Устройство для обработки кардиосигналов
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик (") 5986С)5
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22!Заявлено 01.08.75 (21) 2165514/13 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано25,08,78, Бюллетень ¹11 (45) Дата опубликования описания 28.02, f8. (51) М. Кл.
А 61 В 5/04//
//6 06 Р 15/42
Государственный комитет
Совета Министров СССР по делам изаоретений и открытий (53) УДК 615,471 (088.8) (72) Автор изобретения
М. В. Склема (71) Заявитель
Минский ордена Трудового Красного Знамени государственный медицинский институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ КАРДИОСИГНАЛОВ
Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для предварительной обработки кардиосигналов.
Известно устройство для обработки кардиосигналов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, буферное запоминаюгцее устройство, блок вычисления интервалов, регистры, распределитель, два блока сравнения, два блока осреднения, схему «И» и блок управления.
Однако известное устройство не обеспечивает необходимой точности обработки кардиосигналов.
Цель изобретения — повышение точности обработки путем исключения искаженных кардиои мпульсов.
Для этого в устройство введены узел выделения экстремумов, блок вычисления площадей, дискретный фильтр нижних частот, делитель частоты, схема «ИЛИ» и блок задержки, «ыход которого соединен с управляющими входами блока вычисления интервалов, блока вы«Icлснпя площадей и распределителя, а вхол совместно со вхолоч распределителя подключен к выходу схемы «ИЛИ». Один ее вход соединен с шиной синхронизации, а другой — с выходом узла вылеления экстремумов, подключенного через дискретный фильтр нижних час- ?5 тей к выходу аналого-цифрового преобразователя, который через блок вычисления площадей соединен со входами перв< го регистра.
Тактовая шина через делитель частоты соединена с управляющим вхолоч узла выделения экстремумов.
Узел выделения экстремумов имеет схему сравнения, два последовательно соелиненных регистра, триггер, по две схемы «11» и «ИЛИ» и лва элемента задержки, причем входы схемы сравнения через соответствующие лва регистра соединены с управляющим входом узла выделения экстремумов и одним пз входов схем
«И», чьи вторые входы соединены соответственно с выходами схемы сравнения, и третьи — с соответствующими нулевым и единичным выходами триггера. Выходы схем «И» совместно через первую схему «ИЛИ» связаны с выходом узла выделения экстремумов. Выхол первой схемы «И» через элемент задержки и вторую схему «ИЛИ» через второй элемент задержки подключен к нулевому входу этого жс триггера, второй вход второй схечы «1!ЛИ» соединен с синхроннзирующим входом узла выделения экстремумов, а вход первого pt.ãèñòpa — с сигнальным входом узла выделения экстремумов.
598605
На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — олок-схема узла выделения экстремумов.
Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1 (АЦП), буферное запоминающее устройство 2 (БЗУ), дискретный фильтр 3 нижних частот (ДФНЧ), узел 4 выделения экстремумов (УВЭ), блок 5 вычисления интервалов, блок 6 вычисления площадеи, делитель 7 частоты, распределитель 8, регистры 9 и 10, блоки 11 и 12 осреднения, блоки 13 и 14 сравнения, блок 15 управления, олок 16 задержки, схема 17 «ИЛИ», схема 18 «И», тактовую шину 19, шину 20 синхронизации.
При этом сигнальный вход устройства подключен к АЦП, выход которого связан с БЗУ, блоком 6 и через ДФНЧ вЂ” с УВЭ. Выход последнего связан с одним входом схемы 17
«ИЛИ», другой вход которой соединен с шиной
20 синхронизации, а выход схемы 17 «ИЛИ» связан со входом распределителя 8 и через блок
16 задержки — с установочными входами блоков 5, 6 и распределителя 8. Его выходы связаны с управляющими входами регистров 9 и 10, сигнальные входы которых соединены с выходами блоков 5 и 6 соответственно. Выходы регистров 9 и 10 связаны через соответствующие блоки 11 и 12 осреднения с одними входами соответствующих блоков 13 и 14 сравнения, другие входы которых соединены с выходами соответствующих регистров 9 и 10.
Выходы блоков 13 и 14 объединены схемой 18
«И», выход которой подключен к одному входу блока 15 управления, другой вход которого связан с шиной 20 синхронизации, подключенной также к установочному входу УВЭ. Тактовая шина !9 связана с управляющим входом АЦП, со входом блока 5 вычисления интервалов и через делитель 7 частоты — с управляющими входами ДФНЧ и УВЭ. Выход 21 блока 15 управления подключен к шинам сброса БЗУ и регистров 9 и 10, а выход 22 — к шинам перезаписи БЗУ и блоков 11 и 12 осреднения.
В узел 4 выделения экстремумов входят регистры 23 и 24, схема сравнения 25, триггер 26, схемы 27 и 28 «И», схемы 29 и 30
«ИЛИ», элементы 31 и 32 задержки. При этом сигнальный вход УВЭ связан с последовательно включенными регистрами 23 и 24, выходы которых соединены со входами схемы 25. Один вход схемы «И» 27 связан с единичным выходом триггера 26, а другой вход — с выходом 33 схемы 25.
Один вход схемы 28 «И» связан с нулевым выходом триггера 26, а другой вход — с выходом 34 схемы 25. Третьи входы обеих схем 27 и 28 «И» связаны с управляющим входом УВЭ и с управляющими входами регистров 23 и 24.
Выходы схем «И» 27 в 28 связаны через схему. 29 «ИЛИ» с выходом УВЭ. Кроме того, выход схемы 27 «И» связан через элемент 31 задержки с нулевым входом триггера 26, а выход схемы 28 «И» — через элемент 32 задержки с одним входом схемы 30 «ИЛИ», другой вход которой соединен с установочным входом УВЭ, а выход схемы 30 «ИЛИ» — с единичным входом триггера 26, БЗУ имеет объем памяти для запоминания ординатодного кардиоимпульса. Дискретный
ФНЧ представляет собой сумматор, осуществляющий накопление суммы определенного числа ординат кардиоимпульса с последующим усреднением суммы. Распределитель 8 выполнен в виде счетчика и дешифратора. Блок 5 выполнен в виде счетчика, а блок 6 — в виде накапливающего сумматора.
Работа устройства основана на анализе в каждом кардиоимпульсе отдельных участков, разделяющихся по знаку первой производной.
В каждом кардиоимпульсе определяются экстремумы, по которым кардиоимпульс разбивается на п участков. Предварительно путем фильтрации осуществляется исключение ложных экстремумов, не характерных данному кардиоимпульсу, а вызванных, например, высокочастотными помехами. При этом постоянная времени фильтра выбирается, исходя из вида кардиосигнала, т.е. такой, чтобы в от20 фильтрованном кардиоим пульсе сохранились только характерные экстремумы (максимумы и минимумы). Затем вычисляются площади $, полученных участков и их протяженности Т>
М! !
25 т -N> --K„ где U — 1-ая ордината последующего кардиои мпульса;
i -==- 1, 2, 3..., К,, М..., N — номер ординаты;
К„ и М вЂ” границы анализируемого участка;
j = 1, 2,..., п — номер анализируемого участка, причем Ki = 1; Ni = K ; М = K»,..., U) = К, Мп -- N.
Полученные величины сравниваются с соответствующими осредненными величинами Я и Т1, вычисленными из определенного количества предшествующих неискаженных кардиоимпульсов:
Ь Я
1=1
4о где = 1, 2,..., L.
Сравнение осуществляется с определенным допуском, учитывающим нестабильность кардиоимпульсов по амплитуде и длительности.
Число L выбирается, исходя из динамики изменения кардиоимпульсов. Например, при съеме кардиосигналов во время проведения нагрузочных проб динамика изменения кардиоимпульсов по амплитуде и длительности значительнее, чем в условиях покоя обследуемого, в соответствии с чем и выбирается число 1. кардиоциклов, подвергающихся осреднению.
Кардиоимпульсы, совпавшие по всем соответствующим признакам с осредненными неискаженными предшествующими кардиоимпульсами, считаются неискаженными и поступают на дальнейшую обработку и осреднение. B противном случае они считаются искаженными и исключаются из обработки.
Устройство работает следующим образом.
Анализируемые кардиоимпульсы поступают на вход АЦП 1, который преобразует аналоговый сигнал в дискретный с частотой дискретизации, задаваемой частотой следования так598605 товых импульсов по шине 19 тактирования.
Образуемые на входе АЦП коды ординат кардиоимпульса заносятся в БЗУ, где хранятся в течение одного кардиоцикла.
Синхронизация работы устройства осуществляется по каждому кардиоциклу импульсами, сформированными из P-зубца электрокардиограммы и поступающими в шину 20 синхронизации. При этом в начале каждого кардиоцикла под действием синхроимпульсов, поступающих через блок 16 задержки, блоки 5 и 6 и распределитель 8 устанавливаются в состояние «О».
Коды ординат кардиоимпульса с выхода
ALII I поступают в ДФНЧ, на выходе которого образуется дискретный сигнал, отфильтрованный от высокочастотных составляющих. Постоянная времени ДФНЧ определяется коэффициентом деления делителя 7 частоты, на вход которого поступают тактовые импульсы по тактовой шине 19. С выхода ДФНЧ коды ординат отфильтрованного кардиоимпульса поступают в УВЭ, на выходе которого образуется единичный импульс в момент выделения экстремального значения кардиоимпульса (максимума или минимума).
Параллельно блок 5 подсчитывает тактовые импульсы, поступающие на его вход по шине 19, количество которых определяет протяженность соответствующего участка между экс тремумами, а блок 6 осуществляет суммирование ординат кардиоимпульса на данном участке. Полученные величины Т„и S. заносятся в соответствуюшие регистры 9 и 10 с помощью распределителя 8, на вход которого поступают единичные импульсы с выхода УВЭ.
Занесение признаков последнего участка кардиоимпульса (между последним экстремумом и началом следуюшего кардиосигнала) осуществляется под действием синхроимпульса, поступающего на вход распределителя 8 с шины 20 через схему 17 «ИЛИ».
Коды признаков Т„: и S; поступают с выходов регистров 9 и 10 на соответствующие входы блоков 13 и 14, на другие входы которых поступают коды осредненных величин Т; и S„c выходов блоков 11 и 12.
Если кардиоимпульсы не искажены, то они по всем анализируемым признакам совпадут с определенным допуском с осредненными кардиоимпульсами, тогда на выходах всех бло-. ков 13 и 14 образуются единичные потенциалы. Вследствие этого на выходе схемы 18 «И» образуется единичный потенциал, который поступит в блок 15 управления. На выходе 22 последнего образуется управляющий импульс, под действием которого информация с БЗУ поступит на выход устройства, например, в
ЭВМ для дальнейшей обработки, а величины
Т) и S, перепишутся с регистров 9 и 10 в соответствующие блоки 11 и 12 осреднения, где образуются новые величины Т; и S> Этот процесс будет повторяться, если последующие кардиоимпу,il с»1 по анализируемым признакам будут совпадать с соответствх кнцими осредненными величинами.
Если в каком-то кардиоцикле появится искаженный кардиоимпульс, то на определенных
55 выходах блок и< !3 и 14 <<у,. — нулевые потенциалы. Тогда на выхо 1< схемы 18 «И» будет нулевой потенциал<.:I,в м<.мент поступления синхроимпульса из шины 20 в блок 15 управления на его выходе 21 «>разуется управляющий импульс, который поступит в шины сброса ВЗУ и регистров 9 и 10. При этом узлы устанавлива1отся в состоянии «О», т.е. информация об искаженном кардиоимпульсе исключится из обработки.
Время задержки блока 16 выбирается с учетом быстродействия операции перезаписи кодов из блоков 5 и 6 в соответствующие регистры 9 и 10.
УВЭ работает следующим образом .(см. фиг. 2) . В начале каж,1ого кардиоцикла под действием синхроимп lbcoH. пост па1о»цих по установочному входу УВЭ через схему 30
«ИЛИ» на единичный вход триггера 26, последний устанавлиI3ается в состояние «1», при котором на его единичном выходе образуется единичный потенциал. УВЭ оказывается подготовленным для выделения максимума кардиоимпульса, так как учтен тот факт, что первым экстремумом каждого кардиоимпульса является максимх м
Коды двух соседних ординат отфильтрованного кардиоимпульса буд I последовательно поступать в регистры 23 и 24. Занесение кодов в эти регистры тактнруется импул»сами, поступающими на их управляктшие входы с выхода делителя 7 частоты. Параллельно коды с выходов регистров 23 и 24 поступают на входы схемы 25. Так как в начале кардиоцикла первый участок кардиоимпульса является возрастаю1цим, то каждая последующая ордината будет больше предыдущей. Тогда на выходе 34 схемы 25 сравнения будут образовываться единичные потенциалы. В момент выделения максимума, когда последующая ордината кардиоимпульса станет меньше предыдхчц<е! ., единич ный потенциал образуется на выходе 33 схе -.. мы 25 сравнения. Под действием тактового импульса, поступающего по управляющему входу УВЭ на схемы 27 и 28 «И». на выхо.1е схемы 27 «И» образуется единичный импульс, который поступит через схему 29 «И,1Й>- на выход УВЭ. Этот же импульс поступит. через; элемент 31 задержки на нулевой вход триг.гера 26, последний перебросится в состояние
«О», на его нулевом выходе образуется единичный потенциал, и УВЭ окажется подготовлен ным к выделению минимума кардиоимпульса
Так как на втором участке кардиоимпул»са каждая последуюшая ордината будет меньше предыдущей, то едини«1ный потенциал будет образовываться на выходе 33 схемы 25. В момент выделения минимума, когда последующ lÿ ордината кардиоимпульса станет больше предыдущей, единичный потенциал образуется на выходе 34 схемы 25. Аналогичным образом единичный импульс. образуется на выходе схемы 28 «И» и поступает на выход УВЭ. Также единичным импульсом через элемент 32 задержки триггер 26 перебросится в состояние
«1» и УВЭ окажется подготовленным к выделению максимума кардиоимпульса и т.д. При этом в кардиоимпульсах, где экстремумы рас598605 пс>лож«ны Hki плоских участках, к точке экстремума будет относиться последняя ордината плоского участка.
Время задержки элементов 31 и 32 выбирается больше длительности тактовых импуль— сов, поступающих по управляющему входу УБЭ ч«м обеспечивается последовательная работа отдельных звеньев УВЭ, исключая ложные срабатывания.
Первоначальный ввод анализируемых признаков в блоки 11 и 12 осреднения осуществляется оператором путем соответствующей ко)имутации блока 15 управления (на чертеже не показано) и параллельным визуальным просмотром снимаемых кардиосигналов с помощью осцилоскопа.
Таки«1 образом, в результате введения в устройство узла выделения экстремумов, с помощью которого предварительно отфильтрованный кардиоимпульс разбивается на участки, блока вычисления площадей, осуществляющего вычисление площадей соответствукнцих участков, дискретного фильтра нижних частот,,7«.IIfT«ля частоты, схемы «ИЛИ» и блока за;IepH.Äки повышается точность обработки.
Изобретение может найти применение в системах для предварительной обработки карлиологической информации, работающих в реальном масштабе времени.
Форлула изобретения
Заказ 1463/4 Тираж 703 Г!одиисноо
<Пи. и! а 1 | П :П I ! < f! ". . Х !« ii! < > и у/ f );ооо: < ..i!!!. !
9«г. (1. Устройство для обработки кардиосигналов, содержащее аналого-цифровой преобразовател ь, буферное запоминающее устройство, олок вычисления интервалов, регистры, распределитель, два блока сравнения, два блока осреднения, схему <<,И» и блок управления, отличающсеся тем, что, с целью повышения точно«ти обработки путем исклк>чения искаженных кардиоимпульсов, в него введены узел выделения экстремумов, блок вычисления площадей, дискретный фильтр нижних частот, делитель частоты, схем» «ИЛИ» и блок задержки, выход которого соединен с управлию1цими входами блока вычисления интервалов, блока вычисления площадей и распределителя, а вход совместно со входом распределителя подключен к выходу схемы «ИЛИ», один вход которой соединен с шиной синхронизации, а другой — с выходом узла выделения экстремумов, подключенного через дискретный фильтр нижних частот к выходу аналого-цифрового пр«образователя, который через блок вычисления площадей соединен со входами первого регистра, при этом тактовая шина через делитель частоты соединена с управляющим вхо дом узла выделения экстремумов.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел выделения экстремумов имеет схему
15 сравнения, два последовательно соедин«нных регистра, триггер, по две схемы «И» и «ИЛИ» и два элемента задержки, причем входы схемы сравнения через соответствующие два регистра соединены с управляющим входом узла выдел е и и я экстре ы ъ м о В и од н и х! и 3 входов «õ « . if << И», чьи вторые входы соединены соответственно с выходами схемы сравнения, а третьи — — также с соответствующими нулевым и единичным выходами триггера, а выходы схем «И» совместно через первую схему «ИЛИ» связаны с выходом узла выделения экстремумов, кроме того, выход первой схемы «И» через элемент задержки и вторую схему «И, 1И» подключен к единичному входу триггера, а выход второй схе: Ibl «И» через второй элемент задержки — к пулевому входу этого жс триг30 гера, второй вхо1. второй схемы «ИЛИ» сое;и— пен с синхронпзируюп. f M входом узл,-: ны .—
;Icния экстремумов, а вх.:,.-первого регистры с сигнальным входом узлы пыд«пения эк«11им умов.
Источники информации, принятые во Iiffffмание при экспертизе:
1. Касерфес L1. и др. «Вычислительные сцсTCi»lb! H BBTOfI3TH