Устройство для обработки кардиосигналов

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических Республик//б 06 Р 15/42 1 Заявлено 01.08.75 (2 6551 4/1 с присое нием заявки осударстеенныи комит Совета Министров ССС по делам изаоретений и открытий(72) Автор изобретения М. В, Склема Минский ордена Трудового Красного Знамени государственный медицинский институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ КАРДИОСИГНАЛОВ 2 го-цифрового и 3 блок вычисле входами первог ез делитель час и вхолом мала едицинскои тех дварительной об еобразоваия площарегистра. оты соеди- вылеления теи к выходу теля, который дей соединен со Тактовая шина ч иена с управляю экстремумов. анал чере ки кардиоовой преее устройрегистры, я, лва блоравления. обеспечии кардиоочности о х кардио Изобретение относится к ь нике и предназначено для пре работки кардиосигналов. Известно устройство для обработ сигналов, содержащее аналого-цифр образователь, буферное запоминаюгц ство, блок вычисления интервалов,распределитель, два блока сравнени ка осреднения, схему И и блок уп Однако известное устройство не вает необходимой точности обработк сигналов. Цель изобретения - повышение т работки путем исключения искаженнь и мпульсов.Для этого в устройство введены узел выделения экстремумов, блок вычисления площадей, дискретный фильтр нижних частот, делитель частоты, схема ИЛИ и блок задержки, ыход которого соединен с управляющими входами блока вычисления интервалов, блока вычисления площадей и распределителя, а вхол совместно со входом распределителя подключен к выходу схемы ИЛИ. Один ее вход соединен с шиной синхронизации, а другой - с выходом узла вылеления экстремумов, подключенного через дискретный фильтр нижних часУзел выделения экстремумов имеет схемусравнения, два последовательно соелиненных регистра, триггер, по две схемы 11 и ИЛИ О и лва элемента задержки, причем виолы схемы сравнения через соответствующие лва регистра соединены с управляющим входом узла выделения экстремумов и одним пз входов схем И, чьи вторые входы соединены соответственно с выходами схемы сравнения, а третьи - с соответствующими нулевым и единичным выходами триггера. Выходы схем И совместно через первую схему ИЛИ связаны с выходом узла выделения экстремумов. Выхол первой схемы И через элемент задержки и вторую схему ИЛИ через второй элемент задержки подключен к нулевому входу этого жс триггера, второй вход второй схемы 11 ЛИ соелинен с синхроннзирующим входом узла выделения экстремумов, а вход первого регистра - с сигнальным входом узла выделения эк стрем умов.На фиг, 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - олок-схема узла выделения экстремумов.Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1 (АЦП), буферное запоминаюшее устройство 2 (БЗУ), дискретный фильтр 3 нижних частот (ДФНЧ), узел 4 выделения экстремумов (УВЭ), блок 5 вычисления интервалов, блок 6 вычисления плошадеи, делитель 7 частоты, распределитель 8, регистры 9 и 10, блоки 11 и 12 осреднения, блоки 13 и 14 сравнения, блок 15 управления, олок 16 задержки, схема 17 ИЛИ, схема 18 И, тактовую шину 19, шину 20 синхронизации.При этом сигнальный вход устройства подключен к АЦП, выход которого связан с БЗУ, блоком 6 и через ДФНЧ - с УВЭ. Выход последнего связан с одним входом схемы 17 ИЛИ, другой вход которой соединен с шиной 20 синхронизации, а выход схемы 17 ИЛИ связан со входом распределителя 8 и через блок 16 задержки - с установочными входами блоков 5, 6 и распределителя 8. Его выходы связаны с управляющими входами регистров 9 и 10, сигнальные входы которых соединены с выходами блоков 5 и 6 соответственно. Выходы регистров 9 и 10 связаны через соответствуюшие блоки 11 и 12 осреднения с одними входами соответствующих блоков 13 и 14 сравнения, другие входы которых соединены с выходами соответствующих регистров 9 и 10.Выходы блоков 13 и 14 объединены схемой 18 И, выход которой подключен к одному входу блока 15 управления, другой вход которого связан с шиной 20 синхронизации, подключенной также к установочному входу УВЭ, Тактовая шина 9 связана с управляющим входом АЦП, со входом блока 5 вычисления интервалов и через делитель 7 частоты - с управляющими входами ДФНЧ и УВЭ. Выход 21 блока 15 управления подключен к шинам сброса БЗУ и регистров 9 и 10, а выход 22 - к шинам перезаписи БЗУ и блоков 11 и 12 осреднения,В узел 4 выделения экстремумов входят регистры 23 и 24, схема сравнения 25, триггер 26, схемы 27 и 28 И, схемы 29 и 30 ИЛИ, элементы 31 и 32 задержки. При этом сигнальный вход УВЭ связан с последовательно включенными регистрами 23 и 24, выходы которых соединены со входами схемы 25. Один вход схемы И 2 связан с единичным выходом триггера 26, а другой вход - с выходом 33 схемы 25.Один вход схемы 28 И связан с нулевым выходом триггера 26, а другой вход - с выходом 34 схемы 25. Третьи входы обеих схем 27 и 28 И связаны с управляюшим входом УВЭ и с управляющими входами регистров 23 и 24. Выходы схем И 27 а 28 связаны через схему 29 ИЛИ с выходом УВЭ. Кроме того, выход схемы 27 И связан через элемент 31 задержки с нулевым входом триггера 26, а выход схемы 28 И - через элемент 32 задержки с одним входом схемы 30 ИЛИ, другой вход которой соединен с установочным входом УВЭ, а выход схемы 30 ИЛИ - с единичным входом триггера 26,БЗУ имеет объем памяти для запоминанияординатодного кардиоимпульса. Дискретный ФНЧ представляет собой сумматор, осу шествля.юций накопление суммы определенного числа ординат кардиоимпульса с последующим усреднением суммы. Распределитель 8 выполнен в виде счетчика и дешифратора. Блок 5 выполнен в виде счетчика, а блок 6 - в виде накапливаюшего сумматора.Работа устройства основана на анализе вкаждом кардиоимпульсе отдельных участков, разделяющихся по знаку первой производной.В каждом кардиоимпульсе определяются экстремумы, по которым кардиоимпульс разбивается на п участков. Предварительно путем фильтрации осуществляется исключение 15 ложных экстремумов, не характерных данному кардиоимпульсу, а вызванных, например, высокочастотными помехами. При этом постоянная времени фильтра выбирается, исходя из вида кардиосигнала, т.е. такой, чтобы в отфильтрованном кардиоим пульсе сохранились только характерные экстремумы (максимумы и минимумы). Затем вычисляются плошади Я, полученных участков и их протяженности Т:Х25=- Мгде И - 1-ая ордината последующего кардиои мпульса;1 =- 1, 2, 3, К М, Я - номер ординаты;К и М - границы анализируемого участка;= 1, 2 п - номер анализируемого участка, причем К = 1; М = К; М = Кз Ц = К Мп- -- М.Полученные величины сравниваются с соответствующими осредненными величинами Я и Т 1, вычисленными из определенного количества предшествуюших неискаженных кардио- импульсов:ЬЯ1=140 где= 1, 2 1Сравнение осуществляется с определеннымдопуском, учитывающим нестабильность кардиоимпульсов по амплитуде и длительности.Число 1. выбирается, исходя из динамикиизменения кардиоимпульсов. Например, при съеме кардиосигналов во время проведения нагрузочных проб динамика изменения кардио- импульсов по амплитуде и длительности значительнее, чем в условиях покоя обследуемого, в соответствии с чем и выбирается число 1, кардиоциклов, подвергающихся осреднению.Кардиоимпульсы, совпавшие по всем соответствующим признакам с осредненными неискаженными предшествующими кардиоимпульсами, считаются неискаженными и поступают на дальнейшую обработку и осреднение. В 55 противном случае они считаются искаженнымии исключаются из обработки.Устройство работает следующим образом.Анализируемые кардиоимпульсы поступают на вход АЦП 1, который преобразует аналоговый сигнал в дискретный с частотой дискретизации, задаваемой частотой следования так 598605товых импульсов цо шине 19 тактировация. Образуемые на входе АЦП коды ординат карлиоимпучьса заносятся в БЗУ, гле хранятся в течение одного кардиоцикла.Синхронизация работы устройства осуществляется по каждому кардиоциклу импульсами, сформированными из Р-зубца электрокардиограммы и поступающими в шину 20 синхронизации. При этом в начале каждого кардио- цикла под действием синхроимпульсов, поступающих через блок 16 задержки, блоки 5 и 6 и распределитель 8 устанавливаются в состояние О.Коды ординат кардиоимпульса с выхода АЦП поступают в ДФНЧ, на выходе которого образуется дискретный сигнал, отфильтрованный от высокочастотных составляюцих. Постоянная времени ДФНЧ определяется коэффициентом деления делителя 7 частоты, на вход которого поступают тактовые импульсы по тактовой шине 19. С выхода ДФНЧ коды ординат отфильтрованного кардиоимпульса поступают в УВЭ, на выходе которого образуется единичный импульс в момент выделения экстремального значения кардиоимпульса (максимума или миьсимума).Параллельно блок 5 подсчитывает тактовые импульсы, поступающие на его вход по шине 19, количество которых определяет протяженность соответствующего участка между экс тремумами, а блок 6 осуществляет суммирование ординат кардиоимпульса на данном участке. Полученные величины Ти Ь; заносятся в соответствуюшие регистры 9 и 10 с помощью распределителя 8, на вход которого поступают единичные импульсы с выхода УВЭ.Занесение признаков последнего участка кардиоимпульса (между последним экстремумом и началом следуюшего кардиосигнала) осуществляется под действием синхроимпульса, поступающего на вход распределителя 8 с шины 20 через схему 17 ИЛИ.Коды признаков Т: и Ь; поступают с выходов регистров 9 и 10 на соответствующие входы блоков 13 и 14, на другие входы которых поступают коды осредненных величин Т; и Ьс выходов блоков 11 и 12.Если кардиоимпульсы не искажены, то они по всем анализируемым признакам совпадут с определенным допуском с осредненными кардиоимпульсами, тогда на выходах всех бло-. ков 13 и 14 образуются единичные потенциалы. Вследствие этого на выходе схемы 18 И образуется единичный потенциал, который поступит в блок 15 управления. На выходе 22 последнего образуется управляющий импульс, под действием которого информация с БЗУ поступит на выход устройства, например, в ЭВМ для дальнейшей обработки, а величины Т) и 8, перепишутся с регистров 9 и 10 в соответствующие блоки 11 и 12 осреднения, где образуются новые величины Т; и 5. Этот процесс булет повторяться, если последующие кардиоцмпульсы по анализируемым признакам будут совпалать с соответствхкпцими осредненными величинами.Если в каком-то кардиоцикле появится искаженный кардиоимпульс, то на определенныхвыхолах блоков 3 и 14 бу - цулвые потенциалы. Тогда на выхо: ехмы 18 И будет нулевой цотеццц;л, з в м мент поступления синхроимпульса из шины 20 в блок 15 управления на его выходе 21 образуется управляющий импульс, который поступит в шины сброса ВЗУ и регистров 9 ц 10. Пои этом узлы устанавлива 1 отся в состоянии О, т.е. информация об искаженном карлиоимцульсе исключится из обработки.Время задержки блока 16 выбирается с учетом быстродействия операции перезаписи кодов из блоков 5 ц 6 в соответствующие регистры 9 и 10.УВЭ работает следующим образом .(см. фиг. 2). В начале кажлого карлцоцикла под действием синхроцмпльсо. поет)пакццих по установочному входу УВЭ через схему 30 ИЛИ на единичный вхол триггера 26, последний устанавливается в состояние 1, при котором на его единичном выходе образуется единичный потенциал. УВЭ оказывается подготовленным для выделения максимума кардио. импульса, так как учтен тот факт, что первым экстремумом каждого карлиоимпульса является максимх мКоды двух соседних орлццат отфильтрованного кардиоимпульса булат последовательно поступать в регистры 23 и 24. Занесение кодов в эти регистры тактцруется импульсами, поступающими на их управляктшце входы с выхода делителя 7 частоты. Параллельно коды с выходов регистров 23 и 24 поступают на входы схемы 25. Так как в начале карлиоццкла первый участок кардиоцмпульса является возрастающим, то каждая последующая ордцната 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 схемы 25 сравнения будут образовываться единичные потенциалы. В момент выделения максимума, когда последующая ордината кардцоимпульса станет меньше предыдмцце., елцнцч ный потенциал образуется на вы ходе 33 с ы- мы 25 сравнения. Пол действием тактового импульса, поступающего по управляющему входу УВЭ на схемы 27 и 28 И, на выхоле схемы 27 И образуется единичный импульс, который поступит через схему 29 ИЛЙ ца выход УВЭ. Этот же импульс поступит через; элемент 31 задержки на нулевой вход триг.- гера 26, последний перебросится в состояние О, на его нулевом выходе образуется единиц. ный потенциал, и УВЭ окажется подготовлен ным к выделению минимума карлиоимпульса Так как на втором участке кардиоимпульса каждая последуюшая ордината будет меньше предыдущей, то единичный потенциал булет образовываться на выходе 33 схемы 25. В момент выделения минимума, когда последующая ордината кардиоимпульса станет больше предыдущей, единичный потенциал образуется ца выходе 34 схемы 25. Аналогичным образом единичный импульс. образуется на выхоле схемы 28 И и поступает на выход УВЭ. Также единичным импульсом через элемент 32 задержки триггер 26 перебросится в состояние 1 и УВЭ окажется подготовленным к выделению максимума кардиоимпульса и т.д. При этом в кардиоимпульсах, где экстремумы расбудет больше предыдущей. Тогда на выходе 34598605 Форлула изобретения г 1 положены ца плоских участках, к точке экстремума будет относиться последняя ордината плоского участка.Время задержки элементов 31 и 32 выбирается больше длительности тактовых импульсов, поступающих по управляющему входу УБЭ цсм обеспечивается последовательная работа отдельных звеньев УВЭ, исключая ложные срабатывания.Первоначальный ввод анализируемых признаков в блоки 11 и 12 осреднения осушествляется оператором путем соответствующей ко)- мутации блока 15 управления (на чертеже нс показано) и параллельным визуальным просмотрам снимаемых кардиосигналов с помощью осцилоскопа.Таким образом, в результате введения в устройство узла выделения экстремумов, с помои(ью которого предварительно отфильтрованный кардиоимпульс разбивается на участки, блока вычисления площадей, осуществляющего вычисление площадей соответствукнцих участков, дискретного филь(ра нижних частот, дс,и(сля цастоты, схемы ИЛИ и блока задержки повышается точность обработки.Изобретение может найти применение в системах для предварительной обработки карлиологицеской информации, работающих в реал(.- ном масштабе времени. 1. Устройство для обработки кардиосигналов, содержащее аналого-цифровой преобразовател ь, буферное запоминающее устройство, олок вычисления интервалов, регистры, распределитель, два блока сравнения, два блока осреднения, схему с,И и блок управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности обработки путем исклк(чния искаженных кардиоимпульсов, в него введены узел выделения экстремумов, блок вычисления площадей, дискретный фильтр нижних частот, делитель частоты, схема ИЛИ и блок задержки, выход которого соединен с управлиюгцими входами блока вычисления интервалов, блока вычисления площадей и распределителя, а вход совместно со входом распределителя подклюцсн к выходу схемы ИЛИ, один вход которой соединен с шиной синхронизации, а другой - с выходом узла выделения экстремумов, подключенного через дискретный фильтр нижних частот к выходу аналого-цифрового пр- образователя, который через блок вычисления пснцадей соединен со входами первого регистра, при этом тактовая шина через делитель частоты соединена с управляющим вхо дом узла выделения экстремумов.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем,что узел выделения экстремумов имеет схему 15 сравнения, два последовательно соединенныхрегистра, триггер, по две схемы И и ИЛИ и два элемента задержки, причем входь( схемы сравнения через соответствующие два регистра соединены с управляюшим входом узла выде,(сппя эестрсыумов и одеих из входов схм И, чьи вторые входы соединены соответственно с выходами схемы сравнения, а третьи -- тсже с соответствующими нулевым и единичным выходами триггера, а выходы схем И совместно через первую схему ИЛИ связаны с выходом узла выделения экстремумов, кроме того, выход первой схемы И через элемент задержки и вторую схему И,1 И под.ключен к единичному входу триггера, а выход второй схемы И через второй элемент задержки - к нулевому входу этого жс триг- ЗО гера, второй вхо; второй схемы ИЛИ с(с;1 вцен с сицхроццзируюп. Рм входом узла иы- леция экстремумов, а вх;,.г(ервого регистра с сигнальным входом узла пыдпения экст 1(см умов.Источники информации, принятые во вни.мание при экспертизе: 1, Касерфес Ц. и др. Вычислительцыс сцстсмы и автохатиЕская Диа(гц(СТПЕЯ Заох(СР 1- ццй сердца. М., Мир, 1974. Заказ 1463,.( Тираж 703 Гоаииснос