Спектроанализатор кардиосигналов

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 19) (11) 3/16)4 С 01 К 2 ЗОБРЕ НИЕ НИ СКОМ НА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ(56) 1.Авторское свидетельство СССР В 596888, кл. С 01 К 23/ОО, 1978.2. Авторское свидетельство СССР )Р 868613, кл. С 01 К 23/00, 1981.(54)(57) 1, СПЕКТРОАИАЛИЗАТОР КАРДИО- СИГНАЛОВ, содержащий блок синхро,низации, многоканальный усилитель- преобразователь, первые входы которо-. го соединены с датчиками входного сигнала, блок выделения импульса синхронизации, блок управления и цифровой фильтр, причем первый выход блока синхронизации соединен с первым входом цифрового фильтра, а второй его выход - с вторым входом многоканального усилителя-преобразователя, выход которого подключен в входу блока выделения импульса синхронизации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введен блок выбора участка обработки, первый вход которого соединен с блоком управления, первый и второй выходы соединены с соответствующими входами блока синхронизации, третий выход которого присоединен к второму входу блока вьщеления импульса синхронизации, второй выход многоканального усилителя-преобразователя подключен к третьему входу блока выделения импульса синхронизации 1 одновременно к второму входу блоса выбора участка обработки, третий вход которого соединен с третьйм выходом многоканального усилителя-преобразователя, выход блока вццеленияимпульса синхронизации соединен с четвертым входом блока выбораучастка обработки, четвертый входблока выделения импульса синхронизации и пятый вход блока выбора участка обработки объединены и подключены к шине константы, третий выходблока выбора участка обработки соединен с вторым входом цифровогофильтра. 2. Спектроанализатор по п, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что многоканальный усилитель-преобразователь содержит последовательно соединенные счетчик, дешифратор,1 п -входовый коммутатор, усилитель и л-разрядный ана" лого-цифровой преобразователь, причем выходы дешифратора подключены к информационным входам первого и второго мультиплексоров, а к их входам управления подключены соответственно первый и второй выходы блока управления выбором канала обработкии синхронизации, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с и -разрядной информационной шиной, выходы первого и второго мультиплексоров подключены соответственно к шине управления каналом обработки и к шине управления каналом синхронизации, вход аналого-цифрового преобразователя и счетный вход счетчика присоединены к второму входу многоканального усилителя-преобразователя, первые входы которого соединены с информационными входами ш-входового коммутатора..Ужгород, ул,Проектная, 4 Филиал ППП Сост. Колесникова Техр 4700/42 Тираж 7 ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 113035, Москва, Ж, Рау3. Спектроанализатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок выделения импульса синхронизации содержит четыре элемента И, два блока сравнения, регистр сдвига триггер, счетчик и ждущий мультивибратор, причем выход первого элемента И соединен с первым входом первого блока сравнения и входом регистра сдвига, выход которого подключен к второму входу первого блока сравнения, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первыми входами второго и третьего элементов И, а их вторые входы подключены к шине управления каналом синхронизации,.выход второго элемента И соединен с входом установки триггера в " 1" и входом записи регистра сдвига, выход третьего элемента И подключен к входу установки в "О" триггера, прямой выход которого соединен с входом сброса счетчика, а инверсный выход - с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к входу тактовой частоты, а ег выход - к счетному входу счетчика, выход счетчика соединен с первым входом второго блока сравнения второй вход которого соединен с шиной константы, выход второго блока сравнения подключен к входу ждущего мультивибратора, выход которого соединен с входом сдвига регистра сдвига и выходом блока выделения импульса синхронизации, входы первого элемента И соединены с и -разрядной информационной шиной.4. Спектроанализатор по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок выбора участка обработки содержит, два блока сравнения, два счетчика, два мультиплексора, два сумматора-вычита. теля, элемент И, регистр, инвертор, блок оперативного. запоминающего устройства ,и блок задержки, причем счетные входы первого и второго счетчиков, первый вход элемента И и вход блока задержки подключены к шине управления каналом обработки, первый вход первого сумматора-вычитателя соединен с шиной задания кода начала анализируемого участка, а второй его вход с выходом инвертора, вход которого подключен к пйне константы,1 первый вход первого блока сравнения соединен с шиной задания кода длительности анализируемого участка, второй вход - с выходом первого счет-, чика, а его.выход - с шиной импульса конца обработки анализируемого участка, первый информационный вход первого мультиплексора и вход записи регистра соединен с шиной импульса синхронизации, второй информационный вход первого мультиплексора соединен с выходом второго блока сравнения, а его выход - с входом сброса первого счетчика и шиной импульса запуска блока синхронизации, вход управления первого сумматора-вычитателя подключен к шине задания .зна" .ка начала анализируемого участка, выход - к первому входу второго сумматора-вычитателя, а выход знакового разряда - к второму входу элемен-, та И, входу управления второго сумматора-вычитателя к входу управления первого мультиплексора, выход элемента И соединен с входом управления второго мультиплексора, выход которого подключен к адресному входу блока оперативного запоминающего устройства, вход "Запись-считывание" которого соединен с выходом блока задержки, выход второго счетчика присоединен к первому информационному входу второго мультиплексора и к вторым входам второй схемы сравнения и второго сумматора-вычитателя, выходкоторого соединен с входом регистраи вторым информационным входом вто- .рого мультиплексора, выход регистраподключен к первому входу второгоблока сравнения, информационный входблока оперативного запоминающегоустройства присоединен к л -разряднойинформационный шине, а его выходк третьему выходу блока выбора участка обработки.Изобретение относится к медицинскому приборостроению и может быть использовано в экспериментальной и клинической практике.устройство позволяет производить 5 спектральный анализ отдельных участков кардиосигналов, что дает возможность разделить полученную информацию по фазам сердечного цикла и тем самым повысить ее диагностическую 10 значимость.Известен спектроанализатор биологических сигналов, содержащий коммутатор, блоки усиления первого и второго каналов, аттенюатор, схему управления аттенюатором, блок формирования контрольного сигнала, блок выделения импульса синхронизации, аналого-цифровой преобразователь, блок контроля, цифровой фильтр и блок синхронизации и управления 11 .Известное устройство не обеспечивает измерение отдельных участков кардиосигналов, что резко снижает диагностическую значимость получаемой информации.Известен также анализатор спектра кардиосигналов, содержащий блок синхронизации, многоканальный усилитель-преобразователь, первые входы которого соединены с датчиками вход- ного сигнала,.блок выделения импульса синхронизации, блок управления и ,цифровой фильтр, первый вход которого соединен с первым выходом бло ка синхронизации, второй выход последнего - с вторым входом многоканального усилителя-преобразователя, выходом подключенного к входу блока выделения импульса синхрони , зации Г 21Недостатком известного анализатора является низкая точность измерения участков кардиосигналов. Анализатор.позволяет выбрать для анализа только участки следующего за импульсом синхронизации цикла сердечного сокращения, что ввиду измерения периода, определяемого различными физиологическими факторами, приводит к резкому снижению точности измерения амплитудно-частотного и особенно фазочастотного спектра этих участков.55Цель изобретения - повьппение точности измерений за счет возможности выделения отдельных участков исследуемого сигнала в реальном масштабевремени. Поставленная цель достигается тем, что в спектроанализатор кардиосигналов, содержащий блок синхрони,зации, многоканальный усилитель-преобразователь, первые входы которогосоединены с датчиками входного сигнала, блок выделения импульса синхронизации, блок управления и цифровой фильтр, причем первый выход блока синхронизации соединен с первым входом цифрового фильтра, а второй его выход - с вторым входом многоканального усилителя- преобразователя, выход которого подключен к входу блока выделения импульса синхронизации, дополнительно введен блок рыбора участка обработки, первый вход которого соединен с блоком управления, первый и второй выходы соединены с соответствующими входами блока синхронизации, третий выход которого присоединен к второму входу блока выделения импульса синхронизации, второй выход многоканального усилителя-преобразователя подключен к третьему входу блока выделения импульса синхронизации и одновременно к второму входу блока выбора участка обработки, третий выход которого соединен с третьим выходом многоканального усилителя-преобразователя, выход блока выделения импульса синхронизации соединен с четвертым входом блока выбора участка обработки, четвертый вход блока выделения импульса синхронизации и пятый вход блока выбора участка обработки объединены и подключены к шине.константы, третий выход блока выбора участка обработки соединен с вторым входом цифрового фильтра. Многоканальный усилитель-преобразователь соДержит последовательно соединенные счетчик, дешифратор,.ш-входовый коммутатор, усилитель и и-разрядный аналого-цифровой преобразователь, причем выходы дешифратора подключены к информационным входам первого и второго мультиплексоров, а к их входам управления подключены соответственно первый и второй выходы блока управления выбором канала обработки и синхронизации, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с и-разрядной информацион- . ной шиной, выходы первого и второгомультиплексоров подключены соответственно к шине управления каналом обработки и шине управления каналом синхронизации, вход аналого-цифрового преобразователя и счетный вход счетчика присоединены к второму входу многоканального усилителя-преобразователя, первь 1 е входы которого соединены с информационными входами ш-входового коммутатора. 1 ОБлок выделения импульса синхронизации содержит четыре элемента И, два блока сравнения, регистр сдвига, триггер, счетчик и ждущий мультивибратор, причем выкод первого элемен та И соединен с первым входом первого блока сравнения и входом регистра сдвига, выход которого подключен к второму входу первого блока сравнеНия, прямой и инверсный выходы кото рого соединены соответственно с первыми входами второй и третьей элементов И, а их вторые входы подключены к шине управления каналом синхронизации, выход второго элемента И сое динен с входом установки триггера в "1" и вхддом записи регистра сдвига, выход третьего элемента И подключен к входу установки в "О" триггера, прямой выход которого соеди- З 0 нен с входом сброса счетчика, а инверсный выход - с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к входу тактовой частоты, а его выход - к счетному входу счетчика, выход счетчика соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с шиной константы, выход второго блока сравнения подключен к входу ждуще го мультнвибратора, выход которого соединен с входом сдвига регистра сдвига и выходом блока выделения импульса синхронизации, входы первого элемента И соединены с п-разрядной информационной шиной.Блок выбора участка обработки содержит,цва блока сравнения, два счетчика, два мультиплексора, два сумматора-вычитателя, элемент И, 50 регистр инвертор, блок оперативного запоминающего устройства и блок задержки, причем счетные входы первого и второго счетчитков, первый вход элемента И и вход блока задержки 55 подключены к шине управления каналом обработки, первый вход первого сумматора-вычитателя соединен с шиной задания кода начала анализируемого участка, а второй его вход - с выходом инвертора, вход которого подключен к шине константы, первый вход первого блока сравнения соединен с шиной задания кода длительности анализируемого участка, второй вход - с выходом первого счетчика, а его выход - с шиной импульса конца обработки анализируемого участка, первый информационный вход первого мультиплексора и вход записи регистра соединены с шиной импульса синхронизации, второй информационный вход первого мультиплексора соединен с выходом второго блока сравнения, а его выход - с входом сброса первого счетчика .и шиной импульса запуска блока синхронизации, вход управления первого сумматора-вычитателя подключен к шине задания знака начала анализируемого участка, выход - к первому входу второго сумматора-вычитателя, а выход знакового разряда - к второму входу элемента И, входу управления второго сумматора-вычитателя и входу управления первого мультиплексора, выход элемента И соединен с входом управления второго мультиплексора, выход которого подключен к адресному входу блока оперативного запоминающего устройства, вход "Запись"считые ванне которого соединен с выходом блока задержки, выход второго счетчика присоединен к первому информационному входу второго мультиплексора и к вторым входам второй схемы сравнения и второго сумматора-вычитателя, выкод которого соединен с входом регистра и вторым информационным вхо;" дом второго мультиплексора, выход регистра подключен к первому входу второго блока сравнения, информационный вход блока оперативного запоминающего устройства присоединен к и-разрядной информационной шине, а его выход - к третьему выходу блока выбора участка обработки. На фиг. 1 приведена структурная схема спектроанализатора кардиосигналов; на фиг. 2 - функциональная схема многоканального усилителя-преобразователя; на фиг. 3 - функциональная схема блока выделения импульса синхронизации; на фиг. 4 - функциональная схема блока выбора участка обработки.25 Блок 5 (фиг. 4) содержит первый блок 28 ф сравнения, первый счетчик 29, 55 первый мультиплексор .30, элемент И 3 1, первый вход которого соединен с входом первого счетчика 29, а второй -Устройство содержит (фиг. 1)блок 1 синхронизации, через многоканальный усилитель-преобразователь 2,соединенный с первым входом блока 3выделения импульса синхронизации,последовательно соединенные блок 4.управления, блок 5 выбора участкаобработки и цифровой фильтр 6, второйвход которого соединен с вторым выходом блока 1 синхронизации, третийвыход которого связан с вторым входом блока 3, третий вход которогоподключен к второму входу блока 5и второму выходу усилителя-преобразователя, третий выход котороГо соединен с третьим входом блока 5, выходы которого соединены с входами блока 1 синхронизации. Усилитель-преобразователь 2 содержит (фиг. 2) 20ш-входовый коммутатор 7, выход которого подключен к входу усилителя 8,мультиплексор 9, один вход которогоподключен к выходу дешифратора 10и входу коммутатора 7, а другойк выходу блока 11 управления выборомканала обработки и синхронизации,счетчик 12, выход которого соединенс входом дешифратора 10, а вход -с входом и-разрядного аналого-цифравого преобразователя (АЦП) 13,. второй мультиплексор 14, подключенныйк выходу блока 11 и дешифратора 10,и-разрядную информационную шину 15,шину 16 управления каналом обработки и вину 17 управления каналомсинхронизации.Блок 3 содержит (фиг. 3) первыйэлемент И 18, подключенный к регистру 19 сдвига с параллельным входом,второй элемент И 20, первый выходкоторого соединен с вторым входомрегистра 19 и первым входом триггера 21, ждущий мультивибратор 22,подключенный к третьему входу регистра 19, первый блок сравнения 23,,через третий элемент И 24 соединенный с вторым входом триггера 21,и последовательно соединенные четвер-,тый элемент И 25, счетчик 26 и второй блок 27 сравнения, выходом подключенный к входу ждущего мультивибратора 22,с первым выходом сумматора-вычитателя 32, второй выход которого соединен с первым входом сумматора-вычитателя 33 через регистр 34, и блок 35 сравнения, подключенный к второму входу мультиплексора 30, регистр 34, инвертор 36, второй счетчик 37, через мультиплексор 38 соединенный с входом оперативного запоминающего устройства 39, блок 40 задержки, шину 41 задания кода начала анализируемого участка, шину 42 задания знака начала анализируемого участка, шину 43 задания кода длительности анализируемого участка, шину 44 импульса конца обработки анализируемого участка и шину 45 импульса запуска блока синхронизации.Устройство работает следующим образом.Источниками исследуемых сигнапов служат датчики различных кардиологических или биологических сигналов, подключаемые к входам ш-входного коммутатора 7 многоканального усилителя-преобразователя 2, где число ш определяется необходимым максимальным числом датчиков входных сигналов.1КОт блока 1 синхронизации на счетный вход счетчика 12 и вход частоты кодирования и-разрядного АЦП 13 мно-, гоканального усилителя-преобразователя 2 (фиг. 2) поступает частота шй, где Г - частота кодирования наиболее высокочастотного сигнала, определяемая теоремой Котельникова. Выходы счетчика 12 подключаются к входам дешифратора 10, выходы которого управляют ш-входовым коммутатором 7 и одновременно подаются на информационные входы мультиплексо ров 9 и 14. Тем самым на выходе ш-входового коммутатора 7 с периодом 1/2 вырабатывается сигнал, представляющий собой упорядоченную последовательность амплитуд всех швходных сигналов сдлительностью каждого из них, равной 1/шЕ, который через усилитель 8 поступает на вход АЦП 13, где преобразуется в последовательность двоичных кодов с шагом квантования 2 " . Число разрядов АЦП и определяется требуемой точностью измерения спектральных составляющих и характеристиками входных сигналов, С выхода АЦП 13 коды выборок сигналов поступают по п-разрядной информа 1170371ционной шине 15 на информационные входы блока 3 выделения импульса синхронизации и блока 5 выбора участка обработки. Блок 4 управления(например, клавишный переключатель), задавая коды .на управляющие входы мультиплексоров 9 и 14, формирует на их выходах соответственно команды управления каналом обработки и кана О лом синхронизации, совпадающие по времени с временем копирования выбранных каналов, которые по шинам 16 управления каналом обработки и 17 управления каналом синхронизации 15 поступают соответственно на входы управления блока 5 выбора участка обработки и блока 3 выделения импульса синхронизации.20Коды выборок сигналов, представляющие собой (п) разряд кодов модулей амплитуд и их знак, поступают по и-разрядной информационной ши- не 15 на входы элемента И 18 блока 3 выделения импульса синхронизации (Фиг. 3), причем (и) разряд кодов модулей амплитуд поступает на первый вход элемента И 18, а знак или инвер- сия знакана второй его вход.30 Управление знаком или его инверсией позволяет коммутировать на выходе элемента И 18 коды только отрицательных или положительных выборок, что дает возможность формирования импульса синхронизации Т от максимума положительной или отрицательной полярности сигнала синхронизации, в качестве которого выбирается одно из отведений электрокардиосигнала, где превьппение К-зубца остальных элементов электрокардиосигнала составляет не менее 6 .дБ. С выхода элемента И 18 модуль кодов выборок поступает на первый вход блока сравнения 23 и вход регистра 19 сдвига, вы45 ход которого соединен с вторым входом блока сравнения 23. При превьппении кодом текущей выборки И кода выборки В , хранящегося в регистре 19 сдвига в момент времени, опре деляемый командой управления каналомсинхронизации, поступающей по шине 17 управления каналом синхронизации, на выходе элемента И 20 формируется импульс, производящий запись в регистр 19 сдвига нового значения кода И и одновременно установку триггера 21 в положение "1", единичный выход которого осуществляет при этом брос счетчика 26, а нулевой запрещает прохождение частоты Г через элемент И 25 на счетный вход счетчика 26, В случае поступления кода текущей выборки М меньше значения, хранящегося в регистре 19 сдвига в момент времени, определяемый командой управления каналом синхронизации, на выходе элемента И 24 формируется импульс установки .триггера 2 1 в нулевое состояние. Через элемент И 25 на счетный вход счетчика 26 поступает частота Г, и счетчик 26 считает до поступления импульса сброса (в случае локального максимума сигнала) либо до значения константы, определяемой максимальной длительностью К-зубца (0,2-0,25 с) сопз 1=Т /Г, где То - максимальная длительность й-зубца электрокардиосигнала.Во втором случае при совпадении кода счетчика 26 с кодом константы блока 27 сравнения через ждущий мультивибратор 22 Формируют заданной длительности импульс синхронизации То, который поступает на вход синхронизации блока 5 выбора участка обработки, и одновременно производят сдвиг вправо максимального значения кода выборки, хранящегося в регистре 19 сдвига с параллельным входом. Тем самым устанавливается уровень порога, равный половине значения максимальной выборки К-зубца, на следующий цикл работы блока 3 выделения импульса синхронизации, что позволяет исключить формирование ложного импульса То от других элементов электрокардиосигнала. Команда управления каналом обработки по шине 16 поступает на счетные входы счетчиков 29 и 37 (Фиг.4), вход элемента И 31 и вход блока 40 задержки. На выходе счетчика 37 непрерывно формируется код адреса записи в оперативное запоминающее устройство 39 ("ЗапОЗУ"), который поступает на информационный. вход мультиплексора 38 и входы сумматора-вычитателя 33 и блока 35 сравнения. Блок 4 управления (например, клавишный переключатель) вырабатывает коды начала, знака и длительности анализируемого участка, поступающие по шинам 41 - 43 соответственнона вход сумматора-вычитателя 32,на его вход управления и на вход блока 28 сравнения. Код начала анализируемого участка определяет временноеположение начала участка обработкис дискретом, равным или кратным 1/й,а знак - опережение или отставаниеначала участка обработки относительно максимума К-зубца электрокардиосигнала. Сумматор-вычитатель 32 производит коррекцию кода начала анализируемого участка на величину задержки импульса синхронизации Т относительно максимума К-зубца электрокардиосигнала определяемую константой, поступающей через инвертор 36на второй вход сумматора-вычитателя 32. Состояние выхода знаковогоразряда сумматора-выитателя 32 показывает направление смещения началаанализируемого участка относительномомента времени формирования импульса синхронизации Тд и тем самым определяет режим работы блока 5 выбораучастка обработки, управляя по шине "Бхрь" режимом работы сумматоравычитателя 33 и мультиплексора 30,а также состоянием элемента И 31.Если на шине "Бддп" сформирован поло жительный знак, что означает запаздывание .времени начала обработки относительно момента формирования импульса синхронизации То, то сумматор-вычитатель 33 производит операцию сло 1жения текущего кода "Зап.Озу" с кодом сумматора-вычитателя 32, по импульсу синхронизации Тб результатсуммирования заносится в регистр 34.В момент сравнения кода "Зап,ОЗУ" 40и кода, занесенного в регистр 34,;на выходе блока 35 сравнения формируется импульс, который, пройдя через мультиплексор 30, поступает навход сброса счетчика 29 и производитзапуск блока 1 синхронизации по шине 45. Счетчик 29 начинает считатьиз нулевого положения до сравненияс кодом длительности анализируемогоучастка. В этот момент на блоке 28сравнения вырабатывается импульс конца обработки анализируемого участка,.который по шине 44 поступает на входуправления концом обработки блока 1синхронизации, В этом режиме положительный знак по шине "Б 18 п" устанавливает постоянное значение на выхо,де элемента И 3 1 и тем самым определяет прохождение через мультиплексор 38 только кода "Зап.ОЗУ", поступающего на адресные входы оперативного запоминающего устройства 39, т.е, запись и считывание информации, происходящие за период 1/Г,и определяемые командой, постуйающей с выхода блока 40 задержки, производятся по одному и тому же адресу.Если же на шине "Бддп" сформированотрицательный знак, что означаетопережение времени начала обработкиотносительно момента Формированияимпульса синхронизации Т , то сумматор-вычитатель 33 производит операциювычитания и вырабатывает код адресасчитывания оперативного запоминающего устройства 39 ("Сч,ОЗУ"),поступающий на вход мультиплексора 38.В этом режиме на выход элемента И 31проходит команда управления каналомобработки, которая, управляя мультиплексором 38, обеспечивает на адресных входах оперативного запоминающего устройства 39 установку адреса"Зап,ОЗУ" в момент времени записии адреса "Сч.ОЗУ" в момент временисчитывания. В этом режиме в качестве импульса запуска блока 1 синхронизации используется импульс синхронизации Т, проходящий через мультиплексор 30, а работа счетчика 29и блока 28 сравнения происходит аналогично, Таким образом, на выходеоперативного запоминающего устройства 39 ко времени начала обработки,определяемому импульсом запуска блока 1 синхронизации, устанавливаетсяинформация, соответствующая выбранному каналу обработки и заданному времени начала анализйруемого участкаи поступающая на информационный входизмерительного канала цифровогофильтра 6. Импульсы запуска блока синхронизации и конца обработки анализируемого участка, поступающие от блока 5 выбора участка обработки на соответствующие входы блока 1 синхронизации (фиг, 1), формируют старт-стопный режим управления цифровым Фильтром 6, в качестве которого может быть использован, например, цифровой фильтр, реализующий алгоритм дискретного преобразования Фурье. Формирование серий пКи Г производится непрерывно.1170371 2 Рщ плЭиаЮипрдипсагнаппд 7,. дв Решение задачи измерения отдель" ных участков кардиосигналов, опережающих Й-зубец электрокардиосигнала и относящихся к одному и тому же цик-. лу сердечного сокращения, в реальЪ е фном масштабе времени существенно повысило точность измерений и значимость полученной информации о морфо-функциональном состоянии сердечнососудистой системы.