Вычислительное устройство для предварительной обработки кардиосигналов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рр 590756

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-,ву (22) Заявлено 10.11.75 (21) 2188774/18-24 (51) М. Кл. - G 06F 15/42 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.01.78. Бюллетень № 4 (45) Дата опубликования описания 04.03.78 (53) УДК 681.325(088,8) (72) Автор изобретения и (71) заявитель

М. В. Склема (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ КАРДИОСИ ГНАЛО В

Данное изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для предварительной обработки кардпосигналов, например, сфигмографическнх, баллистокардиографнчсских, реографических и т. и.

Одним пз видов предварительной обработки кардиоснгналов являстся исключение искаженных кардиоимпульсов из регистрируемого кардиосигнала. Причинами возникновения искаженных кардиоимпульсов являются помехи различного характера.

Известно устройство для предварительной обработки кардиосигналов (1J, в котором исключение искаженных кардиоимпульсов основано на корреляционном анализе соседних в последовательности кардиоимпульсов. При этом, если коэффициент корреляции близок к единице, то кардиоимпульсы считаются идентичными. В противном случае последующий кардиопмпульс принимается искаженным и исключается из дальнейшей обработки. Однако это устройство, представляющее собой многоканальный коррелятор, очень громоздко.

Наиболее близким по технической сущности к данному является устройство для предварительной обработки кардиосигпалов (21, содержащее аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого является ннформационным входом устройства, а выход — соединен с первым входом буферного блока памяти, выход которого является выходом устройства, блок вычисления интервалов, первый вход которого через делитель частоты соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и тактирующим входом устройства, выход блока вычисления интервалов соединен со входом первого блока регистров, рас10 пределитель, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ и через элемент задержки со вторыми входами блока вычисления интервалов п распределителя, первый вход элемента ИЛИ соединен со входом син15 хронизации устройства и с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом элемента И, а первый и второй выходы соответственно — с управляющпмн входами первого, второго блоков реги2р стров, буферного блока памяти и с управляющими входами первого и второго блоков осреднения, первый и второй блоки сравнения, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, а пер25 вые и вторые группы входов соответственно — с выходами первого, второго блоков осреднения и выходами первого и второго блоков регистров, причем первая и вторая группы выходов распределителя соединены соотЗр встствепно через первый и второй блоки ре590756

3 низких частот представляет собой сумматор, осуществляющий накопление суммы определенного числа ординат кардиоимпульса с последующим осреднением суммы. Распреде5 литель 8 выполнен в виде счетчика и дешпфратора. Блок 5 вычисления интервалов выполнен в виде счетчика, блок 6 вычисления площадей — в виде накапливающего сумматора.

Блок 4 вычисления экстремумов выполнен в

10 виде элемента сравнения двух соседних в последовательности ординат кардиоимпульса и схемы выработки сигнала в момент появления максимального или минимального значения ординаты кардиосигнала, т. е. в момент выде15 ления экстремума. Блоки 9 — 14 состоят из и ячеек каждый.

Работа устройства основана на анализе в каждом кардиоимпульсе отдельных участков, разделяющихся по знаку первой производной.

20 В каждом кардиоимпульсе определяются экстремумы, по которым кардиопмпульс разбивается на и участков. Предварительно путем фильтрации осуществляется исключение ложных экстремумов, не характерных данному

25 кардиоимпульсу, а вызванных, например, высокочастотными помехами. При этом постоянная времени фильтра выбирается исходя из вида кардиосигнала, т. е. такой, чтобы в отфильтрованном кардиоимпульсе сохранились

30 только характерные экстремумы (максимумы и минимумы) . Затем вычисляются площади S, полученных участков и их протяженности Т,:

Л.

5 = У„.

35 к=к т=М вЂ” К, где У; — t-ная ордината последующего кардиоимпульса;

40 i=1, 2, 3, ..., К, ..., М, ..., N — номер ординаты;

К; М; — границы анализируемого участка;

j = 1, 2,, и — номер анализируемого участка, причем

К,=1; М,=К,; М,=К„....;

Mi = К/,-1, . °, М„= N. — 1

Ь ) — — S

/ — tj к= гпстров со входами первого и второго блоков осредненпя.

Недостатком известного устройства является его сложность.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что опо содержит блок выделения экстремумов, первый вход которого через фильтр низких частот соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй и третий входы — с выходом делителя частоты и входом синхронизации устройства, а выход — со вторым входом элемента ИЛИ, блок вычисления площадей, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом аналого-цифрового преобразователя и входом элемента задержки, а выход — со входом второго блока регистров.

Схема устройства приведена на чертеже.

Она содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, буферный блок 2 памяти, фильтр 3 низких частот, блок 4 выделения экстремумов, блок 5 вычисления интервалов, блок 6 вычисления площадей, делитель 7 частоты, распределитель 8, блоки регистров 9 и 10, блоки 11 и 12 осреднения, блоки 13 и 14 сравнения, блок 15 управления, элемент 16 задержки, элемент ИЛИ 17, элемент И

18. При этом информационный вход устройства подключен к АЦП 1, выход которого связан с блоком 2, блоком 6 вычисления площадей и через фильтр 3 — с блоком 4. Второй вход блока 4 связан со входом блока 5 вычисления интервалов и с выходом делителя 7 частоты, вход которого связан с тактирующим входом 19 устройства и с управляющим входом.АЦП 1. Третий вход блока 4 связан со входом 20 синхронизации устройства, с первым входом блока 15 управления и первым входом элемента ИЛИ 17, второй вход которого связан с выходом блока 4. Выходы блоков 5 и 6 связаны соответственно со входами блоков регистров 9 и 10, управляющие входы которых связаны с выходом 21 блока 15 управления и с управляющим входом блока 2.

Выход элемента ИЛИ 17 связан с первым входом распределителя 8 и через элемент 16 задержки — со вторыми входами распределителя 8, блоков 5 и 6.

Первая и вторая группы выходов распределителя 8 связаны соответственно через блоки регистров 9 и 10 со входами блоков 11 и 12 осреднения. Выходы блока регистров 9 и блока

11 осреднения связаны со входами блока 13 сравнения. Аналогично связаны выходы блока регистров 10 и блока 12 осреднения со входами блока 14 сравнения. Выходы блоков 13 и

14 сравнения связаны через элемент И 18 со вторым входом блока 15 управления, второй выход которого связан с управляющими входами блоков 11 и 12 осредпения.

Блок 2 имеет объем памяти для запомпнания ординат одного кардиоимпульса. Фильтр 6

Полученные величины сравниваются с соответствующими осредненными величинами

SJ и Т;, вычисленными из определенного количества L предшествующих неискаженных кардпоимпульсов где l= 1,2, ...,L.

Сравнение осуществляется с определенным допуском, учитывающим нестабильность кардиоимпульсов по амплитуде и длительности, 590756

Число L выбирается исходя из динамики изменения кардиоимпульсов. Например, при съеме кардиосигналов во время проведения нагрузочных проб динамика изменения кардиоимпульсов по амплитуде и по длительности значительнее, чем в условиях покоя обследуемого, в соответствии с чем и выбирается число L кардиоциклов, подвергающихся осреднению.

Кардиоимпульсы, совпавшие по всем соответствующим признакам с осредненными неиска>кенными предшествующими кардиоимпульсами, считаются иепскажешпями и поступают на дальнейшую обработку и осредиение. Б противном случае оии считаются IIcI<3>I

Работает устройство следуюьцим образом.

Лнализирчемые кардиоимпульсы поступают на вход ЛЦП 1, который преобразует аналоговый сигнал в дискпетный с частотой дискретизации, задаваемой частотой следования тактовых импульсов по тактиплощему входу 19.

Образуемые на выходе ЛИП 1 колы ординат кардиоимпульса заносятся в блок 2, где хранятся в течение одного кардпоцикла.

Синхронизация работы устройства осуществляется по каждому капдиоциклу импульсами, сформированными из R-зубца элсктрокардиограммы, которые поступают иа вход 20 синхронизации. При этом в начале каждого кардиоцикла под действием синх1>оимпульсов, поступающих через эae>IeIIT 16 задержки, блоки 5 и 6 и распределитель 8 устаиав.чиваются

II состояние «О», Кольт ординат капдиоимп лт са с выхода

ЛЦП 1 поступают в фильтр 3, н3 выходе которого образуется дискретный сигнал, отфильтпованный от высокочастотных составляющих.

Постоянная времени ф:Iëüòða 3 оппеделяется коэффициентом деления делителя 7 частоты, на вход которого поступа1от тактовые импульсы по тактирующему вход 19. С выхода фильтра 3 кодbI ординат отфильтрованного карлиоимпульca поступают в олок 4, на выходе Yîòîpîãî образ ется единичный импульс в момент вылелент я экстремального значения карлиоимп льса (максим .ма или минимума).

Папаллельно блок 5 вычисления интервалов подсчитывает тактовые ими льсьт, поступающие на его вход с выхода делителя 7 частоты, количество которых определяет протяженность соответствующего участка между экстрем)мами, а блок 6 вычисления плошадей осуществляет суммирование опдинат кардиоимпульса на данном участке. Полученные величины

Т, и S; заносятся в соответствующие блоки регистров 9 и 10. приче?4 занесение в блоки регистров 9 и 10 осуществляется с помощью распределителя 8, на вход которого поступают единичные импульсы с блока 4. при это;I занесение признаков последнего участка кардиоимпульса (между последним экстремумом и началом следующего кардиоцикла) происходит под действием синхроимпульса, поступа5

6 юшего иа вход распределителя 8 со входа 20 синхронизации через элемент ИЛИ 17.

Коды признаков Т; и S. поступают с выходов блоков регистров 9 и 10 на соответствующие входы блоков 13 и 14 сравнения, на другие входы которых поступают коды осредненных величин Т; и S с выходов блоков 11 и 12 осреднеиия.

Если кардиоимпульсы ие иска?кены, то он по всем анализируемым признакам совпадут с определенным допуском с осредненными кардиоимпульсами, тогда иа выходах всех блоков 13 и 14 сравнения образуются единичиыс потенциалы. Вследствие этого II3 выходе элемента И 18 образуется единичный потенциал, который поступит в блок 15 управления.

На выходе 22 последнего образуется управляюгций импульс, под действием которого величины Т; и S; перепишутся с блоков регистров

9 и 10 в соответствующие блоки 11 и 12 осредпсиия, где образуются новые величины Т," и

S ". Этот процесс будет повторяться, если последующие кардиоимиульсы будут совпадать по анализируемым признакам с соответствующими осредиеинь".ми величинами. При этом неискаженная информация блока 2 будет поступять па выход устройства.

Если в какой-то кардпоцикл появится искаженный кардиоимпульс, то на определенных выходах блоков 13 и !4 сравнения б»дут нулевые потеш,палы. Тогда иа выходе элемента

И 18 будет нулевой потенциал, а в момент поступления спихроимпул1са по входу 20 синхронизации в б.лок 15 управления. иа его вь1ходе 21 образуется импульс, которьш поступит па управляющие входы блока 2 и блоков регистров 9 и 10, при этом дапиь.е блоки ста овятся в состояиис О, т. е. информация об искаженном кар,чиоимпульсс исключится из обработкики.

Время залержкп элемента 16 выбирается исходя из быстродействия операции пег?езаписи кодов из блоков 5 и 6 и в соответствующие блоки регистров 9 и 10.

Первона 13льпый ввод апализипуемых признаков в блоки 11 и 12 осрелиения ос1 шествляется операто ом и тем соответствуюп ей коммутапии блока 15 чправления (на чепте>ке не показано) и пара,члельным визуа.чьным проСМОТРОМ СчИМЗЕМЫХ КаРДИОСИГНаЛОВ С ПОМОшью ос иллоскопа.

Введение в устройство блока выделения экстремумов и блока вычисления плошадей упрощает стройство по объем обо1»"дования в сравнении с известными устройствами. Напримср, иаибоacc близкое устройство сол р?I

= 200 —. 500. В предложенном устройстве содер>кится один блок буферной памяти (N яче590756

7 ек) и 2 регистра, каждый из которых состоит из п ячеек. Число п определяется количеством участков кардиоимпульса, разделенных экстремальными значениями. Обычно n=5 —:10.

Остальные блоки известного и предложенно- 5 го устройства в основном эквивалентны по объему оборудования.

Таким образом, данное устройство имеет почти в 2 раза меньший объем оборудования, чем известное, что и обеспечивает поставлен- 10 ную цель изобретения.

Формула изобретения

Вычислительное устройство для предва- 15 рительной обработки кардиосигналов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого является информационным входом устройства, а выход соединен с первым входом буферного блока памяти, вы- 20 ход которого является выходом устройства, блок вычисления интервалов, первый вход которого через делитель частоты соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и тактирующим входом устрой- 25 ства, выход блока вычисления интервалов соединен с входом первого блока регистров, распределитель, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ и через элемент задержки с вторыми входами блока вычис- 30 ления интервалов и распределителя, первый вход элемента ИЛИ соединен с входом синхронизации устройства и с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом элемента И, а первый и вто- 35 рой выходы соответственно — с управляющими входами первого, второго блоков регистров, буферного блока памяти и с управляющими входами первого и второго блоков осреднения, первый и второй блоки сравнения, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, а первые и вторые группы входов соответственно— с выходами первого, второго блоков осреднения и выходами первого If второго блоков регистров, причем первая и вторая группы выходов распределителя соединены соответственно через первый и второй блоки регистров с входами первого и второго блоков осреднения, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит блок выделения экстремумов, первый вход которого через фильтр низких частот соединен с выхо. дом аналого-цифрового преобразователя, второй и третий входы — с выходом делителя частоты и входом синхронизации устройства, а выход — с вторым входом элемента

ИЛИ, блок вычисления площадей, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом аналого-цифрового преобразователя и входом элемента задержки, а выxoit — с входом второго блока регистров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 339918, кл. G 06F 15/42, 1970.

2. Вычислительные системы и автоматическая диагностика заболеваний сердца. Под ред. Ц. Касереса и Л. Дрейфуса. М., «Мирэ.

1974, с. 401, 402, 590756

Составит<,1i И. Хазова

Редактор Р. Киселева Тсхрсд А. Камышникова Корректоры: Н, Федорова и О. Тюрина

Подписное

Заказ 3252/5 Изд. Kа 174 Тираж 818

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2