Детектор @ -зубца электрокардиосигнала

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (}1). (5g 4 А 61 В 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3799231/28-14 (22) 05.10.84 (46) 30.09.86. Бюл. В 36 (72) Б.Н.Иванов (53) 614.47 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 635967, кл. A 61 В 5/04, 1977.

Авторское свидетельство СССР

11 - 869754, кл. А 61 В 5/02, 1980. (54)(57) ДЕТЕКТОР R-ЗУБЦА ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГ11АЛА, содержащий последова— тельно соединенные усилитель низкой частоты, вход которого подключен к входной шине детектора, полосовой фильтр и дифференциатор, последовательно соединенные компаратор напряжения и одновибратор, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены блок автоматической регулировки усиления, включенный между выходом дифференциатора и входам компаратора напряжения, и временной селектор, содержаший последовательно сбединенные блок синхронизации, блок коррекции синхронизации, второй вход которого подключен к первому входу блока синхронизации и выходу одновибратора, блок управления, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторыми выходами блока синхронизации и блока коррекции синхронизации, и генератор стробирующих импульсов, второй вход которого подключен к второму выходу блока управления, а первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы— соответственно к второму входу блока синхронизации и к .третьему, четвертому, пятому и шестому входам блока коррекции синхронизации, первый выход которого соединен с треть- . им входом блока синхронизации, и

Я последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, выход которого также подключен к третьему входу генератора стробируюптих импульсов, и генератор синхроимпульсов, выход и второй и третий входы которого соединены соответственно с четвертым входом и третьим и четвертым выходами блока управления, пятый выход которого подключен к выходной ,шине детектора.

1260004

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для регистрации ритма сердечной деятельности, и предназначено для формирования счетного импульса, временное положение которого соответствует точке максимума R -зубца электрокардиосигнала.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости.

На фиг.l представлена структурная электрическая схема детектора R зубца электрокардиосигнала; на фиг.2— временная диаграмма работы детектора; на фиг. 3 — структурная электрическая схема временного селектора; на фиг.4 — временная диаграмма работы временного селектора; на фиг.5 структурная электрическая схема компаратора напряжения; на фиг.б — то же, блока синхронизации; на фиг.7 то же, блока коррекции синхронизации„ на фиг.8 — то же, блока управления, на фиг.9 — то же, генератора стробирующих импульсов, на фиг.10 — то же, генератора синхроимпульсов., Детектор R -зубца электрокардиосигнала (фяг. 1) содержит последовательно соединенные усилитель 1 низкой частоты, вход которого подключен к входной шине детектора, полосовой фильтр 2, дифференциатор 3, блок 4 автоматической регулировки усиления, компаратор 5 напряжения, одновибратор

6 и временной селектор 7, содержащий (фиг.3) последовательно соединенные блок 8 синхронизации, блок 9 коррекции синхронизации, второй вход которого подключен к первому входу блока

8 синхронизации и- к выходу одновибратора 6, блок 10 управления, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторыми выходами блока 8 синхронизации и блока 9 коррекции синхронизации, и генератор 11 стробирующих импульсов, второй вход которого подключен к второму выходу блока 10 управления, а первый, второй, третий, четвертый и пятый ныходы — соответственно к второму входу блока 8 синхронизации и к третьему, четвертому, пятому и шестому входам блока 9 коррекции синхронизации, первый ныход которого соединен с третьим входом блока 8 синхронизации и последовательно соединенные генератор 12 тактовых импульсов, выход которого также подключен к третьему входу генератора 11 стробируюпщх импупьсон и l0!

55.генератор 13 синхроимпульсов, выход и второй и третий входы которого соединены соответственно с четвертым входом и третьим и четвертым выходами блока 10 управления, пятый выход которого подключен к выходной шине 14 детектора.

Компаратор 5 напряжения (фиг.5) содержит операционный усилитель 15, инвертирующий вход которого через резистор 16 подключен к выходу блока

4 автоматической регулировки усиления, неинвертируюший вход через резистор 17 соединен с нулевой шиной, а через последовательно соединенные первый диод 18 — н непроводящем направлении, резисторы 19 и 20 и ин— вертор 2! — с входом одновибратора

6, причем выход операционного усилителя 15 подключен к точке соединения резисторов 19 и 20, а вход инвертора 21 через второй диод 22 в непроводящем направлении подключен к нулевой шине.

Блок 8 синхронизации (фиг.б) содержит последовательно соединенные инвертор 23, первый 24 и второй 25

D-триггеры, второй (тактоный) вход которого подключен к выходу иннертора 23, а третий вход (установки в нуль) — к первому выходу блока 9 коррекции синхронизации, элемент

ИЛИ 26 и элемент И 27, выход которого подключен к второму входу блока

10 управления, а второй вход — к выходу одновибратора 6 и к второму (тактов ому) входу первого З -триггера 24, третий (информационный) вход которого соединен с входом инвертора 23, с первым выходом генератора

11 стробируюших импульсов, и вторым входом элемента ИЛИ 26, первый вход которого подключен к первому входу блока 9 коррекции синхронизации.

Блок 9 коррекции синхронизации (фиг.7) содержит четыре элемента

И 28 — 31, первые входы которых подключены к выходу одновибратора 6, а вторые входы соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым выходами генератора ll стробирующих импульсов, четыре сдвиговых регистра 32 — 35, первые (тактовые) входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго, третьего и четвертого элементов

И 28, 29, 30 и 31, а вторые (информационные) входы подключены к шине логической единицы,.последовательно

3 1260 соединенные инвертор 36, вход которого подключен к второму входу четвертого элемента И 31, пятый сдвиговый регистр 37, второй (информационный) вход которого подключен к шине логической единицы, первый одновибратор 38 и первый элемент ИЛИ 39 последовательно соединенные второй элемент ИЛИ 40, входы которого подключены соответственно к выходам «о . (1«-го разряда), первого, второго,, третьего и четвертого сдвиговых регистров 32, 33, 34 и 35, и второй одновибратор 41, выход которого со-, единен с третьим входом (установки в нуль) второго 3 -триггера 25 блока 8 синхронизации (фиг.6) и с вторым входом первого элемента

ИЛИ 39, выход которого подключен к третьим входам (установки в нуль) первого, второго, третьего, четвертого и пятого сдвиговых регистров

32, 33, 34, 35 и 37, и D-триггер 42, Ъвыход которого соединен с третьим входом блока 10 управления, первый (тактовый) вход — со входом первого одновибратора 38 и с третьим входом первого элемента ИЛИ 39, второй вход (установки в нуль) — с четвертым входом первого элемента ИЛИ 39 и с выходом второго Л -триггера 25

30 блока 8 синхронизации (фиг.6), а третий (информационный) вход — с шиной логической единицы.

Ъ

Блок 10 управления (фиг.8 ) содержит последовательно соединенные ин35 вертор 43, первый элемент И 44, вто-, рой вход которого подключен к выходу генератора 13 синхроимпульсов, первый элемент ИЛИ 45 и одновибратор

46, выход которого подключен к вы40 ходной шине 14 детектора R -зубца электрокардиосигнала, последовательно соединенные второй элемент

ИЛИ 47, первый D -триггер 48, второй (информационный) вход которого подключен к шине логической единицы, сдвиговый регистр 49 и второй элемент И 50, выход которого подключен к второму входу генератора 13 синхроимпульсов, последовательно соеди- 5О ненные генератор 51 импульсов, второй З -триггер 52, первый (тактовый) вход которого также подключен к второму (тактовому) входу сдвигового регистра 49, а второй (информационный) вход соединен с выходом первого элемента И 44, и третий элемент

ИЛИ 53, выход которого подключен к

004 4 третьему входу генератора. ) 3 синхроимпульсов, третий элемент И 54, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ 53, а первый вход — с вторым входом генератора 11 стробируюших импульсов и с вторым выходом (старшего разряда) сдвигового регистра 49, первый, выход (младшего разряда) которого подключен к первому входу генератора 22 стробирующих импульсов и к третьему входу (установка в нуль) первого

З-триггера 48 и четвертый элемент

И 55, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ 45, первый вход — с входом инвертора 43, с выходом 3 -триггера 42 блока 9 коррекции синхронизации (фиг.7) и с вторыми входами второго и третьего элементов И 50 и 54, а второй вход— с выходом элемента И 27 блока 8 синх-; ронизации (фиг.6) и с первым входом второго элемента ИЛИ 47, второй вход которого подключен к выходу второго одновибратора 41 блока 9 коррекции синхронизации (фиг.7.), 1

Генератор 11 стробируюших импульсов (фиг. 9) содержит десять компараторов 56 — 65, пять элементов И 66

70, выходы которых соединены соотетственно с вторыми входами элемента ИЛИ 26 блока 8 синхронизации (фиг.6)и четвертого, третьего, второго и первого элементов И 31, 30, 29 и 28 блока 9 коррекции синхронизации (фиг.7), последовательно соединенные счетчик 7!, элемент 72 памяО ти, второй вход котЪрого подключен к первому входу второго элемента

И 50 блока 10 управления (фиг ° 8), первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАЧ) 73 и масштабирующий уси-. литель 74, выход которого соединен с первым (неинвертирующим) входом первого компаратора 56 и .через последовательно включенные десять резисторов 75 — 84 — с нулевой шиной, и второй ЦАП 85, выход которого подключен к вторым (инвертирующим) входам первого, третьего, пятого, седьмого и девятого компараторов

56, 58, 60, 62 и 64 и к первым (неинвертируюшим) входам второго, четвертого, шестого, восьмого и десятого компараторов 57, 59, 61, 63 и 64, а вход — к выходу счетчика 12, первый вход которого соединен с первым входом третьего элемента

И 54 блока 10 управления (фиг.8), а

1260004 6 вход полосового фильтра 2, который второй вход — с выходом генератора

12 тактовых импульсов, причем точки соединения резисторов 75 и 76, резисторов 77 и 78, резисторов 79 и 80, резисторов 81 и 82 и резисторов 83 и 84 подключены соответственно к вторым (инвертирующим) входам второго, четвертого, шестого, восьмого и десятого компараторов 57, 59, 61, 63 и 65, выходы которых соединены 10 соответственно с вторыми входами первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов И 66, 67, 68, 69 и 70, первые входы которых подключены соответственно к выходам 15 первого, третьего, пятого, седьмо,го и девятого компараторов 56, 58, 60, 62 и 64, а точки соединения резисторов 76 и 77, резисторов 78 и 79, резисторов 80 и 81 и резисторов 82 и 83 соединены соответственно с первыми (неинвертируюшими) входами третьего, пятого, седьмого и девятого компараторов 58,60,62 и 64.

Генератор 13 синхроимпульсов 25 (фиг.10) содержит последовательно

=оединенные счетчик 86, элемент памяти 87, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И 50 блока 10 управления (фиг.8), элемент

88 сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом счетчика 86 и 3 — григгер 89, выход которого подключен к второму входу первого элемента И 44 блока 10 управления (фиг.8), второй информационный вход — к шине логической единицы, а третий вход (установки в нуль) — к выходу третьего элемента ИЛИ 53 блока 10 управления (фиг. 8) и к первому входу счет40 чика 86, второй вход которого соединен с выходом генератора 12 тактовых

Электрокардиосигнал (ЭКС) от источника ЭКС (электрокардиографический канал или канал связи) и сигналы" помехи (ЭКС+П) среди которых присутствуют и близкие к R -зубцу ЭКС по спектру частот и амплитудно-временным параметрам, поступают на вход усилителя 1 низкой частоты, который осущест,вляет необходимое усиление сигнала и выполняет роль буферного каскада меж-55 ду детектором R -зубца ЭКС и источ-, ником ЭКС. С выхода усилителя 1 низкой частоты сигнал поступает на импульсов.

Детектор 1 -зубца зяектрокардиосигнала работает следующим образом. производит улучшение отношения амплитуды Р -зубца к амплитуде Y -эубI ца и других помех, а также исключает постоянную составляющую сигнала. Резонансная частота полосового фильт- ра 2 находится в пределах 10-15 Гц.

С выхода полосового фильтра 2 сигнал поступает на вход дифференциатора 3, который вырабатывает раэнополярные импульсы с переходом через нуль в точке максимума R -зубца

1(фиг.2). С выхода дифференциатора 3

,сигнал поступает в блок 4 автоматической регулировки усиления, которь4, не изменяя полярности и формы сигнала передает его на вход компаратора 5 напряжения, поддерживая постоянной амплитуду при отсутствии резких ее колебаний. Компаратор 5 напряжения на положительный импульс вырабатывает прямоугольный импульс положительной полярности, передний фронт которого формируется в момент времени t1, когда уровень сигнала достигает величины порога срабатывания,. а задний фронт — в момент времени t> соответствующий точке максимума R зубца ЭКС (фиг.2). Временное положение заднего фронта импульса на выходе компаратора 5 напряжения отно-, сительно вершины R — зубца более стабильно, чем переднего фронта, так как оно не зависит от амплитуды сигнала на его входе. Временное положение переднего фронта импульса на выходе компаратора 5 напряжения относительно максимума R -зубца зависит от амплитуды сигнала на его входе, так как компаратор 5 напряжения имеет постоянный уровень порога срабатывания. Поэтому длительность импульса на выходе компаратора 5 напряжения изменяется в зависимости от изменения амплитуды входного сигнала, если оно происходит с большей скоростью, чем скорость обработки сигнала бло-. ком 4 автоматической регулировки усиления. Сигнал с выхода компаратора 5 напряжения поступает на вход одновибратора 6, который срабатывает от заднего фронта сигнала, формируя прямоугольный импульс положитель- ной полярности постоянной длительности (фиг.2). Временное положение пе1 . реднего фронта импульса на выходе одновибратора 6 стабильно относитель. но временного положения максимума

R зубца ЭКС.

1 260004

Таким образом, на вход временного селектора 7 подаются счетные импульсы, временное положение которых соответствует точке максимума 11 -зубца или помехи, близкой по своей форме Р -зубцу (R + П ). Временной селектор 7, анализируя временные интервалы между счетными импульсами на периодичность, определяет те счетные импульсы, временное положение которых соответствует временному

10 положению 11 -зубцов, и только их пропускает на выходную шину 14.

По каждому счетному импульсу генератор 11 стробирующих импульсов временного селектора 7 (фиг.3) формирует прямоугольные импульсы

Т (1/2)Т ° (2/3)Т, (4/5)Т, (6/7)Т, середина которых отстоит на временной оси от переднего фронта счетного импульса на расстоянии, равном периоду, а также соответственно

1/2, 2/3, 4/5, 6/7 периода, зафиксированного как временной интервал между двумя последними счетными импульсами.

Если импульсы Т, вырабатываемые генератором 11 стробирующих импульсов, синхронны счетным импульсам, сформированным на 11 -зубцы ЭКС, то из смеси счетных импульсов, сформированных на R -зубец и помеху (К + П ), блок 8 синхронизации передает на свой второй выход (R) тольФ ко счетные импульсы, сформированные

35 на 11 -зубцы. Блок 10 управления на каждый иэ этих счетных импульсов вырабатывает четыре управляющих сигнала: "Сброс 1", "Запись 1", "Сброс 2 и "Запись 2", соответственно на втором, первом, четвертом и третьем выходах, под воздействием которых в памяти генератора 11 стробирующих импульсов и генератора 13 синхроимпульсов фиксируется значе; 45 ние длительности текущего RR- èíòåðл вала с< взамен ранее зафиксированнои го значения ь . . После этого генератор 1l стробирующих импульсов и генератор 13 синхроимпульсов начинает измерять длительность следующего RR-интервала путем подсчета тактовых импульсов (ТИ), поступающих с генератора 12 тактовых импульсов.

Когда количество тактовых импульсов, записываемых в промежуточную память генератора 11 стробируюших импульсов, составляет определенную л часть я,, на его первый выход Т. передается пер дний фронт импульса Т„

Если, например, длительность импульса Т выбрана равной 0,2с что определяется возможным значением аритмии сердца, то его передний фронт формируется в момент времени, когда длительность измеряемого (i + 1)-ro RR-интервала достигает значения 0,9 р,. При поступлении на вход временного селектора 7 счетного импульса, сФормированного на

R — зубец, генератор 11 стробируюших импульсов прекращает дальнейшее формирование импульса То. Генератор 13 синхроим1тульсов вырабатывает синхроимпульс (СИ) в момент времени, когда длительность (i+1)-го RR-интервала станет равной, если<„ „ )

В случае, если 7R, „;, то синхроимпульс вырабатывается с приходом счетного импульса.

Если счетный импульс на Р -зубец сформирован не был (например, в мо-. мент времени t, фиг.4) из-за пропадания кардиосигнала вследствие, например, сбоев в канале связи или изменения ритма сердца, то в этом случае импульс Т формируется полностью. Его заднему фронту соответствует момент времени, когда значение длительности измеряемого (i + 1)-го RR-интервалаi составляет

1,1 <,, . После окончания импульса Т блок 8 синхронизации вырабатывает на своем первом выходе (" Сбой" ) уровень логической единицы, а на вто1 ом выходе ("Синх.") блока 9 коррек-. о ции синхронизации сигнал принимает значение логического нуля ° При этом блок 10 управления вырабатывает только одни управляющий сигиал

"Сброс 2". Так как сигналы "Запись 1" (" Запись 2") и "Сброс 1" (1Сброс 2") служат соответственно для фиксации в памяти генератора 11 стробирующих импульсов (генератора 13 синхроимпульсов) вместо с значения длил ! тельности р„, и обнуления этого значения в промежуточной памяти, то значение в памяти генератора !3 синхроимпульсов остается неизменным.

Для исключения полной потери информации и ритме сердца в момент времени t (отсутствие Р -зубца) на пятый выход (R или СИ) блока 10 управления, являющийся выходной шиной 14 ° передается синхроимпульс.

И все время, пока на выходе "Синх." блока 9 коррекции синхронизации при1260004 10

45 сутствует сигнал логического нуля, на выходную шину 14 передаются только синхроимпульсы, сформированные генератором 13 синхроимпульсов. При этом их период следования равен вре— менному интервалу между двумя последними счетными импульсами, сформированными на R -зубцы. Этот временной интервал бып зафиксирован в памяти генератора 13 синхроимпуль- 10 сов до возникновения сбоя. В этом случае информация о временном положении R -зубцов частично искажена, но информация о их количестве при непродолжительном сбое близка к 15 достоверной.

После того, как на выходе "Сбой" блока 8 синхронизации сигнал примет значение логической единицы, на выход R блока 8 синхронизации начинают передаваться все счетные импульсы, в том числе и сформированные на сигналы помех. При этом блок !О управления на каждый счетный импульс вырабатывает три управляющих сигнала: "Запись 1", "Сброс 1" и "Сброс 2", Отсутствие сигнала "Запись 2" обеспечивает сохранение в памяти генератора 13 синхроимпульсов значения длительности RR-интервала, зафиксиро— ванного в ней до возникновения сбоя.

Наличие сигналов "Запись" и "Сброс 1" обеспечивает запись в память генератора 11 стробирующих импульсов длительности временного интервала между двумя последними счетными импульса— ми. Временной интервал между двумя последовательными стробирующими импульсами То равен временному интервалу, хранящемуся в памяти генератора 11 стробирующих импульсов. Как только .произойдет совпадение счетного импульса с импульсом Т, так на выходе "Сбой" блока 8 синхронизации сигнал принимает значение логического нуля. Это означает, что из смеси счетных импульсов (R+tl) выделены периодические счетные. импульсы, характерные для 11 -зубцов (ЭКС) .

Рассмотрим этот процесс на примере, представленном на фиг.4. Пусть временной интервал между моментом времени С и t не равен и не кратен временному интервалу между моментами времени t< и t> (покаэано извилистой линией разрыва временной оси, фиг.4). Тогда в момент времени совпадения счетного импульса с импульсом Т не происходит. Так как в момент времени t счетный импульс сформирован не был (штриховая линия, фиг.4), например, из-эа сбоя в кана— ле связи, то в памяти генератора )1 стробируюших импульсов в момент времени t фиксируется временной интервал, длительность которого равна удвоенному значению RR-интервала.

Пусть в моМент времени Г счетный импульс на II -зубец (фиг.4) также сформирован не был, например, из-за сбоев в канале связи, тогда в момент времени 1 совпадает счетный им пульс, сформированный íà R -зубец, с импульсом Т . Теперь на выход блока 8 синхронизации передаются только счетные импульсы с периодом, равным двум RR-интервалам. Сигнал

"Сбой" принимает уровень логического нуля и блок 9 коррекции синхронизации осуществляет проверку счетных импуль,сов, поступающих на его вход, на признак их наименьшего периода следования.

Выделение счетных импульсов с наименьшим периодом следования производится путем выявления п последовательных совпадений счетных импульсов или с импульсами (1/2) Т, или с импульсами (2/3) Т> или с импульсами (4/5) Т, или с импульсами (6/7) Т, Эта проверка необходима для того, чтобы исключить ошибку в определении длительности RR èíòåðâàëà иэ-за наличия сбоев в канале связи или вследствие изменения ритма сердца; так, по этой причине в моменты времени с, и t> счетные импульсы на

R — зубцы сформированы не были, поэтому в блоке 8 синхронизации было зафиксировано удвоенное значение RRинтервала..Так как импульсы Т следуют с периодом, равным значению временного интервала между счетными импульсами, зафиксированному в памяти генератора II стробирующих импульсов, то могут возникнуть такие сбойные ситуации, при которых период следования импульсов Т может оказаться равным двум, трем и так далее до восьми RR-интервалам. Ввиду того, что отношение максимального периода следования; R -зубцов (2 с) к минимальному (0,25 с) равно восьми, генератор 11 стробирующих импульсов построен так, что может формировать максимальный период следования импульсов Т, равный восьми с половинои минимальных RR-интервалов.

11 12бО

В рассматриваемом примере (фиг.4) блок 9 коррекции синхронизации подсчитывает п последовательных совпадений счетных импульсов с импульса ми (1 /2 Т ) так как период следования импульсов То содержит два RRинтервала. При n - =2 второе последовательное совпадение счетных им— пульсов с импульсами (1/2)TR происходит в момент времени t> . При этом

II на первом выходе (" Коррекция ) блока 9 коррекции синхронизации вырабатывается короткий положительный импульс. Под воздействием сигнала с выхода "Коррекция" блок 10 управления формирует управляющие сигналы для генератора 11 стробирующих импульсов и в его памяти фиксируется действительное значение деятельности

RR-интервала. Несмотря на то, что в 2О памяти генератора ll стробирующих импульсов зафиксировано действительное значение длительности RR-интервала, на выходную шину 14 по-прежнему передаются синхроимпульсы (СИ) с выхода генератора 13 синхроимпульсов вместо счетных импульсов, сформированных на " -зубцах. Так проис— ходит до тех.пор, пока на втором выходе ("Синх.") блока 9 коррекции синхронизации не будет выработан сигнал логической единицы. Зтот сигнал формируется по заднему фронту

6-ro (например и = 2) стробирующего импульса (6/7)TA тогда, когда нет последовательных совпадений счетных импульсов с другими стробирующими импульсами, кроме импульса

Т . Это происходит к моменту времени й< (фиг.4). На этом коррекция синхронизации завершена, т.е. теперь счетные импульсы, сформированные на

1(зубцы ЗКС, идут синхронно с импульсами TR.

Если первоначально в памяти гене-.

45 ратора 11 стробирующих импульсов бып . зафиксирован временной интервал между счетными импульсами, равный, нап- ример, восьми RR-интервалам, то процесс коррекции синхронизации проводится в три этапа. На первом этапе

50 подсчитываются п последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (1/2)Т . В результате в

I памяти генератора 11 стробирующих ,импульсов вместо временного интервала, равного восьми RR-интервалам, фиксируется временной интервал, равный четырем RR-интервалам. После

004 12 второго этапа фиксируется временной интервал, равный двум RR-интервалам.

После третьего этапа в памяти генератора !1 стробирующих импульсов фиксируется КК-интервал. Если перво-1 начально в памяти генератора ll стробирующих импульсов бып зафиксирован временной интервал между. счетными импульсами, равный трем RR-интервалам, то процесс коррекции синхронизации проводится в два этапа, На первом этапе подсчитываются и последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (2/3)Т, на втором этапе — с импульсами (1/2)TR .

После первого этапа в памяти генератора 11 стробирующих импульсов фиксируется временной интервал, равный двум RR-интервалам, а после второго этапа — равный одному RRинтервалу. Если первоначально в памяти генератора 11 стробирующих импульсов был зафиксирован временной интервал между счетными импульсами, равный пяти RR — интервалам, то коррекция синхронизации происходит в три этапа. На первом этапе подсчиты. ваются и последовательных совпадений с импульсами (4/5)Т, а в памя" ти генератора 11 стробирующих импульсов фиксируется временной интервал; равный четырем RR-интервалам.

На втором этапе подсчитываются последовательные совпадения счетных импульсов с импульсами (1/2)Т1, а в памяти фиксируется двойной ВЗ.-интервал. На третьем этапе подсчитывают последовательные совпадения счетных импульсов с импульсами (1/2)TR, а в памяти зафиксируется один RR-интервал. Если первоначально в памяти генератора 11 стробирующих импульсов был зафиксирован временной интервал между счетными импульсами, равный шести RR-интервалам, то коррекция синхронизации проходит также в три этапа. На первом этапе подсчитываются и последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (l/2)Т.„, а в памяти генератора 11 стробируюших импульсов фиксируется временной интервал, равный трем

RR-интервалам. На втором этапе подсчитываются и последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (2/3)Т, а на последнем этапе с импульсами (1/2)Т . После второго этапа в памяти фиксируется временной интервал, равный двум RR-интервалам, 1

1260004

14 а по окончании третьего этапа — равный одному КК-интервалу, Когда в памяти генератора ll стробирующих импульсов первоначально был зафик— сирован временной интервал между

5 счетными импульсами, равный семи RRинтервалам, коррекция синхронизации происходит в четыре этапа. На первом этапе подсчитываются и последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (б/7)Т и в результате в памяти генератора ! стробирующих импульсов фиксируется временной интервал, равный шести RR-интервалам.

На втором этапе подсчитываются пос- ледовательные совпадения счетных импульсов с импульсами (1/2)Т и, если как в.предыдущих случаях, будет и совпадений, то в памяти фиксируется временной интервап, равный трем RR-интервалам. На третьем этапе подсчитываются п последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (2/3)Т,, а в памяти фиксируется временной интервал, равный двум RR-интервалам. На последнем этапе подсчитываются и последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (1/2)Т и в памяти фикси руется временной интервал, равный од- ному RR-интервалу. Если первоначально в памяти генератора 11 стробирую ших импульсов был зафиксирован временной интервал, равный четырем RRинтервалам, то коррекция синхронизации проходит в два одинаковых этапа, во время которых подсчитываются и последовательных совпадений счетных импульсов с импульсами (1/2)Т» .

Начиная с момента времения. t

14, передаются счетные импульсы, сформированные на R -зубцы ЭКС.

Если причиной сбоя является значительное изменение ритма сердца, то временной селектор 7 фиксирует новый период ЭКС, обеспечив тем самым синхронизацию счетных импульсов и !

1-зубцов ЭКС. Счетные импульсы, 50 сформированные на сигналы помех и не совпадаюшие с импульсами Т, на выход временного селектора 7 не передаются. На выходную шину 14 могут быть переданы только те счетные импульсы, сформированные на сигналы помех, которые совпадают с импульса. ми Т раньше, чем счетные импульсы, сформированные на 1 -зубец. Этот случай маловероятен, но если он и возникает, то это приводит только к ошибке во временном положении счетного импульса, переданного на выходную шину !4 относительно точки максимума 3 -зубца. Эта ошибка не больше, чем длительность Т вЂ” импульса.

Сигналы "Сбой" и "Синх ° ", вырабатываемые соответственно блоком 8 синхронизации и блоком 9 коррекции синхронизации, могут быть использо- ваны для организации световой или звуковой сигнализации о неустойчивом приеме ЭКС. При наличии интенсивных помех описанные процессы синхронизации и коррекции синхронизации могут обеспечить синхронность счетных импульсов и R -зубцов ЭКС при наличии хотя бы нескольких смеж— ных RR-интервалов, свободных от помех, что всегда имеет место при практическом приеме ЭКС.

Отдельные блоки детектора R -зубца электрокардиосигнала работают следующим образом.

В исходном состоянии напряжение на выходе операционного усилителя 15 компаратора 5 напряжения (фиг.5) равно максимальному положительному значению. Это напряжение поддерживается за счет положительной обратной связи, которая обеспечивается резистором 17, первым диодом 18 и резистором 19. Напряжение положительной обратной связи, подаваемое на неинвертирующий вход операционного усилителя 5 с резистора 17, является одновременно пороговым напряжением, с которым сравнивается напряжение входного сигнала. При поступлении на инвертируюший вход операционного усилителя 15 через резистор 16 входного сигнала (дифференцированного

k-зубца) и достижении им порогового уровня напряжение на выходе операционного усилителя 15 становится равным максимальному отрицательному напряжению. При этом напряжение положительной обратной связи не пропускается диодом 18 на вход операционного усилителя 15 и пороговое напряжение становится равным нулю (момент времени t,, фиг.2). Теперь переход операционного усилителя 15 в исходное состояние происходит при напряжении входного сигнала, равном

1 ороговому, т.е. нулю, что соот1260004 16 для исключения ложной установки второго 17 -триггера 25 в единичное состояние в процессе коррекции длительности RR-интервала.

15 ветствует точке максимума R -зубца (момент времени 4, фиг. 2) . Резистор 20 и второй диод 22 предназначены для того, чтобы исключить подачу напряжения отрицательной полярности на вход инвертора 21, осуществляющего инвертирование поступаюmего на его вход сигнала.

Перед фронтом счетного импульса, сформированного на R -зубец и подан ного на вход блока 8 синхронизации (фиг ° 6), первый D †тригг 24 переводиТся в единичное состояние, так как в это время на его информационном (D) входе присутствует уровень логической единицы, создаваемый импульсом Т . Задним фронтом инвертированного импульса То, поступающего с выхода инвертора 23, инверсное состояние первого ) -триггера 24 записывается во второй Т) -триггер 25, а состояние первого 2 -триггера 24 изменяется на противоположное. Таким образом, пока счетные импульсы, сформированные на R -зубцы, и импульсы Т совпадают, на прямом выходе второго O -триггера 25 присутствует уровень логического нуля. Если счетный импульс íà R -зубец не сфор-> мирован (например, из-за сбоев в

30 канале связи или в следствие значительного изменения ритма сердца), то при наличии единичного уровня импульса Т„. на информационном входе (D) первого 13 -триггера 24 его состояние не изменяется из-за отсутствия сиг.нала на тактовом входе (С). В этом случае задним фронтом инвертированного импульса Т, поступающего с выхода цнвертора 23, во второй D— триггер записывается единица, которая является сигналом сбоя. Единица с прямого выхода второго 2 -триггера 25 через элемент ИЛИ 26 обеспечивает прохождение на выход элемента И 27 всех счетных импульсов. В этом состоянии блок 8 синхронизации находится до тех пор, пока генератор 11 стробирующих импульсов не зафиксирует период следования 1 -зубцов по нескольким смежным RR-интервалам, свободным от помех, и не начинает снова вырабатывать импульсы Т синхронно счетным импульсам, сформированным на R -зубец. Сигнал "Коррекция", подаваемый с первого выхода блока 9 коррекции синхронизации в соответствии с алгоритмом его работы, служит

На второй вход блока 9 коррекции синхронизации (фиг.7) подается сигнал

"К+П" с выхода одновибратора 6, который поступает на первые входы первого, второго, третьего и четвертого элементов И 28, 29, 30 и 31. На вторые входы этих же элементов подаются соответственно сигнал с выходов (1/2)TR (2/3) Тя, (4/5) Т и (6/7) Т, генератора 11 стробирующих импульсов. На четв ертый вход перво го элемента ИЛИ 39 подается сигнал с первого.выхода (" Сбой" ) блока 8 синхронизации. На информационные (D) входы первого, второго, третьего, чет— в ертого и пятого сдвиговых регистров 32, 33, 34, 35 и 37 и Э вЂ триггера 42 подается сигнал логической единицы.

Если импульсы Т, вырабатываемые генератором 11 стробируюших импульсов, следуют синхронно со счетными импульсами, сформированными на R зубец (т ° е. сигнал на выходе "Сбой" блока 8 синхронизации равен логическому нулю), то тогда совпадения счетных импульсов, сформированных на R †зуб с импульсами (1/2)Т ° (2/3)T) у (4/5)T и (6/7)Т на входах элементов И 28, 29, 30 и 32 не происходят. На входах этих эле". ментов могут быть совпадения со счетными импульсами, сформированными на сигналы помех, но э то н епо следов ательные совпадения, так как . сигналы помех имеют хаотический характер., Задним фронтом инвертированного стробирующего импульса (6/7)Т, поступающего с выхода инвертора 36, пе-r редвигается единица от разряда к разряду в пятом сдвиговом регистре

37. После поступления на шестой вход блока 9 коррекции синхронизации я стробирующих импульсов (6/7) Т, (например, n = 2), "единица" перемешается в И вЂ” и разряд пятого сдвигового регистра 37 и переводит D -триггер

42 в единичное состояние, и одновременно через первый одновибратор 38 и первый элемент ИЛИ 39 сбрасывает в нуль сдвиговые регистры 32, 33, 34, 35 и 37. Затем описанный процесс продолжается. Если при этом сигнал на входе "Сбойн равен логической

Когда подаваемый на третий вход блока 10 управления (фиг.8) сигнап !!Синх." равен логической единице, означающий, что стробируюшие импульсы Т!! идут синхронно со счетными импульсами,. сформированными . на 11 -зубцы, то первый элемент

ИЛИ 45 передает на вход одновибратора 46 только сигнал R (счетный импульс, сформированный на R -зубец), Одновибратор 46 вырабатывает импуль- 5 сы R или СИ одийаковой длитель-!! и !! !! ности независимо от длительности сигнала, поступившего на его вход.

17 1 2600 единице, то 3 -триггер 42 находится в нулевом состоянии и сигналы с выхода 11 -ro разряда пятого сдвигового регистра 37 не изменяют его сос-!! «!! тояние, Е сли сигнал на входе С бои находится на уровне логического нуля, а сигнал Т следует с периодом, например, равным двум RR-интервалам, то.в этом случае на входах первого элемента И 28 счетные импульсы, 10 сформированные на R -зубцы, совпадают во времени со стробирующими импульсами (1/2)Т . При каждом совпадении на выходе первого элемента

И 28 вырабатывается импульс, кото- 15 уый передвигает "единицы" с информационного (Р) входа первого сдвигового регистра 32 по его разрядам. После и совпадений (например, и = 2) в 11 -Ом разряде первого сдвигового регистра

32 появляется уровень логической единицы, который через второй элемент

ИЛИ 40 запускает второй одновибратор 41, который в свою очередь вырабатывает импульс положительной полярности и подает его на выход

"Коррекция" блока 9 коррекции синхронизации. Этот импульс через первый элемент ИЛИ 39 обнуляет все сдвиговые регистры 32 — 37, в результате ,30 чего пятый сдвиговый регистр 37 не

:переводит D -триггер 42 в единичное состояние. Под воздействием импульса "Коррекция" в памяти генератора 11 стробирующих импульсов фиксируется действительное значение RR-интервала и счетные импульсы, сформированные на 11 -зубцы, идут синхронно с импульсами Т . После этого 1! -й импульс (6/7)Т своим задним фронтом переводит 3 -триггер 42.в еди- 40 ничное состояние, т.е. на выход

"Синх." подается сигнал логической единицы, 04 18

При сигнале "Си!!х"., равном логичесf кому нулю, на вход одновибратора 46 через первый элемент ИЛИ 45 подается си гнал СИ" . Ко гда на входах R и "Коррекция" блока 10 управления присутствует уровень логического нуля, первый О -триггер 48 находится в нулевом состоянии, которое фиксируется также во всех разрядах счвигового регистра 49 с помощью генератора 51 импульсов. При изменении !! !! уровня сигнала на входах К или

" Коррекция о т нуля до единицы и ервый 17 - триггер 4 8 и ер еходи т в е динична е состояние, так к ак на е го информационный вход постоянно подд е тся напряжение логической единицы .

Когда под воздействием сигнала, поступающего с генератора 5 1 импульс ов в младший разряд сд ви го в о го р еги стра 4 9, записывается "единица " с выхода первого З - триггера 48, по с;ледний обнуляется, а о т младшего старшему р азряду сдв и го во го ре гис та 49 последовательно передается единица !, формируя управляющие си гналь1 "Запись 1 " и "Сброс 1 " .

Если при этом на входе " Синх . ", сигнал ранен логической единице, то второй З -триггер 52 находится в состоянии логического нуля и сигналы с выходов младшего и старшего разрядов сдвигового регистра 49 поступают соответственно на выходы

"Запись 2" и "Сброс 2". Если на входе !Синх.! сигнал равен логическому нулю, то второй элемент И 50 закрыт для прохождения сигнала с выхода младшего разряда сдвигового регистра 49, а на выход "Сброс 2" передается сигнал с прямого выхода второго -триггера 52. На прямом выходе второго Э -триггера 52 повторяется сигнал, подаваемый на его информационный (D) вход, так как частота импульсов, вырабатываемых генератором 5 1 импульсов, достаточно высока. Она должна быть больше на несколько порядков частоты следования зубцов ЭКС и может быть выбрана равной, например, 100 кГц, В генераторе 11 стробирующих импульсов (фиг.9) счетчик 71 подсчитывает тактовые импульсы (ТИ), пост упающие на его второй вход. ВтороА HAP 85 преобразует двоичный код, поступающий с выхода счетчика

71 в напряжение, которое нарастает по мере накопления импульсов в счет1260004 20 чике 71. С приходом управляющих сигналов "Запись 1" и "Сброс 1" происходит соответственно фиксация в элементе 72 памяти содержимого счетчика 71 и его сброс. Первый ЦАП 73 преобразует цифровой код, поступающий на его вход в напряжение, которое в течение RR-интервала имеет постоянное значение. Масштабирующий усилитель 74 усиливает напряжение, поступающее с выхода первого ЦАП 73, при этом его коэффициент усиления определяется длительностью стробирующего импульса То. Например, можно принять длительность импульса Т!! равной 0,2 длительности RR-интервала (т.е. 0,27 ) и хранящейся в элемен— те 72 памяти. Тогда относительно середины предыдущего импульса Т передний фронт генерируемого импульса

Т должен находиться на временной оси на расстоянии, равном 0,9, середина — на расстоянии IR задний фронт - на расстоянии l,! . ПозтоR му в соответствии с принятой длитель-2 ностью импульса Т" коэффициент усилеФ ния масштабируюшего усилителя 74 должен быть равен 1,1 ° Компараторы 56-65 вместе с подключенными к их выходам элементами И 66-70 производят формирование стробирующих импульсов Ttt, (6 /7) Т,1, (4/5 ) TR ° (2/5 ) T R и (1/2) T .

Так, например, первый 56 и второй 57 компараторы вместе с первым элементом И 66 формируют стробирующий импульс T„. 35

Рассмотрим для примера формирование импульса TR. Для этого условно примем напряжение на выходе первого

ЦАП 73 равным единице. Тогда на вы.ходе масйптабирующего усилителя 74 с -4p ,учетом его коэффициента усиления и на неинвертирующем входе первого компара,тора 56 напряжение равно 1,1. Падение напряжения на резисторе 75 определяет длительность импульса TRи должно сос- 45 тавлять 0,2 значения напряжения на выходе первого ЦАП 73, что легко удовлетворяется подбором номиналов резисторов 75-84. .Тогда, если напряжение на выходе sp н,"торого ЦАП 85 находится в пределах

0,9 — 1,1 относительно напряжения на выходе первого ЦАП 73, то на выходах первого и второго компараторов 56 и

57 присутствуют уровни логической единицы и на выходе первого элемента

И 66 формируется импульс Т с треЦ буемыми параметрами. Аналогично происходит формирование остальных стробируюших импульсов.

В генераторе 13 синхроимпульсов (фиг.10) элемент 88 сравнения кодов! сравнивает постоянный цифровой код с выхода элемента памяти 87 с изменяю- щимся кодом счетчика 86, который подсчитывает тактовые импульсы (ТИ), поступающие на его второй вход. В момент равенства этих кодов элемент

88 сравнения кодов вырабатывает импульс, который переводит З -триггер

89 в единичное состояние, так как на его информационный (D) вход постоянно подается уровень логической единицы. Управляющие сигналы

"Сброс 2" и "Запись 2" могут прихо"дить совместно, при этом сигнал

"Запись 2" опережает по времени сигнал "Сброс 2" либо может приходить только сигнал "Сброс 2". В первом случае сигналом "Запись 2" в элементе памяти 87 фиксируется

i содержимое счетчика 86, а сигналом .

"Сброс 2" счетчик 86 и Т) -триггер

89 обнуляются. Во втором случае при отсутствии сигнала "Запись 2" содержимое элемента памяти 87 не меняется, а по сигналу "Сброс 2" счетчик 86 и D -триггер 89 обнуляются.

Разрядность счетчика 86 выбирается равной разрядности счетчика 71 генератора 11 стробирующих импульсов.

Таким образом, детектор К -зубца электрокардиосигнапа имеет более высокую помехоустойчивость по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения и может быть использован для надежной регистрации ритма сердца в системах радиобиотелеметрии электрокардиограммы биообъекта, находящегося в состоянии двигательной активности или в других экст" ремальных условиях, когда необходимо выделять !! -зубец ЭКС на фоне сопутствующих помех.!

260004

Фие. Ю

)260004

Я+П

P/ )Òþ

Жй

Paecrcel

llpneJ

Arnulf М

1260004

l260004

Фиа.3

1260004.

СИ

Составитель Э.Балуев

Техред Л.Сердюкова Корректор О.Луговая

Реактор Н.Швыдкая

Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5154/2

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óærîðîä, ул.Проектная,4