Кардиоанализатор

КАРДИОАНАЛИЗАТОР
Полезная модель относится к медицинской технике, в частности к медицинским приборам для исследования функционального состояния сердечно-сосудистой системы.
Известно устройство регистрации электрокардиограмм (см. авторское свидетельство СССР N 1155245, М Кл. 4 А61В 5/04, публ. 1985 г, БИ N 18), содержащее пять электродов, десять резисторов и четырехканальный регистратор, которое позволяет повысить информативность электрокардиографических кривых за счет дополнительного отведения, отражающего потенциалы передне-верхушечной области.
Недостаток устройства - отсутствие автоматизации обработки и отсутствие полиграфического съема электрокардиограмм, т.е. одномоментного съема и измерения электрокардиосигнала с каждого отведения.
Известен ритмокардиоанализатор (см. авторское свидетельство СССР N 1047464, М Кл. 3 А61 В 5/02, публ. 1983г, БИ N 38), содержащий последовательно соединенные детектор зубца R, блок измерения интервала R-R, блок анализа временных соотношений, блок анализа аритмий и блок индикации. Этот кардиоанализатор обеспечивает текущий анализ электрокардиосигнала с формированием диагноза по брадикардии, тахикардии, аритмиям и экстрасистолам.
Недостаток - отсутствие возможности полиграфического съема электрокардиограмм.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому кардиоанализатору является 12-ти канальный электрокардиограф тица
BIOSET 8000 фирмы MeBgeratewerk Zwonitr GtabH Германия. Этот комM Кл. 5 A 61 В 5/02
пьютеризированный кардиоанализатор обладает широкими функциональными возможностями и содержит последовательно соединенные блок электродов, двенадцатиканальный предварительный усилитель, программируемый коммутатор отведений, трехканальный оконечный усилитель, аналогоцифровой преобразователь, интерфейс, электронновычислительную машину с дисплеем и термографическим печатающим устройством. Электрокардиограф BIOSET 8000 имеет недостаточную точность для съема полиграфических электрокардиограмм.
Цель создания заявленной полезной модели - повышение точности съема полиграфических электрокардиограмм.
Указанная цель достигается тем, что в кардиоанализаторе, содержащем многоканальный предварительный усилитель, выходы которого соединены с первой группой входов многоканального аналогового коммутатора, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, интерфейс и электронно-вычислительную машину с дисплеем и блоком регистрации, между выходом многоканального аналогового коммутатора и входом аналого-цифрового преобразователя включен усилитель с управляемыми коэффициентом усиления и напряжением смещения, а к выходам многоканального предварительного усилителя дополнительно подключены входы многоканального селективного усилителя, каждый канал которого включает усилитель с управляемой полосой пропускания и устройство выборки и хранения, и выходы которого подключены к дополнительным входам многоканального аналогового коммутатора, при этом, входы управления полосой пропускания многоканального селективного усилителя, входы управления переключением каналов многоканального аналогового коммутатора, входы управления усилителя с управляемыми коэффициентом усиления и напряжением смещения подключены к дополнительным выходам интерфейса. Интерфейс содержит микропроцессор, связанный через блок обмена информацией с электронно-вычислительной машиной и через блок сопряжения с входами управления полосой пропускания селективного усилителя, переключением каналов многоканального аналогового коммутатора, выходом аналого-цифрового преобразователя и входом управления усилителя с управляемыми коэффициентом усиления и напряжением смещения. Блок сопряжения содержит дешифратор сигналов записи, цифровые входы которого соединены с шиной адреса микропроцессора, а вход разрешения с цепью сигнала записи шины управления, дешифратор сигналов
WX/W
с/
- - считывания, цифровые входы которого соединены с шиной адреса, а вход разрешения с цепью сигнала считывания шины управления, четыре регистра хранения, цифровые входы которых соединены с шиной данных микропроцессора, а входы записи с выходами дешифратора сигналов записи, D-триггер, разрядный вход которого соединен с цепью младшего разряда шины данных, а тактовый вход с первым выходом дешифратора сигналов считывания, а выход с входом ПРЕОБРАЗОВАНИЕ аналого-цифрового преобразователя, схему совпадения, первый вход которой соединен со вторым выходом дешифратора сигналов считывания, второй вход с выходом ГОТОВНОСТЬ АЦП аналого-цифрового преобразователя, а выход с входом считывания пятого регистра хранения, цифровые входы которого соединены с кодовым выходом аналогоцифрового преобразователя, а выходы с шиной данных микропроцессора, при этом выходы первого регистра хранения подключены к входам управления полосой пропускания многоканального селективного усилителя, второго к входам управления переключением каналов многоканального аналогового коммутатора, третьего и четвертого с входами управления коэффициентом усиления и напряжением смещения усилителя с управляемыми коэффициентом усиления и напряжением смещения.
Авторам не известны кардиоанализаторы по техническим возможностям и конструктивным признакам совпадающие с заявляемым, поэтому авторы считают, что заявленное техническое решение обладает новизной.
Конструктивное выполнение заявленной полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 приведена структурная схема заявленного кардиоанализатора;
на фиг.2 приведена функциональная схема многоканального предварительного усилителя;
на фиг.З приведена функциональная схема многоканального селективного усилителя;
на фиг.4 показан вариант выполнения усилителя с управляемыми коэффициентом усиления и напряжением смещения;
на фиг.5 показан вариант выполнения устройства выборки и хранения на микросхеме типа МАХ 292;
на фиг.6 приведена структурная схема интерфейса;
Ч-Qb№$4
на фиг.7 приведена структурная схема блока сопряжения.
Заявленный кардиоанализатор (фиг.1) содержит блок электродов 1, многоканальный предварительный усилитель 2, многоканальный селективный усилитель 3, многоканальный аналоговый коммутатор 4, усилитель 5 с управляемыми коэффициентом усиления и напряжением смещения, аналого-цифровой преобразователь 6, интерфейс 7 и электронно-вычислительную машину 8 с дисплеем 9 и блоком регистрации 10. Блок электродов содержит референтный электрод R, контрольные электроды E,N и отводящие электроды L, F, С...С„ для реализации стандартных отведений. Выходы многоканального предварительного усилителя 2 дополнительно соединены с входами многоканального аналогового коммутатора 4, выходы интерфейса 7 соединены с управляющими входами многоканального селективного усилителя 3, многоканального коммутатора 4 и усилителя 5.
Многоканальный предварительный усилитель 2 (фиг.2) содержит в каждом канале дифференциальный усилитель 12 с отрицательной обратной связью, неинвертируемый вход которого подключен к соответствующему отводящему электроду блока 2, а инвертируемый дополнительно к выходу усилителя 11 с отрицательной обратной связью, неинвертируемый вход которого подключен к референтному электроду блока 2. Усилители 11 и 12 могут быть реализованы на микросхемах типа 140УД14. Многоканальный селективный усилитель 3 (фиг.З) содержит в каждом канале усилитель 3 с управляемой полосой пропускания и устройство 14 выборки и хранения. Усилитель 13 содержит аналоговый переключатель УЗ, к выходам которого подключен резистивный делитель R7...R10, ограничитель на диодах Dl, D2 и усилитель У4 с отрицательной обратной связью (резисторы Rll, R12, конденсатор С2). Полоса пропускания усилителя 13 изменяется переключением конденсатора С1 к плечам резистивного делителя R7...R10. Усилитель 5 с управляемыми коэффициентом усиления и напряжением смещения (фиг.4) может быть реализован с использованием двух микросхем 15 и 16 типа К572ПА1 и двух операционных усилителей У5, У6 типа КР574УД1. На цифровые входы микросхемы 15 подается код коэффициента усиления, на цифровые входы микросхемы 16 код напряжения смещения. К выходам 1,2 микросхемы 15 подключены входы операционнонного усилителя У5, выход которого соединен с входом 15 опорного напряжения микросхемы 15. Входной сигнал подается на ввод 16 резистора
обратной связи микросхемы 15. Выход 1 микросхемы 16 соединен с выходом 1 микросхемы 15. Операционной усилитель У6 предназначен для задания начального смещения. Опорное напряжение +Uon подается на контакт 15 микросхемы 16, на контакт 16 подается напряжение -Uon/2 с выхода операционного усилителя У6.
Устройство 14 выборки и хранения (фиг.5) может быть реализовано с использованием фильтра на коммутируемых конденсаторах микросхемы типа МАХ 292. В этом случае контакты 3,4 соединены между собой, на контакт 8 подается сигнал с выхода усилителя 15, на контакт 1 - стробирующий сигнал от таймера микропроцессора 18, выходной сигнал снимается с контакта 5. Интерфейс 7 (фиг.6) содержит микропроцессор 18 соединенный через устройство обмена 17 информацией типа RS 232 с электронно-вычислительной машиной 8 и через блок 19 сопряжения с многоканальным селективным усилителем 3, многоканальным аналоговым коммутатором 4, усилителем 5 и аналого-цифровым преобразователем 6. К микропроцессору 18 может быть подключен дополнительный блок 20 памяти.
Блок 19 сопряжения (фиг.7) содержит дешифратор 21 сигналов записи, дешифратор 22 сигналов считывания, регистры 23...27 хранения, D-триггер 28 и схему совпадения 29. Цифровые входы дешифраторов 21 и 22 соединены с шиной адреса микропроцессора 18, вход разрешения дешифратора 21 соединен с цепью WR шины управления, вход разрешения дешифратора 22 соединен с цепью RD шины управления, цифровые входы регистров 23...26 соединены с шиной данных микропроцессора 18, входы записи этих регистров соединены с выходами WR1...WR4 дешифратора 22, цифровые входы регистра 27 соединены с кодовым выходом аналого-цифрового преобразователя 6, вход D D-триггера соединен с цепью младшего разряда шины данных микропроцессора 18, вход С D-триггера соединен с выходом RD1 дешифратора 22, первый вход схемы совпадения 29 соединен с выходом RD2 дешифратора 22, второй вход с выходом ГОТОВНОСТЬ АЦП аналого-цифрового преобразователя 6, выходы регистра 23 соединены с входами управления усилителя 13, выходы регистра 24 соединены с входами управления блока 4, выходы регистров 25, 26 соединены с входами управления усилителя 5, выход D-триггера 28 подключен к входу ПРЕОБРАЗОВАНИЕ аналого-цифрового преобразователя 6.
Заявленный кардиоанализатор позволяет осуществлять комплекс3 }№iW
-JTный метод исследования сердечно-сосудистой системы. За один сеанс обследования могут быть зарегистрированы и проанализированы электрокардиосигналы при одномоментном съеме с 12-ти стандартных отведений или отведений по Франку, при этом способ отведения, коррекция ошибок измерения, диагностирование производится автоматически в соответствии с заданной программой. Для съема электрокардиосигнала используются электроды, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 26995-85. Электроды закрепляются на теле пациента с помощью специальных приспособлений, входящих в состав блока 1 (манжетов, корсета, присосок). Перед подсоединением электрода для уменьшения сопротивления электрод-кожа, на кожу наносится специальная электропроводящая паста.
После установки электродов включается вся аппаратура, от ЭВМ 8 через устройство обмена 17 в микропроцессор 20 подаются коды операций, какие должен исполнять микропроцессор согласно программе исследований. Микропроцессор 18 обеспечивает выработку управляющих команд для исполнения операций и по шинам данных (ШД), адреса (ША) и управления (ШУ) передает их в блок сопряжения 19, в котором вырабатываются сигналы управления, подаваемые на остальные блоки. Алгоритм работы может быть следующим. После инициализации микропроцессора устанавливается номинальная скорость обмена с ЭВМ 8, опрашивается готовность к работе блока памяти 20, ОЗУ и ПЗУ микропроцессора 18 и в ЭВМ 8 передается сигнал готовности микропроцессора 18 к приему команд. Готовность блока памяти 20 к работе будет подтверждена после выполнения балансировки каналов усиления усилителя 3, которая осуществляется следующим образом. В блок 19 от микропроцессора 18 по шине адреса подается код числа 1, по шине управления сигнал записи WR и по шине данных код нуля, в результате в регистре 23 записывается ноль и в многоканальном селективном усилителе 3 во всех аналоговых ключах УЗ вход X будет подключен к нулевому выходу, т.е. неинвертируемые входы усилителей У4 будут подключены к нулевому потенциалу через делитель R7...R10. Затем от микропроцессора 18 в блок 19 по шине адреса подается код числа 2, по шине управления сигнал записи WR и по шине данных код номера первого канала. В результате, в регистре 24 запишется код номера
первого канала, и в аналоговом коммутаторе 4 к входу усилителя 5 подключается выход первого канала усилителя 3. Дальше от микропроцессора 18 по шине адреса подается код числа 3 и по шине управления сигнал WR, по шине данных код числа 3, в результате в регистр 25 запишется код числа 3 и усиление усилителя 5 установится максимальным. Аналогичным образом в регистр 26 записывается код числа 128 и напряжение смещения устанавливается равным 1/2 Uon. После этого по шине адреса подается код единицы, по шине управления сигнал RD и по шине младшего разряда шины данных Do единица, в результате на аналоге- цифровой преобразователь 6 будет подан сигнал ПРЕОБРАЗОВАНИЕ с выхода D-триггера 28 и аналого-цифровой преобразователь начнет преобразовывать сигнал с выхода усилителя 5 в код. Тем временем на шине адреса код меняется на двойку и сигнал RD2 будет подан на вход схемы совпадения 29, на второй вход которой поступит сигнал ГОТОВНОСТЬ АЦП после завершения преобразования код из аналоге- цифрового преобразователя 6 запишется в регистр 27. Этот код по шине данных передается в микропроцессор 18 и сравнивается с нулем. Если код больше нуля, то код напряжения смещения хранящийся в регистре 26 уменьшается на половину, если меньше нуля, то увеличивается на половину, а если равен нулю, то код из регистра 26 записывается в блок памяти 20 по адресу, соответствующему номеру канала, а в регистр 23 записывается код номера следующего канала. После того как будут определены коды напряжения смещения для всех каналов усилителя 3, для каждого канала устанавливается оптимальное значение коэффициента усиления усилителя 5.
Прежде чем описать эту процедуру, рассмотрим работу отдельных узлов заявленного кардиоанализатора. Многоканальный предварительный усилитель 2 (фиг.2) выполнен по схеме, описанной в книге С.Г.Данько, Ю.Л.Каминского Система технических средств нейрофизиологических исследований человека Л.,Наука, 1982г.стр.46, рис.7. Характерной особенностью такого усилителя является то, что на выходе любого из усилителей 12 напряжение будет пропорционально разности напряжений сигнала на соответствующем отводящем электроде (L, F, C1...C6) и на референтном электроде R, т.е. сигналы будут соответствовать монополярному отведению, а напряжение помехи на выходах усилителей будет отсутствовать при равентсве коэффициентов усиления усилителей 11 и 12, т.е. при равенстве  и .
-//- $#/#(#
- Неинвертируемые входы усилителей 11 и 12 через резисторы R5 и R6 подключены к источнику опорного напряжения Uon. Поэтому при плохом контакте электрода с кожей напряжение на выходе усилителей 12 будет превышать контрольное, что является сигналом для повторного закрепления электродов.
Многоканальный селективный усилитель 3 (фиг.З) состоит из одинаковых усилительных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные усилитель 13 и устройство 14 выборки и хранения. Усилитель 13 содержит фильтр верхних частот (С1, УЗ, делитель R7...R10), двусторонний ограничитель (диоды Д1, Д2) и широкополосный усилитель У 4. Фильтр верхних частот представляет собой аналоговый переключатель УЗ на вход которого подается сигнал через конденсатор С1, на разрядные входы управления код полосы фильтра (постоянной времени RC цепочки), а к выходам подключены к нулевому - нулевая шина источника питания, к первому - неинвертируемый вход широкополосного усилителя У4, к остальным - точки резистивного делителя R7...R10, соединяющего неинвертируемый вход усилителя У4 с нулевой шиной. При изменении кода на входах АО...А2 конденсатор С1 подключается к неинвертируемому входу либо непосредственно, либо через резистор R7...R9, тем самым изменяется постояная RC- цепочки и полоса фильтра верхних частот.
Устройство выборки и хранения выполнено на микросхеме МАХ 292 - фильтре на коммутируемых конденсаторах и дополнительно выполняет функции фильтра нижних частот.
Усилитель 5 (фиг.4) с регулируемыми напряжением смещения и коэффициентом усиления выполнен на двух микросхемах ЦАП 15 и 16 типа К572ПА1 и операционных усилителях У5, У6 типа КР574УД1.
Напряжение на выходе 1 микросхемы 16 равно:
иом - Uon -8Ц - | ,
где NCM - значение кода напряжения,
Uon - опорное напряжение. Напряжение на выходе операционного усилителя У5 равно:
ивых   - Швх + UCM ,
1 « ,./L-I
1+к256
где к - коэффициент усиления операционного усилителя У5, Ny - значение кода коэффициента усиления, UBX - входное напряжение усилителя 5.
При   1 ивых Ц-  UBX +
- J56. г u „ JCM  L fl Ny - UBX + UOTK 128 2 Таким образом, коэффициент усиления усилителя 5 с достаточной точностью приближения равен:
Ку  -гг , где Ny изменяется в пределах от 1 до 256.
Съем электрокардиограмм осуществляется следующим образом. В регистр 23 записывается код полосы пропускания, в регистр 24 код номера 1-го канала. Из блока памяти 20 выбираются код коэффициента усиления усилителя 5 Ny и код напряжения смещения NCM. Эти коды записываются в регистры 25 и 26. Затем в аналого-цифровой преобразователь 6 подается сигнал ПРЕОБРАЗОВАНИЕ, а после готовности его к считыванию, код уровня сигнала в первом канале считывается в регистр 27, выходы которого подключены к шине данных. Дальше из блока памяти 20 извлекается код ошибки для 1-го канала и производится коррекция отсчета, т.е. из кода записанного в регистр 27 вычитается код 128 и прбавляется код ошибки, результат проверяется на минимум и максимум (если результат меньше нуля, то фиксируется ноль, если результат больше 255, то фиксируется 255). После коррекции в ЭВМ 8 передается код уровня сигнала и код коэффициента усиления усилителя 5. В ЭВМ 8 в память записываются код номера канала, коэффициент усиления усилителя 5, уровень сигнала и время съема. Далее аналогичным образом считываются данные с остальных каналов. После того как будет опрошен последний канал, цикл опроса повторяется. Записанные электрокардиограммы могут быть просмотрены на экране дисплея 9 в любом количестве.
Редактирование снятых электрокардиограмм может проводиться как в процессе обследования, так и после. При редактировании на экран дисплея выводится изображение одного или несколько электрокардиосигналов, скорость просмотра может быть ускорена или замедлена. Участки электрокардиограммы, искаженные артефактами, исклю у 2  1 / С и -/ I/ t
чаются.
Повышение точности съема электрокардиограмм в заявленном кардиоанализаторе в сравнении с прототипом достигается за счет того, что на время измерения уровень сигнала в каждом канале фиксируется с помощью схемы хранения и выборки, а коэффициент усиления каждого канала выравнивается изменением коэффициента усиления усилителя 5. Точность измерения дополнительно повышается за счет регулярной балансировки усилительных каналов - компенсации дрейфа нуля усилителей изменением напряжения смещения усилителя 5.
Программа анализа кардиоцикла в ЭВМ 8 позволяет расчитывать следующие показатели:
-частоту сердечных сокращений уд/мин;
-длительность R-R интервалов в мс;
-длительность QRS - комплекса в мс; . - длительность QT - интервала в мс;
-должную длительность QT - интервала в мс, определенную по формуле Базетта;
-длительность PQ - интервала в мс;
-длительность Р - волны в мс;
-коэффициент Макруза (индекс Макруза);
-положение электрической оси сердца (угол альфа, расчитанный по положению QRS-волны) и электрические оси для волн Т и Р.
По этим показателям устанавливается диагноз и определяется функциональное состояние сердечно-сосудистой системы.
-14- №№
-№ФОРМУЛА