Устройство для измерения частоты и ритмичности сердечных сокращений

 

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ . РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTGPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ь)

СО

<Р

4:ь

QO джх.2

Е-в (21) 3757005/28-14 (22) 21.06.84 (46) 23.03.86. Бюл. № 11 (72) Ю.В. Агеев, Б.М. 10евчук и Я.П. Цар (53) 615.47(088.8) (56) Ритмокардиовазометр РКВМ-01, ТУ 64-1-2993-77 ТЕ, 1977.

Авторское свидетельство СССР

¹ 563162, кл. А 61 В 5/02, 1976 ° (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЧАСТОТЫ И РИТМИЧНОСТИ СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ, содержащее селектор R-зубцов, вход которого подключен к первой входной шине устройства, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и первый делитель частоты и блок определения средней частоты сердечных сокращений, включающий первый счетчик и первый регистр, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения оперативности и достоверности диагностики аритмий сердца, в него введены последовательно соединенные блок уп„.SU 1219048 А (51) 4 А 61 В 5/02 равления, блок определения мгновенной частоты сердечных сокращений и блок определения разности смежных

RR-интервалов, второй вход которого подключен к первому выходу блока управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока определения мгновенной частоты сердечных сокращений, пятый вход которого подключен к первому входу блока управления и к входу первого делителя частоты, шестой вход — к выходу первого делителя частоты, а второй выход — к первому входу блока определения средней частоты сердечных сокращений, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, а третий и четвертый входы — соответственно с второй . и третьей входными шинами устройства, причем второй вход блока управления соединен с выходом селектора R-зубцов.

1?

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в нем блок определения средней частоты сердечных сокращений дополнительно содержит второй делитель частоты, информационный вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, а выход — с входом сброса первого счетчика и с управляющим входом первого регистра, и первый коммутатор, выходы которого поразрядно соедине-, ны с информационными входами первого регистра, информационные входыс выходами первого счетчика, а первый и второй управляющие входы соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго. делителя частоты и с второй и третьей входными шинами устройства, причем счетный вход первого счетчика подключен к второму выходу блока определения мгновенной частоты сердечных сокра" щений.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в нем блок определения мгновенной частоты сердечных сокращений содержит последовательно соединенные второй счетчик, второй регистр и второй коммутатор, входы которого поразрядно соединены с входами предварительной записи второго счетчика, а вторая группа входов подключена соответственно к шинам логического нуля и логической единицы, последовательно соединенные третий счетчик и третий регистр, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, с управляющим входом второго регистра, с входом сброса третьего счетчика и с вторым входом блока определения разности смежных RR-интервалов эле о мент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу переноса второго счетчика и к счетным входам первого и третьего счетчиков, второй вход к четвертому выходу блока управления, а выход " к управляющему входу второго счетчика, и третий коммутатор, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с входом и выходом первого делителя

19048 частоты, управляющий вход — с вторым выходом блока управления и с первым управляющим входом второго коммутатора, а выход — со счетным входом второго счетчика, вход выбора режима которого подключен к третьему выходу блока управления и к второму управля-. ющему входу второго коммутатора, а

era информационные выходы поразрядно подключены к первой группе входов блока определения разности смежных

RR-интервалов.

4. Устройство по п,1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что в нем блок определения разности смежных RR-интервалов содержит последовательно соединенные четвертый регистр, ариф-. метический блок и пятый регистр,. управляющий вход которого подключен к входу сброса третьего счетчика и к управляющему входу четвертого регист-. ра, информационные входы которого поразрядно соединены с информационными выходами второго счетчика и с второй группой входов арифметического блока, причем один из входов четвертого ре.гистра, один из входов второй группы входов и управляющий вход арифметического блока подключены соответственно к шинам логического нуля и логической единицы.

5. Устройство по п.1, о т л и —, ч а ю щ е е с я тем, что в нем блок управления содержит последовательно соединенные четвертый счетчик, первых вход которого подключен к входу первого делителя частоты, комбинационный блок, триггер и первый формирователь импульсов, вход которого также соединен с входом сброса чет-. вертого счетчика и с входом выбора режима второго счетчика, а выходс вторым входом элемента ИЛИ, и второй формирователь импульсов, выход которого подключен к управляющему входу второго регистра, а вход - к выходу селектора R-зубцов и к тактовому входу триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом третьего коммутатора, а информационный и R-входы — с шиной логического нуля.

l2l9O4a

Изобретение относится к медицинскому приборостроению, а именно к из мерительным кардиологическим устройствам, и может быть использовано в автоматических системах непрерывного наблюдения sa состоянием сердечнососудистой системы человека.

Целью изобретения является повышение оперативности и достоверности диагностики аритмий сердца.

На фиг.l представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг.2 — блок определения средней частоты сердечных сокращений; на фиг. 3 — блок определения мгновенной частоты сердечных сокращений; на фиг.4 — блок определения разностисмежных RR-интервалов; на фиг.5— блок управления; на фиг.6 — второй делитель частоты; на фиг,7 — первый коммутатор; на фиг. 8 †. третий коммутатор; на фиг. 9 — временные диаграммы работы блока управления.

Устройство для измерения частоты и ритмичности сердечных сокращений содержит (фиг.l) селектор 1 R-зубцов, вход которого подключен к первой входной шине устройства, последовательно соединенные генератор 2 тактовых импульсов и первый делитель 3 частоты, блок 4 определения средней частоты сердечных сокращений и последовательно соединенные блок 5 уп1 равления1 блок 6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений и блок 7 определения разности смежных

RR-интервалов ° второй вход которого подключен к первому выходу блока 5 управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока 6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений, пятый вход которого подключен к первому входу блока 5 управления и к входу первого делителя

3 частоты, шестой вход — к выходу пер вого делителя 3 частоты, а второй выход — к первому входу блока 4 определения средней частоты сердечных сокращений, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока 5 управления, а третий и четвертый входы:соответственно с второй и третьей входными шинами устройства, причем второй вход блока 5 управления соединен е выходом селектора 1 R-зубцов, а блок 4 определения средней частоты

Блок 6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений содержит (фиг.3) последовательно соеДиненные

ЗО второй счетчик 12, второй регистр 13 и второй коммутатор 14, выходы которого поразрядно соединены с входами предварительной записи второго счет чика 12, а вторая группа входов под35 ключена соответственно к шинам логического нуля и логической единицы, последовательно соединенные третий счетчик 15 и третий регистр 16, уп равляющий вход которого соединен с

40 первым выходом блока 5 управления, с управляющим входом второго регистра

13, с входом сброса третьего счетчика 15 и с вторым входом блока 7 опреределения разности смежных RR-интер45 валов, элемент ИЛИ 17, первый вход которого подключен к выходу переноса второго счетчика 12 и к счетным входам первого счетчика 8 и третьего счетчика 15, второй вход — к четвер50 тому выходу блока 5 управления, а выход — к управляющему входу второго счетчика 12 и третий коммутатор 18, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с входом и выходом первого делителя 3 частоты, управляющий вход — с вторым выходом блока 5 управления и с первым управляющим входом второго ком5 !

О

25 сердечных сокращений включает первый .счетчик 8 и первый регистр 9 (фиг.2).

При этом блок 4 определения средней частоты сердечных сокращений дополнительно содержит (фиг.2) второй делитель 10 частоты, информационный вход которого соединен с четвертым выходом блока 5 управления, а выход— с входом сброса первого счетчика 8 и с управляющим входом первого регистра 9, и первый коммутатор ll выходы которого поразрядно соединены с информационными входами первого регистра 9, информационные входы — с выходами первого счетчика 8, а первый и второй управляющие входы соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго делителя

10 частоты и с второй и третьей входными шинами устройства, причем счетный вход первого счетчика 8 подключен к второму выходу блока б определения мгновенной частоты сердечных сокращений, а выходы первого регистра

9 соединены соответственно с первыми выходными шинами устройства.

1219048 мутатора 14, а выход — со счетным входом второго счетчика 12, вход выбора режима которого подклю" чен к третьему выходу блока 5 управления и к второму управляющему входу второго коммутатора 14, а его информационные выходы поразрядно подключены к первой группе входов блока 7 определения разности смежных RR-интервалов. Выходы третьего регистра

16 соединены соответственно с вторыми выходными шинами устройства, Блок 7 определения разности смеж-. ных RR-интервалов содержит (фиг.4) последовательно соединенные четвертый регистр 19, арифметический блок

20 и пятый регистр 21, управляющий вход которого подключен к входу сброса третьего счетчика 15 и к управляющему входу четвертого регистра 19, информационные входы которого поразрядно соединены с информационными выходами второго счетчика 12 и с вто. рой группой входов арифметического блока 20, причем один из входов четвертого регистра 19, один as входов второй группы входов и управляющий вход арифметического блока 20 подключены соответственно к шинам ло" гического нуля и логической единицы, Выходы пятого регистра 21 соединены соответственно с третьими выходными шинами устройства.

Блок 5 управления содержит (фиг,5) последовательно соединенные четвертый счетчик 22, первый. вход которого подключен к входу первого делителя 3 частоты, комбинационный блок 23, триггер 24 и первый формирователь 25 импульсов, вход которого также соединен с входом сброса четвертого .счетчика 22 и с входом выбора режи-, ма второго счетчика 12 а выход — с

«о вторым входом элемента ИЛИ 17,.è второй формирователь 26 импульсов, выход которого подключен к управляющему входу второго регистра 13, а вход— к выходу селектора 1 R-зубцов и к тактовому входу трйггера 24, инверс» ный выход которого соединен с управляющим входом третьего коммутатора

18, а информационный и R-входы — с шиной логического нуля.

В предпочтительном варианте исполнения устройств первый делитель 3 частоты с коэффициентом деления

1000 может быть выполнен на трех счетчиках 546ИЕ11. Второй делитель

10 частоты (фиг.6) состоит из счетчика 27, четырехканального мультиплексора 28 и формирователя 29 импульсов. Вход сброса счетчика 27 и первый вход мультиплексора 28 подключены к шине логического нуля, а выходы третьего, пятого и седьмого разрядов счетчика 27 подключены соответственно к второму, третьему и

10 четвертому входам мультиплексора 28, Первый коммутатор .11 (фиг.7) состоит из девяти четырехканальных мультиплексоров 30 — 38, первые входы которых подключены к шине логического

15 нуля. Второй коммутатор 14 выполнен на двенадцати мультиплексорах с общим управлением. Третий коммутатор

18 выполнен на четырех логических элементах (фиг,8). Исходя из макси20 мальной .частоты сердечных сокращений 300 мийи наибольшего количества усредняемых устройством интервалов

RR электрокардиосигнала (ЭКС),разрядность первого счетчика 8 выбрана рав-.

25 ной 16, Комбинационный блок 23 выполнен на трех логических элементах (фиг.5) в виде дешифратора одного числа °

Устройство для измерения частоты

З0 и ритмичности сердечных сокращений работает следующим образом.

Селектор 1 К-зубцов формирует покаждому R-зубцу поступающего на его вход ЭКС синхроимпульс (фиг.9), ко35 торый подается на второй вход блока управления. По фронту приходящего синхроимпульса на первом выходе блока 5 управления появляется короткий положительный импульс, которым про40 изводится запись содержимого второго счетчика 12 во второй регистр 13 блока 6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений и в четвертый регистр 19 блока 7 определения раз45 ности смежных RR-интервалов, а также запись содержимого третьего счетчика 15 в третий регистр 16 блока 6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений с последующим об-:

50 нулением третьего счетчика 15. Информация с третьего регистра 16 поступает на вторые выходные шины устройства. На втором и третьем выходах блока 5 управления по фронту прихо55 дящего импульса R-зубца формируются соответственно положительный и отрицательный.импульсы фиксированной длительности (фиг.9) Т„, в тече1219048

Т

N п TosH где T«„ — время, эа которое число N„

1О станет равным нулю.

Так как

Nx

ОБН

1 (2) 15 то

По окончании времени преобразова20 ния Т второй коммутатор 18 подПр ключает выход первого делителя 3 частоты к счетному входу второго счетчика 12 который изменением уров- ня сигнала с третьего выхода блока 5 управления переводится в режим сложения на время .паузы между R-зубо цами Т„., равное н9 — 7TA «р (4)

30 Второй коммутатор 14 на то.же время подключает свои вторые входы к входам предварительной записи второго счетчика 12. По окончании времени преобразования импульсом с четверто35 го выхода блока 5 управления, поступающим через элемент ИЛИ 17 на управляющий вход второго счетчика 12у производится переписывание состояния вторых входов V второго коммутатора

40 14 во второй счетчик 12. Вторые входы второго коммутатора 14 (Ч-входы) подключены к напряжениям логической

l: единицы V или логического нуля V таким образом, чтобы закодировать в

45 двоичном коде число N компенсирую1 ° щее потери информации об измеряемом периоде Т „ эа время преобразования

I1P

1: = Т„ "Г (5)

Импульсом переноса положительной полярности, поступающим с выхода переноса второго счетчика 12 через элемент ИЛИ !7 на его управляющий вход, число N из второго регистра !

3 через второй коммутатор 14 снова запишется во второй счетчик 12 в момент, когда содержимое последнего станет равным нулю. Одновременно имние которого осуществляется преобразование измеряемого периода Т„ следования R-зубцов ЭКС в частоту сердечных сокращений, выраженную в мин, На время преобразования Т„ третий коммутатор 18 блока 6 определения мгновенной частоты сердеч-. ных сокращений подключает выход генератора 2 тактовых импульсов, следующих с частотой f, к счетному входу второго счетчика 12, который в течение времени Т„ работает в режиме вычитания, Второй коммутатор

14 блока 6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений на то же время подключает выходы второго регистра 13 к входам предварительной записи второго счетчика 12; Короткий положительный импульс с четвертого выхода блока 5 управления, который появляется в момент окончания импульса на третьем выходе. блока 5 управления и формируется по его заднему фронту, поступает на информационный вход второго делителя 10 частоты блока 4 определения средней частоты сердечных сокращений, а так- же через элемент ИЛИ 17 на управляющий вход второго счетчика 12 блока

6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений. Фронтом импульса с первого выхода блока 5 управления во второй регистр 13 блока

6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений записывается число N„, пропорциональное длительности предыдущего измеряемого периода Т„ следования R-зубцов ЭКС, Далее в блоке 6 определения мгновенной .частоты сердечных сокращений происходит преобразование числа N в число N пропорциональное мгновенной частоте .сердечных сокращений, выраженной в мин . Число N во втором счетчике 12 будет уменьшаться до нуля, так как последний работает в режиме вычитания, пульсы переноса подсчитываются третьим счетчиком 15.

Количество импульсов переноса с выхода второго счетчика 12 равно (3)

f:ã где f. 2 К 1

К вЂ” коэффициент деления первого

3 делителя 3 частоты.

В данном случае 3> равна 60 в десятичном коде или 000000111100 в двоичном коде.

12!9048

По окончании времени преобразования начинается подсчет числа N в течение интервала Т

N - (Т „-Т„ ) Г,, +N =<„, (6)

Подставляя значение N из уравнения (6) в уравнение (3) и учитывая, что коэффициент деления К первого де9 лителя 3 частоты равен f, /f, получаем (?)

Выбирая Т„ = 60 мс, f = 1 МГц и К.и К = 1000, получаем масштабный коэффицйент К = 60 и, следовательно, результат измерения частоты сердеч-. ных сокращений, выраженный в мин

-Ф

Измерение среднего значения частоты сердечных сокращений осуществляется параллельно процессу измерения мгновенной частоты сердечных сокращений. Подсчет импульсов переноса с выхода переноса второго счетчика 12 блока 6 определения мгновен- ной частоты сердечных сокращений осуществляет первый счетчик 8 блока 4 определения. средней частоты сердечных сокращений, в котором накаплива0 ются импульсы за несколько интервалов преобразования, Количество усрецняемых интервалов RR определяется коэффициентом деления втор6го делителя 10 частоты, который может быть изменен переменной состояния его управляющих входов АО и А1 по второй и третьей входным шинам устройства.

В конкретном варианте выполнения устройства количество усредняемых интервалов РК выбрано равным 2, где — целое положительное число.

В этом случае операция усреднения (деления) заменяется операцией отбра. сывания 1 младших разрядов результата, накапливающегося в первом счетчике 8. Указанная операция осуществляется первым коммутатором 11, который подключает q выходов первого,счетчика 8 к информационным входам первого регистра 9, где q — количество разрядов первого счетчика

8, в данном случае равное 16. Значение i .может быть установлено равным трем, пяти или семи.

Для осуществления усреднения эа

8, .32 и 128 интервалов RR второй делитель 10 частоты при. подаче на его

25 управляющие входы А! и АО двоичных сигналов 01, 10, 11 будет выполнять деление входной частоты соответст венно на 8, 32 и 128 н на его выходе будет появляться соответственно каждый 8-й, 32-й и 128-й импульсы. Короткими импульсами с выхода второго делителя 10 производится запись через первый коммутатор 1! содержимого первого счетчика 8 без трех или пяти или семи младших разрядов в первый регистр 9, т,е. запись результата усреднения соответственно за 8, 32 или 128 интервалов RR с последующим обнулением первого счетчика 8. С выхода первого регистра 9 информация поступает на первые выходные шины устройства. При состоянии второй и третьей входных шин устройства 00 второй делитель 10 частоты выключается и первый коммутатор 11 подключает информационные входы первого регистра 9 к шине логического нуля.

Управляющая комбинация 00 используется для выключения режима определения срецнего значения частоты сердечных сокращений (ЧСС).

Измерение разности между соседними RR-интервалами 3КС осуществляется блоком ? определения разности смежных RR-интервалов параллельно процессу измерения мгновенной частоты сердечных сокращений. С выхода второго счетчика 12 блока 6 определения мгновенной ЧСС двоичный код очередного интервала RR поступает на информационные входы четвертого регистра

19 и записывается в него по фронту импульса с первого выхода блока 5 управления. Одновременно результат вычитания кодов двух смежных RR-интер" валов, представленный в дополнитель" ном коде, с выхода арифметического

45 блока 20 переписывается в пятый регистр 21, с выхода которого-информа-. ция поступает на третьи выходные шины устройства. Операция вычитания производится арифметическим блоком

20 путем суммирования прямого двоичного кода текущего интервала RR c дополнительным кодом предшествующего интервала RR. Старший разряд результата является знаковым. В этом раз55 ряде будет ноль, если разность кодов смежных RR-интервалов положительная, и единица, если разность отрицательная, Так как в остальных блоках уст9 ) 219048 10

Фиг. Я ройства происходят операции над чис-. лами без знака, то на старший разряд информационных входов четвертого регистра 19 и -на старший разряд второй группы входов арифметического блока

20 поданы соответственно напряжения логического нуля и логической единицы.

Блок 5 управления функционирует 1р следующим образом.

В исходном состоянии триггер 24 включен и четвертый счетчик 22 поддерживается в нулевом состоянии по своему входу сброса высоким уровнем напряжения с прямого выхода триггера 24. По фронту приходящего на второй вход блока 5 управления синхроимпульса второй формирователь им- 2б пульсов 26 формирует короткий положительный импульс, поступающий на первый выход блока 5 управления (фиг.9, эпюра 1), триггер 24 выключается и разрешает .. счет четвертым 2S счетчиком 22 импульсов, поступающих на первый вход блока 5 управления с частотой 1 МГц. Как только в четвертом счетчике 22 накопится

60000 импульсов, на выходе комбинационного блока 23 установится напряжение логической единицы, которое включит триггер 24 по его входу установки в единичное состояние.

Высокий уровень напряжения с прямого выхода триггера 24 обнуляет четвертый счетчик 22 и :подсчет импульсов прекращается до прихода следующего синхроимпульса. Таким образом, на инверсном и прямом выходах триггера 24 формируются положительный и отрицательный импульсы длительностью 60 мс (фиг ° 9, эпюры 2 и 3), которые поступают на второй и третий выходы блока 5 управления, По фронту импульса с прямого выхода триггера 24 первый формирователь 25 импульсов формирует короткий положительный импульс, поступающий на четвертый выход блока 5 управления (фиг.9, эпюра 4).

Полученная на выходных шинах устройства информация может быть подана на различные внешние устройства, например, интерфейс ЭВМ, накопители информации, устройства индикации и др.

Обеспечиваемое устройством одновременное измерение мгновенной и средней частоты сердечных сокращений и разности смежных RR-интервалов ЭКС позволит повысить эффективность и

\ оперативность медико-биологических исследований при диагностике различных видов аритмий сердца.

1219048

1219048 фиг. E

1219048

Составитель Э, Балуев

Техред И.Верес Корректор В.Бутяга

Редактор В.Иванова

Заказ 1178/6 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

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