УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ "КАРДИОМЕТР"

Устройство для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы Кардиометр
Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для диагностики состояния сердечно-сосудистой системы.
Известен метод измерения параметров центральной гемодинамики пациента, основанный на методе тетраполярной реографии. Для осуществления этого метода используются различные реографы, которые содержат токовые электроды, подключенные к источнику переменного тока, и потенциальные электроды, подключенные к измерительной цепи, включающей дифференциальный усилитель переменного тока с высоким входным сопротивлением (см., например, 1, 2). Реографы обеспечивают измерение постоянной составляющей сопротивления человека (обычно в пределах 150-350 Ом - в зависимости от конституции) и пульсовой составляющей, вызывающей амплитудную модуляцию глубиной от 0,03 до 0,7%.
Реографы не обеспечивают снятие электрокардиограмм, которые несут много информации о состоянии сердечно-сосудистой системы пациента.
Известен электрокардиограф 3, являющийся по технической сущности наиболее близким к предлагаемому устройству. Этот электрокардиограф содержит электроды для съёма биопотенциалов с грудной клетки пациента, элеА 61 В 5/02
ктроды для съёма биопотенциалов с конечностей пациента, многоканальный усилитель биопотенциалов, блок фильтров нижних частот, последовательно соединённые мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, устройство обработки и регистрации.
Электрокардиограф 3 обеспечивает съём потенциалов электрокардиограмм (ЭКГ), которые используются для формирования двенадцати общепринятых отведений ЭКГ. Известный электрокардиограф 3 не позволяет производить измерения параметров центральной гемодинамики пациента одновременно со снятием электрокардиограмм.
Указанный недостаток не может быть устранён путём простого объединения схем электрокардиографа и реографа. Это обусловлено тем, что при реографических исследованиях состояния сердечно-сосудистой системы руки пациента закорачиваются.
Задачей полезной модели является получение возможности одновременного съёма электрокардиограммы и интегральной реограммы тела с одних и тех же электродов, накладываемых на конечности пациента.
Указанная задача решается тем, что в устройство для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы, содержащее электроды для съёма биопотенциалов с грудной клетки пациента, электроды для съёма биопотенциалов с конечностей пациента, многоканальный усилитель биопотенциалов, блок фильтров нижних частот, последовательно соединённые мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, блок обработки и регистрации, введены первый и второй генераторы пачек синхронных импульсов зондирующего тока, первый и второй электроды для подведения зондирующего тока к верхним конечностям пациента, электрически соединённые с первыми выводами соответственно первого и второго генераторов пачек синхронных импульсов зондирующего тока, первый и второй электроды для подведения зондирующего тока к нижним конечностям пациента, подключенные к электрически соединенным между собой вторым выводам первого и второго генераторов импульсов зондирующего тока, первый и второй дифференциальные усилители переменного тока, первые входы которых соединены с электродами для съёма биопотенциалов с верхних конечностей пациента, а вторые входы дифференциальных усилителей электрически соединены между собой и электродами для съёма биопотенциалов с нижних конечностей пациента, сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго дифференциальных усилителей переменного тока, детектор, вход которого соединен с выходом сумматора, фильтр нижних частот и полосовой фильтр, входы которых электрически соединены между собой и подключены к выходу детектора, при этом входы блока фильтра нижних частот соединены с электродами для съёма биопотенциалов с грудной клетки пациента, электродами для съёма биопотенциалов с верхних конечностей пациента и электрически соединёнными между собой электродами для съёма биопотенциалов с нижних конечностей пациента, выходы блока фильтров нижних частот соединены с соответствующими входами многоканального усилителя биопотенциалов, входы мультиплексора соединены с выходами многоканального усилителя биопотенциалов, выходом фильтра нижних частот и выходом полосового фильтра, период следования пачек синхронных импульсов зондирующего тока по меньшей мере в десять раз превышает длительность пачек синхронных импульсов зондирующего тока, частота которых составляет (10-100)-103 Гц.
Каждый генератор пачек синхронных импульсов зондирующего тока может быть выполнен в виде преобразователя напряжение-ток, при этом устройство содержит генератор пачек импульсов, выход которого соединен со входом каждого преобразователя напряжение-ток.
Кроме того, в предлагаемом устройстве детектор может быть выполнен в виде синхронного детектора, управляющий вход которого соединен с выходото де с ко м генератора пачек импульсов. Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, на корых изображены: на фиг. 1 - функциональная схема устройства, на фиг. 2 - схема подключения устройства к пациенту. На чертежах обозначены: 1,..., 6 - электроды для съёма биопотенциалов с грудной клетки пациента, 7,..., 10 - электроды для съёма биопотенциалов с конечностей пациента, 11,..., 14 - электроды для подведения зондирующего тока, 15- блок фильтров нижних частот, 16- многоканальный усилитель биопотенциалов, 17- мультиплексор, 18- аналого-цифровой преобразователь, 19- блок обработки и регистрации, 20, 21 - генераторы пачек синхронных импульсов зондирующего тока, 22, 23 - дифференциальные усилители переменного тока, 24- сумматор, 25- детектор, 26- фильтр нижних частот, 27- полосовой фильтр, 28- грудная клетка пациента, 29, 30 - верхние конечности пациента, 31, 32 - нижние конечности пациента, 33 - генератор пачек импульсов. Предлагаемое устройство для оценки функционального состояния серчно-сосудистой системы содержат электроды 1-6 для съёма биопотенциалов грудной клетки 28 пациента, электроды 7-10 для съёма биопотенциалов с нечностей 29, ..., 32 пациента, блок 15 фильтров нижних частот, многоканальный усилитель 16 биопотенциалов, последовательно соединённые мультиплексор 17, аналого-цифровой преобразователь 18 и блок 19 обработки и регистрации. Устройство содержит также первый и второй генераторы 20 и 21 пачек синхронных импульсов зондирующего тока частотой (10-100)-103 Гц, период следования пачек которых по меньшей мере в десять раз превышает длительность пачек синхронных импульсов зондирующего тока. Первый и второй электроды 11 и 12 для подведения зондирующего тока к верхним конечностям пациента, электрически соединены с первыми выводами соответственно первого и второго генераторов 20 и 21 пачек синхронных импульсов зондирующего тока, первый и второй электроды 13 и 14 для подведения зондирующего тока к нижним конечностям пациента подключены к электрически соединенным между собой вторым выводам первого и второго генераторов 20 и 21 пачек импульсов зондирующего тока. Кроме этого устройство содержит также первый и второй дифференциальные усилители 22 и 23 переменного тока, первые входы которых соединены с электродами 7 и 8 для съёма биопотенциалов с верхних конечностей пациента, а их вторые входы электрически соединены между собой и электродами 9 и 10 для съёма биопотенциалов с нижних конечностей пациента, сумматор 24, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго дифференциальных усилителей 22 и 23 переменного тока, детектор 25, вход которого соединен с выходом сумматора 24, фильтр 26 нижних частот и полосовой фильтр 27, входы которых электрически соединены между собой и подключены к выходу детектора 25, при этом входы блока 15 фильтра нижних частот соединены с электродами 1-6 для съёма биопотенциалов с грудной клетки пациента, электродами 7-8 для съёма биопотенциалов с верхних конечностей пациента и электрически соединёнными между собой электродами 9 и 10 для съёма биопотенциалов с нижних конечностей пациента. Выходы блока 15 фильтров нижних частот соединены с соответствующими входами многоканального
усилителя 16 биопотенциалов, входы мультиплексора 17 соединены с выходами многоканального усилителя 16 биопотенциалов, выходом фильтра 26 нижних частот и выходом полосового фильтра 27.
Первый и второй генераторы 20 и 21 пачек синхронных импульсов зондирующего тока могут быть выполнены, например, в виде двух преобразователей напряжение-ток с высоким выходным динамическим сопротивлением, входы которых подключены к одному общему генератору 33 пачек импульсов, который может быть выполнен автономным или на основе использования схем деления тактовой частоты задающего генератора цифровой части устройства. Принцип построения генераторов 20 и 21 пачек синхронных импульсов зондирующего тока не влияет на сущность полезной модели.
Детектор 25 может быть выполнен, например в виде обычного прецизионного детектора на операционных усилителях. Однако лучшим вариантом является выполнение блока 25 в виде синхронного детектора, синхронизированного частотой импульсов, вырабатываемого генератором 33.
Блок 15 фильтров нижних частот может быть выполнен, например, в виде пассивных RC-цепочек, полосу пропускания которых выбирают выше верхней частоты в спектре анализируемых биопотенциалов, но ниже чем частота импульсов зондирующего тока, вырабатываемого генераторами 21 и 22.
Фильтр 26 нижних частот имеет полосу пропускания, не превышающую нескольких герц, а полосовой фильтр 27 имеет полосу пропускания обычно от долей до десятков герц.
Построение остальных блоков устройства может выполнено по известным схемам. В частности, блок 19 обработки и регистрации может быть выполнен в виде персонального компьютера.
Предлагаемое устройство для интегральной оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы работает следующим образом.
на грудной клетке 28 и конечностях 29, ..., 32 пациента и подключают к измерительной схеме как при обычных электрокардиографических исследованиях. Электроды 11, 12 и 13, 14 устанавливают на конечностях 29, ..., 32 так же, как при реографических исследованиях устанавливают электроды для подведения зондирующего тока (см. фиг. 2).
Сигналы, снимаемые с электродов 1, ..., 10, поступают на входы многоканального усилителя 16 через блок 15 фильтров нижних частот, которые отфильтровывают высокочастотные сигналы, образующиеся при протекании через тело пациента зондирующего тока, вырабатываемого генераторами 21 и 22. Дополнительное снижение влияния высокочастотного напряжения в предлагаемом устройстве достигается выбором значительного соотношения между периодом следования пачек синхронных импульсов зондирующего тока и длительностью пачек этих импульсов. Сигналы, отфильтрованные от высокочастотных помех, связанных с протеканием зондирующего тока через тело пациента, усиливаются многоканальным усилителем 16, последовательно опрашиваются мультиплексором 17, преобразуются аналого-цифровым преобразователем 18 и в цифровом коде поступают в блок 19 обработки и регистрации. В ходе прохождения и обработки сигналов, снимаемых с электродов 1,..., 10 известными приёмами формируются общепринятые отведения, используемые при электрокардиографических исследованиях, производится их анализ, отображение и запись. При этом возможность правильного формирования общепринятых отведений обеспечивается отсутствием электрического соединения электродов 7 и 8, которое производят при реографических исследованиях по классической схеме.
Одновременно с проведением электрокардиографических исследований сигналы, снимаемые с электродов 7 и 9, а также с электродов 8 и 10 усиливаются дифференциальными усилителями переменного тока 22 и 23, суммируются в блоке 24, детектируются блоком 25 и подвергаются фильтрации блонами 26 и 27. Сигналы с выходов фильтров 26 и 27, пропорциональные, соответственно базовому сопротивлению тела пациента и его пульсовой составляющей, опрашиваются мультиплексором 17, преобразуются аналогоцифровым преобразователем 18 и в цифровом коде поступают в блок 19 обработки и регистрации, в котором производится их анализ, отображение и запись. Предложенная схема снятия реограмм практически эквивалентна схеме снятия реограмм с закороченными электродами 7 и 8, но при этом не искажает сигналы, используемые при электрографических исследованиях. Выполнение детектора 25 в виде синхронного детектора дополнительно уменьшает влияние электрокардиографических сигналов на результаты реографических исследований.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность одновременного съёма электрокардиограммы и интегральной реограммы тела с одних и тех же электродов, накладываемых на конечности пациента. Это, в свою очередь, позволяет сократить время исследования состояния середечнососудистой системы пациента и повысить информативность исследований.
Промышленная применимость полезной модели определяется тем, что устройство может быть изготовлено на основании приведенного описания и чертежей и использовано для диагностики состояния сердечно-сосудистой системы.
Источники информации
1.Авт. свид. СССР № 1755790, МПК А61В 5/05, опубл. 23.08.92г.
2.Ю.Н. Волков и др. Комплексная оценка функционального состояния системы кровообращения и дыхания методом интегральной реографии тела (Методические рекомендации). МЗ СССР, М- 1989г., с. 21.
3.Mike Curtin. Sigma-delta techniques reduce hardware count and power consumption in biomedical analog front ends. Analog dialoge 28-2, 1994, pp. 6-7 (прототип).
Перечень подрисуночных надписей к фиг. 1
1,..., 6 - электроды для съёма биопотенциалов с грудной клетки пациента, 7,..., 10 - электроды для съёма биопотенциалов с конечностей пациента, 11,..., 14- электроды для подведения зондирующего тока,
15-блок фильтров нижних частот,
16-многоканальный усилитель биопотенциалов,
17-мультиплексор,
18-аналого-цифровой преобразователь, 19 - блок обработки и регистрации,
20, 21 - генераторы пачек синхронных импульсов зондирующего тока, 22, 23 - дифференциальные усилители переменного тока,
24- сумматор,
25- детектор,
26- фильтр нижних частот,
27- полосовой фильтр,
33 - генератор пачек импульсов.
Перечень подрисуночных надписей к фиг. 2
1,..., 6- электроды для съёма биопотенциалов с грудной клетки пациента, 7,..., 10 - электроды для съёма биопотенциалов с конечностей пациента, 11,..., 14-электроды для подведения зондирующего тока,
28- грудная клетка пациента,
29, 30 - верхние конечности пациента, 31, 32- нижние конечности пациента.
Устройство для оценки