Устройство для измерения частоты и ритмичности сердечных сокращений

)4 А 61 ИЗОБРЕТЕНИЯ ПИСАНАВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ 757005/28-14 1.06.843.03.86. Бюл, Ф ,В. Агеев, Б.М. 22) 46) 72) 111 Невчук.П СУДАРСТВЕННЦЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ(56) Ритмокардиовазометр РКВМ, ТУ 64-1-2993-77 ТЕ, 1977.Авторское свидетельство СССР Р 56362, кл. А 61 В 5/02, 1976(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ И РИТМИЧНОСТИ СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ, содержащее селектор К-зубцов, вход которого подключен к первой входной шине устройства, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и первый делитель частоты и блок определения средней частоты сердечных сокращений, включающий первый счетчик и первый регистр, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения оперативности и достоверности диагностики аритмий сердца, в него введены последовательно соединенные блок упЯО 121904 равления, блок определения мгновенной частоты сердечных сокращений иблок определения разности смежныхКК-интервалов, второй вход которогоподключен к первому выходу блока управления, первый, второй, третий ичетвертый выходы которого соединенысоответственно с первым, вторым,третьим и четвертым входами блокаопределения мгновенной частоты сердечных сокращений, пятый вход которого подключен к первому входу блока управления и к входу первого делителя частоты, шестой вход - к выходу первого делителя частоты, авторой выход - к первому входу блока определения средней частоты сердечных сокращений, второй вход которого соединен с четвертым выходомблока управления, а третий и четвертый входы - соответственно с второй .и третьей входными шинами устройства, причем второй вход блока управления соединен с выходом селектора К-зубцов..Ивано Реда ехр аказ 117 д,4/5 ул, ПроеКтная илиал ППП "Патент", г. Уж Тираж 659 Подписи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,122. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что в нем блокопределения средней частоты сердечных сокращений дополнительно содержит второй делитель частоты, информационный вход которого соединен счетвертым выходом блока управления,а выход - с входом сброса первогосчетчика и с управляющим входом первого регистра, и первый коммутатор,выходы которого поразрядно соедине-,ны с информационными входами первого регистра, информационные входыс выходами первого счетчика, а первыйи второй управляющие входы соединены соответственно с первым и вторымуправляющими входами второго делителя частоты и с второй и третьей входными шинами устройства, причем счетный вход первого счетчика подключенк второму выходу блока определениямгновенной частоты сердечных сокра"щений,3. Устройство по п.1, о т л ич аю щ е е с я тем, что в нем блок определения мгновенной частоты сердечных сокращений содержит последовательно соединенные второй счетчик,второй регистр и второй коммутатор,входы которого поразрядно соединеныс входами предварительной записи второго счетчика, а вторая группа входов подключена соответственно к шинам логического нуля и логическойединицы, последовательно соединенныетретий счетчик и третий регистр, управляющий вход которого соединен спервым выходом блока управления, суправляющим входом второго регистра,с входом сброса третьего счетчика ис вторым входом блока определенияразности смежных КК-интервалов эле омент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу переноса второгосчетчика и к счетным входам первогои третьего счетчиков, второй вход кчетвертому выходу блока управления,а выход " к управляющему входу второго счетчика, и третий коммутатор,первый и второй информационные входыкоторого соединены соответственно свходом и выходом первого делителя 19048частоты, управляющий вход - с вторымвыходом блока управления и с первымуправляющим входом второго коммутатора, а выход - со счетным входомвторого счетчика, вход выбора режимакоторого подключен к третьему выходублока управления и к второму управля-.ющему входу второго коммутатора, аего информационные выходы поразрядноподключены к первой группе входовблока определения разности смежныхКК-интервалов,4, Устройство по п,1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что в нем блокопределения разности смежных КК-интервалов содержит последовательносоединенные четвертый регистр, ариф-.метический блок и пятый регистр,. управляющий вход которого подключен квходу сброса третьего счетчика и куправляющему входу четвертого регист-.ра, информационные входы которого поразрядно соединены с информационнымивыходами второго счетчика и с второйгруппой входов арифметического блока,причем один из входов четвертого ре.гистра, один из входов второй группы входов и управляющий вход арифметического блока подключены соответственно к шинам логического нуля илогической единицы.5. Устройство по п.1, о т л и - ,ч а ю щ е е с я тем, что в нем блокуправления содержит последовательносоединенные четвертый счетчик, первых вход которого подключен к входупервого делителя частоты, комбинационный блок, триггер и первый формирователь импульсов, вход котороготакже соединен с входом сброса четвертого счетчика и с входом выборарежима второго счетчика, а выходс вторым входомэлемента ИЛИ, и второй формирователь импульсов, выходкоторого подключен к управляющемувходу второго регистра, а вход - квыходу селектора К-зубцов и к тактовому входу триггера, инверсныйвыход которого соединен с управляющим входом третьего коммутатора, а информационный и К-входы - с шинойлогического нуля,Изобретение относится к медицинскому приборостроению, а именно к измерительным кардиологическим устройствам, и может быть использовано в автоматических системах непрерывного наблюдения за состоянием сердечно- сосудистой системы человека.Целью изобретения является повышение оперативности и достоверности диагностики аритмий сердца.На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг.2 - блок определения средней частоты сердечных сокращений; на фиг. 3 - блок определения мгновенной частоты сердечных сокращений; на фиг,4 - блок определения разности смежных КК-интервалов; на фиг.5 - блок управления; на фиг.6 - второй делитель частоты; на фиг,7 - первый коммутатор; на фиг. 8 в . третий коммутатор; на фиг. 9 - временные диаграммы работы блока управления.Устройство для измерения частоты и ритмичности сердечных сокращений содержит (фиг.1) селектор 1 К-зубцов, вход которого подключен к первой входной шине устройства, последовательно соединенные генератор 2 тактовых импульсов и первый делитель 3 частоты, блок 4 определения средней частоты сердечных сокращений и последовательно соединенные блок 5 управления 1 блок 6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений и блок 7 определения разности смежных КК-интерваловвторой вход которого подключен к первому выходу блока 5 управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока 6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений, пятый вход которого подключен к первому входу блока 5 управления и к входу первого делителя 3 частоты, шестой вход - к выходу пер вого делителя 3 частоты, а второй выход - к первому входу блока 4 определения средней частоты сердечных сокращений, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока 5 управления, а третий и четвертый входы- .соответственно с второй и третьей входными шинами устройства, причем второй вход блока 5 управления соединен е выходом селектора 1 К-зубцов, а блок 4 определения средней частотыБлок 6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений содержит (фиг.3) последовательно соеДиненные ЗО второй счетчик 12, второй регистр 13и второй коммутатор 14, выходы которого поразрядно соединены с входами предварительной записи второго счетчика 12, а вторая группа входов под ключена соответственно к шинам логического нуля и логической единицы, последовательно соединенные третий счетчик 15 и третий регистр 16, управляющий вход которого соединен с 40первым выходом блока 5 управления, с управляющим входом второго регистра 13, с входом сброса третьего счетчика 15 и с вторым входом блока 7 опре" ределения разности смежных КК-интервалов, элемент ИЛИ 17, первый вход которого подключен к выходу переноса второго счетчика 12 и к счетным входам первого счетчика 8 и третьего счетчика 15, второй вход - к четвертому выходу блока 5 управления, а выход - к управляющему входу второго счетчика 12, и третий коммутатор 18, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с входом и выходом первого делителя 3 частоты, управляющий вход - с вторым выходом блока 5 управления и с первым управляющим входом второго ком 5 О 15 20 25 сердечных сокращений включает первый счетчик 8 и первый регистр 9 (фиг.2).При этом блок 4 определения средней частоты сердечных сокращений дополнительно содержит (фиг,2) второй делитель 1 О частоты, информационный вход которого соединен с четвертым выходом блока 5 управления, а выход - с входом сброса первого счетчика 8 и с управляющим входом первого регистра 9, и первый коммутатор 11, выходы которого поразрядно соединены с информационными входами первого регистра 9, информационные входы - с выходами первого счетчика 8, а первый и второй управляющие входы соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго делителя 1 О частоты и с второй и третьей входными шинами устройства, причем счетный вход первого счетчика 8 подключен к второму выходу блока б определения мгновенной частоты сердечных сокращений, а выходы первого регистра 9 соединены соответственно с первыми выходными шинами устройства.мутатора 14, а выход - со счетным входом второго счетчика 12, вход выбора режима которого подклю" чен к третьему выходу блока 5 управления и к второму управляющему входу второго коммутатора 14, а его информационные выходы поразрядно подключены к первой группе входов блока 7 определения разности смежных КК-интервалов. Выходы третьего регистра 16 соединены соответственно с вторыми выходными шинами устройства,Блок 7 определения разности смеж-. ных КК-интервалов содержит (фиг.4) последовательно соединенные четвертый регистр 19, арифметический блок 20 и пятый регистр 21, управляющий вход которого подключен к входу сбро" са третьего счетчика 15 и к управляющему входу четвертого регистра 19, информационные входы которого поразрядно соединены с информационными выходами второго счетчика 12 и с вто рой группой входов арифметического блока 20, причем один из входов четвертого регистра 19, один из входов второй группы входов и управляющий вход арифметического блока 20 подключены соответственно к шинам ло"игического нуля и логической единицы, Выходы пятого регистра 21 соединены соответственно с третьими выходными шинами устройства.Блок 5 управления содержит (фиг,5) последовательно соединенные четвертый счетчик 22, первый. вход которого подключен к входу первого делителя 3 частоты, комбинационный блок 23, триггер 24 и первый формирователь 25 импульсов, вход которого также соединен с входом сброса четвертого .счетчика 22 и с входом выбора режи-, ма второго счетчика 12, а выход - со вторым входом элемента ИЛИ 17,.и второй формирователь 26 импульсов, выход которого подключен к управляющему входу второго регистра 13, а вход - к выходу селектора 1 К-зубцов и к тактовому входу триггера 24, инверс. ный выход которого соединен с управляющим входом третьего коммутатора 18, а информационный и К-входы - с шиной логического нуля. В предпочтительном варианте исполнения устройстве первый делитель 3 частоты с коэффициентом деления 1000 может быть выполнен на трех счетчиках 546 ИЕ 11, Второй делитель 10 частоты (Фиг.6) состоит из счетчика 27, четырехканального мультиплексора 28 и Формирователя 29 импульсов. Вход сброса счетчика 27 и первый вход мультиплексора 28 подключены к шине логическогонуля, а выходы третьего, пятого и седьмогоразрядов счетчика 27 подключены соответственно к второму, третьему и 1 О четвертому входам мультиплексора 28,Первый коммутатор 11 (фиг.7) состоитиз девяти четырехканальных мультиплексоров 30 - 38, первые входы которых подключены к шине логического 15 нуля. Второй коммутатор 14 выполненна двенадцати мультиплексорах с общим управлением. Третий коммутатор18 выполнен на четырех логическихэлементах (фиг,8). Исходя из макси- О мальной .частоты сердечных сокращений 300 мийи наибольшего количестваусредняемых устройством интерваловКК электрокардиосигнала (ЭКС),разрядность первого счетчика 8 выбрана рав-,25 ной 16, Комбинационный блок 23 выполнен на трех логических элементах (фиг.5) в виде дешифратора одного числа,иУстройство для измерения частоты ЗО и ритмичности сердечных сокращенийработает следующим образом.Селектор 1 К-зубцов формирует по.каждому К-зубцу поступающего на его вход ЭКС синхроимпульс (фиг,9), ко 35 торый подается на второй вход блокауправления. По Фронту приходящего синхроимпульса на первом выходе блока 5 управления появляется короткий положительный импульс, которым про О изводится запись содержимого второгосчетчика 12 во второй регистр 13 блока 6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений и в четвертый регистр 19 блока 7 определения раз ности смежных КК-интервалов, а также запись содержимого третьего счетчика 15 в третий регистр 16 блока 6 определения мгновенной частоты сердечных сокращений с последующим об-.5 О нулением третьего счетчика 15. Информация с третьего регистра 16 поступает на вторые выходные шины устройства. На втором и третьем выходах блока 5 управления по фронту прихо дящего импульса К-.зубца формируютсясоответственно положительный и отрицательный.импульсы фиксированной длительности (фиг.9) Т , в тече1219048 ТИпФТгде Т, - время, эа которое число И1 О станет равным нулю. 1 ак как 1 хОБН(2) 15 то По окончании времени преобразова ния Т второй коммутатор 18 подпрключает выход первого делителя 3частоты к счетному входу второгосчетчика 12, который изменением уров-ня сигнала с третьего выхода блока 5управления переводится в режим сложения на время .паузы между К-зубфцами Т. , равное Т нщ Тя Тр (4) 30 Второй коммутатор 14 на то же времяподключает свои вторые входы к входам предварительной записи второгосчетчика 12. По окончании временипреобразования импульсом с четвертоЗ 5 го выхода блока 5 управления, поступающим через элемент ИЛИ 17 на управляющий вход второго счетчика 12,производится переписывание состояниявторых входов Ч второго коммутатора 40 14 во второй счетчик 12, Вторые входы второго коммутатора 14 (Ч-входы)подключены к напряжениям логической(:единицы Ч или логического нуля Чтаким образом, чтобы закодировать в 45 двоичном коде число М компенсирую )щее потерю информации об измеряемомпериоде Тэа время преобразования Г 1 гз = Тп50 Ч "Р Импульсом переноса положительной полярности, поступающим с выхода переноса второго счетчика 12 через элемент ИЛИ 7 на его управляющий вход, число И из второго регистра 3 через второй коммутатор 14 снова запишется во второй счетчик 12 в мосодержимое последнего (м нулю. Одновременно имгде 55 делител ча" 1 1 анно 60 в ли 00000011100 в В даи сятичномом сл мент, когдастанет равнь код двоичн коде. ние которого осуществляется преобразование измеряемого периода Тследования К-зубцов ЭКС в частотусердечных сокращений, выраженную вмин , На время преобразования Ттретий коммутатор 18 блока 6 определения мгновенной частоты сердеч-.ных сокращений подключает выход генератора 2 тактовых импульсов, следующих с частотой Г , к счетномувходу второго счетчика 12, которыйв течение времени Т работает врежиме вычитания, Второй коммутатор14 блока 6 определения мгновеннойчастоты сердечных сокращений на тоже время подключает выходы второгорегистра 13 к входам предварительнойзаписи второго счетчика 12; Короткий положительный импульс с четвертого выхода блока 5 управления, который появляется в момент окончания импульса на третьем выходе, блока 5управления и формируется по егозаднему фронту, поступает на информационный вход второго делителя 10частоты блока 4 определения среднейчастоты сердечных сокращений, а также через элемент ИЛИ 17 на управляющий вход второго счетчика 12 блока6 определения мгновенной частотысердечных сокращений, Фронтом импульса с первого выхода блока 5 управления во второй регистр 13 блока6 определения мгновенной частотысердечных сокращений записываетсячисло К, пропорциональное длительности предыдущего измеряемого периода Т следования К-зубцов ЭКС,Далее в блоке 6 определения мгновенной частоты сердечных сокращенийпроисходит преобразование числа И(,в число (1, пропорциональное мгновенной частоте .сердечных сокращений,выраженной в мин , Число И вовтором счетчике 12 будет уменьшаться до нуля, так как последний работает в режиме вычитания,пульсы переноса подсчитываются третьим счетчиком 15.Количество импульсов переноса с выхода второго счетчика 12 равно т г,( ф1 тМ оэффициент деления первог3 частоты.По окончании времени преобразования начинается подсчет числа Н в течение интервала Т ф х (Т -Тв ) Г +1 Я=Т у, (6) Подставляя значение 1 из уравнения (6) в уравнение (3) и учитывая, что коэффициент деления К первого де 9лителя 3 частоты равен К, /Г , полу- чаемВыбирая Т = 60 мс, Г, = 1 МГц и К и К = 1000, получаем масштабный коэффицйент К = 60 и, следовательно, результат измерения частоты сердеч-. ных сокращений, выраженный в минфИзмерение среднего значения частоты сердечных сокращений осуществляется параллельно процессу измерения мгновенной частоты сердечных сокращений. Подсчет импульсов переноса с выхода переноса второго счетчика 12 блока б определения мгновенной частоты сердечных сокращений осуществляетпервый счетчик 8 блока 4 определения. средней частоты сердечных сокращений, в котором накапливаОются импульсы за несколько интервалов преобразования, Количество усрецняемых интервалов КК определяется коэффициентом деления второго делителя 10 частоты, который может быть изменен переменной состояния его управляющих входов АО и А 1 по второй и третьей входным шинам устройства.В конкретном варианте выполнения устройства количество усредняемых интервалов РК выбрано равным 2, где 1 - целое положительное число. В этом случае операция усреднения (деления) заменяется операцией отбра сывания д младших разрядов результата, накапливающегося в первом счетчике 8. Указанная операция осуществляется первым коммутатором 11, который подключает овыходов первого,счетчика 8 к информационным входам первого регистра 9, где о - количество разрядов первого счетчика 8, в данном случае равное 16. Значение д может быть установлено равным трем, пяти или семи.Для осуществления усреднения эа 8, .32 и 128 интервалов КК второй делитель 10 частоты при. подаче на его20 25 управляющие входы А и АО двоичныхсигналов 01, 10, 11 будет выполнятьделение входной частоты соответственно на 8, 32 и 128 н на его выходе будет появляться соответственно каждый 8-й, 32-й и 128-й импульсы. Короткими импульсами с выхода второго делителя 10 производится запись через первый коммутатор 11 содержимого первого счетчика 8 без трех или пятиили семи младших разрядов в первыйрегистр 9, т,е. запись результатаусреднения соответственно за 8, 32или 128 интервалов КК с последующимобнулением первого счетчика 8. С выхода первого регистра 9 информация поступает на первые выходные шины устройства. При состоянии второй итретьей входных шин устройства 00 второй делитель 1 О частоты выключается и первый коммутатор 11 подключает информационные входы первого регистра 9 к шине логического нуля. Управляющая комбинация 00 используется для выключения режима определения срецнего значения частоты сердечных сокращений (ЧСС).Измерение разности между соседними КК-интервалами ЭКС осуществляется блокомопределения разности смежных КК-интервалов параллельно процессу измерения мгновенной частоты сердечных сокращений. С выхода второго счетчика 12 блока 6 определения мгновенной ЧСС двоичный код очередного интервала КК поступает на информационные входы четвертого регистра4019 и записывается в него по фронтуимпульса с первого выхода блока 5управления. Одновременно результат вычитания кодов двух смежных КК-интер" валов, представленный в дополнитель" ном коде, с выхода арифметического 45блока 20 переписывается в пятый регистр 21, с выхода которого информа-.ция поступает на третьи выходные ши" ны устройства, Операция вычитания производится арифметическим блоком 20 путем суммирования прямого двоичного кода текущего интервала КК с дополнительным кодом предшествующего интервала КК, Старший разряд результата является знаковым. В этом разряде будет ноль, если разность кодов смежных КК-интервалов положительная, и единица, если разность отрицательная, Так как в остальных блоках устройства происходят операции над числами без знака, то на старший разряд информационных входов четвертого регистра 19 и на старший разряд второй группы входов арифметического блока 20 поданы соответственно напряжения логического нуля и логической единицы.Блок 5 управления функционирует 1 и следующим образом. В исходном состоянии триггер 24 включен и четвертый счетчик 22 поддерживается в нулевом состоянии по своему входу сброса высоким уровнем напряжения с прямого выхода триггера 24. По фронту приходящего на второй вход блока 5 управления синхроимпульса второй формирователь им п пульсов 26 формирует короткий положительный импульс, поступающий на первый выход блока 5 управления (фиг,9, эпюра 1), триггер 24 выключается и разрешаетсчет четвертым 25 счетчиком 22 импульсов, поступающих на первый вход блока 5 управления с частотой 1 МГц. Как только в четвертом счетчике 22 накопится 60000 импульсов, на выходе комбинационного блока 23 установится напряжение логической единицы, которое включит триггер 24 по его входу установки в единичное состояние.Высокий уровень напряжения с прямого выхода триггера 24 обнуляет четвертый счетчик 22 и :подсчет импульсов прекращается до прихода следующего синхроимпульса. Таким образом,на инверсном и прямом выходах триггера 24 формируются положительныйи отрицательный импульсы длительностью 60 мс (фиг9, эпюры 2 и 3),которые поступают на второй и третий выходы блока 5 управления, Пофронту импульса с прямого выходатриггера 24 первый формирователь 25импульсов формирует короткий положительный импульс, поступающий начетвертый выход блока 5 управления(фиг.9, эпюра 4),Полученная на выходных шинах устройства информация может быть поданана различные внешние устройства,например, интерфейс ЭВМ, накопителиинформации, устройства индикациии др.Обеспечиваемое устройством одновременное измерение мгновенной исредней частоты сердечных сокращенийи разности смежных КК-интервалов ЭКСпозволит повысить эффективность иоперативность медико-биологическихисследований при диагностике различных видов аритмий сердца.