Устройство для измерения частоты пульса

Номер патента: 1678312

Авторы: Балицкий, Михайлов, Туганов

ZIP архив

Текст

(5 О 5 А 61 В 5/0245 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВ(71) Особое конструкторское бюро биологической и медицинской кибернетики Ленинградского электротехнического институтаим. В,И,Ульянова (Ленина)(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПУЛЬСА(57) Изобретение относится к медицинскойтехнике. Целью изобретения является сокращение длительности и упрощение процедуры обследования пациентов за счетпроведения измерений с использованиемпульсовых сигналов разной природы приповышенной помехозащищенности. ПоЖ 1678312 А 1 ставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения частоты пульса, содержащее детектор 1 пульсового сигнала, формирователь 4 импульсов и измерительный блок 5, введены амплитудный ограничитель 2 сигнала снизу, блок 3 вычитания и амплитудный детектор 6, при этом в состав формирователя 4 импульсов входят последовательно соединенные амплитудный ограничитель 7 сигнала сверху, компара гор Е, дифференциатор 9, амплитудный ограничитель 10 сигнала снизу и одновибратор 11, Устройство обеспечивает помехозащищенные измерения частоты пульса даже при использовании такого нестационарного и произвольным образом модулированного по амплитуде пульсового сигнала, как тахо- осциллограмма, что позволяет упростить конструкцию устройства и методику наложения датчиков, а также сократить длительность процедуры измерений, что повышает пропускную способность при массовых медицинских обследованиях. 1 з.п,ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к устройствам для измерения параметров ритмической деятельности сердца,Цель изобретения - сокращение длительности и упрощение процедуры обследования пациентов за счет проведения измерений с использованием пульсовых сигналов разной природы при повышенной помехозащищен ности.На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства,Устройство для измерения частоты пульса содержит (фиг. 1) последовательно соединенные детектор 1 пульсового сигнала, амплитудный ограничитель 2 сигнала снизу, блок 3 вычитания, формирователь 4 импульсов и измерительный блок 5, и амплитудный детектор б, вход которого подключен к входу амплитудного ограничителя 2 сигнала снизу, а выход - к второму входу блока 3 вычитания. При этом формирователь 4 импульсов выполнен в виде последовательно соединенных амплитудного ограничителя 7 сигнала сверху, вход которого является входом формирователя 4 импульсов, компаратора 8, дифференциатора 9, амплитудного ограничителя 10 сигнала снизу и одновибратора 11, выход которого является выходом формирователя 4 импульсов,В предпочтительном варианте выполнения устройства детектор 1 пульсового сигнала содержит, например, последовательно соединенные датчик и первичный преобразователь, включающий дифференцирующий и усилительный блоки (не показаны). Измерительный блок 5 может быть выполнен в виде измерителя частоты импул ьсных сигналов.Устройство для измерения частоты пульса работает следующим образом,Детектор 1 пульсового сигнала осуществляет снятие с пациента аналогового пульсового сигнала и первичное преобразование этого сигнала, например, дифференцирование и усиление, В качестве пульсового сигнала для измерения частоты пульса широко используется электрокардиограмма (ЭКГ), что обусловлено относительной стабильностью этого информационного сигнала, особенно его основного фрагмента - зубцов Я, у которых естественная амплитудная модуляция минимальна, Однако, использование ЭКГ-методики для измерения частоты пульса имеет такие недостатки, как трудоемкость, критичность и длительность операции наложения ЗКГ-электродов и относительная 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сложность аппаратуры обработки ЗКГ-сигнала, Для устранения этих недостатков при измерении частоты пульса в устройстве в качестве информационного пульсового сигналаиспользуются более простые в получении сигналы, например сфигмограмма (СФГ) и первая производная от СФГ-тахоосциллограмма (ТОГ), которую можно получить от компрессионной манжеты и использовать не только для измерения частоты пульса, но и для одновременного измерения параметров артериального давления,Исходный сфигмографический сигнал включает медленно меняющуюся составляющую Р давления в компрессионной манжете и переменные пульсирующие колебания этого давления (фиг. 2 а), Каждое пульсовое СФГ-колебание содержит восходящий участок(анакроту) и нисходящий участок(катакроту), на котором имеется в той или иной степени выраженная впадина (инцизура) П 1 и выпуклость (дикротическая волна) П 2. В ряде аномальных случаев фрагменты П 1 и П 2 выражены настолько явно, что они воспринимаются, как раздвоенный максимум СФГ-сигнала, и тем самым становятся источником возникновения внутренних помех. Наряду с такими внутренними помехами СФГ-.сигнал может содержать между пульсовыми колебаниями и внешние помехи разной природы и полярности,.например, типа ПЗ и П 4 на фиг, 2 а; Непосредственно СФГ-сигнал не используется для измерений из-за наличия меняющейся постоянной составляющей. Поэтому детектор 1 пульсового сигнала производит дифференцирование и усиление снимаемого с пациента сигнала, преобразуя СФГ в ее первую производную - ТОГ-сигнал (фиг. 2 б), что обеспечивает устранение постоянной составляющей и стабилизацию нулевой линии, При этом внутренние и внешние помехи уже не различимы между собой, а форма ТОГ-сигнала становится еще более сложной с точки зрения устранения помех. Кроме того, амплитуда как положительных, так и отрицательных пиков ТОГ монотонно возрастает, достигает максимума, после чего снова уменьшается и наконец, помимо такой амплитудной модуляции, изменяется и форма пульсовых колебаний ТОГ-сигнала при каждом пульсовом ударе, Поэтому ТОГ-сигнал является наиболее сложным для помехозащищенных измерений частоты пульса из всех известных видов пульсографических информационных сигналов, но зато и наиболее приемлемым с точки зрения простоты конструкции датчика-усилительной части устройства и ее эксплуатационных преиму 1678312ществ - удобство в использовании и надежность в работе.Помехозащищенность измерения частоты пульса при использовании нестационарного и произвольным образом модулированного по амплитуде информационного пульсового сигнала, например, ТОГ-сигнала достигается в устройстве путем автоматического выделения из любого пульсового сигнала только верхних частей пульсовых колебаний (без существенного искажения их передних фронтов) и срезания всех остальных частей сигнала вместе с разного рода помехами. Для этого выходной сигнал детектора 1 пульсового сигнала Ч 1(фиг. 2 б) подается одновременно на входы амплитудного ограничителя 2 сигнала . снизу и амплитудного детектора 6,Уровень среза Он амплитудного ограничителя 2 сигнала снизу выбирается достаточно малым (Он=Он), так как при высоком уровне ограничения (Он=О" н) можно пропустить низкоамплитудные пульсовые колебания, например третье колебание на фиг, 2 б.Но при малом значении уровня среза О"через амплитудный ограничитель 2 сигнала снизу пройдет значительная часть помех, в частности помехи П 5, П 6 и П 7 (фиг. 2 в), Для устранения таких помех сигнала параллельно пропускается через амплитудный детектор 6 с разными постоянными времени заряда хз и разряда тр, удовлетворяющими условию тз7 р . Конкретное значение величин тз и тр можно получить исходя из максимально возможного диапазона изменения частоты пульса от 20 до 240 уд/мин.Для уменьшения искажений передних фронтов сигнала величина тз должна быть на порядок меньше периода самого быстрого пульсового процесса, например тз =25 мс, а для достаточно эффективного подавления помех величина гр должна быть на порядок меньше периода самого медленного пульсового процесса, например тр =300 мс, При такихзначенияхХз игр они между собой, как это и требуется, различаются на порядок,Благодаря выбранным таким образомпараметрам зарядно-разрядных цепей амплитудного детектора 6 передние фронты его выходного сигнала Ч (фиг. 2 г) искажаютсябзначительно меньше, чем задние фронты, которые значительно затягиваются, перекрывая помехи (пунктирный график на фиг, 2 в). Для устранения помехосодержащей части пульсового сигнала выходные сигналы амплитудного ограничителя 2 сигнала снизу Ч 2 и амплитудного детектора 6 Чб подаются на соответствующие входы блока 3 вычита ниже тачки Е) пропуск информативной пуль 25 сации сведен к минимуму, так как все равно 30 35 40 45 50 55 10 15 20 ния, с выхода которого снимается положительная часть полученной разности Чз (фиг.2 д). Передние фронты сигнала Чз, например фронт АВ, имеют минимальные искажения относительно исходного пульсового сигнала, а крутизна переднего фронта АВ сигнала Чз занимает промежуточное положение между крутизной фронта АВ сигнала Ч 2 и крутизной фронта АС сигнала Чб. При этом условие тр,Фз)10 гарантирует невозможность пропуска информативно пульсации, так как вследствие малого, но конечного значения гз точка С всегда будет располагаться ниже точки В, а тачка Д иэ-за большого, но конечного значения гр всегда будет ниже точкиС(фиг. 2 в). При работе научастке возрастающих амплитуд пульсаций сигнала (точка Е выше точки В) пропуск какой-либо его информативной пульсации исключен, поскольку точка б будет находиться заведомо ниже точки Е, а точка Г - снова несколько ниже точки Е. Но даже при работе на участке уменьшающихся амплитуд сигнала (точка Н точка 6 расположена, как правило, ниже точки Г и снова ниже точки Н, хотя при этом точка Н уже ниже точки Е (фиг, 2 в).Выходной сигнал блока 3 вычитания представляет собой (фиг, 2 д) уже автоматически сформированный (синхронно с сокращениями сердца, и без постоянной составляющей и беэ помех) импульсный сигнал почти треугольной формы (ЛВС, ОЕР и О Н 3 на фиг. 2 в, д), одинаково надежно сформированный как на участке возрастания амплитуд пульсаций, так и на участке их убывания в исходном пульсовом сигнале. Выходной сигнал. блока 3 вычитания подается через формирователь 4 импульсов на вход измерительного блока 5, который производит измеаение частоты входных импульсов и индикацию частоты пульса.Для того, чтобы работа измерительного блока 5 была более надежной и не зависела от различия амплитуд и длительностей его входных импульсов, выходной сигнал блока 3 вычитания пропускается в формирователе 4 импульсов через амплитудный ограничитель 7 сигнала сверху, компаратор 8, дифференциатор 9, амплитудный ограничитель 10 сигнала снизу и одновибратор 11, которые унифицируют входные импульсы формирователя 4 импульсов по амплитуде и длительности, Амплитудный ограничитель 7 сигналов сверху с пороговым уровнем О 8(фиг. 2 д) срезает верхнюю часть импульсов(фиг. 2 е), компаратор 8 с уровнем опорного напряжения отрезает основание импульсов(фиг. 2 ж), дифференциатор 9 выделяет их передние и задние фронты (фиг, 2 з), а амплитудный ограничитель 10 сигнала снизу пропускает только положительные импульсы, соответствующие передним фронтам 5 (фиг, 2 и), по которым одновибратор 11 вырабатывает прямоугольные импульсы фиксированной длительности, например 250 мс (фиг. 2 к), поступающие на вход измерительного блока 5, 10Таким образом, устройство обеспечивает надежное измерение частоты пульса с любым из известных пульсографических сигналов, в том числе и с сигналом, в котором непрерывно изменяются амплитуды и 15 форма пульсовых колебаний на фоне различных внешних и внутренних помех. При этом не возникает необходимости испольэовать в качестве измерительного блока 5 сложный аналитический прибор со специа лизированными узлами подавления помех или дорогостоящий вычислительный блок с соответствующим программным обеспечением. При работе устройства с любым видом информационного сигнала детектор 1 25 пульсового сигнала может иметь довольно простую конструкцию, обеспечивающую быстрое наложение датчиков на различные участки тела пациента и не требующую строго соблюдения требований специаль ной методики наложения датчиков и отведения сигнала, как в случае использования злектрокардиограммы для измерения частоты пульса, Это позволяет использовать устройство в качестве самостоятельного ка нала в комплексе с другими измерителями физиологических параметров, например, в измерителях артериального давления, а также сокращает длительность измерений, что повышает пропускную способность при массовых обследованиях,Формул а и зоб ре те н и я 1. Устройство для измерения частоты пульса, содержащее детектор пульсового сигнала и последовательно соединенные формирователь импульсов и измерительный блок, отл ича ю щее с я тем, что, с целью сокращения длительности и упрощения процедуры обследования пациентов за счет проведения измерений с использованием пульсовых сигналов разной природы при повышенной помехозащищенности, в него введены последовательно соединенные амплитудный ограничитель сигнала снизу и блок вычитания и амплитудный детектор, вход которого подключен к выходу детектора пульсового сигнала и к входу амплитудного ограничителя сигнала снизу, а выход - к второму входу блока вычитания, выход которого соединен с входом формирователя импульсов.2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в нем формирователь импульсов выполнен в виде последовательно соединенных амплитудного ограничителя сигнала сверху, вход которого является входом формирователя,импульсов, компаратора, дифференциатора, амплитудного ограничителя сигнала снизу и одновибратора, выход которого является выходом формирователя импульсов.Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гаг 10 Заказ 3157 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5

Смотреть

Заявка

4173415, 04.01.1987

ОСОБОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО БИОЛОГИЧЕСКОЙ И МЕДИЦИНСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ ЛЕНИНГРАДСКОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМ. В. И. УЛЬЯНОВА

БАЛИЦКИЙ СТАНИСЛАВ ПЕТРОВИЧ, МИХАЙЛОВ РОСТИСЛАВ КОНСТАНТИНОВИЧ, ТУГАНОВ СЕРГЕЙ ПАВЛОВИЧ

МПК / Метки

МПК: A61B 5/0245

Метки: пульса, частоты

Опубликовано: 23.09.1991

Код ссылки

<a href="https://patents.su/5-1678312-ustrojjstvo-dlya-izmereniya-chastoty-pulsa.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для измерения частоты пульса</a>

Похожие патенты