Устройство для построения ритмограммы сердца

Устройство для построения ритмограммы сердца

Реферат

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к конструкции приборов, в которых электрокардиосигнал преобразуется в удобную для регистрации, наблюдения и анализа форму. Изобретение может быть использовано в практической медицине и медико-биологических физиологических исследованиях для наблюдения за характером регуляции ритма сердечной деятельности у здоровых и больных людей, в спортивной и космической медицине, у лиц, работающих в особых условиях и др. Цель изобретения состоит в расширении функциональных возможностей, а именно в обеспечении одновременного, синхронного снятия электрокардиограммы и РКГ, сохранения ЭКГ кардиокомплекса для анализа электрокардиограммы и сопоставления ее с РКГ, в повышении точности построения ритмограммы сердца до 0,001 с за счет исключения потерь измерения и повышения точности сигнала, а также в повышении удобства пользования и безопасности. Устройство содержит электроды, последовательно соединенные основной усилитель, блок фильтров, аналого-цифровой преобразователь, устройство связи и блок анализа сигналов, а также источник питания. Устройство снабжено также входным усилителем, устройством устранения дрейфа изолинии, компенсатором синфазного сигнала. Один выход входного усилителя соединен с одним из управляющих входов устройства устранения дрейфа изолинии и входом основного усилителя, выход устройства устранения дрейфа соединен с одним из входов входного усилителя, два других входа которого соединены с электродами, располагаемыми на поверхности тела пациента, другой выход входного усилителя соединен с входом компенсатора синфазного сигнала, выход которого соединен с электродом, располагаемым на правой ноге пациента. В качестве источника питания в устройстве использованы блоки аккумуляторных батарей, снабженных преобразователями питания. Один из выходов блока анализа сигнала через устройство связи соединен с другим управляющим входом устройства устранения дрейфа изолинии. К блокам аккумуляторных батарей присоединены устройства звуковой и световой сигнализации разряда батарей. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к конструкции приборов, в которых электрокардиосигнал преобразуется в удобную для регистрации, наблюдения и анализа форму. Изобретение может быть использовано в практической медицине и медико-биологических физиологических исследованиях для наблюдения за характером регуляции ритма сердечной деятельности у больных и здоровых людей, в спортивной и космической медицине, у лиц, работающих в особых условиях и др.

Известен ритмокардиоскоп РКС-01, предназначенный для последовательного парного анализа интервалов RR кардиосигнала путем их измерения и представления на самописце в виде последовательного ряда отрезков прямой линии с началом каждого из них на оси абсцисс [1]. Устройство содержит последовательно соединенные усилитель, блок активных фильтров, регулятор уровня и формирователь импульсов, а также регистратор. Однако устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет зарегистрировать синхронно и электрокардиограмму, и ритмокардиограмму, и недостаточно точно регистрирует электрокардиосигнал (ЭКС).

Наиболее близким по технической сущности является устройство для построения ритмограммы сердца, которое содержит последовательно соединенные усилитель, блок активных фильтров, регулятор уровня, формирователь импульсов. В устройство введены также переключатель режима работы, микропроцессор, делитель, формирователь сигнала звуковой частоты и звуковой индикатор пульса. К выходам делителя подключены цифроаналоговый преобразователь, таймер и соединенные между собой формирователь сигнала индикации и индикатор. Кроме того, в устройство введены соединенные с магистральными шинами микропроцессора постоянные и оперативные запоминающие устройства, порты ввода-вывода [2].

С помощью такого прибора создается возможность для применения методов визуального или компьютерного анализа волновой структуры сердечного ритма по характеристике RR-интервалограммы или ритмограммы (РГ) в приоритетных исследованиях. Прибор обеспечивает оценку состояния вегетативной регуляции синусового ритма сердца, довольно точное построение ритмограммы сердца, а также возможность автоматизированной регистрации информации об интервалах в ритме работы сердца. В конечном итоге в устройство для анализа (ЭВМ) поступают временные паузы между ЭКС, измеренные с помощью микропроцессора. Сам ЭКС, то есть известные зубцы Р, Q, R, S, Т кардиокомплекса, на ЭКГ не поступает. Это является недостатком прототипа, так как теряется возможность сопоставления РКГ и ЭКГ данных, необходимых для точного диагноза.

Недостатком известного устройства является потеря некоторых значений измерений ЭКС (вследствие, в том числе, дрейфа изолинии сигнала ЭКС частоты около 1 Гц) при изменении режимов записи, например при разных тестах, а также неудовлетворительная точность съема сигнала.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в расширении функциональных возможностей, а именно в обеспечении одновременного, синхронного снятия электрокардиограммы и РКГ, сохранения ЭКГ кардиокомплекса для анализа электрокардиограммы и сопоставления ее с РКГ, в повышении точности построения ритмограммы сердца до 0,001 с за счет исключения потерь измерения и повышения точности сигнала, а также в повышении удобства пользования и безопасности.

Указанная задача решается тем, что устройство для построения ритмограммы сердца, содержащее последовательно соединенные усилитель, блок фильтров, регулятор уровня, формирователь сигнала звуковой и световой частоты, аналого-цифровой преобразователь, блок анализа сигналов, включающий узел связи с ним, а также источник питания, согласно изобретению снабжено входным усилителем, устройством устранения дрейфа изолинии, компенсатором синфазного сигнала, при этом выход входного усилителя соединен с одним из управляющих входов устройства устранения дрейфа изолинии и входом вышеупомянутого усилителя, выход устройства устранения дрейфа соединен с одним из входов входного усилителя, два других входа которого соединены с электродами от пациента, вход компенсатора синфазного сигнала соединен с другим выходом входного усилителя, а выход - с соответствующим электродом пациента, кроме того, в качестве источника питания в устройство введены блоки аккумуляторных батарей, снабженных преобразователями питания.

Отличием является также то, что другой управляющий вход устройства устранения дрейфа изолинии соединен с одним из выходов узла связи блока анализа сигнала.

Кроме того, блоки аккумуляторных батарей снабжены устройством звуковой и световой сигнализации разряда батарей.

Введение в устройство для ритмограммы сердца дополнительно входного усилителя (ВУ) и устройства для устранения дрейфа изолинии (УДИ), выполняющим функцию компенсации влияния перегрузок, вызванных электростатическими и электромагнитными наводками, обеспечивает при одновременном снятии показаний при разных тестах точность съема электрокардиосигнала (ЭКС) и исключает потери измерения. Включение в устройство компенсатора синфазного сигнала устраняет внешние помехи, что также повышает точность съема сигнала. Введение блока питания в виде аккумуляторных батарей повышает удобство пользования, автономность устройства и его электробезопасность для пациента, так как нет высокого напряжения и, кроме того, отсутствуют сетевые помехи. Особенность устройства состоит также в том, что соединение блока анализа сигналов с управляющим входом устройства устранения дрейфа изолинии изменяет функциональное состояние последнего до оптимального режима, то есть изменяет нижнюю полосу пропускания при насыщении сигнала ЭКС.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг.2 - диаграммы преобразования ЭКС в блоках устройства для построения ритмограммы сердца.

Устройство для построения ритмограммы сердца содержит входной усилитель (ВУ) 1, устройство устранения дрейфа изолинии (УДИ) 2, управляющим входом "А" подсоединенное к одному из выходов ВУ и выходом соединенное с одним из входов ВУ. Блок 2, осуществляющий стабилизацию изолинии ЭКС и их корректировку, может быть выполнен в виде управляемого логического переключающего устройства. К указанному выходу ВУ последовательно подсоединены основной усилитель (ОУ) 3, фильтр низких частот (ФНЧ) 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5 и устройство связи 6 с блоком анализа сигналов 7. Один из выходов устройства связи 6 соединено с дополнительным управляющим входом "В" устройства УДИ 2. Устройство связи 6 через преобразователь питания 8 соединено с одним из блоков аккумуляторных батарей 9 и с узлом звуковой и световой сигнализации 10 разряда батарей. Другой преобразователь питания 11 от блока анализа сигнала 7 соединен с другим блоком аккумуляторных батарей 12. Каждый из блоков 9 и 12 имеет схему контроля разряда батарей. ВУ 1 имеет цепь выделения синфазного сигнала, который поступает в компенсатор 13 синфазного сигнала (КСС), который может быть выполнен в виде операционного усилителя.

Устройство работает следующим образом.

Электрокардиосигнал (ЭКС), являющийся частью ЭДС сердца, при помощи электродов L и R, расположенных определенным образом на поверхности тела пациента, через соединительный шнур поступает на входной усилитель (ВУ) 1, затем на управляющий вход "А" устройства устранения дрейфа изолинии 2, где происходит стабилизация изолинии. Откорректированный сигнал вновь поступает на ВУ 1 и далее усиленный основным усилителем 3 через фильтр низких частот 4, АЦП 5 - на устройство связи 6 и в блок анализа сигнала 7. УДИ 2 исключает уход изолинии вследствие изменения сопротивлений переходов "кожа-электрод", компенсирует напряжения поляризации, создающие на входных контактах ВУ напряжения смещения, компенсирует медленный дрейф напряжения поляризации. При насыщении ВУ и смещении изолинии за пределы линейного участка диапазона в блоке 7, вследствие резкого изменения напряжения поляризации при смещениях электродов из-за движения пациента с блока 7 через узел 6 на дополнительный управляющий вход "В" УДИ 2 поступает сигнал, который изменяет нижнюю полосу пропускания входного усилителя с Fн= 0,5 Гц до Fн=5 Гц, что приводит к быстрому (в течение 0,5 с) восстановлению изолинии. Это необходимо для точного расчета ритма сердечных сокращений при физических тестах испытуемых, например приседаниях, на велоэргометре и т.д. Особенно эти тесты вызывают смещение изолинии, соизмеримые с зубцами ЭКГ (Р, Т, а иногда и R, что в ряде случаев может приводить к некорректности расчета ритма, особенно при патологиях). Применение УДИ исключает эти нежелательные явления и позволяет шире применять тесты для повышения эффективности метода РКГ.

Входной усилитель имеет коэффициент усиления ~ 13, при этом усилении ВУ обеспечивает подавление синфазного сигнала не менее 95 ДБ. Дополнительное подавление происходит благодаря отрицательной обратной связи по синфазному сигналу КСС 13 на электрод правой ноги N.

Усиление сигнала до значения 1000 обеспечивает основной усилитель 3, в состав которого входят частотно-зависимые элементы, обеспечивающие основному усилителю характеристики фильтра нижних частот (ФНЧ) первого порядка с частотой среза по уровню 0,7 Fcp=50 Гц. ФНЧ 4 обеспечивает дополнительное снижение помех и наводок с частотой 50 Гц.

Управляющий вход АЦП 5 соединен с выходами блока 7, что позволяет формировать программным способом алгоритмы передачи данных сигнала ЭКС с высокой частотой, с тактом меньше 1 мс 0,5% и разрядностью 12 Бит. Блок анализа сигналов может быть выполнен на ЭВМ.

Такие точности регистрации передачи сигнала ЭКГ по времени и амплитуде обеспечивают возможности эффективной работы компьютерных программ: - вывод ЭКГ на экран в реальном времени; - запоминание ЭКГ в архиве ЭВМ; - расчеты сердечного ритма сложных ЭКГ (при патологиях, в которых требуется сложная фильтрация сигнала для корректного определения ритма и его вариабельности).

Преобразователи питания 8, 11 - это стандартные микросхемы, которые преобразуют напряжение аккумуляторных батарей, напряжение уровня, необходимого для работы устройства. Это могут быть стабилизаторы напряжения.

Устройство связи 6 с блоком анализа 7 осуществляет необходимое согласование по току и напряжению сигналов.

Для обеспечения защиты пациента от возможности поражения электрическим током узел связи 6 имеет схему гальванической развязки, выполненную с использованием оптоэлектронных приборов.

Питание устройства осуществляется от 4 аккумуляторных батарей 9, 12, причем две батареи используются для питания гальванически развязанной части, а две - для питания устройства связи с блоком анализа 7. Поскольку питание устройства осуществляется от 4 аккумуляторных батарей 9, 12, то 9 - связь с узлом световой и звуковой сигнализации 10, которая может быть включена вручную, а 12 - обеспечение гальванической развязки, которая работает лишь при включенном приборе без дополнительного включения, то есть автоматически.

Для получения необходимых для работы прибора напряжений использованы преобразователи питания. Для контроля блоков аккумуляторных батарей используется схема контроля разряда батарей, которая формирует звуковой и световой сигналы индикации разряда батарей.

Источники информации 1. Патент 2069531. Зарегистрирован в Госреестре 26.11.1996.

2. Патент 2076628. Зарегистрирован в Госреестре 10.04.1997.

Формула изобретения

1. Устройство для построения ритмограммы сердца, содержащее электроды, последовательно соединенные основной усилитель, блок фильтров, аналого-цифровой преобразователь, устройство связи и блок анализа сигналов, а также источник питания, отличающееся тем, что оно снабжено входным усилителем, устройством устранения дрейфа изолинии, компенсатором синфазного сигнала, при этом один выход входного усилителя соединен с одним из управляющих входов устройства устранения дрейфа изолинии и входом основного усилителя, выход устройства устранения дрейфа изолинии соединен с одним из входов входного усилителя, два других входа которого соединены с электродами, располагаемыми на поверхности тела пациента, другой выход входного усилителя соединен с входом компенсатора синфазного сигнала, выход которого соединен с электродом, располагаемым на правой ноге пациента, причем один из выходов блока анализа сигналов через устройство связи соединен с другим управляющим входом устройства устранения дрейфа изолинии, а в качестве источника питания использованы блоки аккумуляторных батарей, один из которых через первый преобразователь питания соединен с устройством связи, а другой через второй преобразователь питания соединен с блоком анализа сигналов и устройством связи.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что к блокам аккумуляторных батарей подсоединены устройства звуковой и световой сигнализации разряда батарей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

PC4A Государственная регистрация договора об отчуждении исключительного права

Дата и номер государственной регистрации договора: 10.06.2011 № РД0082335

Лицо(а), передающее(ие) исключительное право:Миронов Владимир Александрович (RU)

Приобретатель исключительного права: Государственной образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный университет" (RU)

(73) Патентообладатель(и):Государственной образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный университет" (RU)

Адрес для переписки:В.А. Миронову, пл. Революции, 1, кв.58, г.Челябинск, 454091

Дата публикации: 20.07.2011

QB4A Государственная регистрация договора о распоряжении исключительным правом

Дата и номер государственной регистрации договора: 20.03.2012 № РД0096288

Вид договора: лицензионный

Лицо(а), предоставляющее(ие) право использования: Федеральное государственной бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинский государственный университет" (RU)

Лицо, которому предоставлено право использования: Общество с ограниченной ответственностью "Микор-МИП" (RU)

Условия договора: НИЛ, на срок действия патента на территории РФ.

Дата внесения записи в Государственный реестр: 20.03.2012

Дата публикации: 27.04.2012