Устройство для определения динамики ударного объема сердца

-ЛМ щИм 4 Ф в МЪМСЧ1 г ПИ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ИДЕТЕЛЬСТВ ОРСНО(21) 3342588 (22) 02.10.81 (46) 23.06.83 (72) В.С,Беане (53) 615.47 ( (56) 1. Авторск Ж 187215, кп,2. Авторское Ж 306833, кп. 28 Бюл. % 23нко и А.Н.Козлов АРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 088.8) ое свидетельство СССР А 61 В 10/00, 1966. свидетельство СССРА 61 В 5/02, 1971.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИКИ УДАРНОГО ОБЪЕМАСЕРДЦА, содержащее генератор, соецинвнный с входом приемо-перецающего преобразователя упьтразвука, поспедоватвпьно соединенные усипитель высокой частоты, первый детектор, усилитель низкойчастоты, поспецоватепьно соединенныепервый коммутатор и интегратор, а такжеканал эпектрокардиограммы, вкпючающийпервый, второй и третий электроды, подкпючеиные к соответствующим вхоаамусилителя биопотенциапов, соединенногос первым формироватвпем, о т и и ч а -ю щ и й с я тем, что, с цепью повышения достоверности измерения динамикиударного обьема сердца, цри смещенияхпозиции свраца,в усповиях операторскойдеятепьности, в него включены первый,второй и третий приемные преобразователи ультразвука, фиксирующая ппощадка,на которой они размещены, первый суьматор, причем выходы приемных преобразователей ультразвука соединены спервым, вторым, третьим входами сумматора, четвертый вхоц которого соецинвн с выходом приемо-передающего преобразователя, а выход подключен к усипитепю высокой частоты, а также поспвдовательно соединенные преобразователь В 10/00//А 61 В 5 сфйгмоартериограммы, фильтр низкойчастоты, усилитель, первый дифференцирующий элемент, второй детектор, второйформирователь, первый элемент совпадения, триггер, второй коммутатор, регистратор, поспедоватепьно соединенные чао-тотомер, второй эпемент совпадения, атакже поспедовательно соединенные третий детектор и третий формирователь,выход которого подключен к второму.входу триггера, второй выход которогоподключен к второму входу второго,элемента совпадения, а вход третьегодетектора соединен с вторым выходомпервого аифференцирующего элемента, атакже последовательно соединенные второй дифференцирующий элемент, четвертый цетектор, отметчик, запоминающийэлемент, третий сумматор, первый делитель, умножитепь, а также второй делитель, выход которого соединен с вторь 9 мвходом умножитепя, последовательно соединенные бпок ввода данных, второй сумматор, выход которого подключен к второму входу первого депитепя, и схемаавтоматической регулировки усиления,вход которой подключен к выходу первого детектора, а выход - к второму входуусилителя низкой частоты, выход которого соединен с первым входом частотомера, второй вход которого соединен спервым входом интегратора и с выхоцомпервого коммутатора, вход которого соединен с выходом четвертого детектора,второй вход интегратора поцкпючен к выходу второго эпемента совпадения, а выход подключен к входам второго сумматора,запоминающего эпемента и первому входу второго аепителя, второй вхоцкоторого соединен с вторым выходом запоминающего элемента, первый выхоц1024065первого формирователя соединен с входом жителя соединен с выходом второго девторого дифференцируюшего элемента, а лителя, третий вход - с выходом блока второй выхоц - с вторым входом первого ввоца данных, а выхоц - с вторым вхоцом элемента совпадения, второй вход умно- регистратора.Изобретение относится к мецицинскойтехнике, а именно к устройствам дляопределения показателей деятельностисердца с использованием ультразвуковойэнергии, предназначено цля оценки сер 5дечной деятельности в системах медицинского контроля, а также для диагностикизаболеваний сердца и сосудов.Известен кардиограф, включаюшийприемо-передающий преобразовате ль0ультразвука, генератор, усипитель высокой частоты, детектор, усилитель низкойчастоты, частотомер и регистр 111 .,.Однако кардиограф не обеспечиваетавтоматического определения показателейсердечной деятельности и имеет недостаточную точность измерения.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является карциограф,включающий приемо-передающий преобразователь ультразвука, генератор, усилитель высокой частоты, детектор, усилитель низкой частоты, интегратор, регистратор и канал электрокардиограммы,состоящий из электроцов, усилителя био 25потенциалов, первого формирователя ипервого коммутатора 21.Однако устройство не обеспечиваетдостаточно высокую точность измерениядинамики ударного объема сердца, присмещениях позиции сердца, в условиях,операторской деятельности.Цель изобретения является повышениедостоверности измерения динамики ударного объема сердца при смещениях позиции сердца, в условиях операторской дея- З 5тепьности,Поставленная цель достигается тем,что в кардиограф, содержащий генератор,соединенный с входом приемо-передаюшего преобразователя ультразвука, по Оспецоватепьно соединенные усилитель высокой частоты, первый цЮектор, усилитель низкой частоты, последовательносоединенные первый коммутатор и интегратор, а также канал эпектрокардиограммы, включающий первый, второй м третий электроды, подкпюченные к соответствующим входам усилителя биопотенциапов,соединенного с первым формирователем,ввецены первый, второй и третий приемные преобразователи ультразвука,. фиксируюшая площадка, на которой они размешены, первый сумматор, причем выходыприемных преоьразователей ультразвукасоецинены с первым, вторым, третьимвхоцами сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом приемо-перецаюшего преобразователя, а выход подключен к усилителю высокой частоты, атакже последовательно соециненные преобразователь сфигмоартериограммъ, фипьтрнизкой частоты, усилитель, первый дифференцируюший элемент; второй детектор,второй формирователь, первый элементсовпадения, триггер, второй коммутатор,регистратор,последовательно соединенныечастотомер, второй элемент совпадения,а также последовательно соединенныетретий детектор и третий формирователь,выход которого подключен к второму вхоцу триггера,.второй выход которого поцключен к второму входу второго элементасовпадения, а вход третьего детекторасоединен с вторым выхоцом первого дифференцируюшего элемента, а также последовательно соединенные второй цифференцируюший эпемент, четвертый детектор,отметчик, запоминающий элемент, третийсумматор, первый делитель, умножитепь,а также второй делитель, выход которогосоединен с вторым входом умножитепя,последовательно уединенные блок вводаданных, второй сумматор, выход которогоподключен к второму вхоцу первого целителя, и схема автоматической регулировки усиления, вход которой подкпюченк выходу первого детектора, а выходк второму входу усилителя низкой частоты, выход которого соединен с первымвходом частотомера, второй вход которого соединен с первым входом интегратора и с выходом первого коммутатора,вход которого соедищн с выходом четдовательно соединенные второй аифференцируюший элемент 30, четвертый аетектор 31, отметчик 32, запоминающий элемент 33, третий сумматор 34, пер-. вый делитель 35, умножитель 36, второй делитель 37, выход которого соединен с в вторым входом умножитепя 36, последовательно соединенные блок 38 ввода аан ных, второй сумматор 39, выход которого подключен к второму входу первого делителя 35, и схему 40 автоматической регулировки усиления, вход которой подключен к выходу первого детектора 4, а выход - к второму входу усилителя 5 низкой частоты, выход которого соединен с первым входом частотомера 26, второй вход которого соединен с первым входом интегратора 7 и с выходом первого коммутатора 6, вход которого соединен с выхоаом четвертого детектора 31, Второй вход интегратора 7 подключен к выхоцу второго элемента 27 совпадения, а выход подключен к входам второго сумматора 39, запоминающего элемента 33 и первому входу второго делителя 37, второй вход которого соединен с вторым выходом запоминаюшего элемента. Первый выход первого формирователя 10 соединен с входом второго дифференцируюшего элемента 30, а второй выход - с вторым входом первого элемента 22 совпадения. Второй вход умножителя 36 соединен с выходом второго делителя 37, третий вход - с выходом блока 38 ввода данных, а выход - с вторым входом регистратора.Геометрическая форма левого желудочка сердца у здоровых людей с достаточной степенью точности может быть принята эллипсоиаом вращения, ориентация малого диаметра Ю которого совпадает с направлением локации сердца при УЗДК (иэ ШУ межреберья слева у грудины в геометрический центр желудочка). Величина большого диаметра 06 примерно вдвое больше значения малого. С учетом указанного, объем левого желудочка может быть представлен какк 1 1) 3Значение сердечного выброса ЬЧ представляет собой разность объемов желудочка в конце систолы Ус и аиастоль Н0 С0 сгде Юр и Юс - значения конечноаиастолического и конечносистолического диаметров желудочка. 45 3 1024065,вертого детектора, второй вход интегратора подключен к выходу второго элемента совпадения, а выход подключен квходам второго сумматора, запоминаюшего элемента и первому входу второгоделителя, второй вход которого соединенс вторым выходом запоминающего элемента, первый выход первого формирова теля соединен с вхоаом второго дифференцируюшего элемента, а второй выходс вторым входом первого элемента совпадения, второй вход умножителя соединен с выходом второго делителя, третийвход- с выходом блока ввода данных, авыходс вторым входом регистратора. 15На чертеже представлена структурнаяэлектрическая схема устройства.Устройство для определения динамикиударного объема сердца содержит генератор 1, соединенный с входом приемо- р 0передающего преобразователя 2 ультразвука, последовательно соединенныеусилитель 3 высокой частоты, первыйдетектор 4, усилитель 5 низкой частоты,послеаовательно соединенные первый коммутатор 6 и интегратор 7, а также канал электрокардиограммы, включающий,усилителя 9 биопотенциалов, соединенногос первым формирователем 10, а такжепервый 1 1, второй 12 и третий 13 приемные преобразователи ультразвука, размещенные на обшей фиксирующей площадке14, первый сумматор 15. Причем преоб разователи 11-13 соеаинены с первым,вторым и третьим входами сумматора 15,четвертый вход которого соеаинен свыходом приемо-передающего преобразователя 2, а выход подключен к усилителю высокой частоты, Устройство содержит40также последовательно соединенные преобразователь 16 сфигмоартериограммы,фильтр 17 низкой частоты, усилитель 18,первый дифференьирующий элемент 19,второй детектор 20, второй формирователь 21, первый элемент 22 совпадения,триггер 23, второй коммутатор 24, регистратор 25, последовательно соединенные частотомер 26, второй элемент 27совпадения, а также последовательно соединенные третий детектор 28 и третийформирователь 29, выход которого подключен к второму входу триггера 23,второй выход которого подключен к второму входу второго элемента 27 совпааения, а вход третьего детектора 28соедивэн с выходом первого дифференпирующего элемента 19, а также после20 5 10240Использование УЗДК не позволяет производить непосредственное измерение величин 21 и ) , оцнако обеспечивает измерение перемещений Р задней стенки желудочка по интегральным значениям 5 частоты в фазе изгнанияГ=0 -Э(3)Подставляя формулу (3) в (2), осу ществляя промежуточные выклацки и пре небрегая членами второго порядка малооти, получим1 = с,с И. (4)Относительные изменения ударного объема при воздействиях на гемодинамику определяются соотношениемлв выев Фсв+в7р ГОср(0 срГр где ЬН и аУ р - значения ударногообъема при воэдействии на гемоцинамикуи в исходном состоянии; 25Зс и Э ср, - соответствующие значения конечносистолического диаметражелудочка.Устройство обеспечивает непрерывное автоматическое определение динамики ударного объема крови в реальном масштабе времени по соотношению (5).В условиях воздействий на человекафакторов внешней среды (перегрузок, гипоксии, вестибулярных воздействий и35 др.) или операторской деятельности, сопровождающихся смещениями позиции серцца, для достоверного определения динамики ударного объема увеличена эффек 40 тивная плошадь приемной апертуры. Для этого в устройство введено не менее трех приемных преобразователей ультразвука, а выходы всех приемных элементов подсоединены к общему сумматору, Мини 45 мапьное количество преобразователей определяется необходимостью их размещения по окружности в вершинах вписанного в окружность равностороннего тре( угольника с центром в зоне распопожения приемо-передающего датчика. Такое 50 построение акустической системы обеспечивает перекрытие всех возможных про.странственных зон приема.Устройство работает средующим образом.55Генератором 1 вырабатываются алектромагнитные колебания, которые с помощью излучающего элемента пркемо 65 6передающего преобразователя 2, установленного в зоне проекции левого желудочка сердца обследуемого, преобразуются в .ультразвуковые волны, которыми осуществляется локация кардиоструктур. Приемным элементом преобразователя 2, а также приемными преобразователями 11-13, установленными в зоне проекции сердца на общей фиксирующей площадке 14, осуществляется пространственная селекция отраженных от стенкимиокарда акустических волн.В приемном тракте производится сложение отраженных волн сумматором 15 далее с помощью усилителя 3 высокой частоты первого детектора 4, усилителя 5 низкой частоты и схемы 40 автоматической регулировки усиления осуществляется усиление, детектирование и существенное уменьшение динамического диапазона уровня сигналов. Частото мером 26 измеряется допплеровский сдвиг частоты сигналов, пропорциональный средней скорости движения стенки миокарда.С помощью электродов 8 и усилителя 9 биопотенциалов регистрируется электрокардиограмма. Из зубцов Р электрокардиограммы первым формирователем 10 произвоцится генерирование строба с длительностью, равной минимальной продолжительности системы желуцочков сердца.Синхронно с первичным преобразователем 16 сфигмоартериограммы, фотоэлектрического или механоэлектрического типа, подключенным через фильтр 17 низкой частоты к усилителю 18, регистрируется пульсовая волна (например, с проекции височной артерии). Сигнал первой производной сфигмоартериограммы, полученный на выходе первого дифференцируюшего элемента 19, поступает на второй 20 и третий 28 детекторы с противоположной проводимостью, Второй детектор 20 выделяет отрицательные пики первой проиэвоцной, соответствующие инцизуре 1 пульсовой волны (т.е. моментам окончания систолы жепудочков), третий детектор 28 выдерут попожитепьные пики производной, формирующиеся дважды в течение каждого сердечного цикла в моменты начала фазы изгнания и фазы наполнения желудочков кровью.Зубцы положительной полярности преобразуются вторым формирователем 21 и поступают на первый элемент 22 совпадения, на второй вход которого поступает строб, сформированный из ЭКГ. В результате на выходе элемента 22 выделяется импульс, начало которого со7 1024 ответствует первому попожитепьному пику первой производной сфигмоартериограммы (т,е. началу фазы изгнания). Этот импульс изменяет состояние, триггера 23, сигнал с выхода которого осуществляет временную селекцию импупьсов с выхода частотомера 26 с помощьювто-. рого элемента 27 совпадения., Формирование заднего фронта сигнала с выхода триггера 23 производится отрицательным 10 пиком первой производной сфигмоартериограммы, йоступающим с выхода третьего детектора 28 через третий формирователь 29 йа вход триггера 23. В реэупьтате на интегратор 7 в течение фазы изгнания 15 крови поступает напряжение, пропорцио -;, нальное скорости движения стенки миокар, да. На выходе интегратора 7 формируется сигнал, пропорциональный перемещению Р стенки левого жепудочка в этой фазе щ сердечного цикпа. Сигнап перемешения стенки жепудочка поступает на запоминающий элемент 33, соединенный,с отметчиком 32, с помощью 5 которых фиксируются исходные значения Гр в начале физиопогического обспедовання. Исходные Гр и текущие Г значения перемешения (исходные значения усредняются по фиксированному чиспу сер- ЗО дечных цикпов) совместно с напряжением, пропорционапьным среднестатистическим показатепям ЭсВ и ЭУ, поступающим. с бпока 38 ввода данных, суммируются соответственно третьим 34 и Вторим 39 35 сумматорами. С помощью первого депитепя 35 отношений опредепяется величина (Осу+ Г )/(3 + Г ), Второй депитепь 37 измеряет значение Рй/Г,. На входы умножитепя 36 поступают сигнапы с выходом, депитепей 35 и 37, а также величина О /Дар с бпока 38 ввода данных. На выходе умножитепя 36 формируется сигнал, пропорционапьный динамике выброса крови йЧй IАи поступающий на регистратор 25, работой которого управпяет второй коммутатор 065. 824, подключенный к инвертирующему выходу триггера 23 (подключается к умно- жителю 36 только в фазе диастолы, т.е. после окончания рабочих операций вычиопения Чр ДЧ).Первый коммутатор 6, подсоединенный , через второй дифференцирующий эпемент 30 и четвертый детектор 31 к первому формирователю 10, управляет работой частотомера 26 и интегратора 7 в ритме сердечных сокращений, осуществляя кратковременный сброс потенциапов с накопитепьных элементов интегратора 7 в начале каждого сердечного цикла.Таким образом, регистратором 25 осу ществпяется непрерывная запись динамики выброса крови по каждому сердечному циклу в течение всего физиологического обспедованияУстройство поэвопяет осушествпять непрерывное автоматическое измерение динамики ударного объема сердца,а также повысить точность измерений цри смещениях позиции сердца, что обеспечивает оперативную. оценку состояния сердечно- сосудистой системы в реальном масштабе времени обследования в процессе функционапьных проб и воздействий на гемодинамику, необходимую дпя повышения безопасности фиэиопогических экспериментов и уточнения выбора текущих режимов воздействия на организм; снижение времени измерения и трудоемкости рабоиих операций по расшифровке и анапиэу физиологической информации; повышение достовер,; ности и надежности измерения выброса крови в условиях операторской деятельности при воздействии на организм специфических и неспецифических факторов внешней среды; возможность измерения динамики выброса крови беэ предварительного обучения медицинского персонала методикам расшифровки УЗДК, эпектрокардио грамм и сфамоартериограмм; эффективное. использование времени, затрачиваемого медицинским персонапом на функционапьное обследование пациентов.. Тяс ПоцпиаСР 271/3 . Тираж ВНИИ ПИ Государстве по депам изобре 113035,Москва,Ж