Устройство для измерения частоты пульса
Изобретение относится к медицинской технике. Целью изобретения является сокращение длительности и упрощение процедуры обследования пациентов за счет проведения измерений с использованием пульсовых сигналов разной природы при повышенной помехозащищенности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения частоты пульса, содержащее детектор 1 пульсового сигнала, формирователь 4 импульсов и измерительный блок 5, введены амплитудный ограничитель 2 сигнала снизу, блок 3 вычитания и амплитудный детектор 6, при этом в состав формирователя 4 импульсов входят последовательно соединенные амплитудный ограничитель 7 сигнала сверху, компара гор Ј, дифференциатор 9, амплитудный ограничитель 10 сигнала снизу и одновибратор 11. Устройство обеспечивает помехозащищенные измерения частоты пульса даже при использовании такого нестационарного и произвольным образом модулированного по амплитуде пульсового сигнала, как тзхоосциллограмма, что позволяет упростить конструкцию устройства и методику наложения датчиков, а также сократить длительность процедуры измерений, что повышает пропускную способность при массовых медицинских обследованиях. 1 э.п.ф-лы, 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я) s А 61 В 5/0245
ГОСУДАРСТВ Е ННЫ И КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г
О
I QQ М (А
1,р
See,1 (21) 4173415/14 (22) 04.01 87 (46) 23.09.91 Бюл. М - 35 (71) Особое конструкторское бюро биологической и медицинской кибернетики Ленинградского электротехнического института им. В,И,Ульянова (Ленина) (72) С.П.Балицкий, Р.К.Михайлов и С.П,Туганов (53) 615.47 (088.8) (56) Патент CLLIA М 4240442, кл, А 61 В 5/04, 1980.
Патент США ЬЬ 3978848, кл. А 61 В 5/02, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПУЛЬСА (57) Изобретение относится к медицинской технике. Целью изобретения является сокращение длительности и упрощение процедуры обследования пациентов за счет проведения измерений с использованием пульсовых сигналов разной природы при повышенной помехозащищенности. По. Ж 1678312 А1. ставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения частоты пульса, содержащее детектор 1 пульсового сигнала, формирователь 4 импульсов и измерительный блок 5, введены амплитудный ограничитель 2 сигнала снизу, блок 3 вычитания и амплитудный детектор 6, при этом в состав формирователя 4 импульсов входят последовательно соединенные амплитудный ограничитель 7 сигнала сверху, компара гор Е, дифференциатор 9, амплитудный ограничитель 10 сигнала снизу и одновибратор 11, Устройство обеспечивает помехозащищенные измерения частоты пульса даже при использовании такого нестационарного и произвольным образом модулированного по амплитуде пульсового сигнала, как тахоосциллограмма, что позволяет упростить конструкцию устройства и методику наложения датчиков, а также сократить длительность процедуры измерений, что повышает пропускную способность при массовых медицинских обследованиях. 1 з.п,ф-лы, 2 ил.
1678312
Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к устройствам для измерения параметров ритмической деятельности сердца.
Цель изобретения — сокращение длительности и упрощение процедуры обследования пациентов за счет проведения измерений с использованием пульсовых сигналов разной природы при повышенной помехозащищен ности.
На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства, Устройство для измерения частоты пульса содержит (фиг. 1) последовательно соединенные детектор 1 пульсового сигнала, амплитудный ограничитель 2 сигнала снизу, блок 3 вычитания, формирователь 4 импульсов и измерительный блок 5, и амплитудный детектор 6, вход которого подключен к входу амплитудного ограничителя 2 сигнала снизу, а выход — к второму входу блока 3 вычитания. При этом формирователь 4 импульсов выполнен в виде последовательно соединенных амплитудного ограничителя 7 сигнала сверху, вход которого является входом формирователя 4 импульсов, компаратора 8, дифференциатора
9, амплитудного ограничителя 10 сигнала снизу и одновибратора 11, выход которого является выходом формирователя 4 импульсов.
В предпочтительном варианте выполнения устройства детектор 1 пульсового сигнала содержит, например, последовательно соединенные датчик и первичный преобразователь, включающий дифференцирующий и усилительный блоки (не показаны). Измерительный блок 5 может быть выполнен в виде измерителя частоты импульсных сигналов.
Устройство для измерения частоты пульса работает следующим образом, Детектор 1 пульсового сигнала осуществляет снятие с пациента аналогового пульсового сигнала и первичное преобразование этого сигнала, например, дифференцирование и усиление, В качестве пульсового сигнала для измерения частоты пульса широко испол ьзуется электрокардиограмма (Э КГ), что обусловлено относительной стабильностью этого информационного сигнала, особенно его основного фрагмента — зубцов R, у которых естественная амплитудная модуляция минимальна. Однако, использование
ЭКГ-методики для измерения частоты пульса имеет такие недостатки, как трудоемкость, критичность и длительность операции наложения ЗКГ-электродов и относительная
55 сложность аппаратуры обработки ЗКГ-сигнала, Для устранения этих недостатков при измерении частоты пульса в устройстве в качестве информационного пульсового сигнала используются более простые в получении сигналы, например сфигмограмма (СФГ) и первая производная от СФГ-тахоосциллограмма (ТОГ), которую можно получить от компрессионной манжеты и использовать не только для измерения частоты пульса, но и для одновременного измерения параметров артериального давления, Исходный сфигмографический сигнал включает медленно меняющуюся составляющую P давления в компрессионной манжете и переменные пульсирующие колебания этого давления (фиг. 2а). Каждое пульсовое
СФГ-колебание содержит восходящий участок(анакроту) и нисходящий участок(катакроту), на котором имеется в той или иной степени выраженная впадина (инцизура) П1 и выпуклость (дикротическая волна) П2. В ряде аномальных случаев фрагменты П1 и
П2 выражены настолько явно, что они воспринимаются, как раздвоенный максимум
СФГ-сигнала, и тем самым становятся источником возникновения внутренних помех. Наряду с такими внутренними помехами СФГ-.сигнал может содержать между пульсовыми колебаниями и внешние помехи разной природы и полярности,.например, типа ПЗ и П4 на фиг, 2а. Непосредственно СФГ-сигнал не используется для измерений из-за наличия меняющейся постоянной составляющей. Поэтому детектор
I пульсового сигнала производит дифференцирование и усиление снимаемого с пациента сигнала, преобразуя СФГ в ее первую производную — ТОГ-сигнал (фиг. 2б), что обеспечивает устранение постоянной составляющей и стабилизацию нулевой линии. При этом внутренние и внешние помехи уже не различимы между собой, а форма
ТОГ-сигнала становится еще более сложной с точки зрения устранения помех. Кроме того, амплитуда как положительных, так и отрицательных пиков ТОГ монотонно возрастает, достигает максимума, после чего снова уменьшается и наконец, помимо такой амплитудной модуляции, изменяется и форма пульсовых колебаний ТОГ-сигнала при каждом пульсовом ударе, Поэтому ТОГ-сигнал является наиболее сложным для помехозащищенных измерений частоты пульса из всех известных видов пульсографических информационных сигналов, но зато и наиболее приемлемым с точки зрения простоты конструкции датчико-усилительной части устройства и ее эксплуатационных преиму16 78312
30
40
55 ществ — удобство в использовании и надежность в работе.
Помехозащищенность измерения частоты пульса при использовании нестацианарного и произвольным образом модулированного по амплитуде информационного пульсового сигнала, например, ТОГ-сигнала достигается в устройстве путем автоматического выделения из любого пульсового сигнала только верхних частей пульсовых колебаний (без существенного искажения их передних фронтов) и срезания всех остальных частей сигнала вместе с разного рода помехами. Для этого выходной сигнал детектора 1 пульсового сигнала
V1(фиг. 2б) подается одновременно на входы амплитудного ограничителя 2 сигнала . снизу и амплитудного детектора 6, Уровень среза U< амплитудного ограничителя 2 сигнала снизу выбирается достаI точно малым (U<=U>i), так как при высоком уровне ограничения (U<=U" >) можно пропустить низкоамплитудные пульсовые колебания, например третье колебание на фиг. 2б.
Но при малом значении уровня среза U" u через амплитудный ограничитель 2 сигнала снизу пройдет значительная часть помех, в частности помехи П5, П6 и П7 (фиг. 2в). Для устранения таких помех сигнала параллельно пропускается через амплитудный детектор 6 с разными постоянными времени заряда тз и разряда тр, удовлетворяющими условию тз << rr. Конкретное значение величин тз и тр можно получить исходя из максимально возможного диапазона изменения частоты пульса от 20 до 240 уд/мин.
Для уменьшения искажений передних фронтов сигнала величина тз должна быть на порядок меньше периода самого быстрого пульсового процесса, например тз =25 мс, а для достаточно эффективного подавления помех величина гр должна быть на порядок меньше периода самого медленного пульсового процесса, например ò =300 мс. При такихзначенияхХз и гр они-между собой, как это и требуется, различаются на порядок, Благодаря выбранным таким образом параметрам зарядно-разрядных цепей амплитудного детектора 6 передние фронты его выходного сигнала V (фиг. 2г) искажаются б значительно меньше, чем задние фронты, которые значительно затягиваются, перекрывая помехи (пунктирный график на фиг.
2в). Для устранения помехосодержащей части пульсового сигнала выходные сигналы амплитудного ограничителя 2 сигнала снизу
Vz и амплитудного детектора 6 Vg подаются на соответствующие входы блока 3 вычитания, с выхода которого снимается положительная часть полученной разности Чз (фиг.
2д). Передние фронты сигнала Чз, например фронт АВ, имеют минимальные искажения относительно исходного пульсоваго сигнала, а крутизна переднего фронта АВ сигнала
Чз занимает промежуточное положение между крутизной фронта АВ сигнала V2 и крутизной фронта АС сигнала Чв. При этом условие тр/тз)10 гарантирует невозможность пропуска информативно пульсации, так как вследствие малого, но конечного значения тз точка С всегда будет располагаться ниже точки В, а тачка Д иэ-за большога, но конечного значения гр всегда будет ниже точки С (фиг. 2в). При работе на участке возрастающих амплитуд пульсаций сигнала (точка Е выше точки В) пропуск какой-либо
его информативной пульсации исключен, поскольку точка О будет находиться заведомо ниже точки Е, а точка F — снова несколько ниже точки Е. Но даже при работе на участке уменьшающихся амплитуд сигнала (точка Н ниже точки Е) пропуск информативной пульсации сведен к минимуму, так как все равно точка G расположена, как правило, ниже точки F и снова ниже точки Н, хотя при этом точка Н уже ниже точки Е (фиг. 2в).
Выходной сигнал блока 3 вычитания представляет собой (фиг, 2д) уже автоматически сформированный (синхронно с сокращениями сердца, и без постоянной составляющей и беэ помех) импульсный сигнал почти треугольной формы (ЛВС, DEF u
GHJ на фиг. 2в, д), одинаково надежно сформированный как на участке возрастания амплитуд пульсаций, так и на участке их убываний в исходном пульсовом сигнале. Выходной сигнал. блока 3 вычитания подается через формирователь 4 импульсов на вход измерительного блока 5, который производит измерение частоты входных импульсов и индикацию частоты пульса.
Для того, чтобы работа измерительного блока 5 была более надежной и не зависела.от различия амплитуд и длительностей ега входных импульсов, выходной сигнал блока 3 вычитания пропускается в формирователе 4 импульсов через амплитудный ограничитель 7 сигнала сверху, компаратор 8, дифференциатор 9, амплитудный ограничитель 10 сигнала снизу и одновибратор 11, которые унифицируют входные импульсы формирователя 4 импульсов по амплитуде и длительности. Амплитудный ограничитель 7 сигналов сверху с пороговым уровнем Us (фиг. 2д) срезает верхнюю часть импульсов (фиг. 2е), компаратор 8 с уровнем опорного напряжения отрезает основание импульсов
1678312 (фиг. 2ж), дифференциатор 9 выделяет их передние и задние фронты (фиг, 2з), а амплитудный ограничитель 10 сигнала снизу пропускает только положительные импульсы, соответствующие передним фронтам 5 (фиг, 2и). по которым одновибратор 11 вырабатывает прямоугольные импульсы фиксированной длительности, например 250 мс (фиг. 2к), поступающие на вход измерительного блока 5. 10
Таким образом, устройство обеспечивает надежное измерение частоты пульса с любым из известных пульсографических сигналов, в том числе и с сигналом, в котором непрерывно изменяются амплитуды и 15 форма пульсовых колебаний на фоне различных внешних и внутренних помех. При этом не возникает необходимости испольэовать в качестве измерительного блока 5 сложный аналитический прибор со специа- 20 лизированными узлами подавления помех или дорогостоящий вычислительный блок с соответствующим программным обеспечением. При работе устройства с любым видом информационного сигнала детектор 1 25 пульсового сигнала может иметь довольно простую конструкцию, обеспечивающую быстрое наложение датчиков на различные участки тела пациента и не требующую строго соблюдения требований специаль- 30 ной методики наложения датчиков и отведения сигнала, как в случае использования злектрокардиограммы для измерения частоты пульса, Это позволяет испольэовать устройство в качестве самостоятельного ка- 35 нала в комплексе с другими измерителями
J физиологических параметров, например, в измерителях артериального давления, а также сокращает длительность измерений, что повышает пропускную способность при массовых обследованиях, Формула изобретения
1. Устройство для измерения частоты пульса, содержащее детектор пульсового сигнала и последовательно соединенные формирователь импульсов и измерительный блок, отл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью сокращения длительности и упрощения процедуры обследования пациентов за счет проведения измерений с использованием пульсовых сигналов разной природы при повышенной помехозащищенности, в него введены последовательно соединенные амплитудный ограничитель сигнала снизу и блок вычитания и амплитудный детектор, вход которого подключен к выходу детектора пульсового сигнала и к входу амплитудного ограничителя сигнала снизу, а выход — к второму входу блока вычитания, выход которого соединен с входом формирователя импульсов.
2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в нем формирователь импульсов выполнен в виде последовательно соединенных амплитудного ограничителя сигнала сверху, вход которого является входом формирователя.импульсов, компаратора, дифференциатора, амплитудного ограничителя сигнала снизу и одновибратора, выход которого является выходом формирователя импульсов.
1678312
Составитель Э. Балуев Редактор В. Бугренкова Техред М,Моргентал Корректор О. Ципле Заказ 3157 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
