Имитатор пульсового сигнала

Имитатор пульсового сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Устройство содержит последовательно соединенные интегратор 2 и блок 3 управления . С целью повышения точности моделирования сигнала при нарушениях кровообращения , а также расщирение де.монстрационных возможностей за счет раздельного формирования артериальной и венозной компонент пульсовой волны в него введены последовательно соединенные, синхронизатор 4 и коммутатор 1, последовательно соединенные коммутатор 5, интегратор 6 и блок 7 управления, последовательно соединенные коммутатор -8, интегратор 9 и блок 10 управления, последовательно соединенные су.мматор 11, сумматор 12 и регистратор 13, последовательно соедиг-енные функциональный преобразователь 14 и сумматор 15, и функциональный преобразователь 16. 7 ил. (Л со G5 О Oi со ifue..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 А 61 В 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4086463/28-14 (22) 02.07.86 (46) 23.12.87. Бюл. ¹ 47 (71) Минский государственный медицинский институт (72) А. С. Наумович, P. Х. Садыхов, A. В. Шаренков, С. А. Золотой, О. А. Крымский и И. А. Карпович (53) 615.47 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 635968, кл. А 61 В 5/02, 10.05.77.

Виноградов А. 10., Ивкин Е. В. Генератор линейно изменяюшегося напряжения несимметричной формы. Приборы и техника эксперимента, 1985, N 6, с. 104.

„„SU„„1360697 А 1 (54) ИМИТАТОР ПУЛЪСОВОГО СИГНАЛА (57) Устройство содержит последовательно соединенные интегратор 2 и блок 3 управления. С целью повышения точности моделирования сигнала при нарушениях кровообрагцения, а также расширение демонстрационных возможностей за счет раздельного формирования артериальной и венозной компонент пульсовой волны в него введены последовательно соединенные синхронизатор 4 и коммутатор 1, последовательно соединенные коммутатор 5, интегратор 6 и блок 7 управления, последовательно соединенные коммутатор 8, интегратор 9 и блок

10 управления, последовательно соединенные сумматор 11, сумматор 12 и регистра- д тор 13, последовательно соединенные функ- Я циональный преобразователь 14 и сумматор

l5, и фуннзнпионалнный ° ðåoáðàçoâàòåët l6.

7 ил.

С:

1 360697

45 его интегратора 9, пятый вход — с первым входом третьего сумматора 15, а шестой.50

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для моделирования биомедицинских сигналов.

Целью изобретения является повышение точности моделирования сигнала при нарушениях кровообращения, а также расширение демонстрационных возможностей за счет раздельного формирования артериальной и венозной компонент пульсовой волны.

На фиг. 1 прйведена структурная электрическая схема имитатора пульсового сигнала; на фиг. 2 — структурная электрическая схема синхронизатора; на фиг. 3 — принципиальная электрическая схема интегратора; на фиг. 4 — принципиальная электрическая схема блока управления; на фиг. 5 — принципиальная электрическая схема функционального преобразователя; на фиг. 6 — временные диаграммы работы синхронизатора; на фиг. 7 — эпюры выходных сигналов основных блоков имитатора пульсового сигнала.

Имитатор пульсового сигнала содержит (фиг. 1) последовательно соединенные первый коммутатор 1, первый интегратор 2 и первый блок 3 управления, синхронизатор 4, первый выход которого подключен к первому входу первого коммутатора 1, второй вход которого соединен с выходом первого блока 3 управления, последовательно соединенные второй коммутатор 5, первый вход которого подключен к второму выходу синхронизатора 4, второй интегратор 6 и второй блок 7 управления, выход которого подключен к второму входу второго коммутатора

5, последовательно соединенные третий коммутатор 8, первый вход которого подключен к третьему выходу синхронизатора 4, третий интегратор 9 и третий блок 10 управления, выход которого подключен к второму входу третьего коммутатора 8, последовательно соединенные первый сумматор

11, которой сумматор 12 и регистратор

13, последовательно соединенные первый функциональный преобразователь 14, и третий сумматор 15 и второй функциональный преобразователь 16, вход которого подключен к выходу, третьего интегратора 9 и к второму входу второго сумматора 12, а выход — к второым входам третьего сумматора 15 и регистратора 13, третий вход которого соединен с выходом третьего сумматора 15, четвертый вход — с выходом третьвход — с входом первого функционального преобразователя 14 и с выходом первого сумматора 11, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого интегратора 2 и второго интегратора 6. При этом первый коммутатор 1, первый интегратор 2 и первый блок 3 управления, второй коммутатор 5, второй интегратор 6 и второй блок 7 управления, 5

1О

40 третий коммутатор 8, третий интегратор 9 и третий блок 10 управления образуют соответственно первый, второй и третий управляемые генераторы 17, 18 и 19 линейно изменяющегося напряжения несимметричной формы.

В предпочтительном варианте выполнения имитатора пульсового сигнала синхронизатор 4 содержит (фиг. 2) генератор 20 прямоугольных импульсов, выход которого является первым выходом синхронизатора 4, одновибратор 21 с запуском по заднему фронту входного импульса, выход которого является вторым выходом синхронизатора

4, одновибратор 22 с запуском по переднему фронту входного импульса и инверсным выходом, логический элемент ИЛИ 23 и логический элемент И 24, выход которого является третьим выходом синхронизатора 4.

Каждый из интеграторов 2, 6 и 9 содержит (фиг. 3) операционный усилитель 25, сдвоенный тумблер 26, конденсатор 27 и пять резисторов 28 — 32.

Каждый из блоков 3, 7 и 10 управления содержит (фиг. 4) первый компаратор 33, второй компаратор 34, инвертор 35, триггер 36, транзистор 37, три диода 38, 39 и 40, реле 41, сдвоенный переключатель

42, восемь потенциометров 43 — 50 и одиннадцать резисторов 51 — 61. Первый 1, второй

5 и третий 8 коммутаторы могут быть выполнены на полевых транзисторах.

Каждый из функциональных преобразователей 14 и 16 содержит (фиг. 5) операционный усилитель 62, два транзистора

63 и 64, восемь диодов 65 — 72, два потенциометра 73 и 74, и семнадцать резисторов 75 — 91. Сумматоры 11, 12 и 15 могут быть выполнены, например, в виде суммирующих операционных усилителей. В качестве регистратора 13 может быть использован многоканальный самописец или многолучевой осциллограф.

Принцип моделирования пульсового сиг-, нала основан на том, что артериальная пульсация представляет собой бегущую волну и формируется из двух полуволн положительной и отрицательной (относительно изолинии) . Венозная пульсация состоит из одной положительной полуволны, начало которой запаздывает относительно начала артериальной пульсации на время порядка 100 мс. Сигнал пульсового кровенакопления является суммой двух компонент — артериальной и венозной пульсации.

Имитатор пульсового сигнала работает следующим образом.

Под управлением импульсов, поступающих с первого выхода синхронизатора 4 (фиг. 6, 1) на первый (управляющий) вход первого коммутатора 1, с второго выхода синхронизатора 4 (фиг. 6, II) на первый (управляющий) вход второго коммутатора 5 и с третьего выхода синхронизатора 4 (фиг. 6, III), на первый (управляющий) вход треть1360697 его коммутатора 8, формируются треугольные несимметричные импульсы заданной полярности на выходах соответственно первого управляемого генератора 17 первого интегратора 2 (фиг. 7a), второго управля- 5 емого генератора 18 второго интегратора 6 (фиг. 7b) и третьего управляемого генератора 19 третьего интегратора 9 (фиг.d). ,управляющие импульсы на выходах синхронизатора 4 для имитации одного кардиоцикла представлены на фиг. 7 (графики 1 — 111).

Функционирование управляемых генераторов 17 — 19 можно рассмотреть на примере первого управляемого генератора 17.

После включения питания отрицательное стабилизированное напряжение с движка одного из потенциометров 43 — 45 первого блока 3 управления через переключатель

42, нормально замкнутые контакты реле 41 и первый коммутатор 1 поступает на вход первого интегратора 2 (фиг. 3). На выходе первого интегратора 2 появляется линейно нарастающее напряжение, скорость нарастания которого определяется постоянной времени цепи, образуемой резистором 29 и конденсатором 27, и амплитудой задающего напряжения. Далее выходное напряжение первого интегратора 2 поступает на входы компараторов 33 и 34 первого блока

3 управления (фиг. 4). При достижении напряжения порога срабатывания, установленного потенциометром 49, на выходе первого компаратора 33 появляется сигнал логиче- gp ской единицы, который, инвертируясь инвертором 35, устанавливает триггер 36 по первому его входу в единичное состояние. В результате этого открывается транзистор 37 и срабатывает реле 41. Теперь к входу первого интегратора 2 подключено З положительное напряжение, и на его выходе появляется линейно падающее напряжение, скорость спа 1а которого определяется также постоянной времени цепи, образуемой резистором 29 и конденсатором

27, и амплитудой задающего напряжения, 4О снимаемого с движка одного из потенциометров 46 — 48. При этом на первый вход триггера 36 поступает сигнал логической единицы. При достижении изменяющимся напряжением величины порога срабатывания 4 установленного потенциометром 50, на выходе второго компаратора,>-! появляется сигнал логического нуля, который устанавливает триггер 36 в нулевое состояние. При этом транзистор 37 закрывается, реле 41 снова переходит в нормально замкнутое состояние и на вход первого интегратора 2 опять подается отрицательное напряжение. На этом формирование одного кардиоцикла пульсового сигнала заканчивается, и начинается новый цикл.

Тумблер 26 служит для коррекции нуля 55 операционного усилителя 25 резистором 30.

На фиг. 3 он показан в положении «Работа». Посредством сдвоенного переключателя 42 (фиг. 4) производится выбор одной из трех фиксированных форм линейно изменяющегося напряжения. Положение движков потенциометров 43 — 45 определяет скорость нарастания, а потенциометров 46—

48 — скорость спада напряжения. Параметры схемы позволяют регулировать эти скорости в пределах от 1 В/с до !О мВ/с. Амплитуда положительного импульса устанавливается потенциометром 49, а амплитуда отрицательного импульса — потснцнометром 50.

Первый функциональный преобразователь !4 и второй функциональный преобразователь 16 формируют из поступающих на их входы кусочно-линейных сигналов (фиг. 7с, d) соответствующие им параболические аппроксимации (фиг. 71, g) следующим образом. Делитель на резисторах

77 — 80 в эмиттсрной цепи транзистора 63 и делитель на резисторах 84---87 в эмиттерной цепи транзистора 64 создают опорные напряжения, определяющие напряжения открывания соответственно диодов 65- — 68 и диодов 69 — 72 (фиг. 5). В зависимости от амплитуды входного напряжения треугольной формы открывается соответствующий диод 65 — 72, и вследствие этого изменяется коэффициент передачи делителя, образованного резистором 75 и нелинейным преобразователем на диодах 65 — 72 и резисторах 77 — 87. Поскольку открывание диодов 65 — 72 происходит плавно, то плавно изменяется н коэффициент передачи этого делителя, и на неинвертирующий вход операционного усилителя 62 поступает напряжение, близкое по форме к синусоиде.

Диоды 65 — 68 формируют отрицательную полуволну, а диоды 69 — 72 положительную полуволну. Степень симметричности фор мируемого сигнала устанавливается потенцномеграми 73 и 74.

Синхронизатор 4 формирует такую последовательность управляющих импульсов (фиг. 6), которая, открывая в соответствуюLLlèå Mоменты времени коммутаторы 1, 5 и

8, обеспечивает вырабатывание управляемыми генераторами 7- — 19 сигналов требуемой формы (фиг. 7). В первом 3 н третьем

10 блоках управления порог срабатывания первых компараторов 33 отрицательного напряжения устанавливается равным нулю, и поэтому первый 17 и третий 19 управляемые генераторы формируют треугольные импульсы только положительной полярности (фиг. 7a, d). Во втором блоке 7 управления порог срабатывания второго компаратора 34 положительного напряжения устанавливается также нулевым, и поэтому второй управляемый генератор 18 формирует треугольные импульсы только отрицательной полярности (фпг 76)

Выходные сигналы первого 2 и второго 6 интеграторов подаются на входы первого сумматора 11, на выходе которого форми1360697

Фиг5 руется кусочно-линейная аппроксимация артериальной составляющей сигнала периферического пульса (фиг. 7с), венозная составляющая которого (фиг. 7 d) формируется на выходе третьего интегратора 9 с задержкой, задаваемой управляющим импульсом

«а третьем выходе синхронизатора 4 (фиг. 7, III) . На выходе второго сумматора 12 формируется сигнал, являющийся кусочно-линейной аппроксимацией пульсового сигнала (фиг. 7е), à IIH выходе третьего сумматора 15 и выходах первого

14 и второго 16 функциональных преобразователей формируются сигналы, являющиеся параболической аппроксимацией пульсового сигнала и его артериальной и веноз- 15 пой составляющих (фиг. 7 h, t, g). Полученный сигнал пульсового кровенаполнения близок по форме к реальному сигналу пульса н имеет все его характерные точки: А начало пульсовой волны, С вЂ” вершина пульсовой волны, 1 — инцизура и D — дикро20 тпческий зубец на нисходящей части пульсовой волны. Выходные сигналы третьего управляемого генератора 19, сумматоров

11, 12 и 15 и функциональных преобразователей 14 и 16 подаются на многоканальный регистратор 13.

Таким образом, имитатор пульсового сигнала позволяет моделировать форму биосигнала пульсового кровенаполнения в целом, l также его артериальную и венозную ком- 30

IioIIeIiIi. и обеспечивает имитацию путем изменения амплитудных и временных параметров, составляющих формируемого curiiaла, различных нарушений системы кровообращения, таких как повьцпение периферического сосудистого сопротивления, сни- 35 жение венозного тонуса и др. Имитатор пульсовогo сигнала может быть использован для калибровки измерительных трактов анализаторов пульса, а также для изучения и демонстрации процесса формирования пульсовой волны.

Формула изобретения

Имитатор пульсового сигнала, содержащий последовательно соединенные первый интегратор и первый блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности моделирования сигнала при нарушениях кровообращения, а также расширения демонстрационных возможностей за счет раздельного формирования артериа Ibной и венозной компонент пульсовой волны, в него введены последовательно соединенные синхронизатор и первый коммутатор, второй вход которого подключен к выходу первого блока управления, а выход-— к входу первого интегратора, последовательно соединенные второй коммутатор, первый вход которого подключен к второму выходу синхронизатора, второй интегратор и второй блок управления, выход которого подключен к второму входу второго коммутатора, последователь Io соединенные третий коммутатор, первый вход которого подключен к третьему выходу синхронизатора, третий интегратор и третий. блок управления, выход которого подключен к второму входу третьего коммутатора, последовательно соединенные nepal,iA сумматор, второй сумматор и регистратор, последовательно соединенные функциональный преобразователь и третий сумматор, и второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего интегратора и к второму входу второго сумматора, а выход — к вторым входам третьего сумматора и регистратора, третий вход которого соединен с выходом третьего сумматора, четвертый вход — с выходом третьего интегратора, пятый вход —— с первым входом третьего сумматора, а шестой вход — с входом первого функционального преобразователя и с выходом первого сумматора, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого интегратора и второго интегратора.

1360697

-Ч

О (Риг. 5!

360697

//

///

Составитель Э. Б><дуев

Р< дактор, 1. Лангазо Гехрсд И. Верес Корректор В. Гирняк

Тираж 595 I1одииснос

Б1!ИИ11И Госуд<>рсгвснного кочитета СССР llo делая изобретений и открытий

1 3()35, Москва. Ж 35, Рa) øñ><àÿ наб., д . 4>5

11роизн<>.«TBpllll<>-подагра<ри <сскос предприятие, г. Ужп>род, уд. 11ð<>åêòíàÿ, 4