Устройство для выделения r-зубца электрокардиосигнала

(51 4 А 61 В 5/04 ГОСУДАРСТБЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ4;, "-ЦОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ,",. /г С: К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(21) 4060129/28-14 (22) 20.03.86 (46) 30.04,88. Бюл, У 6 (7) Особое конструкторское бюро биологической и медицинской кибернетики Ленинградского электротехнического института им. В.И, Ульянова (Ленина) и Всесоюзный научно-исследовательский институт физической культуры (72) В,И. Абаренков, Н.Н. Гетманов, В.Б. Данилов и В.А. Ушаков (53) 615.47 (088,8) (56) Патент США ф 4342318, кл, А 6 В 5/04, 1982.Микрокомпьютерные медицинские сис темы/Под ред, Томпкинса У, и Уэбстера Дж. М,: Мир, 983) с. 459-462. ЯО 1391616 А 1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЬ 1 ДЕЛЕНИЯ К ЗУЬ ЦА ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА(57) Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для выделения К-зубца электрокардиосигнала (ЭКС) содержит фильтр 1, компаратор 2, временной селектор 3, блдк 4 фор мирования порога. С целью повышения достоверности выделения К-зубца в него введены элемент 5 задержки, элеl мент 6 совпадения, измерители 7 и 8 размаха напряжения, блок 9 контроля усиления, который содержит источник 10 опорного напряжения, стробируемый компаратор 11, элемент 12 совпа" дения, делитель 13.э.п. ф-лы, 2 илИзобретецис относится к медицинской технике и может бызт использовано при иссл-доцянци и лоцтре состояния сердечно-сосудистой "ц.темы5в клинической, физиологической испортивной мс дцццце,1 ель иэобретеция " повышение достоверцссзи выделения К-зубца.На Фиг. 1 представлена структурцая электрическая с;:ема устройствадля выделения К-зчбця злектрокардцосигцала; ца фиг, 2 - врьмеццые диаграммы., поясняющие работ устройства.Устройство для выделения К-зубцаэлектрокардиосигцяпя (Э:С) содержит(фиг. 1) Филь гр 1, вьход которогоподключен к .ходой шине устройства,компарятор 2, временной :елекгор 3,блок 4 Формироваця порога, первыйвход которогооедццец с первым входом компаратора 2 и с выходом фильтра 1, второй вход " с выходом временного селектора 3 .ц с выходной шиной устройства, а выход - с вторым 25входом компарятора 2, последовательно соединенные элемент 5 задержкии элемент 6 совпадения, выход кото"рого подключен к входу временногоселектора 3, первый измеритель 7 раз 30маха цяпряжеця, вход которого соединен с входом Фильтра 1, второй измеритель 8 размаха напряжения, входкоторого подключен к первому входукомпараторя 2, ыход которого соединен с входом элемента 5 задержки, иблок 9 контроля усиления, первый ивторой входы которого псдключены соответственно к первому и второму выходам первого измерителя 7 размаханапряжения, третий и четвертый входы соответственно к первому и второму выходам второго измерителя 8размаха напряжения, а вь,ход - к второму входу элемента 6 совпадения. ч 5При этом блок 9 коцтролдз усилениясодержит последовательно соединенныеисточник 10 опорного напряжения истробируемый компяратор 11, выходкоторого подключен к выходной шине50блока 9 контроля усиления, элемент12 совпадеция, выход которого соединен с вторым входом стробируемогокомпаратора 1, а первый и второйвходы - соответственно с второй и55четвертой входными пшцами блока 9контроля усиления, и делитель 13,выход козорого подключен к третьемувходу стробирчемого компяряторя я первый и второй входы - соответственно к первой и третьей входным ш;:ам блока 9 контроля усиления.Б предпочтительном варианте выполнения устройства фильтр 1 может быть рг ялцзовяц в виде согласованного полосового фильтря с полосой пропус кяция частот 9-17 Гц. Временной се лектор 3 может быть выполнен на ос нове последовательного соединения двух ждущих мультивибраторов. Ацало гичцым образом может быть реализован элемент 5 задержки, выходной сигнал которого в предпочтительном варианте выполнения устройства имеет длитель ность 20 мс и время задержки 15 мс (фиг. 2 г). Указанные длительности определены экспериментально на осно ве анализа временных характеристик ЯРБ-комплекса ЭКС представительной выборки испытуемых, Блок 4 Формиро вация порога может быть выполнен в виде последовательно соединенных жду щего мультивибратора, пикового детектора и злемента выборки и хранения с реэцстивцым делителем на выходе. Первый и второй измерители 7 и 8 можно выполнить с использованием двух пиковых детекторов, определяющих значения локагьных максимумов и ми-нимумов сигцяла, двух элементов вы борки и хранения, запоминающих эти значения, и дифференциального усили теля, вычисляющего разность величин локального максимума и следующего за цим локального минимума, т.е, размах напряжения. Источник 10 опорного напряжения может быть выполнен, напри мер, с использованием стабилитрона.Устройство для выделения К-зубца ЭКС работает следующим образом. Сигнал, поступающий на входную шину устройства, подается на вход фильтря 1 (фиг. 2 с). Во входном сигнале присутствуют как ЭКС, имеющий характерную Форму с зубцами Р, Р, Б и Т, так и импульсные помехи П 1, П 2 П 3 различной длительности в том числ" и близкой к длительнос ти ЯКБ-комплекса, но по форме суще ственно отличающиеся от К-зубца. Блок 4 формирования порога вырабаты вает пороговый уровень напряжения 0 я,(фиг. 2 5), пропорциональный ам плигуде выделенных ранее К-зубцов, который подается на второй (опорный) вход компаряторя 2.40 При появлении сигнала на входе устройства ца выходе фильтра 1 появ " ляется отклик ца нходцое возлейстние Если сигнал на входе фильтра 1 пре 5 вышает пороговое напряжение 1) то на выходе компаратора 2 поянляется импульс, длительность которого равна Длительности превышения сигналом порога ), (Фиг. 2 в) . Импульсы помех,0 амплитуда которых после прохождения фильтра 1 превышает порогкак и К-зубцы, проходят на выход компа ратора 2, однако вследствие несоответствия спектра помех амплитудно частотной характеристике фильтра 1 их форма существенно искажена (фиг. 2 6), Импульсный сигнал с выхода компаратора 2 поступает на вход элемента 5 задержки, на выходе кото рого через 15 мс появляется импульс длительностью 20 мс (фиг. 2 г.).Первый измеритель 7 вычисляет раз" ность между амплитудами локального максимума и следующего за ним ло 25 кального минимума. Напряжение на первом (информационном) выходе первого измерителя 7 пропорционально размаху напряжения на входе фильра 1. Напряжение на первом (инфор мационном) выходе второго измерителя пропорционально размаху выходного напряжения фильтра 1. Импульсы на вторых (управляющих) выходах иэ мерцтелей 7 и 8 появляются в момен" ты Фиксации измерителями 7 и 8 ло35 кальных минимумов. Блок 9 контроля усилеция производит вычисление коэф фициента усиления фильтра 1 для каж дого текущего отрицательного перепада входного сигнала и фиксирует моменты превышения вычисленным коэффициентом усиления заданного порога. Коэффициент усиления определяется делителем 13 путем вычисления отно щения напряжения с информационного выхода второго измерителя 8 к напря жению с информационного выхода перво го измерителя 7. Если в момент появ ления на втором входе стробируемого50 компаратора 11 стробирующего импуль" са (фиг. 2 ), вырабатываемого зле ментом 12 совпадения при поступлении на него сигналов с управляющих выхо дон измерителей 7 и 8, выходное на пряжецие делителя 3 превышает лоро55 говое напряжение П , подаваемое с источника 10 опорного напряжения (фиг. 2 Ф), то стробируемый компаратор 11 формирует импульс ца выходеблока 9 контроля усиления (Фиг. 2),При поступлении этога импульса цавторой вход элемента 6 совпаденияпри условии поступления н это же вре.мя на его первь 1 й вход импу.п с с ны"хода элемента 5 задержки (Фиг, 2)элемент 6 совпадения вырабатываетимпульс(фиг. 2), свидетельствующийо наличии К" зубца во входном сигнале. Из этого импульса временной селектор 3 формирует импульс длительностью 50 100 мс, предотвращаюшийсрабатывание устройства от помех,следукипих непосредственно эа К-зубцом,Повышение помехоустойчивости выделения К-зубца ЭГС достигается путем сравнения величин размаха напряжения сигнала на входе и выходеФильтра 1. Каждому виду импульсногосигнала соответствует определенныйнид отклика на выходе фильтраЕсли амплитудно частотную характеристику фильтра 2 согласовать соспектром выделяемого импульсного сигнала (например, К зубца ЭКС), топри появлении на входе фильтра 1 импульса нужной формы величина отношения размахов напряжений сигнала свыхода и входа фильтра 1 максимальная. Вследстние искажения формы импульсов помехи фильтром 1 сцгцал цаинформационном выходе второго измерителя Я при прохождении помехи значительцо меньше, чем сигнал на информационном выходе перного измерителя 7В го же время для К-зубца,форма которого прц прохождении Филь.тра 1 изменяется незначительно, выходные сигналы измерителей 7 и 8примерно одццаконы. Поэтому выходноекусочцо-посзояцное напряжение Лелителя 13 Фиг, 2 е) при поступлениина вход устройства импульсной помехименьше порогового уровця П п, а при,поступлении К-зубца больше порогового уровня г (фиг, 2 е) . Так как параметры Я-комплекса имеют значительный разброс у разных испытуемых,то необходимо определять порогонуювеличину П д, отношения размахов напряжения путем предварительной калибровки устройства имитациоццымцсигналами.Если амплитуда сигнала с выходафильтра 1 превышает порог компаратора 2 и на интервале длительно тью20 мс следующем через 15 мс после момента превьиеения порога, зафиксировано, что отношение размахов превышает порог стробируемого компара 5 тора 11, то на выходе устройства появляется импульс, свидетельствующий о наличии К-зубцов во входном сигнале.Таким образом, устройство осу ществляет выделение К-зубцов электрокардиосигнала на фоне импульсных помех, имеющих соизмеримые с К-зубцами амплитуду и длительность и не устраняемых из электрокардиосигнала известными методами амплитудной и временной селекции, Устройство обеспечивает повышение достоверности выделения К-зубцов беэ использования спектрального анализа и автоматичес О кой регулировки усиления электрокардиосигнала.Формула изобретения1, Устройство для выделения К-зуб ца электрокардиосигнала, содержащее фильтр, выход которого подключен к входной шине устройства, компаратор, временной селектор и блок формирования порога, первый вход которого сое- Зо динен с первым входом компаратора и с выходом фильтра, второй вход - с выходом временного селектора и с выходной шиной устройства, а выход - с вторым входом компаратора, о т -35 личающеесятем, что, сцелью повышения достоверности выделения К-зубца, в него введены последовательно соединенные элементзадержки и элемент совпадения, выход которого подключен к входу временного селектора, первый измерительразмаха напряжения, вход которогосоединен с входом фильтра, второйизмеритель размаха напрнжения входкоторого подключен к первому входукомпаратора, выход которого соединенс входом элемента задержки, и блокконтроля усиления, первый и второйвходы которого подключены соответственно к первому и второму выходампервого измерителя размаха напряжения, третий и четвертый входы - соответственно к первому и второму выходам второго измерителя напряжения,а выход - к второму входу элементасовпадения.2, Устройство по и.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в нем блокконтроля усиления содержит последовательно соединенные источник опорного напряжения и стробируемый компаратор выход которого подключен квыходной шине блока контроля усиления, элемент совпадения, выход которого соединен с вторым входом стробируемого компаратора, а первый ивторой входы - соответственно с второй и четвертой входными шинами блока контроля усиления, и делитель,выход которого подключен к третьемувходу стробируемого компаратора апервый и второй входы - соответственно к первой и третьей входным шинамблока контроля усиления,1391616 Фиг 2 Составитель Э, БалуевТехред Л.Сердюкова корректор Г.Рещетник Редактор И, Недолуженко Заказ 1838/6 Тираж 655 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5