 5 уже не равен коду установленного допустимого порога работы, то схема 9 сравнения перестает вырабатывать сигнал Резерв исчерпан , индикатор б прекращает подачу звукового и визуально го сигнала, а эргомонитор переходит в первоначальное состояние, и измерение работы начинается сначала Время 30 с выбрано из расчета чтобы человек -мог, услышав сигнал, прекратить движение и считать, значение достигнутого порога со шкалы индикатора б. В случае необходимости это время можно выбрать другим.

Измерение мощности, развиваемой человеком, во время ходьбы или бега, осуществляется следующим образо

С выхода делителя 4 частоты импульсы, эквивалентные 1 кгм, поступают на счетный вход счетчика 14 моности, на управляющий вход которого поступает разрешающий сигнал с выхода таймера 12. Длительность разрешающего сигнала определяется положением переключателя блока 13 установки интервалов таймера. Таким образо в интервал времени, в течение которого на управляющем входе счетчика 14 присутствует разрешающий сигнал, в счетчик 14 поступают импульсы с выхода делителя 4 частоты. В счетчике 14 образуется двоичный код, соответствующий мощности, развиваемой человеком во время движения за ланный отрезок времени. По истечении заданного интервала времени код .с выхода счетчика 14 поступает в схему 16 сравнения мощности и регистр 28. В блоке 16 код счетчика 14 сравнивается с кодом регистра 15, В регистре 15 хранится код, соответствующий мощности человека в один из предшествующих отрезков времени. В регистре 28 хранится код предшествущего интервала измерения. Если код счетчика 14 оказывается по величине меньше кода регистра 15, то код в регистре 15 сохраняется, а при образовании на выходе таймера 12 очередного разрешающего сигнала счетчи

14 и регистр 28 устанавливаются в ноль и осуществляется измерение мощности в очередной интервал времени, В счетчике 14 образуется новый код.

Если за какой-то интервал времени код счетчика 14 станет больше по величине чем код регистра 15, то на выходе схемы 16 сравнения образуется сигнал, посредством которого код со счетчика 14 перепишется в регистр 15. После этого под действием сигнала с таймера 12 счетчик 14 в ре-гистр 28 устанавливаются в состояние ноль и начинается измерение мощности в последующий интервал времени

Таким образом в регистре 15 образуется код, соответствующий максимальной мощности, которую развил человек при ходьбе или бега, а в регистре 28 хранится код, соответствующий мощности за предыдущий интервал -Времени,

Код регистра 15 сравнивается в схеме 18 сравнения с пороговым значением, установленным предварительно с помощью переключателя блока 17 установки порога мощности. При до стижении этого порога на выходе схемы 18 сравнения образуется сигнал, который одновременно поступает на элементы 21 и 22 Ш1И блок 24 установки в ноль,-С выхода элемента 22 ИЛИ сигнал поступает на вход мультивибратора 3, управляющие входы делителя 4 частоты и мультивибратора 1 Включаются аналогичным образом звуковая и Визуальная индикация эргомонитора. Сигнал с выхода элемента 21 ИЛИ поступает на управляющие входы блока 19 разрешения индикации мощности и индикатора 6. По этому сигналу блок 19 пропустит код с регистра 15 на информационные входы индикатора 6, а индикатор 6 прекратит индицировать значение работы и будет индицировать значение мощности, Та КИМ образом, произойдет автоматическая индикаций цифрового значения достигнутого порога мощности.

Одновременно с этим сигнал со схемы 18 сравнения поступает на блок 24 установки в ноль, выполненный по аналогии с блоком 23 установки в ноль. По истечении 30 с блок 24 установки в ноль счетчик 14 и регистр 15, схема 18 прекратит вырабатывать сигнал сравнения и индикации мощности (достигнутого Порога) и звуковая индикация Прекратится. Блок 20 переключения индикации представляет собой одноимпульсное устройство (R.5триггер) с кнопкой и служит для считУвания значения максимальной мощности в случае необходимости. Для этого достаточно нажать кнопку и индикатор будет индицировать .значение мощности, достигнутое человеком в один из предшествующих моментов времени. Время индикации мощности в этом случае будет равно времени, на которое нажата кнопка. OjiHOBpeMeHHO с измерением работы и мощности эргомонитора контролируют работу сердца с помощью кардиомонитора 25. Может произойти так, чт развиваемая человеком мощность вызо вет сердечную аритмию. Эта мощность может оказаться меньше допустимого псэрога мощности вследствие общей ус талости человека (например, перед этим выполнен большой объем работы) Но уже сам факт аритмии является до статочным для прекращения нагрузки. Наличие аритмии вызывает на выхо де кардиомонитора 25 появления сигнала, который поступает на вход фор .ммрователя 26 сигнала аритмии, пред ставляющего собой одноимпульсную схе му, например ждущий мультивибратор с большой длительностью импульса (30 с). Появление этого импульса включает аналогичным способом звуко вую и визуальную индикацию эргомони тора (через элемент 22 ИЛИ). Этот же импульс поступает на управляющий вход блока 27 разрешения индикации нагрузки, при которой наступила арит мия, на управляющий вход индикатора 6 и на управляющий вход регистра 28 По этому сигналу блок 27 .пропустит код регистра 28 и на информационные входы индикатора 6, индикатор 6 пре кратйт индицировать значение работы и начнет индицировать значение мощности, при которой наступила аритмия, Появление сигнала на управляю,щем ходе регистра 28 прекратит поступлёние кода со счетчика 14 в регистр 28 и обнуление этого регистра по окончании интервала измерения (в случае если интервал таймера будет менее 30 с, например 1 или 10 с) По окочании импульса с формирователя 26 эргомонитор прекратит подачу звукового сигнала и индикацию мощности, при которой наступила аритмия. При наступлении следующего интервала изгорения регистр 23 вновь -обнулится. Таким образом, при наступлении аритмии эргомонитор будет автоматически индицировать значение мощности предыдущего интервала- измерения, что будет соответствовать мощности, при которой наступила аритмия, так как человеческий организм обладает инерционностью. По этому в случаях контроля за аритмией интервал измерения следует устанавливать равный 10 с, т.е. соизмеримый со временем переход ного процесса в организме человека. Услышав звуковую индикацию (при любом из случаев: нарушение ритма сердца, достижения порога работы ил порота мощности), человек прекращает движение и считывает с индикатора значение работы или мощности. При выключении питания эргомони-; тор теряет всю накопленную информаци Возможность выявления аритмии на ряду с измерением работы и мощности позволяет повысить безопасность проведения медицинской реабилитации больных .сердечно-сосудистыми заболеваниями. Предлагаемый эргомонитор позволяет расширить двигательный режим под контролем аритмии и установленных величин, допустимых порогов работы и мощности для больных сердечно-сосудистыми заболеваниями в практике лечебной физкультуры и санаторно-ку jgopTHoa службы,а также проводить исследования в процессе спортивных тренировок, космических полетах или других экстремальных условиях. Формула изобретения Эргомонитор, содержащий корпус,в котором размещены преобразователь, формирователь импульсрв, регулируемый высокочастотный мультивибратор, блок установки индивидуальных данных человека, делитель частоты, счетчик работы, счетчик мощности, индикатор, блок установки допустиглого порога работы, блок установки допустимого порога мощности, низкочастотный мультивибратор, смеситель, таймер, блок установки интервала таймера, регистр, один элемент ИЛИ, схему сравнения работы, первую схему сравнения мощности, вторую схему сравнения мощности, блок разрешения индикации мощности, блок переключенияиндикации, блок установки в ноль .ш блок питания, отличающийс я тем, что, с целью определения и индикации величины нагрузки, при ко-t торой наступает сердечная аритмия, он снабжен кардиомонитором, формирователем сигнала аритмии, блоком разрешения индикации нагрузки, при которрй наступает аритмия, вторым регистром, вторым блоком установки в ноль и вторым элементом ИЛИ, причем выход кардиомонитора соединен со входом формирователя сигнала аритмии, выход которого соединен с управляющими входами блока разрешения индикации нагрузки, при которой наступает аритмия, индикатора и второго регистра, а также с входом первого элемента ИЛИ, при этом выходы блока разрешения индикации нагрузки, при которой наступает аритмия, соединены с информационными входами индикаора, а входы - с выходами второго егистра, входы которого соединены выходами счетчика мощности, входаи первого регистра и с входами перой схемы сравнения мбиности, устаовочный, вход второго регистра соеинен с выходом таймера, управляюим входом счетчика мощности и с дним из установочных входов этого