Устройство для выделения и анализа r-зубцов электрокардиосигнала

,8013642 А В 5/04 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ж ГОСУДАРСТВЕННЫЙКОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Пензенский политехнический институи Пензенский государственный институт усовершенствования врачей(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ И АНАЛИЗА К-ЗУБЦОВ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА(57) Устройство для выделения и анализа К-зу бцов электрокардиосигнала содержит последовательно соединенные пиковый де. тектор 1, компаратор 2 и формирователь 3 строба и компаратор 5. С целью повышения надежности выделения К-зубцов и проведения дифференциальной диагностики типов желудочковых экстрасистол в него введены пиковый детектор 4, последовательно соединенные формирователь 6 строба, триггер 7, временной селектор 8, блок 9 логического анализа и блок 10 индикации, блок 11 вычитания, компараторы 12, 13 и 14 и логический элемент ИЛИ 15. 7 ил.1Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагности .еским кардиологическим устройствам.Цель изобретения - повышение надежности выделения К-зубцов и проведение дифференциальной диагностики типов желудочковых экстрасистол.На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для выделения и анализа К-зубцов электрокардиосигнала; на фиг. 2 - схема временного селектора; на фиг, 3 - схема блока логического анализа; на фиг. 4 - схема регистра, входящего в состав блока логического анализа; на фиг. 5 - временные диаграммы сигналов; на фиг. 6 - таблица, поясняющая выполняемую устройством классификацию входных импульсных сигналов, и основные типы желудочковых комплексов электрокардиосигнала, выделяемые с помощью устройства; на фиг. 7 - эпюры сигналов на выходах блоков, осуществляющих формирование строба заднего фронта в блоке логического анализа.Устройство для выделения и анализа К-зубцов электрокардиоси гнала содержит (фиг. 1) последовательно соединенные первый пиковый детектор 1, первый компаратор 2 и первый формирователь 3 строба, последовательно соединенные второй пиковый детектор 4, второй компаратор 5, второй формирователь 6 строба, триггер 7, временной селектор 8, второй вход которого подключен к второму выходу триггера 7, блок 9 логического анализа, второй вход которого подключен к второму выходу временного селектора 8, и блок 10 индикации, блок 11 вычитания, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого пикового детектора 1 и второго пикового детектора 4, первый вход которого подключен к входной шине устройства, к первому входу первого пикового детектора 1 и к вторым входам первого 2 и второго 5 компараторов, третий 12, четвертый 13 и пятый 14 компараторы, первые входы которых соединены с выходом блока 11 вычитания, вторые входы - соответственно .с первой, второй и третьей шинами опорного напряжения 1.1 11 и (А, а выходы - соответственно с третьим, четвертым и пятым входами блока 9 логического анализа, второй выход которого подключен к выходной шине устройства, и логический элемент ИЛИ 15, выход которого соединен с третьими входами временного селектора 8 и компараторов 12 - 14 и с шестым входом блока 9 логического анализа первый вход - с вторыми входами триггера 7 и второго пикового детектора 4 и с выходом первого формирователя 3 строба, а второй вход - с вторым входом первого пикового детектора 1 и с выходом второго формирователя 6 строба. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2Каждый пиковый детектор 1 и 4 содержит (фиг. 1) первый 16 и второй 17 операционные усилители, элемент 18 задержки, ключ 19, диод 20, конденсатор 21 и два резистора 22 и 23. Диод 20 и конденсатор 21 образуют диодно-емкостную запоминающую ячейку. Конструкция пиковых детекторов 1 и 4 отличается только полярностью включения диода 20 между выходом первого операционного усилителя 16 и конденсатором 21, которая и определяет полярность запоминаемых экстремальных значений входного сигнала.Временной селектор 8 содержит (фиг. 2) два генератора 24 и 25 пилообразного напряжения, входы которых являются соответственно первым и вторым входами временного селектора 8, два логических элемента ИЛИ 26 и 27, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами временного селектора 8, и четыре компаратора 28 - 31, стробирующие входы которых объединены и являются третьим входом временного селектора 8. Опорные входы компараторов 29 и 30 подключены к четвертой шине опорного напряжения Ц а опорные входы компараторов 28 и 31 - к пятой шине опорного напряжения 1.).Блок 9 логического анализа содержит (фиг. 3) первый 32 и второй 33 триггеры, одновибраторы 34 - 39, элементы 40 - 42 задержки, инверторы 43 - 45, логические элементы И 46 - 55, логические элементы ИЛИ-НЕ 56 и 57, логические элементы ИЛИ 58 - 61, регистр 62 и счетчик 63 импульсов. При этом регистр 62 может быть выполнен, например, в виде четырех ячеек 64 - 67 памяти на 1 К-триггерах и элемента 68 задержки (фиг. 4). Счетчик 63 импульсов может содержать, например, четыре параллельно включенных счетных элемента. Первый 3 и второй 6 формирователи строба могут быть выполнены, например, в виде одновибраторов, а в качестве блока 11 вычитания может быть использован, например, дифференциальный усилитель.Устройство работает следующим образом.Электрокардиограмма с пациента снимается с помощью униполярных отведений, причем расположение сигнального электрода соответствует одному из стандартных грудных отведенийили. Электрокардиографический сигнал (фиг. 5, 11 ) подается на входную шину устройства, а затем поступает на первый вход первого пикового детектора1, осуществляющего выделение максимальных значений входного сигнала (фиг. 5, Ц 1), и на первый вход второго пикового детектора 4, выделяющего минимальные значения входного сигнала (фиг. 5, 1.1). Выделение моментов экстремумов производится первым компаратором 2 (моменты максимумов) и вторым ком паратором 55 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Т(,; 1,(Т(,; Т(,.Сигнал, несущий информацию об амплитуде А перепада между любыми двумя смежными экстремумами входного сигнала устройства, формируется на выходе блока 11 вычитания, определяющего разность сигналов, поступающих с выходов первого 1 и второго 4 пиковых детекторов. Затем эта разность подается на первые входы третьего 12, четвертого 13 и пятого 4 компараторов, которые производят разделение перепадов по амплитуде А на четыре зоны: А(Ц; Цг.А(11,; ЦА(.1,; АЦ, где (1, 1, и Ь - опорные уровни напряжения на вторых входах соответственно третьего 2, четвертого 13 и пятого 14 компараторов. Стробы, поступаюгцие на вторые входы компараторов 12 - 4 с выхода логического элемента ИЛИ 15, обеспечивают сравнение разностного сигнала с заданными порогами в моменты времени, соответствующие каждому локальному экстремуму, что дает возможность проводить сравнение тогда, когда на входе компараторов 2 в 14 имеется напря 3(моменты минимумов), сигналы с выходов которых преобразуются первым 3 и вторым 6 формирователями строба в стробирующие импульсы (стробы), которые управляют работой первого 1 и второго 4 пиковых детекторов, переводя их в режим слежения. Причем сигнал с выхода первого формирователя 3 строба максимума (фиг. 5, 1 подается на второй вход второго пикового детектора 4, выделяющего минимумы, а сигнал с выхода второго формирователя 6 строба минимума подается на второй вход первого пикового детектора 1, выделяющего максимумы, что обусловлено чередованием максимумов и минимумов в исходном сигнале.После выделения экстремумов устройство осуществляет анализ зубцов электрокардиосигнала по амплитуде и длительности перепадов между двумя смежными экстремумами. Интервалы, соответствующие длительности перепадов входного сигнала, формируются на первом и втором выходах триггера 7, на первый и второй входы которого подаются сигналы соответственно с выхода первого формирователя 3 строба и с выхода второго формирователя 6 строба, несущие информацию о моментах экстремумов входного сигнала. В результате этого на первый вход временного селектора 8 поступают импульсы, длительности которых равны временным интервалам между соседними локальными максимумами и минимумами, а на его второй вход - импульсы, длительности которых равны временным интервалам между соседними локальными минимумами и максимумами. Временной селектор 8 производит разделение полученных интервалов по длительности Т на три зоны: жение, равное амплитуде перепада между двумя очередными смежными экстремумами.Сигналы с первого и второго выходов временного селектора 8, а также с выходов компараторов 12 в 14 поступают соответственно на первый, второй, третий, четвертый и пятый входы блока 9 логического анализа, который на основе данных об амплитуде и длительности перепадов входного сигнала осуществляет достоверное выделение К-зубцов электрокардиосигнала на фоне помех различного вида, таких как дрейф изолинии, сетевая помеха и импульсные артефакты. Подобный анализ позволяет обнаружить К-зубцы также при наличии Т-зубцов, сравнимых и даже превосходящих по амплитуде К-зубцы. Кроме того, при анализе перепадов по амплитуде и длительности становится возможным выделение аберрантных желудочковых комплексов и классификация их на желудочковые экстрасистолы трех типов, что также осуществляется блоком 9 логического анализа.В таблице (фиг. 6 а), поясняющей классификацию входных импульсных сигналов устройства в зависимости от попадания значений амплитуды А и длительности Т пере- палов в различные зоны, величины ( и (1 представляют собой параметры, соответствующие нормальному К-зубцу электрокардиосигнала. Величины пороговых уровней (1 и Ц, а также длительность опорного интервала (, выбираются в соответствии с данными электрокардиографических исследований и могут иметь, например, следующие значения: (1 = 1,411,; Г, = 0,711, (, = 6(. В графах зон таблицы приведены также соответствующие каждой зоне кодовые комбинации (Х, - Х, фиг. 1), которые отображают логическое состояние (единичный или нулевой уровни напряжения) входов блока 9 логического анализа и определяются состоянием компараторов 28 - 31временного селектора 8 (градации по длительности перепада) и компараторов 2 - 14 (градации по ам плитуде перепада) . На фиг. 6 также представлены четыре тина желудоч ковых ком плексов электро ка рдиосигнала, выделение которых устройством дает диагностическую информацию о состоянии и функционировании сердца: желудочковый б - комплекс с нормальным К-зубцом (норма); в - желудочковая экстрасистола 1 ти па (Ж), у которой К-зубец им еет нормальную амплитуду, но повышенную длительность заднего фронта (перепада до ближайшего минимума); г - желудочковая экстрасистола 11 типа (Ж) с К-зубцом, имеющим повышенную амплитуду и повышенную длительность заднего фронта (перепада); д - желудочковая экстрасистола 111 типа (Ж), К-зубец которой имеет пониженную амплитуду и нормальную длительность заднего фронта (перепада).где У нормальному 40 45 50 55 5На первые входы пиковых детекторов подается входной электрокардиоси гнал, типичный вид 1.)которого представлен на фиг, 5, где К - нормальный желудочковый комплекс; ЭС - желудочковая экстрасистола. В момент локальных экстремумов происходит смена знака, прикладываемого к диоду 20 напряжения, что приводит к изменению его проводящего состояния. Стробирующие импульсы, поступающие с выходов формирователей 3 и 6 строба на вторые входы пиковых детекторов 1 и 4 (фиг, 5, 1.1 и 11 ), управляют работой ключей 19, которые замыкаются только на время длительности стробирующих импульсов, Элементы 18 задержки, включенные между вторыми входами пиковых детекторов 1 и 4 и управляющими входами ключей 19, обеспечивают задержку сигнала с выхода блока 11 вычитания на время, необходимое для срабатывания логического элемента ИЛИ 15 и комп а рат оров 12 - 14.Пиковые детекторы 1 и 4 имеют два режима работы: слежения и запоминания экстремальных значений. На фиг, 5 изображены временные диаграммы напряжений на выходе первого пикового детектора 1 (точка д, фиг. 1) Ц и на выходе второго пикового детектора 4 (точка е, фиг. 1) У,. Пиковые детекторы 1 и 4 работают в противофазе. Интервалы времени 1, 1 1, 1, 1 (з, 1 являются интервалами работы в режиме слежения для первого пикового детектора 1 и одновременно интервалами работы в режиме заполнения локальных минимумов для второго пикового детектора 4, а интервалы/ й//Фвремени 1 1 1, 1, 1 1- интервалами работы в режиме смежения для второго пикового детектора 4 и одновременно интервалами работы в режиме запоминания локальных максимумов для первого пикового детектора 1.Значения длительности 1 стробирующих импульсов (фиг, 5) и емкости конденсаторов 21 выбираются оптимальными, при которых обеспечивается своевременный разряд конденсаторов 21 для перехода пиковых детекторов 1 и 4 в режим слежения, Параметры схемы пиковых детекторов 1 и 4 также обеспечивают необходимую точность фиксации амплитуды перепада между локальными экстремумами входного сигнала (порядка 0,1/о при максимальном времени запоминания, которое определяется максимально возможной длительностью временного интервала между соседними локальными экстремумами, порядка 200 мс.Сигналы с выходов триггера 7, поступающие на первый и второй входы временного селектора 8, запускают генераторы 24 и 25 пилообразного напряжения, которые преобразуют длительности перепадов между смежными экстремумами в напряжение, поступа 5 10 15 20 25 30 35 ющее на информационные входы компараторов 28 - 31. Опорные напряжения 1.1 и У определяют пороги по длительности для анализируемых временных интервалов. Селекцию импульсов, длительность которых превышает порог 11, соответствующий длительности 1 осуществляют компараторы 29 и 30, выходные сигналы которых через логический элемент ИЛИ 26 поступают на первый выход временного селектора 8. Селекцию импульсов, длительность которых превышает порог 11, соответствующий длительности 1 осуществляют компараторы 28 и 31, выходные сигналы которых через логический элемент ИЛИ 27 поступают на второй выход временного селектора 8, Сравнение длительностей производится компараторами 28 - 31 в момент прихода строба. Кодовая комбинация сигналов Х, и Х на выходах временного селектора 8 определяет попадание длительностей перепадов между смежными экстремумами входного сигнала устройства в одну из трех зон (фиг. 6 а).Блок 9 логического анализа из всех возможных кодовых комбинаций Х, - Х выделяет те кодовые комбинации, которые соответствуют различным типам желудочковых комплексов электрокардиосигнала, приведенным на фиг, 6. Одновибраторы 34 - 38, инверторы 43 - 45, логические элементы И 46 - 53 и логический элемент ИЛИ-НЕ 57 формируют сигналы Ъ, - У 4, представляющие собой следующие логические функции от входных сигналов Х - Х1 5Ъ; Х,л Х,лХ ЛХ,ОХ, У = Х, О Х,п Х,й ХО Х,= Х,й Х,1 Х,йХ- соответствуетК-зубцу;- Ъ - соответственно желудочковымэкстрасистолам 1 - 111 типов.Так как наиболее информативной частью электрокардиосигнала (в частности, и для выявления аберрантных комплексов) являются задние фронты (перепады) его зубцов, то в устройстве окончательное решение о классификации желудочковых комплексов принимается на основе анализа именно заднего фронта, С помощью триггеров 32 и ЗЗ, одновибратора 39, логических элементов И 54 и 55, логического элемента ИЛИ-НЕ 56, логических элементов ИЛИ 58 - 60 и элементов 40 - 42 задержки осу ществляется формирование сигнала окончательного решения (строба заднего фронта), разрешающего перепись информации о наличии желудочковых комплексов того или иного типа в регистр 62 и далее на входы счетчика 63 импульсов и блока 10 индикации. На фиг. 7 приведены эпюры сигналов на выходах бло1364298 Формула изобретения 7ков, производящих формирование строба заднего фронта (вне зависимости от полярности К-зубца), который подается на стробирующий вход регистра 62.Вхождение устройства в правильный режим работы производится установкой в нулевое состояние первого триггера 32, что позволяет избежать ошибок в классификации К-зубцов. Подобные ошибки могут возникать при наличии импульсных помех, одиниз фронтов которых имеет параметры, близ кие к параметрам К-зубца, а также при вклю 8ной формы, что обеспечивается логическим элем енто м ИЛ И 61.Таким образом, устройство обеспечивает повышение достоверности селекции К-зубца электрокардиосигнала и производит выделение желудочковых экстрасистол различных типов, что позволяет улучшить качество профилактики и лечения опасных желудочковых аритмий в процессе длительности мониторного наблюдения за пациентами.15 20 25 30 35 40 45 50 чении устройства с середины анализируемого желудочкового комплекса (фиг. 7 А). Логические элементы И 55 и ИЛИ-НЕ 56 обеспечивают сброс первого триггера 32 по неинформативным стробам при отсутствии на входах р-.гистра 62 сигналов У - У, т. е. когда сигнал Х = У Ь У,11 У., 1.) У равен единице. Сброс первого триггера 32 производится также сигналом логической единицы с выхода второго триггера 33. Благодаря вхождению в правильный режим работы устройства первый триггер 32 устанавливается в единичное состояние только по переднему фронту К-зубца сигналом Х формируемым логическим элементом ИЛИ 59, так как любой К-зубец будет иметь передний фронт, соответствующий сигналу у, или 1 .Сигнал подготовки к работе, формируемый вторым триггером 33 (фиг. 7), обеспечивает сброс первого триггера 32 после каждого идентифицируемого К-зубца, что подготавливает первый триггер 32 к его переходу в состояние логической единицы при появлении переднего фронта следующего К-зубца электрокардиосигнала. Второй триггер 33 переводится в единичное состояние по переднему фронту К-зубца и сбрасывается в ноль по заднему фронту К-зубца. Стробирование регистра 62 осуществляется задним фронтом импульса, формируемого на выходе второго триггера 33. Строб заднего фронта формируется такжесигналом Уз, так как его наличие однозначно определяет, что пришел задний фронт К-зубца.В процессс работы устройства в блоке 10 индикации накапливается информация о числе и характере желудочковых экстрасистол за время обследования пациента, а на выход устройства поступает последовательность импульсов, синхронных с К-зуоцами электрокардиосигнала. причем не только с нормальными К-зубцами, но и с К-зубцами повышенной или пониженной амплитуды, а также с аберрантными К-зубцами искаженУстройство для вь 1 деления и анализа К-зубцов электрокардиосигнала, содержащее последовательно соединенные первый пиковый детектор, первый компаратор и первый формирователь строба и второй компаратор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности выделения К-зубцов и проведения дифференциальной диагностики типов желудочковых экстрасистол, в него введены второй пиковый детектор, выход которого подключен к первому входу второго компаратора, а первый вход - к входной шине устройства, к первому входу первого пикового детектора и к вторым входам первого и второго компараторов, последовательно соединенные второй формирователь строба, триггер, временной селектор, второй вход которого подключен к второму выходу триггера, блок логического анализа, второй вход которого подключен к второму выходу временного селектора, и блок индикации, блок вычитания, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго пиковых детекторов, третий, четвертый и пятый компараторы, первые входы которых соединены с выходом блока вычитания, вторые входы - соответственно с первой, второй и третьей шинами опорного напряжения, а выходы - соответственно с третьим, четвертым и пятым входами блока логического анализа, второй выход которого подключен к выходной шине устройства, и логический элемент ИЛИ, выход которого соединен с третьими входами временного селектора и третьего, четвертого и пятого компараторов и с шестым входом блока логического анализа, первый вход - с вторыми входами триггера и второго пикового детектора и с выходом первого формирователя строба, а второй вход - с вторым входом первого пикового детектора и с выходом второго формирователя строба, вход которого подключен к выходу второго компаратора.Состави аш Техред И. Тираж 65 рственного комитета СС 13035, Москва, Ж - 35, Р твенно-полиграфическое предпРедак Заказ ВН Произв ор В. Петр6286/3ПИ Госуда тель Э. БалуевВерес Корректор Н. Корол5 ПодписноеСР по делам изобретений и открытиаушская наб., д. 4/5риятие, г. Ужгород, ул. Проектная,