Патент ссср 824992

 

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (1824992 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 15.02.79 (21) 2725232/28-13 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл з

А 61 В 5/04

Гееуддрственнмй комитет (53) УДК 615.475 (088.8) Опубликовано 30.04.81. Бюллетень № 16 но делам нзабретений н аткрмтнй

Дата опубликования описания 30.04.81

В. М. Колтун, А. В. Улогов, В. К. Гарипов, Ю.. Трусов и =В:: В. Крюкоф

1 е! московское ордена ленина н ордена трудового Краеносо зкааеенн высшее техническое училище им. Н.;Э. Баумана .

1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СЕЛЕКТОР QRS-КОМПЛЕКСОВ

ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛОВ

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к электрокардиологической технике, и может быть использовано в кардиосинхронизаторах, детекторах аритмий, счетчиках экстрасистол, пульсотахометрах, кардиотелеметрии и т. п.

Известен селектор QRS-комплексов электрокардиосигналов, содержащий входной усилитель, фильтр нижних частот, аналогоцифровой преобразователь, блок памяти, сумматор, блок сравнения с порогом, блок выделения экстремума, счетчик количества импульсов, обнаружитель-детектор и буферный вычислительный блок.

В известном селекторе используется метод распознавания образов, основанный на многократном цифровом дифференцировании.. В качестве основных признаков принимаются крутизна и длительность RSспада электрокардиосигнала. В этом устройстве смесь сигнала с помехой квантуется с постоянным периодом, а разности амплитуд сигнала, соответствующих моментамквантования, прямо пропорциональны величинам, производных во времени. Отрицательная величина производной — это признак возможного налычия QRS-комплекса, но получение только одного результата .еще не дает возможности утверждать наличие Q Й. S-комплекса. Необходимо существование нескольких последовательных результатов отрицательных производных. Установлено, что минимальная длительность

RS-спада приблизительно равна 12 мс. Применяя период квантования Л t = 4 мс, получают наименьшее количество отрицательных производных, необходимых для утверждения наличия QRS-комплекса, равное трем. Рас10 познавание QRS-комплекса ведется в этом селекторе по крутизне и длительности RSспада, которые являются наиболее устойчивыми признаками электрокардиосигнала по сравнению со всеми другими признаками, в наименьшей степени перекрываемые помехами (1).

Однако в известном устройстве за счет наличия помех в электрокардиосигнале-не обеспечивается надежность выделения ком2о плекса QRS на фоне интенсивных помех при повышенной двигательной активности пациента. Кроме того, для осуществления работы селектора необходимо подключение специализированной вычислительной машин

824992

Á5 ны, поэтому он не может быть широко использован в медицинских приборах.

Цель изобретения — повышение точности выделения Щ$-комплекса на фоне интенсивных помех.

Поставленная цель достигается тем, что в селектор Щ$-комплексов электрокардиосигналов, содержащий блок сравнения с порогом, блок выделения экстремума, счетчик количества импульсов и последовательно соединенные входной усилитель, фильтр низких частот, аналого-цифровой преобразователь и блок памяти, введены блок дифференцирования ступенчатого сигнала, ждущий мультивибратор и последовательно соединенные выходной решающий блок, блок вычитания, схема памяти и усилитель цепи автоматической регулировки усиления, выход которого подключен к управляющему входу входного усилителя, при этом второй выход аналого-цифрового преобразователя подключен к дополнительному входу блока памяти, выход которого подключен через блок дифференцирования ступенчатого сигнала к выходам блока сравнения с порогом и блока выделения экстремума, выход которого подключен к первому входу счетчика количества импульсов, ко второму входу которого через ждущий мультивибратор подключен выход блока сравнения с порогом а выход счетчика количества импульсов подключен к первому входу выходного решающего блока и другому входу блока вычитания, другой выход которого подключен ко второму входу выходного решающего блока.

Кроме того, аналого-цифровой преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных генератора импульсов квантования и входного аналогового ключа, выходы которых являются выходами аналогоцифрового преобразователя.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого селектора QRS-комплексов электрокардиосигналов; на фиг. 2 — временные диаграммы работы селектора.

Селектор содержит входной усилитель 1, фильтр 2 нижних частот, аналого-цифровой преобразователь 3, состоящий из аналогового ключа 4 и генератора 5 импульсов квантования, блок 6 памяти, блок 7 дифференцирования входного сигнала, блок 8 сравнения с порогом, блок 9 выделения экстремума, состоящий из усилителя 10 и триггера 11, ждущий мультивибратор 12, счетчик

13 количества импульсов, выходной решающий блок 14, блок 15 вычитания, схему 16 памяти и усилитель 17 цепи автоматической регулировки усиления (АРУ).

Второй выход аналого-цифрового преобразователя 3 подключен к дополнительному входу блока 6 памяти, выход которого подключен через блок 7 дифференцирования

23

45 ступенчатого сигнала ко входам блока 8 сравйения с порогом и блока 9 выделения экстремума. Выход блока 9 подключен к первому входу счетчика 13 количества импульсов, ко второму входу которого через ждущий мультивибратор 12 подключен выход блока 8 сравнения с порогом, а выход счетчика 13 количества импульсов подключен к первому входу выходного решающего блока 14 и другому входу блока 15 вычитания, другой выход которого подключен ко второму входу выходного решающего блока 14.

Устройство работает следующим образом

Усилитель 1 осуществляет нормализацию входной смеси по амплитуде. Фильтр 2 нижних частот уменьшает уровень высокочастотных шумов и помех, параметры фильтра определены экспериментально (частота среза его амплитудно-частотной характеристики

) = 30 Гц, крутизна ската 12 дБ/окт).

Препятствием для измерения выбранных признаков входной реализации является низкочастотное колебание изолинии. От этого явления избавляются, проводя квантование реализаций по времени с периодом 4 мс, используя аналоговый ключ 4 и генератор 5 импульсов квантования. Период квантования выбирается на основании анализа распределения длительностей RS-спадов (12—

30 мс), которое соответствует 3 — 7 тактовым импульсам. С помощью блока 6 памяти сигнал преобразуется в ступенчатое напряжение с длительностью ступенек, равной периоду квантования. Производится измерение крутизны отрицательных спадов, что достигается путем дифференцирования ступенчатого сигнала в блоке 7 и сравнения с порогом в блоке 8. Величина ступенек несет информацию о мгновенной крутизне сигнала и помех как функций времени. Величина порога измерителя крутизны выбирается такой, чтобы первоначально до момента действия автоматической регулировки усиления (АРУ) пропустить зубцы R с минимальной крутизной, соответствующей наименьшей амплитуде 0,5 мВ. Сигнал, прошедший через блок 8 сравнения с порогом измерителя крутизны, поступает в цепь измерения длительности. Ждущий мультивибратор 12 производит нормирование импульсов, а их количество подсчитывается счетчиком 13, который построен по схеме диодноемкостного накопителя, преобразующего количество импульсов в напряжение. Работой счетчика управляет блок 9 выделения экстремумов, который сбрасывает и запирает счетчик в момент окончания отрицательных спадов выбросов и смеси сигнала и помех.

Блок выделения экстремумов содержит усилитель 10 и триггер 11. Напряжение на накопительном счетчике сравнивается с порогом в выходном решающем блоке 14, величина которого устанавливается такой, 824992 что при приходе на счетчик трех импульсов решающее пороговое устройство срабатывает, т. е. выносится решение о наличии комплекса QRS. Пороговые значения по крутизне и длительности выбираются на основании анализа двумерных законов распределения этих параметров для нормализированных сигналов и помех по критерию минимальной полной вероятности ошибки обнаружения.

При действии на входе высокочастотных помех (биотоков мышц) вероятность срабатывания выходного решающего блока мала, так как такие помехи при большой крутизне, имея в среднем меньшую, чем у комплекса QRS длительность, отсеиваются измерителем длительности, низкочастотные помехи задержаны измерителем крутизны. АРУ позволяет нормализовать входные реализации по амплитуде, ориентируясь на крутизне отрицательных спадов выбросов сигналов и помех. В цель АРУ входит блок 15 вычитания, схема 16 памяти и усилнтель 17. Напряжение, формируемое этими схемами, регулирует коэффициент усиления входного каскада. Импульсное напряжение на выходе блока вычитания, равное разности напряжений счетчика и порогового напряжения выходного решающего блока измерителя длительности, преобразуется в постоянное напряжение емкостной схемой памяти, которая имеет малую постоянную времени заряда (мгновенное запоминание) и большую постоянную времени сброса (1,5 с). Регулировкой коэффициента передачи усилителя в цепи АРУ осуществляется изменение коэффициента обратной связи.

Временные диаграммы работы селектора представлены на фиг. 2, где а — смесь входного сигнала с помехами; б — импульсы квантования по времени с периодом 4 мс; в — амплитудно-импульсная модуляция первого рода; г — амплитудно-импульсная модуляция второго рода; д — дифференцирование ступенчатого сигнала и сравнение с порогом по крутизне; е — импульсы, соответствующие времени отрицательных спадов сигналов и помех; ж — нормирование импульсов, превысивших порог по крутизне; з — преобразование количества импульсов в напряжение диодно-емкостным накопителем и сравнение с порогом по длительности; и — работа емкостной схемы памяти АРУ; к — импульсы, свидетельствующие о наличии комплекса.

Предлагаемый селектор QRS-комплексов электрокардиосигналов, работающий по методу распознавания образа без использования специализированной ЭЦВМ, выгодно отличается от известного устройства, обеспечивает высокую точность выделения QRSкомплекса на фоне интенсивных помех, что расширяет область его использования.

Формула изобретения

1. Селектор QRS-комплесов электрокардиосигналов, содержащий блок сравнения с порогом, блок выделения экстремума, счетчик количества импульсов и последовательно соединенные входной усилитель, фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь и блок памяти, отличающийся тем, что, с целью повышения точности выделения

QRS-комплекса на фоне интенсивных помех в него введены блок дифференцирования ступенчатого сигнала, ждущий мультивиб1$ го

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Голзингер В. П., Кемпнер К. М. и

Миллер М. Г. Предварительный преобразователь QRS, основанный на цифровом дифференцировании. «IEEE Transactions, Biological and Medical Engineering», ВМЕ 18, 1971, № 3, р. 123 — 217. ратор, и последовательно соединенные выходной решающий блок, блок вычитания, схема памяти и усилитель цепи автоматической регулировки усиления, выход которого подключен к управляющему входу входного

s усилителя, при этом второй выход аналого- цифрового преобразователя . подключен к дополнительному входу блока памяти, выход которого подключен через блок дифференцирования ступенчатого сигнала к выходам рр блока сравнения с порогом и блока выделения экстремума, выход которого подключен к первому входу счетчика количества импульсов, ко второму входу которого через ждущий мультивибратор подключен выход зр блока сравнения с порогом, а выход счетчика количества импульсов подключен к первому входу выходного решающего блока и другому входу блока вычитания, другой выход которого подключен ко второму входу выходного решающего блока.

4о 2. Селектор по и. 1, отличающийся тем, что аналого-цифровой преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных генератора импульсов квантования и входного аналогового ключа, выходы которых являются выходами аналого-цифрового пре образователя.

824992

38C + стЬи

I l/2. J

Составитель Л. Соловьев

Техред А. Бойкас Корректор Ю. Макаренко

Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская,йаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор К. Лембак

Заказ 2381/36