УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
DEVICE FOR CONTROL OVER CARDIAC ACTIVITY OF PEOPLE

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для непрерывного наблюдения и контроля электрокардиограммы человека как в условиях стационарного лечения, так и в бытовых условиях.
В настоящее время сердечно-сосудистые заболевания занимают одно из главных причин смертности населения как в России, так и во всем мире. В этой связи ранняя диагностика сердечных заболеваний, в частности аритмии, является актуальной проблемой. Для ее решения требуется создание эффективных диагностических приборов, позволяющих оперативно и объективно оценить состояние человека и принять меры к своевременному лечению.
Известен Индивидуальный индикатор работы сердца [А.с. № 1725828, МКИ А61В 5/04], который содержит два электрода, дифференциальный усилитель, полосовой фильтр, амплитудный селектор R-импульсов, импульсный генератор, сумматор и блок тревожной сигнализации.
Электроды подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого через полосовой фильтр связан с входом амплитудного селектора R-импульсов. Выход амплитудного селектора R-импульсов связан с входами импульсного генератора и блока тревожной сигнализации, выходы которых соединены с входами сумматора.
Индикатор работает следующим образом. Через два электрода, укрепленные на запястьях пациента, сигнал электрокардиограммы поступает на дифференциальный усилитель, где он усиливается до необходимой величины. После прохождения через полосовой фильтр сигнал очищается от сетевой помехи и наводок, создаваемых в местах контакта электродов с телом пациента. Далее сигнал подается на вход амплитудного селектора R-импульсов, где происходит выделение R-импульсов из всего комплекса кардиограммы. Эти импульсы запускают импульсный генератор, который через сумматор подает сигнал звуковой сигнализации с частотой 1 кГц. В случае остановки сердца прекращается поступление сигналов R-комплекса в блок тревожной сигнализации, который при этом выдает непрерывный звуковой сигнал с частотой 2 кГц и сигнал тревоги во внешнюю цепь.
Достоинство известного устройства заключается в том, что оно позволяет при остановке сердца пациента подать звуковой сигнал и сигнал тревоги обслуживающему персоналу клиники. Своевременная помощь пациенту способна сохранить его здоровье и восстановить работу сердца.
Однако конструкция прибора дает возможность подавать сигнал тревоги только после остановки сердца, никак не реагируя на ухудшение состояния пациента. Известно, что принятие своевременных мер при ухудшении работы сердца гораздо эффективнее экстренных методов после его остановки. Поэтому желательно, чтобы прибор отображал кардиограмму и при необходимости выдавал сигнал тревоги уже на стадии отклонения параметров R-комплекса от допустимой нормы, что можно наблюдать по изменению формы кардиограммы или отклонений параметров R-комплекса, вызванных аритмией в работе сердца.
Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является устройство для контроля сердечной деятельности человека [А.с. № 2089097, МКИ 6 А61В 5/04], которое состоит из аналогового блока, блока хранения информации, блока сопряжения и блока отображения.
В аналоговый блок входят последовательно включенные блок электродов, селектор отведений, дифференциальный усилитель, заграждающий фильтр и фильтр низкой частоты. Блок хранения информации состоит из аналого-цифрового преобразователя, генератора записи и чтения, счетчика и блока памяти. Блок сопряжения включает в себя цифроаналоговый преобразователь, сместитель видеосигналов, генератор тактовых импульсов и формирователь кадровых и строчных импульсов.
Выход фильтра низкой частоты соединен с входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом генератора записи и чтения, выход которого через счетчик связан с первым входом блока памяти. Второй вход блока памяти подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход счетчика связан со вторым входом генератора записи и чтения. Выход блока памяти через цифроаналоговый преобразователь подключен к первому входу сместителя видеосигналов, выход которого соединен с блоком отображения. Генератор тактовых импульсов через формирователь кадровых и строчных импульсов связан с вторым входом сместителя видеосигналов.
Устройство работает следующим образом. Сигнал электрокардиограммы снимается с электродов, установленных на теле пациента, которые составляют блок электродов. Затем сигнал поступает на вход селектора отведений, с помощью которого выбирается сигнал одного из трех отведений электрокардиограммы. Далее сигнал усиливается дифференциальным усилителем и подается на вход заграждающего фильтра, с помощью которого происходит подавление сетевых наводок напряжения. После этого высокочастотные помехи сглаживаются фильтром низкой частоты. Отфильтрованный сигнал электрокардиограммы поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, предназначенного для преобразования сигнала в цифровую форму для записи его в блок памяти. Запись информации и ее считывание из блока памяти осуществляется под действием сигнала генератора записи и чтения, воздействующего на блок памяти через счетчик. При поступлении сигнала с выхода аналогового блока на первый вход генератора записи и чтения происходит генерация импульсов записи, поступающих на тактовый вход счетчика. На выходе счетчика формируется двоичный код, управляющий адресным входом блока памяти. При этом происходит запись информации в триггерные ячейки блока памяти. После окончания процесса записи с выхода счетчика подается сигнал на второй вход генератора записи и чтения, переводящий его в режим чтения. При этом с выхода блока памяти считывается записанная в нем информация и поступает на вход цифроаналогового преобразователя, выполняющего обратное преобразование сигнала в аналоговую форму. С выхода цифроаналогового преобразователя сигнал поступает на первый вход сместителя видеосигналов. На его второй вход подается синхросмесь сигналов кадровой и строчной развертки, формируемой блоком формирования кадровых и строчных импульсов, которым управляет генератор тактовых импульсов. Сигнал, сформированный на выходе сместителя видеосигналов, подается на антенный вход блока отображения информации. В качестве устройства отображения используется бытовой телевизор.
Таким образом, в результате такого преобразования сигналов на экране телевизора можно наблюдать электрокардиограмму человека.
Достоинство известного устройства заключается в том, что размеры электрокардиограммы на экране телевизора значительно превосходят ее размеры, снятые на бумажную ленту графическим самописцем. Это значительно повышает точность передачи изображения электрокардиограммы и постановки диагноза.
Другим достоинством устройства является то, что при электронно-лучевом способе передачи изображения электрокардиограмма передается без искажения, что позволяет проводить детальный ее анализ.
Однако в устройстве отсутствует возможность анализа электрокардиограммы и своевременной подачи сигнала при нарушении сердечного ритма. При суточном, например, мониторинге работы сердца выявление кратковременных аритмий в его работе становится достаточно затруднительным. Это снижает достоверность диагноза работы сердца и принятия правильных решений курса лечения.
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке устройства для оперативного контроля в реальном времени сердечной деятельности, позволяющего визуально отображать электрокардиограмму человека и путем анализа ее R-комплекса определять основные виды аритмии.
Для решения поставленной задачи в известное устройство для контроля сердечной деятельности человека, содержащее аналоговый блок, блок хранения информации, блок сопряжения и блок отображения дополнительно введен блок диагностики.
Аналоговый блок состоит из последовательно включенных блока электродов, селектора отведений, дифференциального усилителя, заграждающего фильтра и фильтра низкой частоты. В блок хранения информации входят аналого-цифровой преобразователь, генератор записи и чтения, счетчик и блок памяти. Блок сопряжения включает в себя цифроаналоговый преобразователь, сместитель видеосигналов, генератор тактовых импульсов и формирователь кадровых и строчных импульсов.
Блок диагностики состоит из компаратора, источника опорного напряжения, одновибратора, микроконтроллера и светодиодной матрицы.
Выход фильтра низкой частоты соединен с входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом генератора записи и чтения, выход которого через счетчик связан с первым входом блока памяти. Второй вход блока памяти подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход счетчика связан со вторым входом генератора записи и чтения. Выход блока памяти через цифроаналоговый преобразователь подключен к первому входу сместителя видеосигналов, выход которого соединен с блоком отображения. Генератор тактовых импульсов через формирователь кадровых и строчных импульсов связан с вторым входом сместителя видеосигналов. Выход фильтра низкой частоты подключен к первому входу компаратора, второй вход которого связан с источником опорного напряжения. Выход компаратора соединен с последовательно включенными одновибратором, микроконтроллером и светодиодной матрицей.
Благодаря введению в устройство компаратора, источника опорного напряжения, одновибратора, микроконтроллера и светодиодной матрицы и новому взаимодействию элементов в устройстве обеспечивается оперативный контроль в реальном времени сердечной деятельности человека. Это обусловлено тем, что с помощью вновь введенных компаратора, источника опорного напряжения, одновибратора и микроконтроллера появилась возможность анализа R-комплекса электрокардиограммы и распознавание на ее основе основных видов аритмии в работе сердца. Выявленные виды аритмии отображаются с помощью светодиодной матрицы путем загорания одного из ее светодиодов. Каждый из светодиодов соответствует одному из видов аритмии. Одновременно с этим применение микроконтроллера позволяет более гибко анализировать вид R-комплекса и постоянно совершенствовать алгоритм выявления аритмии. Все это позволяет значительно повысить точность и достоверность отображения и анализа кардиограммы. Применение микроконтроллера открывает новые возможности для детального анализа кардиограммы и оперативного выявления в реальном времени основных видов аритмии.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства для контроля сердечной деятельности человека.
На фиг.2 показана электрокардиограмма, полученная на выходе аналогового блока.
Устройство для контроля сердечной деятельности человека содержит аналоговый блок 1, блок хранения информации 2, блок сопряжения 3, блок отображения 4 и блок диагностики 5. В свою очередь, в аналоговый блок 1 входят последовательно включенные блок электродов 6, селектор отведений 7, дифференциальный усилитель 8, заграждающий фильтр 9 и фильтра низкой частоты 10. В блок хранения информации 2 входят аналого-цифровой преобразователь 11, генератор записи и чтения 12, счетчик 13 и блок памяти 14. Блок сопряжения 3 включает в себя цифроаналоговый преобразователь 15, сместитель видеосигналов 16, генератор тактовых импульсов 17 и формирователь кадровых и строчных импульсов 18. Блок диагностики 5 состоит из компаратора 19, источника опорного напряжения 20, одновибратора 21, микроконтроллера 22 и светодиодной матрицы 23.
Выход фильтра низкой частоты 10 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 11 и первым входом генератора записи и чтения 12, выход которого через счетчик 13 связан с первым входом блока памяти 14. Второй вход блока памяти 14 подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя 11, а выход счетчика 13 связан со вторым входом генератора записи и чтения 12. Выход блока памяти 14 через цифроаналоговый преобразователь 15 подключен к первому входу сместителя видеосигналов 16, выход которого соединен с блоком отображения 4. Генератор тактовых импульсов 17 через формирователь кадровых и строчных импульсов 18 связан с вторым входом сместителя видеосигналов 16. Выход фильтра низкой частоты 10 подключен к первому входу компаратора 19, второй вход которого связан с источником опорного напряжения 20. Выход компаратора 19 соединен с последовательно включенными одновибратором 21, микроконтроллером 22 и светодиодной матрицей 23.
В заявляемом устройстве для контроля сердечной деятельности человека дифференциальный усилитель 8 выполнен на базе сборки операционных усилителей TL 064. Заграждающий фильтр 9 собран по схеме двойного Т-образного моста, настроенного на подавление сетевой помехи частотой 50 Гц. В качестве запоминающего устройства используется микросхема памяти КР537РУ10 с объемом памяти 16 кБайт. В качестве микропроцессора 22 применен PIC-контроллер серии 16F84. Остальные элементы устройства представляют собой микросхемы средней степени интеграции. В качестве блока отображения 4 используется бытовой телевизор.
Устройство для контроля сердечной деятельности человека работает следующим образом.
оп
оп
Сигнал электрокардиограммы снимается с электродов, установленных на теле пациента, которые составляют блок электродов 6. Затем сигнал поступает на вход селектора отведений 7, с помощью которого выбирается сигнал одного из трех отведений электрокардиограммы. Далее сигнал усиливается дифференциальным усилителем 8 и подается на вход заграждающего фильтра 9, с помощью которого происходит подавление сетевых наводок напряжения. После этого высокочастотные помехи сглаживаются фильтром низкой частоты 10. Отфильтрованный сигнал электрокардиограммы поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 11, предназначенного для преобразования сигнала в цифровую форму для записи его в блок памяти 14. Запись информации и ее считывание из блока памяти 14 осуществляется под действием сигнала генератора записи и чтения 12, воздействующего на блок памяти 14 через счетчик 13. При поступлении сигнала с выхода аналогового блока 1 на первый вход генератора записи и чтения 12 происходит генерация импульсов записи, поступающих на тактовый вход счетчика 13. На выходе счетчика 13 формируется двоичный код, управляющий адресным входом блока памяти 14. При этом происходит запись информации в триггерные ячейки блока памяти 14. После окончания процесса записи с выхода счетчика 13 подается сигнал на второй вход генератора записи и чтения 12, переводящий его в режим чтения. При этом с выхода блока памяти 14 считывается записанная в нем информация и поступает на вход цифроаналогового преобразователя 15, выполняющего обратное преобразование сигнала в аналоговую форму. С выхода цифроаналогового преобразователя 15 сигнал поступает на первый вход сместителя видеосигналов 16. На его второй вход подается синхросмесь сигналов кадровой и строчной развертки, формируемой блоком формирования кадровых и строчных импульсов 18, которым управляет генератор тактовых импульсов 17. Сигнал, сформированный на выходе сместителя видеосигналов 16, подается на антенный вход блока отображения 4. Отфильтрованный сигнал электрокардиограммы с выхода фильтра низкой частоты 10 поступает на первый вход компаратора 19, где он сравнивается с опорным напряжением U, формируемым источником опорного напряжения 20. При превышении сигнала электрокардиограммы опорного напряжения U на выходе компаратора 19 формируется напряжение высокого уровня, соответствующее лог.1. Импульсы лог.1 на выходе компаратора 19 формируются при прохождении R-комплекса (зубца R электрокардиограммы). По фронту этих импульсов одновибратор 21 генерирует импульс напряжения длительностью 15 мкс, который поступает на вход микроконтроллера 22. Микроконтроллер 22 анализирует длительность интервалов времени между поступлениями R-комплекса и согласно заложенному в нем алгоритму определяет виды аритмии. В случае выявления аритмии этот сигнал зажигает один из светодиодов светодиодной матрицы 23. Например, если среднее (за 8 тактов) время между поступлением R-комплекса меньше 0,5 с, микропроцессор 22 сигнализирует о тахикардии в работе сердца. В случае, если этот же показатель превышает 1,2 с, микропроцессор 22 подает сигнал на соответствующий брадикардии светодиод светодиодной матрицы 23. Аналогично осуществляется диагноз других видов аритмии.
Таким образом происходит наблюдение за электрокардиограммой пациента и контролируется в реальном времени состояние пациента. При появлении одного из видов аритмии устройство подает световой сигнал на один из диодов светодиодной матрицы 23. При восстановлении нормального ритма свечение светодиода сохраняется до принудительного его погасания медицинским персоналом. За счет такой логики работы устройства обеспечивается более достоверное выявление аритмии в работе сердца, что позволяет правильно назначить пациенту курс дальнейшего лечения.
Представленная на фиг.2 электрокардиограмма получена на выходе аналогового блока 1 заявляемого устройства. Расположение электродов соответствует снятию грудных отведений электрокардиограммы. Сравнительный анализ фиг.2 с аналогичной электрокардиограммой, полученной в дорожной больнице г.Хабаровска, свидетельствует о ее высокой достоверности полученных данных и, как следствие, о правильности принятый в заявляемом устройстве схемных решений.