Устройство для регистрации биопотенциалов сердца плода

Устройство для регистрации биопотенциалов сердца плода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области медицины, а именно к перинатологии, и может быть использовано для записи биопотенциалов сердца плода.

Известно устройство для регистрации биопотенциалов сердца, включающее электроды, усилитель кардиосигнала и регистратор, однако при использовании для регистрации биопотенциалов сердца плода оно обладает низкой достоверностью выделения биопотенциалов сердца плода из-за сравнимого с сигналом уровня шумов и помех (А.С. СССР №1680068, МПК А 61 В 5/04), обусловленных большим динамическим диапазоном усиливаемых сигналов, снимаемых с электродов абдоминальных отведений, что вызвано значительным превышением биопотенциалами сердца матери биопотенциалов сердца плода.

Присутствие в регистрируемом сигнале больших амплитуд биопотенциалов сердца матери маскирует биопотенциалы сердца плода, что связано, в первую очередь, с нелинейными свойствами усилителя кардиосигнала.

Известно устройство для регистрации биопотенциалов сердца плода, содержащее три электрода, расположенных на линии, проходящей через сердце матери и ее пупок, причем первый электрод располагается в нижней части живота, второй - в верхней части, а третий - на несколько сантиметров выше второго электрода (Чачава К.В. Прямая электрокардиография плода. - Тбилиси: Медицина, 1965). В разности потенциалов, регистрируемой между первым и вторым электродами, присутствует как биопотенциал сердца матери, так и биопотенциал сердца плода, а в разности потенциалов, регистрируемой между вторым и третьим электродами, лишь биопотенциал сердца матери. После вычитания разности потенциалов, регистрируемой между первым и вторым электродами, из разности потенциалов, регистрируемой между вторым и третьим электродами, получается сигнал, в котором присутствует биопотенциал сердца плода и ослабленный биопотенциал сердца матери.

Недостатком известного устройства является неэффективность применения автоматической обработки зарегистрированного сигнала в системе фетального мониторинга, так как различие амплитуды биопотенциалов сердца матери в использованных отведениях приводит к их неполному удалению в выходном сигнале. Поэтому в условиях реальных помех и артефактов известное устройство не позволяет осуществить регистрацию биопотенциалов сердца плода с достаточной точностью.

В основу изобретения поставлена задача увеличения отношения сигнал/помеха с целью повышения вероятности правильного обнаружения R-зубцов плода.

Данная задача решается за счет того, что в устройство для регистрации биопотенциалов сердца плода, содержащее электроды, соединенные через буферные каскады, с первым и вторым дифференциальными усилителями, нейтральный электрод, соединенный с подавителем синфазной помехи, третий дифференциальный усилитель, регистратор, введены временной селектор R-зубца материнской ЭКГ, последовательно соединенный с коммутатором и контроллером, делитель напряжения с регулируемым коэффициентом деления, управляющий вход которого соединен с контроллером, причем вход временного селектора подключен к выходу второго дифференциального усилителя, а сигнальный вход коммутатора соединен с выходом третьего дифференциального усилителя.

Электроды накладывают в абдоминальной области на кардиальную линию, проходящую через точку, расположенную на пересечение 5-го межреберья с левой срединно-ключичной линией, и точку, расположенную по центру верхнего края лобкового симфиза. Первый электрод накладывают на кардиальную линию в точке, равноудаленной от верхнего края лобкового симфиза и от пупка, второй электрод накладывают на кардиальную линию на уровне пупка, а третий электрод накладывают на кардиальную линию выше второго электрода, причем расстояние между вторым и третьим электродами выбирают, равным расстоянию между первым и вторым электродами.

Сущность изобретения заключается в том, что в нем разность потенциалов между третьим и вторым электродами, ослабленная в два раза, и разность потенциалов между вторым и первым электродами содержат биопотенциалы матери, одинаковые по форме и амплитуде, благодаря этому при вычитании первой разности из второй происходит компенсация биопотенциалов сердца матери, кроме того, разность потенциалов между вторым и третьим электродами содержит биопотенциалы сердца плода, ослабленные делителем и большим расстоянием до сердца плода, поэтому при ее вычитании из разности потенциалов между вторым и первым электродами компенсация биопотенциалов сердца плода практически не происходит.

Таким образом, за счет предлагаемого расположения электродов и ослабления разности потенциалов в 2 раза регистрируемые биопотенциалы сердца плода содержат существенно ослабленные R-зубцы матери, что повышает соотношение сигнал/помеха до 10 единиц и увеличивает вероятность правильного обнаружения R-зубца плода до 0.95.

Пример. Роженица З., 35 лет. Диагноз: Вторая беременность, 40 неделя беременности, головное предлежание, I позиция, задний вид. 15.10.2003 записана ЭКГ беременной и плода по предлагаемому способу. Электроды располагались на кардиальной линии, проходящей через точку, расположенную на пересечение 5-го межреберья с левой срединно-ключичной линией, и точку, расположенную по центру верхнего края лобкового симфиза, причем первый электрод располагался на кардиальной линии в точке, равноудаленной от верхнего края лобкового симфиза и от пупка, второй электрод располагался на кардиальной линии на уровне пупка, а третий электрод располагался на кардиальной линии выше второго электрода, причем расстояние между вторым и третьим электродами было равным расстоянию между первым и вторым электродами.

Зарегистрированная ЭКГ представлена на фиг.2 (2,а - разность потенциалов между вторым и первым электродами, 2,б - разность потенциалов между третьим и вторым электродами, 2,в - выходной сигнал, полученный вычитанием сигналов, представленных на фиг.2,а и 2,б, в котором отношение сигнал/помеха больше 10). Приведенные данные иллюстрируют получение свободного от артефактов кардиоритма плода, который может быть подвергнут автоматической обработке.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства.

Устройство для регистрации биопотенциалов сердца плода содержит электроды 1-3, соединенные через буферные каскады 5-7, согласовывающие сопротивление электродов и сопротивление инструментальных усилителей, обеспечивая тем самым линейный режим усиления, с первым и вторым дифференциальными усилителями 8 и 9, нейтральный электрод 4, соединенный с подавителем синфазной помехи 13, третий дифференциальный усилитель 11, регистратор 12, временной селектор R-зубца материнской ЭКГ 15, последовательно соединенный с коммутатором 16 и контроллером 14, делитель напряжения 10 с регулируемым коэффициентом деления, управляющий вход которого соединен с контроллером 14, причем вход временного селектора 15 подключен к выходу второго дифференциального усилителя 9, а сигнальный вход коммутатора 16 соединен с выходом третьего дифференциального усилителя 11.

Устройство работает следующим образом.

Потенциал электрода 1, расположенного на пересечение кардиальной линии и срединой линии живота, через буферный каскад 5 поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 8, потенциал электрода 2, расположенного выше первого в точке, находящейся на кардиальной линии за пределами проекции плода, через буферный каскад 6 поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 8 и на инвертирующий вход дифференциального усилителя 9, а потенциал электрода 3, находящегося на кардиальной линии выше второго электрода на расстоянии, равном расстоянию между первым и вторым электродами, через буферный каскад 7 поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 9. На выходе дифференциальных усилителей 8 и 9 получаются разности потенциалов U₂-U₁ и U₃-U₂ соответственно, которые поступают на инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 11, причем U₃-U₂ ослабляется делителем напряжения 10, разность потенциалов U₃-U₂ поступает на временной селектор 15, который формирует импульсы управления коммутатором 16, сигнал с выхода дифференциального усилителя 11, представляющий разность (U₃-U₂)-(U₂-U₁), поступает на вход регистратора 12 и сигнальный вход коммутатора 16. Кроме того, сигналы с буферных каскадов 5-7 поступают на подавитель синфазной помехи 13, где суммируются и инвертируются, после чего поступают на нейтральный электрод 4, что позволяет получить необходимое подавление синфазной помехи.

Сущность изобретения заключается в том, что временной селектор 15 формирует стробирующие импульсы, соответствующие R-зубцам матери, которые поступают на управляющий вход коммутатора 16. Таким образом, на вход контроллера 14 с выхода коммутатора 16 поступают фрагменты выходного сигнала дифференциального усилителя 11, в которых присутствуют R-зубцы матери. Контроллер 14 выполняет аналого-цифровое преобразование сигнала и формирует код управления делителем 10 по критерию минимизации амплитуды R-зубцов матери в выходном сигнале. Для этого необходимо ослабить сигнал, поступающий с дифференциального усилителя 9, в два раза. Так как благодаря расположению электродов биопотенциалы сердца матери синфазны, то на выходе третьего дифференциального усилителя 11 они компенсируются.

Контроллер 14 работает по следующему алгоритму: если величина R-зубца матери на входе контроллера положительна, тогда контроллер 14 увеличивает коэффициент ослабления делителя 10, что ведет к уменьшению величины R-зубца матери в выходном сигнале; если величина R-зубца матери на входе контроллера отрицательна, тогда контроллер 14 уменьшает коэффициент ослабления делителя 10, что ведет к увеличению величины R-зубца матери в выходном сигнале. Таким образом, достигается полное подавление R-зубца матери в выходном сигнале.

В предлагаемом устройстве, благодаря использованию регулируемого делителя напряжения, происходит выравнивание амплитуды биопотенциалов сердца матери на входах дифференциального усилителя 11. При отклонении равенства расстояний между электродами 1 и 2 и электродами 2 и 3 осуществляется автоматическая подстройка коэффициента ослабления делителя 10.

Использование предлагаемого способа для целей фетального мониторинга обеспечивает высокое соотношение сигнал/помеха и, как следствие, выделение R-зубцов сердца плода, даже в тех случаях, когда они совпадают с R-зубцами сердца матери.

Использование устройства в электрокардиографии плода позволяет получить биопотенциалы сердца плода, свободные от биопотенциалов сердца матери, которые могут быть подвергнуты автоматической обработке.

Устройство для регистрации биопотенциалов сердца плода, содержащее электроды, соединенные через буферные каскады с первым, вторым дифференциальными усилителями, нейтральный электрод, соединенный с подавителем синфазной помехи, третий дифференциальный усилитель и регистратор, отличающееся тем, что в него введены временной селектор R-зубца материнской ЭКГ, соединенный через коммутатор с контроллером, делитель напряжения с регулируемым коэффициентом деления, управляющий вход которого соединен с контроллером, при этом вход временного селектора R-зубца подключен к выходу второго дифференциального усилителя и к входу делителя напряжения с регулируемым коэффициентом деления, выход которого и выход первого дифференциального усилителя подключены к входам третьего дифференциального усилителя, связанного с регистратором, а сигнальный вход коммутатора соединен с выходом третьего дифференциального усилителя.