Устройство для определения динамики ударного объема сердца

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИКИ УДАРНОГО ОБЪЕМА СЕРДЦА, содержащее генератор, соединенный с входом приемо-передающего преобразователя ультразвука, поспедоватепьно соединеннь1е усилитель высокой частоты ,, первый детектор, усилитель низкой частоты, последовательно соединенные первый коммутатор и интегратор, а также канал электрокардиограммы, включающий первый, второй и третий электроды, подключенные к соответствующим входам усилителя биопотенциалов, соединенного с 1юрвым формирователем, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерения динамики ударного объема сердца, при смещениях позиции сердца,в условиях операторской , деятельности, в него включены первый, второй и третий приемные преобразователи ультразвука, фиксирующая площадка, на которой они размещены, первый сумматор , причем выходы приемных преобразователей ультразвука соединены с первым, вторым, третьим входами сумматора , четвертый вход которого соединен с выходом приемо-передающего преобразователя , а выход подключен к усилителю высокой частоты, а также последовательно соединенные преобразователь с4йгмоартериограммы, фильтр низкой частоты, усилитель, первый дифференцирующий элемент, второй детектор, второй формирователь, первый элемент совпадения , триггер, второй коммутатор, регистратор , последовательно соединенные чао тотомер, второй элемент совпадения, а также последовательно соединенные третий детектор и третий фop иpoвaтeль, выход которого подключен к второму входу триггера, второй выход которого подключен к второму входу второго, элемента совпадения, а вход третьего детектора соединен с вторым выходом первого дифференцирующего элемента, а также последовательно соединенные втош рой дифференцирующий элемент, четвертый детектор, отметчик, запоминающий элемент, третий сумматор, первый делитель , умножитель, а также второй делитель , выход которого соединен с вто{ж м входсяь умножителя, последовательно соединенные блок ввода данных, второй сумматор , выход которого подключен к второму входу первого делителя, и схема автоматической регулировки усиления, вход которой подключен к выходу первого детектора, а выход - к второму входу усилителя низкой частоты, выход которого соединен с первым входом частотомера , второй вход которого соединен с первым входом интегратора и с выходом первого коммутатора, вход которого соединен с ВЫХОДОК четвертого детектора, второй вход интегратора подключен к выходу второго элемента совпадения, а выход подключен к входам второго сумктатора , запоминающего элемента и первому входу второго делителя, второй вход которого соединен с вторым выходом запоминающего элемента, первый выход

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (!!!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3342588/28-1 3 (22) 02.10.81 (46) 23.06.83. Бюл. % 23 (72) В.С.Бедненко и А.Н.Козлов (53) 615.47 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ж 187215, кп. А 61 В 10/00, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

Ж 306833, кп. А 61 В 5/02, 1971. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИКИ УДАРНОГО ОБЪЕМА

СЕРДЦА, содержащее генератор, соециненный с входом приемо-перецаюшего преобразователя упьтразвука, поспедоватепь но соединенные усипитель высокой частоты, первый детектор, усилитель низкой частоты, поспецоватепьно соединенные первый коммутатор и интегратор, а также канал эпектрокардиограммы, вкпючаюший первый, второй и третий электроды, подкпючеиные к соответствующим входам усилителя биопотенциапов, соединенного с первым формироватепем, о т п и ч а— ю ш и и с я тем, что, с цепью повышения достоверности измерения динамики ударного обьема сердца, цри смещениях позиции сердца, в усповиях операторской деятельности, в него включены первый, второй и третий приемные преобразователи ультразвука, фиксирующая ппошадка, на которой они размещены, первый сумматор, причем выходы приемных преобразователей ультразвука соецинены с первым, вторым, третьим входами сумматора, четвертый вхоц которого соеци« нен с выходом приемо-передающего преобразователя, а выход подключен к усипитепю высокой частоты, а также поспвдовательно соединенные преобразователь

3(5f) А 61 В 10/00 // А 61 В 5/02 сфйгмоартериограммы, фильтр низкой частоты, усилитель, первый дифференцирующий элемент, второй детектор, второй формирователь, первый элемент совпадения, триггер, второй коммутатор, регистратор, последовательно соединенные чао- тотомер, второй эпемент совпадения, а также поспедовательно соединенные третий детектор и третий формирователь, выход которого подключен к второму .входу триггера, второй выход которого подключен к второму входу второго элемента совпадения, а вход третьего детектора соединен с вторым выходом первого дифференцирующего элемента, а также последовательно соециненные второй дифференцирующий элемент, четвертый цетектор, отметчик, запоминающий элемент, третий сумматор, первый делитель, умножитепь, а также второй делитель, выход которого соединен с вторьФм входом умножитепя, последовательно соединенные блок ввода данных, второй сумматор, выход которого подключен к второму входу первого депитепя, и схема автоматической регулировки усиления, вход которой подключен к выходу первого детектора, а выход — к второму входу усилителя низкой частоты, выхоц которого соединен с первым входом частотомера, второй вход которого соединен с первым входом интегратора и с выхоцом первого коммутатора, вход которого соединен с выходом четвертого детектора, второй вход интегратора поцкпючен к выходу второго эпемента совпадения, а вы» ход подключен к входам второго сумма« тора, запоминающего эпемента и первому входу второго депителя, второй вхоц которого соединен с вторым выходом запоминающего элемента, первый выхоц

1024065 первого 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 мецицинской технике, а именно к устройствам для определения показателей деятельности сердца с использованием ультразвуковой энергии, предназначено цля оценки сер5 дечной деятельности в системах медицинского контроля, а также для диагностики заболеваний сердца и сосудов.

Известен кардиограф, включающий приемо-передающий преобразовате nb

tO ультразвука, генератор, усипитель высокой частоты, детектор, усилитель низкой частоты, частотомер и регистр | 11 . ,1

Однако карциограф не обеспечивает автоматического определения показателей сердечной деятельности и имеет недостаточную точность измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической 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 био25 потенциалов, первого формирователя и первого коммутатора f2).

Однако устройство не обеспечивает достаточно высокую точность измерения динамики ударного объема сердца, при смешениях позиции сердца, в условиях ,операторской деятельности.

Цель изобретения является повышение достоверности измерения динамики ударного объема сердца при смешениях позиции сердца, в условиях операторской дея- З5 тепьности.

Поставленная цель достигается тем, что в кардиограф, содержащий генератор, соединенный с входом приемо-передающего преобразователя ультразвука, по- 4О спецоватепьно соединенные усилитель высокой частоты, первый це,тектор, усилитель низкой частоты, последовательно соединенные первый коммутатор и интегратор, а также канал эпектрокардиограм- 45 мы, включающий первый, второй м третий электроды, подкпюченные к соответст вуюшим входам усилителя биопотенциапов, соединенного с первым формирователем, введены первый, второй и третий приемные преобразователи ультразвука,. фиксирующая площадка, на которой они размешены, первый сумматор, причем выходы приемных преоьразователей ультразвука соецинены с первым, вторым, третьим вхоцами сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом приемо-пере» дающего преобразователя, а выход подключен к усилителю высокой частоты, а также последовательно соециненные преобразователь сфигмоартериограммы, фипьтр низкой частоты, усилитель, первый дифференцируюший элемент; второй детектор, второй формирователь, первый элемент совпадения, триггер, второй коммутатор, регистратор,последовательно соединенные частотомер, второй элемент совпадения, а также последовательно соединенные третий детектор и третий формирователь, выход которого подключен к второму вхоцу триггера,.второй выход которого под» ключен к второму входу второго элемента совпадения, а вход третьего детектора соединен с вторым выхоцом первого дифференцируюшего элемента, а также последовательно соединенные второй цифференцирующий эпемент, четвертый детектор, отметчик, запоминающий элемент, третий сумматор, первый делитель, умножитепь, а также второй делитель, выход которого соединен с вторым входом умножитепя, последовательно узединенные блок ввода данных, второй сумматор, выход которого подключен к второму вхоцу первого целителя, и схема автоматической регулировки усиления, вход которой подкпючен к выходу первого детектора, а выходк второму входу усилителя низкой частоты, выход которого соединен с первым входом частотомера, второй вход которого соединен с первым входом интеграто ра и с выходом первого коммутатора, вход которого соедини с выходом четдовательно соединенные второй дифференцирующий эпемент 30, четвертый geтектор 31, отметчик 32, запоминающий элемент 33, третий сумматор 34, пер-. вый делитель 35, умножитепь 36, второй депитепь 37, выхоц которого соецинен с в вторым входом умножитепя 36, послецовательно соединенные бпок 38 ввоца дан ных, второй сумматор 39, выход которого подключен к второму входу первого цепителя 35, и схему 40 автоматической регулировки усиления, вход которой подключен к выхоцу первого детектора 4, а выxoll - к второму входу усилитепя 5 низкой частоты, выхоц которого соединен с первым входом частотомера 26, второй вход которого соединен с первым входом интегратора 7 и с BblxogoM первого коммутатора 6, вход которого соеаинен с BblxogoM четвертого детектора 31. Второй вход интегратора 7 подключен к выхоцу второго эпемента 27 совпадения, а выход подключен к входам второго сумматора 39, запоминающего элемента 33 и первому вхоцу второго делителя 37, второй вход которого соединен с вторым выхоцом запоминающего элемента. Первый выхоц первого формироватепя 10 соединен с входом второго дифференцируюшего эпемента 30, а второй выход — с вторым входом первого элемента 22 совпадения.

Второй вход умножитепя 36 соединен с выходом второго делителя 37, третий вход - с выходом блока 38 ввода данных, а выход - с вторым входом регистратора.

Геометрическая форма певого жепудочка сердца у здоровых людей с достаточной степенью точности может быть принята эппипсоицом вращения, ориентация малого диаметра Х) которого совпадает с направпением локации сердца при УЗДК (иэ Ш-1У межреберья слева у груцины в геометрический центр желудочка). Величина бопьшого диаметра о6 примерно вдвое бопьше значения мапого. С учетом указанного, объем левого желудочка может быть представпен как l Ь

Q- — 2 L=- — 2() 5

Значение серцечного выброса ь Ч прецставпяет собой разность объемов жепуаочка в конце систопы V< и аиастоль! V> р С с где Юр и C - значения конечноциастопического и конечносистопического диаметров жепудочка.

3 1024065 ,вертого детектора, второй вход интегратора подключен к выходу второго элемента совпадения, а выход подключен к входам второго сумматора, запоминающего элемента и первому входу второго делителя, второй вход которого соединен с вторым выхоаом запоминающего эпемента, первый выход первого формирователя соединен с вхоаом второго дифференцируюшего элемента, а второй выход - tp с вторым входом первого эпемента совпадения, второй вход умножителя соединен с выходом второго делитепя, третий вход - с выходом бцока ввода данных, а выход с вторым входом регистратора. ) 5

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства.

Устройство для определения динамики ударного объема сердца содержит генератор 1, соединенный c BxogoM приемо» gp переааюшего преобразоватепя 2 ультразвука, поспедоватепьно соединенные усипитепь 3 высокой частоты, первый детектор 4, усипитепь 5 низкой частоты, поспеаоватецьно соединенные первый ком- р5 мутатор 6 и интегратор 7, а также канап электрокардиограммы, включающий., первый, второй и третий эпектроды 8, подключенные к соответствующим входам ,усищгеля 9 биопотенциапов, соединенного с первым формирователем 10, а также первый 11, второй 12 и третий 13 приемные преобразователи ультразвука, размещенные на обшей фиксирующей ппошадке

14, первый сумматор 15. Причем преоб разователи 11-13 соединены с первым, вторым и третьим входами сумматора 15, четвертый вход которого соеаинен с выходом приемо-передающего преобразоватепя 2, а выход подключен к усилителю высокой частоты. Устройство содержит

40 также поспедоватепьно соединенные преобразователь 16 сфигмоартериограммы, фильтр 17 низкой частоты, усипитепь 18, первый дифференьируюший эпемент 19, второй детектор 20, второй формироватепь 21, первый элемент 22 совпадения, триггер 23, второй коммутатор 24, регистратор 25, поспедоватепьно соединен ные частотомер 26, второй элемент 27 совпадения, а также поспвдоватепьно соединенные третий детектор 28 и третий формирователь 29, выход которого под» ключен к второму входу триггера 23, второй выход которого подкпючен к вто рому входу второго эпемента 27 совпа- 55 аения, а вход третьего детектора 28 соединен с выходом первого дифференцируюшего эпемента 19, а также поспе20

5 10240

Использование УЗДК не позволяет производить непосредственное измерение величин 21 и 1), оцнако обеспечивает измерение перемещений F зацней стенки желудочка по интегральным значениям 5 частоты в фазе изгнания (3)

Подставляя формулу (3) в (2), осу шествляя промежуточные выклацки и пре- 10 небрегая членами второго порядка малооти, получим V = S F Vc,(Zñ <) (4)

Относительные изменения ударного объема при воздействиях на гемоцинамику опрецеляются соотношением à в )сВ Фс В+ в

hVcp Fq, Dñ (Uc%, р) гце gV и цЧ - значения ударного объема при воэцейст вии на гемоцинамику и в исходном состоянии; 25

3 и D p - соответствующие значения конечносистолического диаметра жепуцочка.

Устройство обеспечивает непрерывное автоматическое определение динамики уцарного объема крови в реальном масштабе времени по соотношению (5).

В условиях воздействий на человека факторов внешней среды (перегрузок, гипоксии, вестибулярных возцействий и

35 цр.) или операторской деятельности, сопровождающихся смещениями позиции серцца, цля достоверного определения цина мики ударного объема увеличена эффек40 тивная плошадь приемной апертуры. Для этого в устройство введено не менее трех приемных преобразователей ультразвука, а выходы всех приемных элементов поцсоединены к общему сумматору. Мини45 мапьное количество преобразователей определяется необходимостью их размещения по окружности в вершинах вписанного в окружность равностороннего тре( угольника с центром в зоне распопожения приемо-перецаюшего датчика. Такое 50 построение акустической системы обеспечивает перекрытие всех возможных про,странственных зон приема.

Устройство работает срецующим образом.

Генератором 1 вырабатываются алектромагнитные колебания, которые с помощью излучающего элемента пркемо65 6 перецаюшего преобразователя 2, установленного в зоне проекции левого желуцочка сердца обследуемого, преобразуются в .ультразвуковые волны, которыми осуществляется локация карциоструктур. Приемным элементом преобразователя 2, а также приемными преобразователями 11-13, установленными в зоне проекции сердца на обшей фиксирующей плошацке 14., осуществляется пространственная селекция отраженных от стенки ° миокарца 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 цинамического диапазона уровня сигналов. Частото мером 26 измеряется допплеровский сдвиг частоты сигналов, пропорциональный средней скорости движения стенки миокарда.

С помощью электроцов 8 и усилителя

9 биопотенциалов регистрируется электрокардиограмма. Из зубцов Р электрокарциограммы первым формирователем 10 произвоцится генерирование строба с цлитепьностью, равной минимальной процолжительности 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 выцеляет отрицательные пики первой проиэвоцной, соответствующие инцизуре 1 пульсовой волны (т.е. моментам окончания систолы жепуцочков), третий детектор 28 выцепявт попожитепьные пики производной, формирующиеся цважцы 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 посту пает 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 помощью вто-. рого элемента 27 совпадения., Формирование заднего фронта сигнала с выхода триггера 23 производится отрицательным 30 пиком первой производной сфигмоартериограммы, поступающим 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 перемещения стенки жепудочка поступает на запоминающий элемент 33, соединенный,.с отметчиком 32, с помошьюд которых фиксируются исходные значения

Fjp s начале физиопогического обспедовання. Исходные F и текущие F значения перемещения (исходные значения усредняются по фиксированному чиспу сер- ЗО дечных цикпов) совместно с напряжением, пропорциона пьным среднестатистическим показатепям ОсВ иЭ р, поступающим. с бпока 38 ввода данных, суммируются ветственно тр тьим 34 и STO|M 39 35 сумматорами. С помощью первого депитепя 35 отношений опредепяется величина (Оср+ Г )/(Яс + Р ). Второй депитепь 37 измеряет значение FsIF+. На входы умножитепя 36 поступают сигнапы с выходом, депитепей 35 и 37, а также величинаgg /Ядр с бпока 38 ввода данных. На выходе умножитепя 36 формируется сигнал, пропорционапьный динамике выброса крови ВЧЕМ IА f+ и поступающий на регистратор 25, работой которого управпяет второй коммутатор

065. 8

24, подключенный к инвертирующему вы ходу триггера 23 (подключается к умнэжителю 36 только в фазе диастолы, т.е. после окончания рабочих операций вычиюпения 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 сокрашений, 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 обспедования.Устройство поэвопяет осушествпять непрерывное автоматическое измерение динамики ударного объема сердца,а также повысить точность измерений цри смещениях позиции сердца, что обеспечивает оперативную. оценку состояния сердечнососудистой 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 деятепг ности 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 сфигмоартериограмм; эффективное. использование времени, затрачиваемого медицинским персонапом на функционапьное обследование пациентов.

1024065

Составитепь Б. Фиглярин

Редактор А. Шишкина Техред С. Мигунова Корректор А. Тяско

Заказ 4271/3 Тираж 713 Поцпианое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по депам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., n. 4/5

Филиа ППП Harem, r. Ужгород, уп. Проектная, 4