Устройство для измерения частоты пульса

 

Устройство для измерения частоты пульса относится к медицинской технике, содержит два активных электрода, расположенных на органе управления транспортным средством, изолированные друг от друга и соединенные с входами дифференциального усилителя, выход которого через фильтр подключен к первому входу блока анализа частоты пульса, отличается тем, что в него введены два нулевые электрода, расположенные на органе управления транспортным средством и соединенные с шиной нулевого потенциала, и компаратор, входы которого подключены к активным электродам, а выход - к второму входу блока анализа частоты пульса, причем активные и нулевые электроды выполнены из материалов с равным электрохимическим потенциалом, при этом в нем активные и нулевые электроды выполнены в виде лент, обвитых вокруг органа управления транспортным средством и расположенных параллельно друг другу, кроме того, в нем блок анализа частоты пульса содержит последовательно соединенные генератор импульсов, первую схему И, счетчик и регистрирующее устройство, формирователь, вход которого является первым входом блока, а выход соединен с входом первого и второго одновибраторов, выход первого из которых подключен к первому входу первого триггера и первому входу второй схемы И, выход которой соединен с вторым входом регистрирующего устройства, выход второго одновибратора подключен к второму входу первого триггера, к второму входу счетчика и к первому входу второго триггера, вход которого является вторым входом блока, а выход соединен с вторым входом второй схемы И. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Устройство относится к средствам контроля состояния оператора при управлении различными транспортными средствами.

Известно устройство для оценки состояния оператора по данным ЭКГ (патент США N 4444200, кл. А 61 В 5/04, 1984), содержащее два электрода, подключенные к входу дифференциального усилителя, и два электрода, соединенных с шиной нулевого потенциала. Между электродами расположен изолятор. Сигнал с электродов поступает на вход блока обработки, на выходе которого в цифровой форме представлены результаты измерения частоты сердечных сокращений (ЧСС).

Недостатком этого устройства является то, что при контроле состояния оператора, руки оператора должны располагаться так, чтобы середина ладони находилась на изоляторе, что ограничивает применение этого устройства, так как необходимо непрерывно контролировать положение рук относительно изолятора. Кроме того, в известном устройстве отсутствует возможность контроля качества наложения электродов, что снижает достоверность регистрируемой информации.

Устройство (патент ФРГ N 3336430, кл, А 61 В 5/04, 1985) содержит электроды, выполненные в виде сферы, закрепленной на перемещаемом кронштейне, изолированные электрически от последнего. Недостатком этого устройства является отсутствие возможности контроля качества наложения электродов, а также отсутствие электродов соединенных с шиной нулевого потенциала, что снижает помехоустойчивость устройства.

Известно также устройство (патент США N 3731672, кл. А 61 В 5/04, 1973) для наблюдения сердечной деятельности водителя.

Электроды, расположенные на рулевом колесе, подключены к усилителю, выход которого подключен к фильтрующей схеме. Отфильтрованный сигнал поступает на вход блока анализа отклонения ширины комплекса ОRS относительно нормальной ширины последнего. Недостатком этого устройства является отсутствие возможности контроля качества наложения электродов, что не позволяет обеспечить высокую точность измерения, а значит достоверность оценки состояния оператора.

Из известных устройств для контроля состояния оператора наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство, описанное в патенте США N 4572207, кл. А 61 В 5/04, 1986. Это устройство для контроля состояния оператора содержит электроды, электрически изолированные друг от друга и занимающие всю площадь органов управления (например, рулевого колеса, ручки переключения передач 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 частоты сердечных сокращений (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 достоверности устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения частоты пульса, содержащее два активных электрода, расположенных на органе управления транспортным средством, изолированные друг от друга и соединенные с входами дифференциального усилителя, выход которого через фильтр подключен к первому входу блока анализа частоты пульса, отличающееся тем, что в него введены два нулевых электрода, расположенные на органе управления транспортным средством и соединенные с шиной нулевого потенциала, и компаратор, входы которого подключены к активным электродам, а выход к второму входу блока анализа частоты пульса, причем активные и нулевые электроды выполнены из материалов с разным электрохимическим потенциалом.

Причем активные и нулевые электроды выполнены в виде лент, обвитых вокруг органа управления транспортным средством и расположенных параллельно друг другу.

Блок анализа частоты пульса содержит последовательно соединенные генератор импульсов, первую схему И, счетчик и регистриpующее устройство, формирователь, вход которого является первым входом блока, а выход соединен с входом первого и второго одновибраторов, выход первого из которых подключен к первому входу первого триггера и первому входу второй схемы И, выход которой соединен с вторым входом регистрирующего устройства, выход второго одновибратора подключен к второму входу первого триггера, к второму входу счетчика и к первому входу второго триггера, вход которого является вторым входом блока, а выход соединен с вторым входом второй схемы И.

Введение дополнительных электродов, соединенных с шиной нулевого потенциала, и выполнение их из материалов с разным электрохимическим потенциалом по отношению к активным электродам обеспечивает ЭДС, оценка которой дает возможность определения качества контактов обеих рук оператора с электродами. Применение компаратора сигналов позволяет определить отклонение качества контактов для каждой пары электродов от заданных пределов. В случае, если контакт оператора с электродами нарушен, с выхода компаратора в блок управления выдается сигнал о нарушении контакта. Дальнейшая обработка ЭКГ сигнала прекращается. На индицирующее устройство выдается сообщение о нарушении контакта.

Известно, что для определения качества наложения электродов применяется решение (У.Томпкинс, Дж. Уэбстер. Микpокомпьютерные медицинские системы. М. Мир. 1983, с.463-464). Устройство содержит операционный усилитель (ОУ), выполняющий функции повторителя напряжения с большим входным импедансом, выход ОУ подключен к входу компаратора, инвертирующий вход которого соединен с источником фиксированного напряжения. Каждый из активных электродов через резистор (сопротивление резистора 100 МОм) подключен к неинвертирующему входу ОУ. Оценка качества контакта определяется по падению напряжения на резисторах, вызванному токами смещения. Однако, для исключения подачи на вход напряжения поляризации и других постоянных или медленно меняющихся напряжений необходимо применять разделительные конденсаторы, в противном случае ОУ может войти в "насыщение". Поэтому такой метод включения исключает возможность контроля качества наложения электродов. Кроме того известное устройство не обеспечивает оценку качества наложения электродов, когда сопротивление перехода электрод-кожа изменяется на несколько порядков (10 кОм 10 МОм), это связано с малым значением тока смещения ОУ (например, для ОУ К140УД8 этот ток менее 2х10^-10 А). К тому же, токи смещения ОУ изменяются во времени и при воздействии факторов внешней среды. Все выше перечисленные недостатки не позволяют применять известное решение для оценки качества наложения электродов.

Известно также применение дополнительных устройств для исключения различного типа помех, путем блокировки входных сигналов на заданное время (в данном случае 200 мс) после обнаружения зубца R комплекса QRS (У.Томпкинс, Дж. Уэбстер. Микрокомпьютерные медицинские системы. М. Мир, 1983, стр.462).

Устройство не обеспечивает блокировку помех за зоной действия импульса блокировки и до следующего зубца R. Кроме того, запуск импульса блокировки может произойти от помехи, что приводит к блокировке зубца R, т.е. полезной информации.

Из приведенного анализа следует, что поставленная цель в известных решениях достигается с помощью совокупности признаков, которые не обеспечивают необходимую надежность оценки качества наложения электродов. На фиг.1 представлена структурная схема пульсометра. Пульсометр содержит активные электроды 1, соединенные с входом компаратора 4 и входом дифференциального усилителя (ДУ) 3, выход которого подключен к входу фильтра 5, а выход фильтра подключен к первому входу блока 6 анализа частоты пульса, а нулевые электроды 2 соединены с шиной нулевого потенциала и выполнены из материала с отличным от активных электродов электрохимическим потенциалом.

Пульсометр работает следующим образом. ЭКГ сигнал с активных электродов 1 поступает на вход ДУ 3, с выхода которого усиленный сигнал поступает на вход полосового фильтра 5, полоса пропускания которого позволяет получить максимальное значение по амплитуде комплекса QRS (обычно средняя частота такого фильтра выбирается порядка 20 Гц). Отфильтрованные сигналы с фильтра 5 поступают на первый вход блока 6 анализа частоты пульса, где производится определение временного интервала между ближайшими комплексами QRS. Параллельно с измерением и анализом ЭКГ, производится оценка качества наложения электродов, благодаря тому, что при контакте ладоней рук с активными и нулевыми электродами соответственно возникает ЭДС, которая поступает на вход компаратора 4, а с выхода компаратора 4 выдается сигнал, поступающий на второй вход блока 6 анализа частоты пульса. Этот сигнал блокирует анализ временных интервалов в блоке 6, если качество наложения электродов неудовлетворительно, и на индицирующем устройстве остается предыдущая информация о ЧСС.

На фиг.2 представлена структурная схема варианта реализации блока 6 анализа частоты пульса. Сигнал поступает с фильтра 5 на формирователь сигналов 7 (первый вход блока 6), а с выхода формирователя сигналов 7 на входы одновибраторов 8 и 9, которые формируют импульсы соответственно по переднему и заднему фронтам сигнала поступающего с формирователя сигналов 7. (Диаграмма работы блока 6 показана на фиг.3). По импульсу с одновибратора 8 через схему И 14 производится запись временного интервала в регистрирующее устройство 16, и взводится триггер 12, блокирующий прохождение счетных импульсов с генератора импульсов 11 через схему И 13 на счетчик 15. Импульс одновибратора 9 сбрасывает счетчик 15, переключает триггер 12, сбрасывает триггер 10 и импульсы с генератора 11 поступают через схему И 13 на счетчик 15 до прихода очередного комплекса QRS. В результате в счетчике 15 производится определение временного интервала между двумя комплексами QRS. Информация с счетчика 15 переписывается в регистрирующее устройство 16, которое 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 4 на второй вход блока 6 поступает сигнал о нарушении контакта, взводится триггер 10 и происходит блокировка записи результатов измерения с счетчика 15 в устройство регистрации 16.

Дальнейшая работа блока 6 анализа частоты пульса может быть продолжена при обеспечении надежного контакта оператора с электродами. При восстановлении контакта сигнал с компаратора 4 будет снят. Ближайший комплекс QRS запустит счет и работа блока 6 возобновится.

Все схемы могут быть реализованы известным способом схема ДУ, фильтра и компаратора (Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. М. Советское Радио. 1979). Схемы И 13, И 14 одновибраторов 10, 12 счетчика 15 и регистра 16 могут быть выполнены на основе микросхем серии К155.

Таким образом, введение дополнительных электродов, соединенных с шиной нулевого потенциала, компаратора, а также выполнение активных и нулевых электродов из материалов с разным электрохимическим потенциалом, обеспечивает контроль качества контактов оператора с каждым электродом, что позволяет повысить достоверность оценки ЧСС. Кроме того, введение дополнительных заземленных электродов позволяет уменьшить влияние помех, вызванных за счет емкостных связей. Внутреннее сопротивление эквивалентного источника помех превышает на один-три порядка входное сопротивление усилителя, поэтому основная часть напряжения помехи падает на внутреннем сопротивлении эквивалентного источника помех.

Испытания пульсометра показали, что нарушение контактов с одним или обеими электродами приводит к блокировке записи информации, в отличие от схемы устройства прототипа. При восстановлении надежного контакта пульсометр обеспечивает измерение ЧСС.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПУЛЬСА, содержащее два активных электрода, расположенных на органе управления транспортным средством, изолированных друг от друга и соединенных с входами дифференциального усилителя, выход которого через фильтр подключен к первому входу блока анализа частоты пульса, отличающееся тем, что в него введены два нулевых электрода, расположенных на органе управления транспортным средством и соединенных с шиной нулевого потенциала, и компаратор, входы которого подключены к активным электродам, а выход - к второму входу блока анализа частоты пульса, причем активные и нулевые электроды выполнены из материалов с разным электрохимическим потенциалом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что активные и нулевые электроды выполнены в виде лент, обвитых вокруг органа управления транспортным средством и расположенных одна параллельно другой.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок анализа частоты пульса содержит последовательно соединенные генератор импульсов, первую схему И, счетчик и регистрирующее устройство, формирователь, вход которого является первым входом блока, а выход соединен с входами первого и второго одновибраторов, выход первого из которых подключен к первому входу первого триггера и первому входу второй схемы И, выход которой соединен с вторым входом регистрирующего устройства, выход второго одновибратора подключен к второму входу первого триггера, к второму входу счетчика и к первому входу второго триггера, вход которого является вторым входом блока, а выход соединен с вторым входом второй схемы И.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3