Устройство для выделения r-зубца электрокардиосигнала

 

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для выделения R-зубца электрокардиосигнала (ЭКС) содержит фильтр 1, компаратор 2, временной селектор 3, блик 4 формирования порога. С целью повышения достоверности выделения R-эубца в него введены элемент 5 задержки, элемент 6 совпадения, измерители 7 и 8 размаха напряжения, блок 9 контроля усиления, который содержит источник 10 опорного напряжения, стробируемый компаратор 11, элемент 12 совпадения , делитель 13. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с (f ЁыяоИ ро о О5 05

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (д1) 1 А 61 В 5/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ > 4фг;„, - ..

Ц

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ,"„. Q

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4060129/28-14 (22) 20. 03 . 86 (46) 30 0488. Бюл, У 16 (71) Особое конструкторское бюро биологической и медицинской кибернетики Ленинградского электротехнического института им. В.И. Ульянова (Ленина) и Всесоюзный научно-исследовательский институт физической культуры (72) В,И. Абаренков, Н.Н. Гетманов, В.Б. Данилов и В.А. Ушаков (53) 615.47 (088.8) (56) Патент США и 4342318, кл. А 61 В S/04, 1982.

Микрокомпьютерные медицинские системы/Под ред, Томпкинса У, и Уэбстера Дж. H.: Мир, 1983, с. 459-462.

ÄÄSUÄÄ 1391616 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЬЩЕЛЕНИЯ К-ЗУБ»

ЦА ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА (57) Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для выделения R-зубца электрокардиосигнала (ЭКС) содержит фильтр 1, компаратор

2, временной селектор 3, блдк 4 фор мирования порога. С целью повышения достоверности выделения К-зубца в него введены элемент 5 задержки, эле-! мент 6 совпадения, измерители 7 и 8 размаха напряжения, блок 9 контроля усиления, который содержит источник

10 опорного напряжения, стробируемый компаратор 11, элемент 12 совпа» дения, делитель 13. э.п. ф-лы, 2 ил.

1391616

Иэобретенис относит< я к меди1Iип ской технике и может быз т-. использовано при иссл;-донании и лонтр< ле состояния сердечно-сосудис:той " ь темы

5 р KJIHíè÷eñêoé, физиологической и г.портивной мс!зицине.

1!ель изобретения " повьшгение достов- рнссзи выделения R-зубца.

На фиг. 1 представлена структурHBH электрическая с.:ема устройства двя выде",ñ ния В-зубца злектрокардиосигнала; «а фиг. 2 - врсменные диаграммы., поясняющие работ устройства.

Устройство для выделения R-зубца электрокардиосигнапа (ЭКС) содержит (фиг. 1) филь гр 1, вь ход которого подключен к входной шине устройства, компаратор 2, временной :елекгор 3, блок формирования порога, первый вход которого < оединен с первым входом компаратора 2 и с выходом фильтра 1, второй вход " с выходом временногo селектс ра 3 .;r с выходной шиной устройства, а выход - с вторым 25 входом компаратора 2, последовательно соединенные элемент 5 задержки и элемент 6 совпадения, выход кото"

1 рого подключен к входу временного селектора 3, первый измеритель 7 раэ 30 маха напряжения, вход которого соединен с входом фильтра 1, второй измеритель 8 размаха напряжения, вход которого подключен к первому входу компаратора 2, «ыход которого соединен с входом элемента 3 задержки, и блок 9 контроля усиления, первый и второй входы которого псдключены соответственно к первому и второму выходам первого измерителя 7 размаха напряжения, третий и четвертый вхо ды соответственно к первому и второму выходам второго измерителя 8 размаха напряжения, а вь.ход - к второму входу элемента 6 совпадения.

При этом блок 9 контрол" усиления содержит последовательно соединенные источник 10 опорного напряжения и стробируемый компаратор ll, выход которого подключен к выходной шине

50 блока 9 контроля усиления, элемент

12 совпадения, выход которого соединен с вторым входом стробируемого компаратора 11, а первый и второй входы - соответственно с второй и

55 четвертой входными шинами блока 9 контроля усиления, и делитель 13, выход коtopor о подключ-н к третьему входу стробируемого компаратора а первый и второй входы - соответственно к первой и третьей входным ш;:лам блока 9 контроля усиления.

В предпочтительном варианте выполнения устройства фильтр 1 может быть реализован в виде согласованного полосового фильтра с полосой пропус» кания частот 9-17 Гц. Временной се» лектор 3 может быть выполнен на ос» нове пос 1едовательного соедипения двух ждущих мультивибраторов. Анало гичным образом может быть реализован элемент 5 задержки, выходной сигнал которого в предпочтительном варианте выполнения устройства имеет длитель» ность 20 мс и время задержки 15 мс (фиг. 2 r). Указанные длительности определены экспериментально на осно

Вр. анализа временных характеристик

QRS-комплекса ЭКС представительной выборки испытуемых. Блок 4 формиро» вания порога может быть выполнен в виде последовательно соединенных жду» щего мультивибратора, пикового детектора и элемента выборки и хранения с реэистивным делителем на выходе.

Первый и второй измерители 7 и 8 можно выполнить с использованием двух пиковых детекторов, определяющих значения локагьных максимумов и ми- нимумов сигHÿëà, двух элементов вы» борки и хранения, запоминающих эти значения, и дифференциального усили теля, вычисляющего разность величин локального максимума и следующего за ним локального минимума, т.е, размах напряжения. Источник 10 опорного напряжения может быть выполнен, напри» мер, с использованием стабилитрона.

Устройство для выделения К-зубца

ЭКС работает следующим образом.

Сигнал, поступающий на входную шину устройства, подается на вход фильтра 1 (фиг. 2 сз). Во входном сигнале присутствуют как 3КС, имеющий характерную форму с зубцами Р, R, S и Т, так и импульсные помехи

П1, П7 П3 раз- ичной д ителзности, в roM числ и близкой к длительнос ти QRS-комплекса, но по форме суще ственно отличающиеся от К-зубца.

Блок 4 формирования порога вырабаты» вает пороговый уровень напряжения

U а,(фиг. 2 "5), пропорциональный ам» плигуде выделенных ранее R-зубцов, который подается на второй (опорный) вход компаратора 2.

139!6!6

При появлении сигнала на входе устройства на выходе фильтра 1 появ ляется отклик на входное воздействие

Если сигнал на входе фильтра 1 пре5 вышает пороговое напряжение U то на выходе компаратора 2 появляется импульс, длительность которого равна длительности превышения сигналом порога U„, (фиг. ? в). Импульсы помех,!0 амплитуда которых после прохождения фильтра I превышает порог U„,, как и R-зубцы, проходят на выход компа» ратора 2, однако вследствие несоответствия спектра помех амплитудно» частотной характеристике фильтра 1 их форма существенно искажена (фиг. 2 6) . Импульсный сигнал с выхода компаратора 2 поступает на вход элемента 5 задержки, на выходе кото рого через 15 мс появляется импульс длительностью 20 мс (фиг. 2г).

Первый измеритель 7 вычисляет раэ". ность между амплитудами локального максимума и следующего за ним ло» 25 кального минимума. Напряжение на первом (информационном) выходе первого измерителя 7 пропорционально размаху напряжения на входе фильра 1. Напряжение на первом (инфор мационном) выходе второго измерителя пропорционально размаху выходного напряжения фильтра 1. Импульсы на вторых (управляюШих) выходах иэ мерителей 7 и 8 появляются в момен ты фиксации измерителями 7 и 8 ло»

35 кальных минимумов. Блок 9 контроля усиления производит вычисление коэф фициента усиления фильтра 1 для каж дого текущего отрицательного перепара входного сигнала и фиксирует моменты превышения вычисленным коэффициентом усиления заданного порога.

Коэффициент усиления определяется делителем 13 путем вычисления отно» 45 шения напряжения с информационного выхода второго измерителя 8 к напря жению с информационного выхода перво го измерителя 7. Если в момент появ» ления на втором входе стробируемого

50 компаратора 11 стробирующего импуль са (фиг. 2 q) вырабатываемого зле ментом 12 совпадения при поступлении на него сигналов с управляющих выхо цов измерителей 7 и 8, выходное на» пряжение делителя 13 превышает лоро»

55 говое напряжение U „, подаваемое с источника 10 опорного напряжения (фиг. 24) то стробируемый компаратор 11 формирует импульс на выхг.э.е блока 9 контроля усиления (фиг. 2 ).

При поступлении этого импульса lt второй вход элемента 6 совпадения при условии поступления в это же вре-"мя на его первый вход импу.и с . с вы» хода элемента 5 задержки (фиг. 2 ) элемент 6 совпадения выраба-ы ахает импульс(фиг. 2 р,1, свидетельствуюший о наличии К" зубца во входном сигнале. Из этого импульса временной селектор 3 формирует импульс длительностью 50100 мс, предотвращаюший срабатывание устройства от rnMex, следукипих непосредственно sa R-зубцом, Повышение помехоустойчивости выделения R-зубца ЭКС достигается путем сравнения величин размаха напряжения сигнала на входе и выходе фильтра 1. Каждому виду импульсного сигнала соответствует определенный вид отклика на выходе фильтра i.

Если амплитудно частотную характеристику фильтра 2 согласовать cо спектром выделяемого импульсного сиг. нала (например, R-зубца ЭКС), то при появлении на входе фильтра 1 импульса нужной формы величина отно", åния размахов напряжений сигнала с выхода и входа фильтра 1 максимальная. Вследствие искажения формы импульсов помехи фильтром 1 сигнал на информационном выходе второго измерителя Я при прохождении помехи значительно меньше, чем сигнал на информационном выходе первого измерителя 7 ° В го же время для R-зубца, форма которого при прохождении фильтра 1 изменяется незначительно, выходные сигналы измерителей 7 и 8 примерно одинаковы. Поэтому выходное кусочно-пос.оянное напряжение делителя 13 (фит . 2 ei при поступлении на вход устройства импульсной помехи меньше порогового уровяя П п, а при, поступлении R-зубца больше порогового уровня U „ (фиг. 2 e) . Так как параметры QRS-комплекса имеют значительный разброс у разных испытуемых, то необходимо определять пороговую величину П д, отношения размахов напряжения путем предварительной калибровки устройства имитационными сигналами.

Если амплитуда сигнала с выхода фильтра 1 превышает пороР компаратора 2 и на интервале длительно тью

t39t6t6

20 мс, следующем через 15 мс после момента превьиэения порога, зафиксировано, что отношение размахов превышает порог стробируемого компара5 тора 11, то на выходе устройства появляется импульс, свидетельствующий о наличии R-зубцов во входном сигнале.

Таким образом, устройство осу- 10 ществляет выделение R-зубцов электрокардиосигнала на фоне импульсных помех, имеющих соизмеримые с R-зубцами амплитуду и длительность и не устраняемых иэ электрокардиосигнала известными методами амплитудной и временной селекции. Устройство обеспечивает повышение достоверности выделения R-зубцов беэ использования спектрального анализа и автоматичес- 20 кой регулировки усиления электрокардиосигнала.

Формула изобретения

1, Устройство для выделения R-зуб- 25 ца электрокардиосигнала, содержащее фильтр, выход которого подключен к входной шине устройства, компара тор, временной селектор и блок формирования порога, первый вход которого сое- 3ц динен с первым входом компаратора и с выходом фильтра, второй вход — с выходом временного селектора и с выходной шиной устройства, а выход— с вторым входом компаратора, о т—

35 личающееся тем,что,с целью повышения достоверности выделения R-зубца, в него введены последовательно соединенные элемент задержки и элемент совпадения, выход которого подключен к входу временного селектора, первый измеритель размаха напряжения, вход которого соединен с входом фильтра, второй измеритель размаха напрнжения> вход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого соединен с входом элемента задержки, и блок контроля усиления, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам первого измерителя размаха напряжения, третий и четвертый входы — соответственно к первому и второму выходам второго измерителя напряжения, а выход — к второму входу элемента совпадения.

2. Устройство по п.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в нем блок контроля усиления содержит последовательно соединенные источник опорного напряжения и стробируемый компаратор> выход которого подключен к выходной шине блока контроля усиления, элемент совпадения, выход которого соединен с вторым входом стробируемого компаратора, а первый и второй входы — соответственно с второй и четвертой входными шинами блока контроля усиления, и делитель, выход которого подключен к третьему входу стробируемого компаратора> а первый и второй входы — соответственно к первой и третьей входным шинам блока контроля усиления, 1391616

Фиг. 2

Составитель Э. Балуев

Техред Л.Сердюкова корректор Г.Решетник

Редактор M. Недолуженко

Заказ 1838/6 Тираж 655 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

-r

Ф

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4