Устройство многокомпонентной диагностики сердечной деятельности человека по пульсу

Устройство многокомпонентной диагностики сердечной деятельности человека по пульсу

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано главным образом для получения экспресс (срочной) информации о состоянии сердечной деятельности человека.

В ряду инструментальных способов исследования сердечно-сосудистой системы видное место занимает стандартный электрокардиограф (ЭКГ) [1]. Данные, которые выдает ЭКГ, позволяют регистрировать структурные и функциональные изменения в сердце, однако при этом автоматически они не отвечают на многие диагностические вопросы, стоящие перед врачом. Недостаток этого устройства заключен и в особенных возможностях электрокардиографии, при которых врач должен сам представлять и учитывать при анализе (дешифовке) электрокардиограммы, и только по итогам электрокардиографического исследования делается заключение, которое логически вытекает из детального и глубокого анализа всей кривой ЭКГ.

Существует фонокардиографические (ФКГ) устройства исследования сердечно-сосудистой системы, которые представляют графическую регистрацию звуковых колебаний, возникающих при работе сердца [1, 2]. Звуковые колебания при работе сердца регистрируются в ФКГ микрофоном, затем преобразуются в электрические колебания, которые выделяются фильтрами и затем регистрируются. Так как при работе сердца возникают различные звуковые волны (с различной частотой и амплитудой), то в результате их сложения фонокардиограф фиксирует так называемые «шумы сердца», представляющие собой короткие тоны - быстро затухающие хаотические сигналы (шумы). При различном состоянии сердечно-сосудистой системы низкочастотные шумы сердца будут иметь различный характер, но при этом главным образом изменяется характер шума, который визуально анализируется врачом. Фактически же происходит измерение ширины спектра шумового сигнала, записанного в виде ФКГ.

Основным недостатком такого устройства диагностики сердечной деятельности является ограниченный объем сведений для диагностики состояния сердечно-сосудистой системы и, кроме того, применением такого устройства врач должен сам дешифрировать фонокардиограмму, а затем по итогам этого исследования делать заключение, которое логически вытекает из детального и глубокого анализа всей ФКГ.

Известны и другие инструментальные устройства диагностики сердечной деятельности человека [1].

Наиболее близким устройством диагностики сердечной деятельности является устройство измерения артериального давления крови по пульсу, снятому, например, с пальца руки [3]. Такое устройство содержит блок преобразования кровенаполнения, пороговое устройство, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, счетчик, блок синхронизации и управления, оперативное запоминающее устройство, восемь вычислителей, индикатор.

Главным и важным недостатком такого устройства диагностики сердечной деятельности является получение ограниченной информации о состоянии сердечно-сосудистой системы человека, выражающаяся только в оценке артериального давления.

Предлагаемое устройство многокомпонентной диагностики сердечной деятельности человека по пульсу лишено указанного недостатка, т.к. оно позволяет за ограниченное время анализа получить повышенное количество сведений, извлеченных из структуры пульсовой характеристики, чем обеспечивается расширенная диагностика состояния сердечно-сосудистой системы. Другими словами, повышенная информативность предлагаемым устройством достигается анализом тонкой структуры пульса (спектра сигнала) лучевой артерии.

Получение электрического сигнала пульса производится приложением к лучевой артерии блока преобразования кровенаполнения. Пульс, регистрируемый с помощью блока преобразования кровенаполнения (датчика), представляет собой комбинацию изменений артериального, капиллярного и венозного кровотока на данном участке тела. Характер пульсовой кривой зависит от таких факторов, как систолический выброс, интенсивность кровотока, вязкость крови, состояние сосудистой стенки, соотношения прекапиллярного и посткапиллярного давления и др.

Характер медленноволновой ритмики отражает деятельность центральных вазомоторных механизмов. Электрический импульс лучевой артерии представляет собой описание бесконечного множества гармонических составляющих частот, их амплитуд и фазовых соотношений между этими частотами. Картина сумм амплитуд и фазовых сдвигов между отдельными составляющими всего спектра описывают форму анализируемого электрического импульса, и в то же время форма этого электрического импульса однозначно связана с состоянием деятельности сердечно-сосудистой системы [4, 5, 6].

На фиг.1 изображена типичная кривая пульса лучевой артерии здорового человека. Продолжительность систолы Т_S(t₁-а'₂), диастолы T_d(a'₂-t₂), и всего сердечного цикла T_C(t₁-t₂), дает временную характеристику сердечного цикла.

Форма кривой центрального пульса позволяет характеризовать процесс изгнания крови из левого желудочка при патологических условиях.

Точки С, К, М, D являются характерными точками пульсовой кривой.

Как известно [1, 5], в составе пульсовой кривой (фиг.1) выделяют анакроту (АК) и катакроту (KB). Анакрота (восходящая часть кривой) имеет быстрый крутой подъем и соответствует переходу крови из левого желудочка в артериальную систему, что вызывает растяжение ее стенок. Крутизна подъема кривой зависит от эластичности исследуемых сосудов, величины ударного объема крови и скорости ее движения. Следующий период медленного (СК) наполнения определяет форму вершины кривой. Его продолжительность определяется временем прохождения крови через полностью открытый просвет сосуда и соответствует концу фазы изгнания крови. Форма кривой зависит от длительности периода медленного наполнения. При ускоренном кровенаполнении вершина имеет заостренную форму, при медленном наполнении - приобретает форму плато. На нисходящей части пульсовой кривой (KB) определяется инцизура - самая низкая точка (М), которая соответствует моменту полного закрытия клапана аорты. Следующее повышение кривой (МДВ) - дикротическая волна, возникновение которой связано с вторичным кратковременным повышением давления в артериальной системе. Появление и высота дикротической волны отражают состояние артериол, определяющих выраженность периферического сосудистого сопротивления. Повышение тонуса сосудов приводит к значительному уменьшению величины декротического зубца и смещению его к вершине. Снижение сосудистого тонуса сопровождается появлением на пульсовой кривой выраженного смещенного к основанию нисходящей части декротического зубца. Нисходящая (катакротическая) часть возникает в результате оттока крови из сосуда на периферию. На ней в результате обратного толчка крови в момент закрытия аортальных клапанов образуется инцизура и декротический зубец. Таким образом, пульсовая кривая иллюстрирует характер притока крови в артериальную систему, который зависит, в свою очередь, от сократительной способности миокарда и функции клапанного аппарата сердца.

В общем форма пульсовой волны определяется, главным образом, процессом изгнания крови из желудочков сердца и колебательными явлениями, возникающими как в самом сердце, так и в близлежащих артериальных сосудах, а также демфирирующим влиянием сосудистой стенки и свойствами окружающих ее органов и тканей.

Данная формулировка не дает во всей полноте сложную картину пульсовых колебаний, так же как и существующие обычные методы регистрации пульса дают нам лишь частные компоненты названного процесса. Для примера, на фиг.2 (кривая А) изображена типичная кривая пульса лучевой артерии здорового человека, а на фиг.2 (кривые Б, В, Г, Д, Е, Ж, З) показаны несколько характерных кривых пульсов при отклонении работы сердечно-сосудистой системы от нормы [4]. Так, например, при высоком периферическом сопротивлении и нормальной эластичности аорты (Б) кривая характеризуется крутым начальным подъемом, за которым следует восходящее плато, заканчивающееся инцизурой. При низком сопротивлении в аорте и достаточной величине ударного объема (В) на кривой отмечается ранний пик, обусловленный мгновенным устремлением крови в артериальную систему. Затем следует более низкая систолическая вершина, переходящая в быстрое снижение с глубокой инцизурой на низком диастолическом уровне. При небольшом ударном объеме (Г) кривая пульса характеризуется плавной закругленной вершиной во время систолы и низким уплощенным отрезком во время диастолы. Понижение эластичности аорты (Д) проявляется быстро поднимающейся большой пульсовой волной с высоко расположенной инцизурой и постепенным плавным снижением во время диастолы.

Пороки аортальных клапанов отличаются своими пульсовыми кривыми. При стенозе устья аорты (Е) кривая имеет небольшую амплитуду, имея в начале короткий крутой подъем, за которым следует резкая анакротическая инцизура. Последняя, в свою очередь, переходит в медленно поднимающееся диастолическое плато, на которое накладываются вибрации, обусловленные систолическим шумом. Недостаточность аортальных клапанов (Ж и З) сопровождается пульсовой кривой с высокой амплитудой, поскольку диастолическое давление при этом пороке мало, а пульсовое давление увеличено. Степени недостаточности клапанов, как правило, соответствует характер диастолического снижения кривой; при незначительном пороке снижение кривой во время диастолы происходит постепенно, а при значительном снижение начинается тотчас после инцизуры.

Описанные выше пульсовые кривые отражают лишь форму колебаний давления в какой-либо одной артерии и не дают качественной характеристики патологии.

Известно [13], что любой импульс, в том числе и образованный в результате преобразования пульса лучевой артерии, может быть разложен в спектральный ряд Фурье, представленный в виде множества составляющих синусоид и определенным образом сдвинутых между собой по фазе. Так как форма пульса соответствует состоянию сердечно-сосудистой системы [4, 5, 6], стало быть, этому состоянию можно найти соответствие составляющих спектра этого пульса.

Кроме того, характеристики пульса математически могут быть описаны: амплитудно-временными, амплитудно-частотными и фазочастотными величинами [13], характеристики которых, в свою очередь, однозначно соответствуют состоянию сердечно-сосудистой системы.

Таким образом, предлагаемое устройство многокомпонентной диагностики сердечной деятельности человека по пульсу позволяет получать (кроме величин артериального давления) расширенные сведения о состоянии сердечно-сосудистой системы путем спектрального анализа пульса лучевой артерии.

Техническим результатом реализации предлагаемого устройства многокомпонентной диагностики сердечной деятельности человека по пульсу является:

- повышение информативности за счет анализа тонкой структуры преобразованного пульса путем разложения его на спектральные составляющие (ряды Фурье) и нахождения амплитудно-временных, амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик и их производных, зависящих от состояния сердечно-сосудистой системы;

- упрощение прогресса диагностики с повышением оперативности, обусловленной снятием пульса с пальца руки человека, расшифровкой электрического импульса существующими современными средствами электронной техники и занимающей относительно короткое время;

- возможность постоянного и длительного контроля за состоянием сердечной деятельности;

- возможность диагностики при наличии у исследуемого некоторых патологий (например, паралич и др.);

- возможность производить срочную (экспресс) диагностику состояния сердечной деятельности в экстремальных условиях, например при неотложной медицинской помощи, или при условиях краткого и срочного профессионального медицинского осмотра, например в авиации или на других видах транспорта.

Технический результат устройства достигается тем, что с целью повышения информативности, упрощения процесса диагностики с повышением оперативности диагностики, возможности постоянного и длительного контроля за состоянием сердечной деятельности, возможности диагностики при наличии у исследуемого некоторых патологий, возможности производить срочную (экспресс) диагностику, в устройство диагностики сердечной деятельности человека по пульсу, содержащее блок преобразования кровенаполнения, первое пороговое устройство, аналого-цифровой преобразователь, первый генератор тактовых импульсов, счетчик, блок синхронизации и управления, первое оперативное запоминающее устройство, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой вычислители, индикатор, введены второй генератор тактовых импульсов, второе пороговое устройство, второй аналого-цифровой преобразователь, второй, третий, четвертый счетчики, второе, третье, четвертое, пятое, шестое, седьмое оперативные запоминающие устройства, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый вычислители, первый, второй коммутаторы, шифратор, блок пороговых устройств, фазометр, блок дифференцирования, блок сравнения, анализатор спектра.

Структура электрической схемы предлагаемого устройства многокомпонентной диагностики сердечной деятельности человека по пульсу представлен на фиг.3, на которой изображено:

блок преобразования кровенаполнения 1;

два генератора тактовых импульсов 2, 3;

два пороговых устройств 4, 5;

два аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 6, 7;

четыре счетчика 8, 9, 10, 11;

семь оперативно запоминающих устройств (ОЗУ) 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18;

тринадцать вычислителей 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31;

два коммутатора 32, 33;

шифратор 34;

блок пороговых устройств 35;

фазометр 36;

блок дифференцирования 37;

блок сравнения 38;

индикатор 39;

блок синхронизации и управления (БСУ) 40;

анализатор спектра 41.

Устройство многокомпонентной диагностики сердечной деятельности человека по пульсу содержит: блок преобразования кровенаполнения 1, первый генератор тактовых импульсов 2, второй генератор тактовых импульсов 3; первое пороговое устройство 4, второе пороговое устройство 5; аналого-цифровой преобразователь 6, аналого-цифровой преобразователь 7; первый счетчик 8, второй счетчик 9, третий счетчик 10, четвертый счетчик 11; первое оперативно запоминающее устройство 12, второе оперативно запоминающее устройство 13, третье оперативно запоминающее устройство 14, четвертое оперативно запоминающее устройство 15, пятое оперативно запоминающее устройство 16, шестое оперативно запоминающее устройство 17, седьмое оперативно запоминающее устройство 18; первый вычислитель 19, второй вычислитель 20, третий вычислитель 21, четвертый вычислитель 22, пятый вычислитель 23, шестой вычислитель 24; седьмой вычислитель 25, восьмой вычислитель 26, девятый вычислитель 27, десятый вычислитель 28, одиннадцатый вычислитель 29, двенадцатый вычислитель 30, тринадцатый вычислитель 31; первый коммутатор 32, второй коммутатор 33; шифратор 34; блок пороговых устройств 35; фазометр 36; блок дифференцирования 37; блок сравнения 38; индикатор 39; блок синхронизации и управления (БСУ) 40; анализатор спектра 41, при этом блок преобразования кровенаполнения 1 соединен с входами первого порогового устройства 4, аналого-цифрового преобразователя 6 и анализатора спектра 41, выход первого порогового устройства 4 соединен с входом первого генератора тактовых импульсов 2 и первым входом блока синхронизации и управления 40, выход первого генератора тактовых импульсов 2 соединен с входом второго генератора тактовых импульсов 3, вторым входом аналого-цифрового преобразователя 6 и входом первого счетчика 8, первый выход аналого-цифрового преобразователя 6 соединен со вторым входом блока синхронизации и управления 40, второй выход аналого-цифрового преобразователя 6 соединен с первым входом первого оперативно запоминающего устройства 12, выход второго генератора тактовых импульсов 3 соединен с входом второго счетчика 9, выход которого соединен с первым входом первого коммутатора 32 и тринадцатым входом блока синхронизации и управления 40, а выход первого оперативно запоминающего устройства 12 соединен со вторыми входами третьего вычислителя 21, шестого вычислителя 24, блока дифференцирования 37, первыми входами четвертого вычислителя 22, седьмого вычислителя 25, четвертым входом шестого оперативно запоминающего устройства 17 и седьмым входом индикатора 39, выход первого счетчика 8 соединен с первыми входами первого вычислителя 19 и второго вычислителя 20, а также с третьим входом блока синхронизации и управления 40, пятый выход которого соединен со вторым входом первого вычислителя 19, шестой выход блока синхронизации и управления 40 соединен с третьим входом второго вычислителя 20, седьмой выход блока синхронизации и управления 40 соединен с третьим входом третьего вычислителя 21, восьмой выход блока синхронизации и управления 40 соединен с четвертым входом вычислителя 21, девятый выход блока синхронизации и управления 40 соединен с третьим входом пятого вычислителя 23, десятый выход блока синхронизации и управления 40 соединен с третьим входом шестого вычислителя 24, одиннадцатый выход блока синхронизации и управления 40 соединен с четвертым входом шестого вычислителя 24, двенадцатый выход блока синхронизации и управления 40 соединен с третьим входом восьмого вычислителя 26, двадцать шестой выход блока синхронизации и управления 40 соединен с первым входом блока дифференцирования 37, двадцать седьмой выход блока синхронизации и управления 40 соединен с первым входом пятого оперативно запоминающего устройства 16, двадцать восьмой выход блока синхронизации и управления 40 соединен со вторым входом пятого оперативно запоминающего устройства 16, двадцать девятый выход блока синхронизации и управления 40 соединен с первым входом блока сравнения 38, тридцатый выход блока синхронизации и управления 40 соединен с входом четвертого счетчика 11, выход которого соединен с четвертым входом седьмого оперативного запоминающего устройства 18 и шестым входом индикатора 39, выход седьмого оперативного запоминающего устройства 18 соединен с третьим входом десятого вычислителя 28 и четвертым входом одиннадцатого вычислителя 29, четвертый вход первого оперативно запоминающего устройства 12 соединен с третьим выходом блока синхронизации и управления 40, третий вход первого оперативно запоминающего устройства 12 соединен со вторым выходом блока синхронизации и управления 40, второй вход первого оперативно запоминающего устройства 12 соединен с первым выходом блока синхронизации и управления 40, выход анализатора спектра 41 соединен со вторыми входами первого коммутатора 32, второго коммутатора 33 и входом блока порогового устройства 35, выход которого соединен с входом шифратора 34, выход которого соединен с третьим входом второго оперативно запоминающего устройства 13, первый вход которого соединен с тринадцатым выходом блока синхронизации и управления 40, а второй вход второго оперативно запоминающего устройства 13 соединен с четырнадцатым выходом блока синхронизации и управления 40, выход второго оперативного запоминающего устройства 13 соединен с первым входом второго коммутатора 33, а выход первого-коммутатора 32 соединен с первым входом фазометра 36 и вторым входом второго аналого-цифрового преобразователя 7, двадцатый выход блока синхронизации и управления 40 соединен с первым входом второго аналого-цифрового преобразователя 7, первый выход которого соединен с пятнадцатым входом блока синхронизации и управления 40, а второй выход соединен с четвертым входом четвертого оперативно запоминающего устройства 15, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с двадцать первым, двадцать вторым и двадцать третьим выходами блока синхронизации и управления 40, а выход четвертого оперативно запоминающего устройства 15 соединен с третьим входом двенадцатого вычислителя 30, первый вход которого соединен с двадцать четвертым выходом блока синхронизации и управления 40, а второй вход соединен с двадцать пятым выходом блока синхронизации и управления 40, первый выход двенадцатого вычислителя 30 соединен с шестнадцатым входом блока синхронизации и управления 40, а второй выход двенадцатого вычислителя 30 соединен со вторым входом индикатора 39, первый выход первого вычислителя 19 соединен с четвертым входом блока синхронизации и управления 40, а второй выход первого вычислителя 19 соединен с пятым входом блока синхронизации и управления 40, со вторым входом второго вычислителя 20 и первым входом третьего вычислителя 21, первый выход которого соединен с седьмым входом блока синхронизации и управления 40, второй выход третьего вычислителя 21 соединен с первым входом пятого вычислителя 23, первый выход которого соединен с девятым входом блока синхронизации и управления 40, а второй выход вычислителя 23 соединен с девятым входом индикатора 39, второй и третий входы четвертого вычислителя 22 соединены соответственно с седьмым и восьмым выходами блока синхронизации и управления 40, первый выход второго вычислителя 20 соединен с шестым входом блока синхронизации и управления 40, а второй выход второго вычислителя 20 соединен с первым входом шестого вычислителя 24, первый выход четвертого вычислителя 22 соединен с восьмым входом блока синхронизации и управления 40, а второй выход четвертого вычислителя 22 соединен со вторым входом пятого вычислителя 23, второй и третий входы седьмого вычислителя 25 соединены соответственно с десятым и одиннадцатым выходом блока синхронизации и управления 40, а первый выход шестого вычислителя 24 соединен с десятым входом блока синхронизации и управления 40, а второй выход шестого вычислителя 24 соединен с первым входом восьмого вычислителя 26, второй вход которого соединен со вторым выходом седьмого вычислителя 25, первый выход которого соединен с одиннадцатым входом блока синхронизации и управления 40, первый выход восьмого вычислителя 26 соединен с двенадцатым входом блока синхронизации и управления 40, а второй выход восьмого вычислителя 26 соединен с восьмым входом индикатора 39, первый выход блока дифференцирования 37 соединен с семнадцатым входом блока синхронизации и управления 40, а второй выход блока дифференцирования 37 соединен с третьим входом пятого оперативно запоминающего устройства 16 и с третьим входом блока сравнения 38, второй вход которого соединен с выходом пятого оперативного запоминающего устройства 16, первый и второй выходы блока сравнения 38 соединены соответственно с семнадцатым и восемнадцатым входом блока синхронизации и управления 40, выход второго коммутатора 33 соединен со вторым входом фазометра 36, выход которого соединен с последовательно соединенными вторым пороговым устройством 5 и третьим счетчиком 10, выход которого соединен с четвертым входом третьего оперативного запоминающего устройства 14, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с пятнадцатым, шестнадцатым и семнадцатым выходами блока синхронизации и управления 40, а выход третьего оперативного запоминающего устройства 14 соединен с третьим входом тринадцатого вычислителя 31, первый выход тринадцатого вычислителя 31 соединен с четырнадцатым входом блока синхронизации и управления 40, а второй выход тринадцатого вычислителя 31 соединен с первым входом индикатора 39, первый и второй входы тринадцатого вычислителя 31 соединены соответственно с восемнадцатым и девятнадцатым выходами блока синхронизации и управления 40, первый и второй входы одиннадцатого вычислителя 29 соединены соответственно с тридцать девятым и тридцать восьмым выходами блока синхронизации и управления 40, двадцать первый вход которого соединен с первым выходом одиннадцатого вычислителя 29, третий вход которого соединен с выходом шестого оперативного запоминающего устройства 17 и третьим входом девятого вычислителя 27, первый и второй входы которого соединены соответственно с тридцать четвертым и тридцать пятым выходами блока синхронизации и управления 40, первый выход девятого вычислителя 27 соединен с девятнадцатым входом блока синхронизации и управления 40, а второй выход девятого вычислителя 27 соединен с четвертым входом индикатора 39, тридцать первый, тридцать второй и тридцать третий выходы блока синхронизации и управления 40 соединены с первыми, вторыми и третьими входами соответственно шестого оперативного запоминающего устройства 17 и седьмого оперативного запоминающего устройства 18, тридцать шестой и тридцать седьмой выходы блока синхронизации и управления 40 соединены соответственно с первым и вторым входами десятого вычислителя 28, первый выход которого соединен с двадцатым входом блока синхронизации и управления 40, вторые выходы десятого вычислителя 28 и одиннадцатого вычислителя 29 соединены соответственно с пятым и третьим входами индикатора 39.

Рассмотрим работу устройства многокомпонентной диагностики сердечной деятельности человека по пульсу на нескольких примерах.

А. Работа устройства многокомпонентной диагностики сердечной деятельности человека по пульсу при оценке систолического и диастолического давлений.

Работа предлагаемого устройства многокомпонентной диагностики сердечной деятельности человека по пульсу при оценке систолического и диастолического давлении полностью соответствует описанию оценки этих величин, изложенному в выбранном прототипе [3].

Б. Работа устройства многокомпонентной диагностики сердечной деятельности человека по пульсу при диагностике состояния сердечно-сосудистой системы по фазочастотным, амплитудно-частотным и амплитудно-временным характеристикам пульсовой волны

Б-1. Установление соответствия состояния сердечной деятельности по параметрам фазочастотных характеристик пульса (фиг.6).

Графическое представление разложенного в спектральный ряд Фурье преобразованного пульса лучевой артерии в виде множества составляющих синусоид и определенным образом сдвинутых между собой по фазе показан на фиг.6.

В зависимости от состояния сердечно-сосудистой системы изменяется и форма пульса, что связано с состоянием начальных фаз каждой из составляющих частот спектра данного пульса [13]. В этом случае по значению числа полученного вычислением отношения количества положительных фаз гармонических составляющих (количество фаз гармонических составляющих спектра в пределах от 0 до π рад) к количеству отрицательных фаз гармонических составляющих (количество фаз гармонических составляющих спектра в пределах от величины более π до 2π рад) устанавливается соответствие состояния сердечной деятельности.

Б-2. Установление соответствия состояния сердечной деятельности по результатам вычисления отношений амплитуды первой гармонической составляющей импульса к отдельным амплитудам гармонических составляющих (фиг.4, фиг.5).

Разложенный в спектральный ряд Фурье преобразованный пульс лучевой артерии представлен на фиг.4 в виде множества составляющих синусоид (отдельных гармоник). По результатам вычисления отношений амплитуды первой гармонической составляющей импульса к отдельным амплитудам гармонических составляющих (фиг.5) устанавливается соответствие состояния сердечной деятельности: наивысшее значение этого отношения на определенной гармонике соответствует определенному состоянию сердечно-сосудистой системы (патологии).

Б-3. Установление соответствия состояния сердечно-сосудистой системы по параметрам амплитудно-временных характеристик пульсовой волны (фиг.1).

Амплитудные характеристики пульсовой волны:.

- максимальная амплитуда пульсовой волны H₂, является показателем величины пульсового кровенаполнения исследуемой области и пропорциональна соотношению объемов притока артериальной крови и оттока венозной крови в момент максимального растяжения сосудистого ложа; на величину Н₂ значительно влияют ударный объем крови и тонус сосудистой стенки и слабо - частота сердечных сокращений и артериальное давление;

- отношение амплитуды на уровне инцизура к амплитуде систолической волны - "дикротический индекс"; отражает периферическое сосудистое сопротивление, т.е. степень расширения или сужения мелких сосудов артериол;

- отношение амплитуды на уровне вершины дикротического зубца к амплитуде систолической волны - "диастолическии индекс", отражает состояние тонуса венозных сосудов;

- отношение амплитуд характеризует периферическое сопротивление;

- амплитуда венозной волны H₅ является характеристикой венозного оттока.

Временные характеристики пульсовой волны:

- длительность пульсового колебания А-В, соответствует длительности сердечного цикла T_C=t₂-t₁;

- интервал Z₆=t₁-a₁ отражает период быстрого кровенаполнения и зависит от ударного объема сердца и тонуса сосудов;

- интервал Z₇=a₂-а₁ отражает период медленного кровенаполнения и характеризует особенности микроциркуляции;

- интервал Z₈=a'₂-t₁, соответствующий длительности анакротической фазы, отличается стабильностью и достаточно полно отражает степень растяжения сосудистых стенок;

- интервал Z₉=t₂-a'₂, соответствующий длительности катакротической фазы, характеризует сократительную способность сосудов и их эластичность;

- интервал от вершины пульсовой кривой до вершины дикротического зубца Z₁₀=a₄-a₂ характеризует упругость стенок сосудов и условий венозного оттока.

Амплитудно-временные характеристики пульсовой волны.

- максимальная скорость быстрого кровенаполнения , характеризует скорость кровенаполнения крупных артерий;

- скорость медленного кровенаполнения ;

- артериальный приток Z₁₃=Н₂·(t₂-t₁);

- индекс периферического сопротивления ;

- скорость оттока ,

где С - частота сердечных сокращений; показатель кровенаполнения, позволяющий косвенно и относительно оценить величину объемной скорости кровотока [4]. Вычисляется по формуле (1):

Г-

где - площадь ограниченная пульсовой кривой;

- вычисление соотношения площадей пульсовой кривой в переделах времени от а₄ до t₂ и от t₁ до а₃, соотношение площадей отдельных фаз, характеризующее гидравлическое сопротивление потоку крови .

Работа устройства многокомпонентной диагностики сердечной деятельности человека по пульсу при анализе амплитудно-временных, амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик пульсовой волны заключается в следующем.

Сигнал с блока преобразования кровенаполнения 1 поступает на вход анализатора спектра 41, с выхода которого сигнал поступает на входы первого коммутатора 32, второго коммутатора 33 и блока пороговых устройств 35. Импульс на выходе первого генератора тактовых импульсов ГТИ 2 разрешает работу второму генератору тактовых импульсов ГТИ 3, частота которого в 17 раз выше частоты первого генератора ГТИ 2 (по выбранному числу гармоник, достаточному для полного использования пульсовых характеристик [5, 13], в частности выбрано 16 гармоник плюс 1 такт на вычисление отношения фаз).

Таким образом, в ответ на 1 импульс на выходе первого генератора тактовых импульсов ГТИ 2 второй генератор тактовых импульсов ГТИ 3 формирует 16 импульсов, которые попадают на счетный вход второго счетчика 9, считающий число гармоник. На выходе счетчика 9 (счетчика гармоник) формируется код в двоичной системе счисления, который подается на адресный вход первого коммутатора 32 и на тринадцатый вход БСУ 40. Если значение на тринадцатом входе равно 0, то это означает, что осуществляется обработка первой гармоники, БСУ 40 на тринадцатом выходе формирует сигнал «Запись», поступающий на первый вход второго ОЗУ 13. В этом случае значение, находящееся на выходе шифратора и представляющее собой число в двоичной системе счисления, обозначающее адрес канала, в котором раньше остальных появился сигнал с анализатора, записывается во второе ОЗУ 13. Если значение на тринадцатом входе не равно 0, БСУ 40 на четырнадцатом выходе формирует сигнал «Чтение», поступающим на второй вход сигнала чтения второго ОЗУ 13. В этом случае значение, находящееся в ОЗУ 13 и представляющее собой число в двоичной системе счисления, обозначающее адрес первого канала, в котором появился сигнал с анализатора, поступает на первый вход адреса второго коммутатора 33. Сигналы с выходов первого коммутатора 32 и второго коммутатора 33 поступают соответственно на первый и второй входы фазометра 36, на выходе которого появляется напряжение, соответствующее сдвигу фаз между гармониками на его входах. Сигнал с выхода фазометра 36 подается на вход второго порогового устройства 5. Если уровень сигнала на его входе больше заданного порога (что соответствует разности фаз >π, т.е. больше 180°), тогда на выходе формируется прямоугольный сигнал, который поступает на счетный вход третьего счетчика. БСУ 40 формирует на пятнадцатом выходе нарастающий адрес, начинающийся с АДР=1 и заканчивающийся адресом АДР=16·N_c, который поступает на первый адресный вход третьего ОЗУ 14. При этом каждый адрес сопровождается сигналом «Запись», поступающим с шестнадцатого выхода БСУ 40 на второй вход сигнала записи третьего ОЗУ 14. Цифровой код с выхода третьего счетчика 10 подается на четвертый вход третьего ОЗУ 14. Таким образом, цифровые коды на входе третьего ОЗУ 14 последовательно записываются в это третье ОЗУ 14. Задний фронт импульса на первом входе БСУ 40 служит сигналом к началу вычисления отношения фаз. БСУ 40 формирует на пятнадцатом выходе нарастающий адрес, начинающийся с АДР=1 и заканчивающийся адресом АДР=16·N_с. При этом каждый адрес сопровождается сигналом «Чтение», поступающим с семнадцатого выхода БСУ 40 на третий вход сигнала чтения третьего ОЗУ 14. Одновременно с подачей сигнала «Чтение» БСУ 40 формирует на восемнадцатом выходе сигнал «Прием», который поступает на первый вход вычислителя 31, вычисляя среднее значение отношения фаз. По каждому сигналу «Прием» вычислитель 31 принимает цифровые коды с выхода третьего ОЗУ 14, которые поступают на третий вход вычислителя 31 и размещает их в своей внутренней памяти. После подачи 16·N_c команд «Прием» БСУ 40 на его девятнадцатом выходе формирует сигнал запуска, который поступает на второй вход вычислителя 31. Вычислитель выполняет вычисление Z] соответствия состояния сердечной деятельности по параметрам фазочастотной характеристики по формуле (2):

где ϕ₊ - число положительных фаз,

- общее число гармоник,

N_c - число подсчитанных счетчиком 8 импульсов генератора 2 тактовых импульсов;

По окончании вычислений на первом выходе вычислителя 31 формируется сигнал «Конец преобразований», поступающий на четырнадцатый вход БСУ 6, а на втором выходе - цифровой код, поступающий на первый вход индикатора.

БСУ 40 на двадцатом выходе формирует сигнал «Запуск», поступающий на первый вход второго АЦП 7. На второй вход второго АЦП 7 поступает через коммутатор 32 сигнал с выхода анализатора спектра 41. По окончании каждого преобразования на первом выходе второго АЦП 7 формируется сигнал «Конец преобразования», который поступает на пятнадцатый вход БСУ 40. При появлении на пятнадцатом входе БСУ 40 сигнала «Конец преобразования» и изменения значения на тринадцатом входе БСУ 40 на двадцать первом выходе БСУ 40 формируется очередной нарастающий адрес из последовательности адресов, которая начинается с АДР=1 и заканчивается адресом АДР=16·N_c. При этом каждый адрес сопровождается сигналом «Запись», поступающим с два