Устройство для измерения частоты сердечных сокращений

 

Устройство для измерения частоты сердечных сокращений (ЧСС) относится к медицинской технике, а именно к устройствам для контроля состояния оператора при управлении транспортными средствами. Устройство для измерения ЧСС содержит дифференциальный усилитель 5, фильтр 6, первый и второй электроды 1, при этом второй электрод соединен с вторым входом дифференциального усилителя 5, выход которого подключен к фильтру 6, выход которого подключен к первому входу исполнительного блока 7, дополнительный резистор 3, источник 2 питания и ключ, причем дополнительный резистор 3 включен между первым электродом и первым входом дифференциального усилителя 5, источник 2 питания включен параллельно дополнительному резистору 3, а в цепь источника 2 питания включен ключ 4, управляющий электрод которого соединен с выходом исполнительного блока 7, при этом выход дифференциального усилителя 5 подключен к второму входу исполнительного блока 7. Устройство обеспечивает возможность надежного определения качества контакта оператора с электродами. Контроль производится автоматически с частотой R-R интервалов. В случае, если контакт оператора с электродами нарушен, в исполнительном блоке 7 вырабатывается сигнал о нарушении контакта, дальнейшая обработка ЭКГ прекращается. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам контроля состояния оператора при управлении различными транспортными средствами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля состояния оператора, содержащее электроды, электрически изолированные друг от друга и занимающие всю площадь органов управления (например, рулевого колеса, ручки переключения передачи автомобиля, спиц рулевого колеса). Электроды подключены к входу дифференциального усилителя, выход которого подключен к входу полосового фильтра, а выход полосового фильтра подключен к блоку определения ЧСС. ЧСС определяется по времени между двумя соседними ударами. Результаты измерений индицируются на устройстве отображения, а также могут быть использованы для подачи сигнала тревоги, например, при понижении ЧСС вследствие засыпания оператора.

Недостатком известного устройства является низкая надежность измерения ЧСС, что вызвано отсутствием контроля за качеством контакта оператора с электродами.

Целью изобретения является повышение надежности устройства.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 структурная схема исполнительного блока, вариант выполнения; на фиг.3 временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для измерения частоты сердечных сокращений содержит электроды 1, один из которых соединен с источником 2 питания, через дополнительный резистор 3 соединен с одним из выводов ключа 4 и первым входом дифференциального усилителя 5, а другой электрод соединен с вторым входом дифференциального усилителя 5. Параллельно дополнительному резистору 3 подключен источник 2 питания, в цепь которого включен ключ 4. Выход дифференциального усилителя 5 соединен с входом фильтра 6 и вторым входом исполнительного блока 7. Выход фильтра 6 подключен к первому входу исполнительного блока 7, а выход блока 7 соединен с управляющим электродом ключа 4.

Устройство для измерения частоты сердечных сокращений работает следующим образом.

ЭКГ-сигнал с электродов 1 поступает на вход дифференциального усилителя 5, с выхода которого усиленный сигнал поступает на вход полосового фильтра 6, полоса пропускания которого позволяет получить максимальное значение комплекса QRS. Обычно средняя частота такого фильтра выбирается порядка 20 Гц. Отфильтрованные сигналы с фильтра 5 поступают на первый вход исполнительного блока 7, где производится определение временного интервала между ближайшими комплексами. После определения QRS комплекса, в исполнительном блоке 7 вырабатывается импульс, который поступает на управляющий электрод ключа 4. В результате на дополнительном резисторе 3 возникает падение напряжения. В этом случае ток пpотекает по следующей цепи: сопротивление электрод-кожа первого электрода 1 сопротивление внутренних тканей сопротивление электрод-кожа второго электрода 1 входное сопротивление дифференциального усилителя 5 дополнительный резистор 3. Падение напряжения на входе дифференциального усилителя 5 составляет U_вх= где I ток протекающий через дополнительный резистор 3; R_д сопротивление дополнительного резистора 3; R_э сопротивление перехода электрод-кожа; R_вх входное сопротивление дифференциального усилителя; R_вн сопротивление внутренних тканей.

Учитывая, что R_вн<< R_вз, а также приняв, что R_д<, U_вх= I·R_д· условие надежного контакта определяется следующим образом: · I·R_д< U_вх< ·I·R_д
где R_эmin минимальное сопротивление электрод-кожа;
R_эmax максимальное сопротивление электрод-кожа.

В случае нарушения контакта в исполнительном блоке 7 вырабатывается сигнал, который блокирует анализ временных интервалов и на индицирующем устройстве остается предыдущая информация о ЧСС.

На фиг.2 представлена структурная схема исполнительного блока 7. Сигнал поступает с фильтра 6 на формирователь 8 сигналов (первый вход блока 7), с выхода усилителя 5 на вход компаратора 9, а с выхода формирователя сигналов на входы одновибраторов 10 и 11, которые формируют импульсы соответственно по переднему и заднему фронтам сигнала, поступающего с формирователя 8 сигналов (диаграмма работы блока показана на фиг.3). Блок 7 содержит также схему И 12, одновибратор 13 и генератор 14 импульсов. По импульсу с одновибратора 10 взводится триггер 15, и через одновибратор 13 триггер 16, блокирует прохождение счетных импульсов с генератора 14 импульсов через схему И 17 на счетчик 18, производится перезапись информации со счетчика 18 в регистрирующее устройство 19. Импульсом с одновибратора 11 сбрасывается триггер 15, сбрасывается счетчик 18, импульс с одновибратора 11 поступает также на вход схемы И 1, к другому входу которой подключен выход компаратора 9. Импульсы с генератора 14 поступают через схему И 17 на счетчик 18 до прихода очередного комплекса QRS. В результате в счетчике 18 накапливаются импульсы, число которых соответствует временному интервалу между двумя комплексами QRS. Кроме того, на время действия импульс с одновибратора 11 открывается ключ 4 и ток с источника 2 питания протекает через дополнительный резистор 3. В результате на выходе дифференциального усилителя 5 появляется напряжение, которое подается на вход компаратора 9.

Регистрирующее устройство 19 может быть выполнено в виде индицирующего устройства либо в виде устройства, накапливающего информацию. Это позволяет определить динамику изменения ЧСС во время выполнения профессиональных обязанностей.

В случае, если с компаратора 9 во время действия импульса с одновибратора 11 на вход схемы И 12 поступает сигнал о нарушении контакта, взводится триггер 16, который блокирует запись результатов измерения со счетчика 18 в устройство 19 регистрации.

Дальнейшая работа исполнительного блока 7 может быть продолжена при обеспечении надежного контакта оператора с электродами. При восстановлении контакта сигнал с компаратора 9 будет снят. В этом случае ближайший комплекс QRS запустит счет и работа блока 6 возобновится.

Схемы дифференциального усилителя, фильтра и компаратора могут быть реализованы известным способом (Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. М. Советское радио, 1979), схемы И 12, 17, 20, одновибраторов 10, 11, 13, триггеров 15, 16, счетчика 18 и устройства 19 могут быть выполнены на основе микросхем серии К 155.

Таким образом, введение дополнительного резистора, включенного между первым электродом и первым входом дифференциального усилителя, введение источника питания, включенного параллельно дополнительному резистору, и электронного ключа, включенного последовательно с источником питания, обеспечивает возможность надежного определения качества контакта оператора с электродами. При этом контроль производится автоматически с частотой R-R интервалов. В случае, если контакт оператора с электродами нарушен, выдается сигнал о нарушении контакта, дальнейшая обработка ЭКГ-сигнала прекращается и на индицирующее устройство выдается сообщение о нарушении контакта.

Испытания устройства для измерения частоты сердечных сокращений показали, что нарушение контактов с одним или обоими электродами приводит к блокировке записи информации в отличие от схемы устройства прототипа. При восстановлении надежного контакта устройство обеспечивает измерение ЧСС.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ, содержащее дифференциальный усилитель, фильтр, первый и второй электроды, причем второй электрод соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к фильтру, а выход фильтра подключен к первому входу исполнительного блока, отличающееся тем, что в него введены резистор, источник питания, и ключ, причем резистор включен между первым электродом и вторым входом дифференциального усилителя, при этом последовательно соединенные источник питания и ключ включены параллельно дополнительному резистору, а управляющий электрод ключа соединен с выходом исполнительного блока, к второму входу которого подключен выход дифференциального усилителя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем исполнительный блок содержит генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом первой схемы И, выход которой соединен с первым входом счетчика, формирователь, выход которого является первым входом блока, а выход соединен с входами первого и второго одновибраторов, выход первого одновибратора соединен с первым входом первого триггера, входом третьего одновибратора и первым входом второй схемы И, выход второго одновибратора соединен с вторым входом первого триггера, первым входом третьей схемы И и вторым входом счетчика и является выходом блока, выход первого триггера соединен с вторым входом первой схемы И, выход счетчика соединен с первым входом устройства регистрации, компаратор, вход которого является вторым входом блока, а выход соединен с входом третьей схемы И, выход которой соединен с первым входом второго триггера, выход которого соединен с вторым входом второй схемы И, а второй вход с выходом третьего одновибратора, причем выход второй схемы И подключен к второму входу устройства регистрации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3