Устройство для измерения частоты пульса

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3710577/24-21 (22) 16.03.84 (46) 15.02.86. Бюл. Р 6 (72) Ц.N. Авакян, К.С. Азарян, В.П. Айдинова, Г.О. Анджелов, С.Г. Бадалян, Д.N. Геворкян и Л.С. Хуршудян (53) 621.317(088.8) (56) Кирианаки Н,В. и др. Методы и устройства цифрового измерения низких и инфранизких частот. Львов, 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 824986, кл. А 61 В 5/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 661383, кл. G 01 R 23/02, 1979. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ . ЧАСТОТЫ ПУЛЬСА, содержащее селектор входного сигнала, генератор тактовых импульсов, первый счетчик, соединенный разрядными выходами с одноименными информационными входами регистра, разрядные выходы которого соединены с одноименными управляющими входами управляемого делителя тактовой частоты, соединенного выходом с входом блока индикации, а счетным входом с выходом преобразователя код — частота, младшие по весу информационные входы которого соединены с одноименными разрядными выходами второго счетчика, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения статистической точности и обеспечения биологического управления процессом измерения, в него введены третий счетчик, масштабный счетчик деления тактовой частоты, блок адаптации и блок управления, причем съемный вход масштабного

„.Я0„„1211662 A (51) 4 G 01 R 23/02 А 61 В 5 02 счетчика деления тактовой частоты объединен с синхровходом преобразователя код — частота и соединен с выходом генератора тактовых импульсов, младшие по весу выходы разрядов масштабного счетчика соединены с синхровходами преобразователя код — частота, а выход старшего разряда — со счетными входами второго и третьего счетчиков, причем разрядные выходы третьего счетчика соединены с одноименными информационными входами первого счетчика, Р -вход третьего счетчика и вход установки начального ко 1а первого счетчика соединены соответственно с первым и вторым управляющими выходами блока адаптации, соединенного информационным выходом со старшим по весу информационным входом преобразователя код — частота, синхровходом со старшим по весу разрядным выходом второго счетчика, а входом гасящих импульсов с R -выходом гасящих импульсов блока управления и с R --входами второго и масштабного счетчиков, синхровход блока уп.равления соединен с выходом селектора входных сигналов, выход поин тервальных импульсов — со счетным входом второго счетчика и синхро» входом регистра, а управляющий входс входной управляющей шиной сигнала пуска устройства.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит триггер, соединенный информационным входом с источником единичной логической константы, первый, второй и третий эле1211662 элемента HE являются гасящим входом блока адаптации, выход второго элемента ИЛИ, соединенного входами с прямыми выходами триггеров, является информационным выходом блока адаптации, выход элемента И, соединенного вторым входом через второй элемент задержки с инверсным выходом элемента И/И-НЕ, является первым управляющим выходом блока адаптации, а выход первого элемента ИЛИ, соединенного с выходом второго элемента НЕ, является вторым управляющим выходом блока адаптации.

I менты И-НЕ, элемент И, элемент запрета и элемент задержки, причем синхровход триггера соединен с первым входом элемента И и является синхровходом блока управления, выход элемента И, соединенного вторым входом с прямым выходом триггера и первым входом первого элемента И-НЕ, является выходом поинтервальных синхроимпульсов блока yn" равления, выход первого элемента И-НЕ, соединенного вторым входом через элемент задержки с инверсным выходом триггера и первым входом второго элемента И-НЕ, явля" ется, выходом гасящих импульсов блока управления, выход второго элемента И-НЕ, соединенного вторым входом с Й -входом триггера и выходом третьего элемента -HE, соединен с входом "Запрет" элемента запрета, выход которого соединен с -входом триггера, а информационный вход объединен с вторым входом третьего элемента И-НЕ и является управляющим входом блока управления.

3. Устройство по п. l о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок адаптации содержит счетный T --триггер и 3 -k- триггер, соединенный входом k с источником нулевой логической константы, элемент И, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы НЕ, первый и второй элементы задержки и элемент И/И-НЕ, причем объединенные между собой синхровходы триггеров, вход первого элемента HE и первого элемента задержки являются синхровходом блока адаптаций, выходы первого элемента НЕ и первого элемента задержки соединены с входами элемента И/ -HE прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, объединенные .между собой R -входы триггеров, первый вход элемента И и вход второго

4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что преобразователь код — частота содержит первый и второй элементы И, элемент ИЛИ-НЕ, элемент ИЛИ и триггеры формирования младших по весу двоичных частотных компонент, информацион. ные входы и синхровходы каждого из которых являются информационным входом и соответственно синхровходом формирования соответствующей по весу двоичной частотной компоненты преобразователя код — частота, старшим по весу информационным входом которого является первый вход первого элемента И, второй вход которого является синхровходом старшей по весу двоичной частотной компоненты преобразователя код — частота, первый вход второго элемента И объеди.нен с третьим входом первого элемента И и с R --входами триггеров и является синхровходом преобразователя код — частота, а второй вход соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, соединенного входами с информационными входами преобразователя кодчастота, информационным выходом которого является выход элемента ИЛИ, соединенного .соответствующими входами с нулевыми выходами триггеров и с выходами первого и второго элементов И.

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в медйцине для регист1 рации и анализа частоты сердечных 1211662 4 сокращений или дыхания пациента.

Цель изобретения — повышение ста" тистической точности измерений за счет автоматического включения в объем выборки каждого последующего периодического цикла измерения скользящего. среднего значения частоты пульса по результатам уже проведенных измерений RR"-интервалов во втором полупериоде предыдущего цикла, обеспечение биологического управления процессом измерения путем синхронизации начала и конца каждого цикла измерений по пульсовой волне пациента.

На фиг. 1. изображена функциональная схема устройства; на фиг.2, 3 и 4 - соответственно функциональные схемы блока его управления, блока адаптации и преобразователя кодчастота..

Устрбйство для измерения частоты пульса (фиг. 1) содержит селектор 1 входного сигнала, блок 2 управления, первый 3, второй 4 и третий 5 счетчики, масштабный счетчик 6 деления тактовой частоты, генератор 7 тактовых импульсов, блок 8 адаптации, преобразователь 9 код— частота, управляемый делитель 10 частоты, регистр 11, блок 12 индикации, информационный выход 13 селектора 1 входного сигнала, входную управляющую шину 14 сигналов пуска, соединенную с управляющим входом блока 2 управления, шину 15 поинтервальных синхроимпульсов блока 2 управления, соединенную со счетным входом счетчика 4 и с синхровходом регистра 11, шину 16 гасящих импульсов блока 2 управления соединенную с гасящим входом блока 8 адаптации и 1 -входами второго счетчика 4 и масштабного счетчика 6 деления тактовой частоты, первая 17 . и вторая 18 управляющие шины блока 8 адаптации, соединенные соответственно с 3 --входом счетчика 5 и синхровходом ll установки начального кода счетчика 3, информационный выход 19 блока 8 адаптации соединен со старшим по весу информационным входом Э„,преобразователя 9, а синхровход 20 блока адаптации соединен со старшим по весу (т-1 -разрядным выходом счетчика.4, где rn = leg М, à M — максимальный

При этом блок 2 управления (фиг.2) содержит синхронный триггер 22, функционирующий в режиме "защелки". сигнала логической "1", первый 23, ЗО второй 24 и третий 25 элементы И-НЕ, элемент И 26, элемент 27 запрета, элемент 28 задержки и источник 29 единичной логической константы. В то же время блок 8 адаптации выпол35 нен в виде (фиг. 3) счетного Т»триггера 30, Л -К-триггера 31, элемента И/ -HE 32, элемента И 33, первого 34 и второго 35 элементов ИЛИ, первого 36 и второго 37 элементов НЕ, 40 первого 38 и второго 39 элементов задержки и источника 40 нулевой логической константы, изображенного в соответствии с ГОСТ 2.743-72. Прн этом такое построение блока 8 адап45 тации предусматривает в качестве счетного Т-триггера 30 дополнительный 1в-разрядный триггер счетчика 4, при котором 3 -К-триггер 31 функционирует в режиме "защелки" сигнала

50 лог. "1".

Кроме того, предлагаемое устройство раскрывает также структурное построение преобразователя 9 код — частота, который в случае

55 рассматриваемого примера п1 = 4, когда максимальный объем выборки И =

Щ

= 2 = 16 может быть выполнен в виде (фиг. 4) первого 41, второго 42

1О

25 объем выборки при каждом периодическом цикле измерений, при котором число проводов в шине 21, соединяющей разрядные выходы масштабного счетчика 6 с одноименными по весу синхровходами преобразователя 9, равно rn =3o М. При этом управляющие входы счетчика 3 соединены с одноименными разрядными выходами счетчика 5, разрядные выходы счетчика 3 соединены с одноименными управляющими входами управляемого делителя 10 частоты через регистр. В то же время выход генератора 7 тактовых импульсов соединен с счетным входом масштабного счетчика 6 деления тактовой частоты и с синхровходом С преобразователя 9 код — частота, у которого синхровходы формирования

С,,С, ° ..,С „„ младших по весу двоичных частотных компонент (субгармоник) соединены с одноименными по весу разрядными выходами счетчика 6.

1211662 и третьего 43 триггеров формирования двоичных частотных компонент, первого 44 и второго 45 элементов И, элемента HJIH-HE 46 и элемента ИЛИ 47. При этом на фиг. 4 синхровходы формирования двоичных частотных компонент (субгармоник) преобразователя 9 в порядке воз-ш -(в- ) растания их весов 2, 2 .. .,2 где e - разрядность преобразователя 9, обозначены соответственно

С,,С,...,С,„, младшие по весу его информационные входы обозначены

D„,D,...,D„, старший по весу информационный вход преобразователя 9, соединенный с информационным выходом 19 блока 8 адаптация, обозначен 19-0,„.

Устройство для измерения .пульса работает следующим образом, Переключение устройства в режим регистрации осуществляется путем подачи в входную управляницую шину 14 сигнала (уровня) логического "0" (положительная логика) ° При этом собственно процесс измерения частоты пульса пациента начинается с момента выделения селектором f R -зубца на пульсовой волне и выдачей им сформированного импульса лог. "1" на вход 13 блока 2 управления. В результате триггер 22 (фиг. 2) взводится в единичное состояние по срезу этого импульса (т.е. при переходе этого сигнала из состояния лог. "l" в "0"), исключая за счет последнего возможность прохождения первого информационного сигнала лог. "1" в выходную управляющую шину 15поинтервальных синхроимпульсов.

В то же время на другой выходной управляющей шине 16 блока 2 управления (фиг..2) элементом И-НЕ 23 .формируется гасящий импульс лог.

"О", длительность действия которого определяется элементом 28 задержки. Гасящий импульс лог. "0" с шины 16 производит обнуление масштабного счетчика 6 деления тактовой частоты и счетчика -4 по их 11 -входам, по одноименному входу блока 8 адаптации производит установку в нулевое. состояние его триггеров 30 и 31 (фиг. 3), а по выходным управляющим шинам 17 и 18 обнуляет также счетчик 5 и соответст

/ венно счетчик 4.

f5

Таким образом, в начале измерения на информационные входы преобразователя 9 код — частота выставляется нулевая комбинация, при которой в предлагаемом устройстве представленная на фиг. 4 конструк- ция преобразователя 9 обеспечивает выработку на своем выходе максимальной с весом равным единице частоты Г „следования импульсов, рав" макс. ную частоте следования тактовых импульсов Г„ „ генератора 7. Последнее обеспечивается за счет элемента HJIH-НЕ 46, деблокирующего (фиг.4) при наличии на его информационных входах нулевой комбинации элемент И 45, который в этом случае непосредственно транслирует на выход преобразователя 9 код — частота тактовые импульсы генератора 7.

В указанных условиях по исте.чении первого межпульсового Щ -интервала Т1 сигнал лог. "1" с выхода селектора l поступает на синхровход 13 блока 2 управления, который через уже деблокированный элемент И 26 транслирует этот сигнал в управляющую шину 15. Указанный

ЗО сигнал лог. "1" в качестве поинтервального синхроимпульса производит перезапись в регистр 11 содержимого счетчика 3, показания которого (за счет его функционирования в режиме вычитания) в течение интервала времени Т уменьшились на величину .

40 где (g. — коэффициент пересчета масштабного счетчика 6 деления так"

I товой частоты, причем = М = 2 коэффициент пересчета младших по весу rn двоичных разрядов масштабного

45 счетчика 6, а Р - частота тактовоген

ro генератора 7.

В то же время укаэанный импульс лог. 1 с шины 15 сосчитывается . и

50 счетчиком 4, который выставляет на управляющие входы преобразователя 9 код — частота двоичную комбинацию

001 (в нашем примере а-1 = 3). В результате иа .выходе преобразователя 9 генерируется последовательность им

55 пульсов с минимальной Р„„„частотой

В момент поступления (0,5 M+I)

9-й пульсовой волны пациента произо1211662

К; . F к; . "вр,к = - " вр,1 . " Е 1, оС (3) а счетчик 4 накопит К; импульсов и выходная частота Г„; преобразова" теля 9 определится соотношением

К; к;= К мин 2 ей ) то выходная часть управляемого делителя 10 частоты составит величину

55 к, ", F ee l 4 к;

ГЕн; „

I о йдет обнуление показаний счетчика 4, и сигнал переполнения старшего (ш-1)-го разрядного выхода обусловит по синхровходу 20 блока 8 адаптации (фиг. 3) переключение триггера 30 в единичное состояние. В результате на ) -входе триггера 31 установится уровень лог. "1", который через элемент ИЛИ 35 с выхода 19 поступит на l0 старший по весу информационныйЗ— вход преобразователя 9, обеспечивая соответствующее увеличение частоты следования импульсов на его выходе.

Существенно при этом, что по срезу 15 этого сигнала переполнения выполняются две новые операции: первая — с ши" ны 18 в момент перехода сигнала лог. "1". в состояние лог. "0" проис" ходит перезапись в счетчике 3 дво- 20 ичной информации, накопленной счетчиком 5 в течение первых (0,5 M ) циклов измерения RR -интервалов, вто рая — на шине 17 формируется короткий импульс лог. "0" с длительностью, 25 определяемой элементом 38 задержки, который с задержкой, вносимой элементом 39 (по отношению к сигналу на шине IS), обнуляет счетчик 5, обеспечивая тем самым начало проме- Зо ра им продолжительности следующих (0,5 М) РЯ -.интервалов.

Таким образом, вплоть до пересче-. та счетчиком 3 первых М межпульсовых RR -интервалов (M = 2 = 16) 35 период повторения выходных импульсов делителя 10 частоты будет прямо пропорционален вводимому в регистр 11 текущему числу Нее z и обратно пропорционален выходной частоте F„.

"1 преобразователя 9. Иначе, по истечении нескольких (k, < М ) RR -интервалов, т.е. когда показания счетчика 3 уменьшатся на величину где учтено, что = 2 (соотношение

1), а F „ „ — среднее арифметичес,к, кое значение частоты пульса пациента за первые К; измеренных RR "Híтервалов.

B момент окончания измерения M-го

RR"-интервала и соответсвенно при переходе к измерению (М+1)-ro RR-интервала на информационные входы пре" образователя 9.с разрядных выходов счетчика 4 вновь поступает нулевая двоичная комбинация, обуславливая (как показано выше ) генерацию преоб" разователем 9 частоты Г„„,„, = Г rep

При этом указанному факту (Лиг. 4) не противоречит то обстоятельство, что в момент окончания М-го цикла измерения сигнал переполнения с. (в-1)-го разрядного выхода счетчика 4 по синхровходу 20 блока 8 адап" тации взводит ("защелкивает" — К=О) в единичное состояние его 1-К-триггер 31 (фиг. 3), который до окончания измерений будет уже неизменно поддерживать уровень лог. "1" на информационном выходе 19 блока адаптации.

В данной ситуации на управляющей. шине 18 блока 8 адаптации формирУется импульс лог. "1", по которому происходит перезапись из счетчика 5 в счетчик 3 цифровой информации о продолжительности последних 0,5 М

RR --интервалов. При этом указанная перезапись происходит заведомо поз=. же того, как по сигналу поинтервального синхроимпульса с шины 15 блока 2 управления будет занесена в регистр 11 информация со счетчика 3, а за счет элемента 39 задержки в блоке 8 адаптации (фиг. 3) †. заведомо раньше, чем сигналом с выхода 17 будет произведено обнуление счетчика 5.

Таким образом, начиная с измерения (М+1}-ro RR -интервала, начальный отсчет показаний счетчика 3 . после регистрации каждых (0,5 М)

RR-интервалов всегда уже будет производиться с цифровых данных о продолжительности предыдущих (О, 5 M )

И-интервалов, которые периодически будут заноситься из счетчика 5 в счетчйк 3. Соответственно, в указанных условиях блоком 8 адаптации (как было указано) всегда будет поддерживаться уровень лог. "1" на старшем по весу информацион1211662 1О ном 19 - 3 входе преобразователя 9 код - частота, обеспечивая генерацию на его выходе импульсов в диапазоне частот от 0,5 M»„ 5 F t e„po M мкк "ген ° B Результате выходная частота (соотношение 3, 4 и 5} управляемого делителя 10 частоты в указанных условиях будет уже составлять величину (б) пиеа к;

5+2:. т

„. (,.,) где - суммарная продол с! жительность (0,5 М) RR -интервалов, измеренных счетчиком 5 в предыдущем цикле измерений и в цифровой форме переписанная (начисленная) в счетчик 3 в момент начала измерения уже К -х R R -интервалов

3 (1 6 К 0 5 N) продолжительность которых в соотношении (6) входит в виде скользящей суммы к т3 °

1=1

Тогда из сопоставления соотношения (6) с соотношением (5) непосредственно следует, что в данном устройстве, начиная с регистрации (M+1)-ro 8R -интервала, обеспечивается резкое сужение вариации усредняемой выборки за счет периодическо"

ro .начисления в счетчик 3 суммарной

05 про должн тель но сти (-. 1

Таким образом, за счет резкого увеличения минимального интервала с одного сердечного сокращения (как в прототипе) до (0,5 М+1)-го сердечного сокращения в. предлагаемом устройстве исключительно лишь

sa счет применения нового алгоритма измерения, накопления и отображения диагностической информации обеспечивается высокая статистическая точность оценки частоты пульса пациента при малом пересчете текущих

RR -интервалов и повышение степени сглаженности .скользящей выборки за счет резкого сужения вариации текущего объема выборки.

В то же время наличие в предлагаемом устройстве биологического управления фазированием начала измерений по пульсовой волне пациента и качественное изменение характера работы -преобразователя 9 кодчастота обеспечили повышение аппаратурной точности измерения и возможность непрерывного (многоцикличного) их проведения без какой-либо потери или искажения диагностической информации. При этом достижение в предлагаемом устройстве в полном

1Î объеме преимуществ биологического управления процессом измерения наи-. более убедительно проявляется при прерывании одной совокупности циклов измерений с синхронным переходом по пульсововй волне пациента к новой совокупности измерений, осуществляемого путем подачи достаточно короткого импульса лог. "1" в входную управляющую шину 14 сигналов пуска устройства.

В указанных условиях, т.е. когда при наличии уровня лог. "0" на вход-.

- ной управляющей шине 14 устройства идет измерение частоты пульса па25 циента, при подаче в управляющую шину 14 импульса лог. "1" производится принудительная установка триггера 22 в блоке 2 управления (фиг. 2) в нулевое состояние. Последнее обесЗо печивается за счет того, что при взведенном в единичное состояние триггера 22 сигнал лог. "0" с его

g-выхода через элемент И-НЕ 24 де» блокирует элемент И 25, связанныи

35 с R -входом этого триггера и запирает по входу "Запрет" элемент 27 запрета, связанный с 5-входом триг-. гера 22. Однако сброс в нулевое состояние триггера 22 в предлагаемом

4О устройстве не приводит к какой-либо потере или искажению диагности ческой информации, поскольку на выходной управляющей шине 16 гасящий импульс может появиться лишь в мо45 мент переключения триггера 22 вновь в единичное состояние.

Таким образом, прерывание процесса измерения в предлагаемом устройстве не приводит к нарушению процесса передачи от блока 1О в

5О блок 12 индикации цифровой информации об уже измеренной частоте пульса пациента за целое число RR -ин- . тервалов и ее штатном отображении; исключает (за счет блокировки эле. 55 мента И 26 в блоке 2 управления) запись в регистр 11 .искаженной ин-. формации о прерванном RR -интерва-. ле; обеспечивает по поступлении пер1211662

12 фиг. 1

Фиг. Г вой же (после прерывания) пульсовой волны пациента переключение упомянутого триггера 22 в единичное состояние с одновременным формирова-. нием на управляющей шине 16 короткого (ло "длине" элемента 28 задержки)гасящего импульса,покоторому обнуляются всесчетные блокиустройства и

S,начинается уже новый цикл иэ,мерения.

1211662

Составитель M. Каменский

Редактор М.Петрова Техред М.Пароцай Корректор А. Зимокосов

Заказ 637/50 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4