Способ определения спектральных характеристик пульсовой волны

Изобретение относится к медицине, кардиологии и может быть использовано при диагностике состояния сердечно-сосудистой системы человека. Регистрируют сфигмограмму в течение ограниченного интервала времени. Временной интервал ограничивают как снизу при коэффициенте корреляции соседних периодов сердечного ритма, равным 0,7, так и сверху - из условия различимости волн на ширине спектра, найденной на половине амплитуды основной частоты. Предложенный способ позволяет более точно определять спектральные характеристики пульсовой волны. 4 ил.

 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики состояния кровеносной системы человека.

Известен способ регистрации пульса (пат. RU 1999, 2135076), сущность которого заключается в преобразовании светового потока, обусловленного рассеиванием на кровонесущей ткани, в выходной электрический сигнал, его оцифровке, запоминании и анализе с выделением артефактов и полезного сигнала, связанного с физиологическими пульсациями.

Недостатки известного способа заключаются в сложности обработки оптического сигнала, большим уровнем шумов на фоне малой амплитуды переменного информативного сигнала.

Наиболее близким по достигаемому эффекту является способ регистрации пульса (прототип, патент RU, 2234241), заключающийся в том, что генерируют электрический сигнал, соответствующий измеряемой пульсовой волне, с помощью датчика, который устанавливают на поверхность тела над артерией, корректируют амплитудно-частотную характеристику генерируемого электрического сигнала до получения электрического сигнала предписанной формы в виде линии из группы последовательных синусоидальных полуволн периода измеряемой пульсовой волны и осуществляют сравнительный анализ амплитудно-частотных характеристик электрического сигнала предписанной формы для постановки диагноза.

Недостатком известного способа является отсутствие границ временного интервала получения информации о спектральных характеристиках полезного сигнала. С одной стороны, получение спектра из сфигмографического сигнала слишком большой длительности приведет к его недопустимому уширению спектра и искажению информации о наличии и величине соответствующих гармоник, а с другой стороны, малое время регистрации сфигмограммы не позволяет получить хорошее отношение сигнал/шум, и в случае случайных выбросов, наблюдающихся при регистрации пульсовой волны, также может увеличить недостоверность спектральной информации. В связи с этим специалисты в области анализа сфигмограмм указывают на ограниченность сферы применения спектрального анализа сфигмограмм, основное внимание уделяя изучению вариабельности сердечного ритма. В известном способе рассматривается возможность введения формальных критериев, определяющих временные границы регистрации сфигмограммы, при которых вариабельность сердечного ритма имеет такую величину, что спектр сфигмограммы сохраняет достоверную информацию.

Авторы предлагают способ определения спектральных характеристик пульсовой волны, заключающийся в том, что сфигмограмму регистрируют в течение интервала времени Δt, где t₁<Δt<t₂, t₁ определяют из условия равенства величине 0,7 коэффициента корреляции между значениями спектра сигнала пульсовой волны соседних периодов сердечного ритма, а t₂ определяют из условия 0,5Δω=ω₀, где Δω - ширина спектра сигнала пульсовой волны на уровне половины амплитуды основной частоты, ω₀ - значение основной частоты.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение точности определения спектра.

Технический результат достигается тем, что ограничивают время регистрации сфигмограммы сверху и снизу, а именно сфигмограмму регистрируют в течение интервала времени Δt, где t₁<Δt<t₂, t₁ определяют из условия равенства величине 0.7 коэффициента корреляции между значениями спектра сигнала пульсовой волны соседних периодов сердечного ритма, a t₂ определяют из условия 0,5Δω=ω₀, где Δω - ширина спектра на половине амплитуды основной частоты, ω₀ - значение основной частоты.

Способ осуществляют следующим образом.

Решая задачу обнаружения основной гармоники в спектре Р(ω), получим условия на минимальное время регистрации следующим образом. Период сердечного ритма Т оценивают, измерив интервал времени между максимальными значениями сфигморгафических импульсов. Далее определяют частоту основной гармоники и определяют как ω₀=1/Т. Затем последовательно, получая набор спектров Р_i(ω, t_i), где t_i=iT, a i - номер импульса сердечного ритма, оценивают коэффициент корреляции C_{i, i+1}(P_i(ω₁, ω₂, t_i), P_i+1(ω₁, ω₂, t_i+1), t_i+1)) между участками спектра P_i(ω₁, ω₂, t_i) и P_i+1(ω₁, ω₂, t_i+1) в окрестности частоты основной гармоники ω₀ (ω₁=ω₀/2, ).

Задав степень схожести спектров коэффициентом корреляции C_min=0,7, увеличивают количество регистрируемых импульсов i до тех пор, пока не достигнут упомянутого численного значения коэффициента корреляции двух соседних импульсов:

где С_ii+1 - коэффициент корреляции; Р_i -_{_} участок спектра; C_min - минимальный коэффициент корреляции; ω₁, ω₂ - циклические частоты, ограничивающие спектр сравниваемых участков

Определенное таким образом значение количества импульсов i соответствует минимальному времени регистрации сфигмограммы t_min=iT.

Ограничение сверху на время регистрации сфигмограммы определяют следующим образом. Так как при увеличении времени регистрации квазипериодического сигнала спектральные линии основной и кратных гармоник уширяются, то после определенного момента времени соседние спектральные линии перекрываются. Отсюда можно сформулировать критерий максимального времени регистрации. Его можно получить из требования разрешимости в спектре основной и ближайшей к ней гармоники. Запишем условие разрешимости

где ω₀ - частота основной гармоники; ω₀₁ - частота ближайшей гармоники; если присутствует вторая гармоника, то ω₀₁=2ω₀; Δω - ширина спектра на уровне половины амплитуды основной гармоники.

Целью данного изобретения является увеличение достоверности информации о спектральных характеристиках сфигмографического сигнала с помощью введения критериев о длительности снятия показаний сфигмографа.

Сущность осуществления способа поясняется фиг.1. На фиг.1 дана блок-схема сфигмографической приставки, подключенной к персональному компьютеру.

Устройство содержит датчик, выполненный на пьезоэлементе ЗП-5, манжету крепления датчика, электронную схему, выполненную на микросхеме LM324.

Устройство работает следующим образом. Источником сигнала служит датчик, закрепленный на артерии, который генерирует импульсы, повторяющие воздействие стенок сосудов на него. Для обработки сигнала используем вычислительные ресурсы компьютера в совокупности со специальной схемой, которая предназначена для модуляции и усиления сигнала с датчика давления. В качестве несущего сигнала используется сигнал, который генерируется звуковой платой. Уровень и частота несущего сигнала устанавливаются с помощью графического интерфейса программы, который используется для более точного отображения процесса колебаний.

Во-первых, найдем период сердечного ритма Т из измерения интервала времени между максимальными значениями сфигмографических импульсов. Далее частоту основной гармоники определяют как ω₀=1/Т. Затем, последовательно получая набор спектров Р_i(ω, t_i), где t_i=iT, a i - номер импульса сердечного ритма, оценивают коэффициент корреляции C_{i, i+1}(P_i(ω₁, ω₂, t_i), P_i+1(ω₁, ω₂, t_i+1), t_i+1)) между участками спектра P_i(ω₁, ω₂, t_i) и P_i+1(ω₁, ω₂, t_i+1) в окрестности частоты основной гармоники ω₀ (ω₁=ω₀/2, ). Задав степень схожести спектров коэффициентом корреляции C_min=0,7, увеличиваем количество регистрируемых импульсов i до тех пор, пока не выполнится условие (1). Определенное таким образом значение количества импульсов i соответствует минимальному времени регистрации сфигмограммы t_min=iT. На фиг.2 и 3 представлены фрагменты спектров сфигмограмм мужчины 25 лет, зарегистрированные за интервал времени длительностью 5Т и 6Т секунд соответственно. Коэффициент корреляции (1) при этом составил величину С_5,6=0,82. Заметим, что коэффициент корреляции участков спектров полученных спустя время 4Т и 5Т, составил величину С_4,5=0,65. Таким образом, для каждого конкретного пациента значение i определяется параметрами вариабельности его сердечного ритма и вычисляется автоматически, при выполнении условия (1).

Максимальное время регистрации сфигмограммы определим из следующих соображений. Так как при увеличении времени регистрации квазипериодического сигнала спектральные линии основной и кратных гармоник уширяются, то после определенного момента времени соседние спектральные линии перекрываются. Таким образом, можно сформулировать критерий максимального времени регистрации. Его можно получить из требования разрешимости в спектре основной и ближней к ней гармоники, которое запишется, как условие разрешимости (2). Так, на фиг.2 приведен фрагмент спектра сфигмограммы, полученный за шесть периодов, а на фиг.4 представлен фрагмент спектра сфигмограммы длительностью 300 периодов.

В результате анализа спектра получены следующие значения: ω₀=0,92 Гц, Δω=1,1 Гц. Длительности регистрации 299 Т секунд соответствуют значения ω₀=0,92 Гц, Δω=0,91 Гц. Этот интервал времени является предельным. Как видно из фиг.4 и численной оценки, для времени регистрации t₃₀₀=300 Т условие (3) уже не выполняется.

Остановимся на выборе минимального коэффициента корреляции C_min=0,7, принятого нами 0,7 в выражении (1). При значении коэффициента корреляции ближе к 0,5 мы имеем низкую достоверность обнаружения повторяющегося участка спектра.

Выбор коэффициента корреляции существенно больше 0,7, например 0,9, может привести к нерациональному увеличению времени регистрации сфигмограммы, так как морфология спектра квазипериодического сигнала зависит от времени. Возможно, что в некоторых случаях после уточнения плотности вероятности коэффициента корреляции величину C_min можно будет записать с точностью до второго знака после запятой. Довод в пользу обоснования критерия (2) достаточно прост. Это требование разрешимости двух близко расположенных спектральных линий. Влияние вариабельности сердечного ритма на качество оценки параметров спектра можно ограничивать, устанавливая более высокое значение C_min в (1) и более низкий, чем единица, коэффициент перед ω₀ в (2). Предельные значения времени регистрации, при которых сохраняется минимальное количество достоверной информации о параметрах спектра, могут быть определены автоматически из условий (1) и (2) в ходе последовательного вычисления и анализа спектров мощности сфигмограммы.

Таким образом, заявляемый способ позволяет более точно определить спектральные характеристики пульсовой волны.

Способ определения спектральных характеристик пульсовой волны, заключающийся в регистрации сфигмограммы пульсовой волны, по которой определяют спектр, отличающийся тем, что сфигмограмму регистрируют в течение интервала времени Δt, где t₁<Δt<t₂, t₁ определяют из условия равенства величине 0,7 коэффициента корреляции между значениями спектра сигнала пульсовой волны соседних периодов сердечного ритма, а t₂ определяют из условия 0,5Δω=ω₀, где Δω - ширина спектра сигнала пульсовой волны на уровне половины амплитуды основной частоты, ω₀ - значение основной частоты.