Устройство для вычисления объема сердца

 

Изобретение относится к вычислительной технике и медицине. Целью изобретения является уменьшение травматизма и упрощение исследований путем исключения катетеризации сердца. Устройство содержит датчики 1,2, схемы 3,4;сравнения, узел 5 согласования параметров, счетчик 6, вычислитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8, интегратор 9, конденсатор 10, диоды 11, 12, конденсатор 13 и резистор 14. 2 ил. § (Л оо to Од Si Фиг,1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

КСПУБЛИК

„.SU„„1З ll 2

Ai др 4 С 06 F 15/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ilO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 400889 1/24-24 (22) 10 ° 01. 86 (46) 23.05.87 Бюл. У 19 (72) Ф.M.Òèùåíêî и В.П.Гаврилюк (53) 681.32 1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1088705, кл. А 61 В 5/02, 1983

Патент США Ф 4035622, кл . G 06 F 15/42, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕМА СЕРДЦА (57) Изобретение относится к вычислительной технике и медицине. Целью изобретения является уменьшение травматизма и упрощение исследований путем исключения катетеризации сердца.

Устройство содержит датчики 1,2, схемы 3,4 сравнения, узел 5 согласования параметров, счетчик 6, вычислитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8, интегратор 9, конденсатор 10 диоды 11, 12, конденсатор

13 и резистор 14. 2 ил.

1 131

Изобретение относится к вычислительной технике и медицине и может использоваться для определения среднего времени циркуляции крови и объема сердца путем обработки входных и выходных сигналов изменения концентрации индикатора, отражающих процесс разведения его в системе кровообращения.

Целью изобретения является уменьшение травматизма и упрощение исследования путем исключения катетеризации сердца.

На фиг.1 представлена схема устройства, на фиг.2 — временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство содержит датчики 1 H 2, схемы 3 и 4 сравнения, узел 5 согласования параметров, счетыик 6, вычислитель 7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, интегратор 9, конденсатор 10, диоды 11 и 12, конденсатор 13, резистор 14.

Датчики 1 и 2 представляют собой, например, коллпмнрованные сцинтилляционные датчики, устанавливаемые снаружи, причем датчик 1 устанавливают в области правой подключичной вены для регистрации входной кривой разведения, а датчик 2 устанавливают спереди грудины над сердцем для регистрации выходной кривой разведения индикатора, который вводят в периферийную вену. Схемы 3 и 4 могут быть

1выполнев, например, на компараторах нижнего и верхнего уровней амплитудной дискриминации импульсов, поступающих с выхода датчиков 1 и 2, с последующим объединением выходных сигналов компараторов в схеме антисовпадений.

В качестве вычислителя 7 можно ис2615

Емкость дозирующего конденсатора 10 и сопротивление резистора 14 выбирают такими, чтобы выполнялось условие

Cg К fM((1j (1) где Cg — емкость конденсатора 10

R — сопротивление резистора 14;

10 — максимальная частота поступающих импульсов.

Емкость конденсатора 14 выбирают такой, чтобы постоянная времени интегратора была равной, например, 10 с. l5 Определение устройством среднего времени циркуляции крови и объема сердца осуществляют следующим образом.

После установки датчиков 1 и 2 описанным образом в локтевую вену пра20 вой руки вводят с помощью обычного шприца индикатор, например, альбумин человеческой сыворотки, меченный йодом-131.

На выходах дискриминаторов 3 и 4

25 появляются импульсы, средняя частота которых пропорциональна соответственНо входной и выходной концентрации индикатора:

30 n„(t) = К х С.ex(t) 1 (2)

n >(t) =. К „„СО„„(с), (2а) где К „- коэффициент преобр;.зования

35 датчика 1;

К вЂ” коэффициент преобразова6ык ния датчика 2.

Импульсы частотой п (t) поступают на вход счетчика 6, который регистри40 рует отсчеты N (t) = п2(t) ° дг. где л с — шаг дискретизации, устанавливаемый сигналом управления с выхода вычислителя 7, пользовать, например, персональную

ЭВ 1 "ИРИША" с бытовым телевизором в качестве монитора, в которой сигналы с ЛЦП 8 ы счетчика 6 поступают в оперативную память через два порта параллельного интерфейса КР 580ВВ55, а сигналы сброса и управления счетчиком 6 и пуска АЦП 8 получают программным путем с выходов звукового синтезатора КР580 ВИ 53. При этом программы, реализующие алгоритм работы устройства, хранят в модуле памяти, а необходимые для расчетов данные вводят с клавиатуры через интерфейс клавиатуры КР580ИР12.

d(m (c)j (3) dt где m(t)

55 — масса индикатора в исследуемом объеме Ч в момент времени t — результирующая скорость доставки индикатора потоком крови F, равная

Для недиффундирующего и равномерно перемешиваемого с кровью индика" тора закон сохранения массы можно представить следующим уравнением:

1312615

1О где = RC - постоянная времени Интегратора. разности скоростей притока и оттока индикатора: — аw = F С„„(t) — F С „(t) (4)

Учитывая, что С Г) = т() Ч после подстановки значения — w иэ уравнения (4) в уравнение (3) и преобразований получаем

d (С e„, (t)j 1 — — — — -- + — Ce,„(t) = = Ce„(t) (5) где с = V F " — среднее время цирку- 15 ляции индикатора через исследуемый объем Ч.

Дифференциальное уравнение (5) описывает зависимость изменения во 20 времени концентрации индикатора, и решение его относительно С „,„(t) представляет собой математическое описание выходной кривой разведения, которая в виде меняющихся во времени отсчетов Nq(t) = n (t) х х zt = Ke„„ Ce< (t) при Dt = 1c записывается в оперативной памяти вычислителя 7 и выводится на его монитор.

С учетом что п2(t) КвыхCegyx(t) уравнение (5) преобразует к виду

d СЫ,(с)3 1

+ — 4 () = --= - ськ(г-). (6) 35

Лс г

Импульсы частотой n>(t) через конденсатор 10 и диод 12 поступают на интегратор 9, интегратор измеряет 40 среднюю частоту импульсов и представляет результат измерения в аналоговой форме в виде тока через резистор 14.

Измерение средней частоты импульсов осуществляется путем усреднения ко- 45 личества электричества, приносимого импульсами напряжения, следующим обРазом.

При постоянной частоте импульсов и установившемся равновесии колио чество электричества d Q = 1о оаС, поступающее на конденсатор 13 за времЯ А Равно no>eÐe заРЯДа 0р зр=

ip >t H3 эа oKs 1о РазР "да ко".де" 55 сатора через резистор 14, т.е. с1оЕо, где с — заРЯд, пРиносимый каждым импульсом с диода 12. Так как конденсатор 13 с приходом каждого импульса разряжается не мгновенно, (из-за большого обратимого сопротивлени диодов 11, 12 и конечного значения сопротивления), а с постоянной времени = RC, то, несмотря на дискретность приносимого заряда 9 пульсации тока сглаживаются, а результат измерения частоты импульсов в виде усредненного тока разряда — qоf автоматически нормируется по времени, Таким образом, при указанном выборе величин дозирующей емкости и сопротивления интегрирующего контура (в этом случае qp= const) ток ь в установившемся режиме пропорционален частоте импульсов и не зависит от сопротивления.

Конденсатор 10 разряжается в паузах между импульсами через внутреннее сопротивление схемы 3 и прямое сопротивление диода 11.

При меняющейся во времени частоте импульсов прирост заряда на конденсаторе 13 эа время dt равен ЙЯз р

= qpn,.(t)dt = q0KexCex (t) dt a умень шение заряда за счет разряда конденсатора через резистор 14 равно

dQ, = i(t)dt, где i(t) — ток разряда. Суммарное изменение заряда определяется разностью:

I эзар разр Ьк qî,C e (t) dt

Это же изменение заряда можно определить по изменению напряжения

dU на конденсаторе 13:

dQ=dU ° С = d(i(t)) - RC . (8) Приравнивая правые части равенства (7) и (8) после преобразований, получаем

qp er

+ — i(t) = — — — С, (9)

dt 7 Ьк

Выходной сигнал в:виде напряжения снимается с резистора 14, поэтому в уравнении (9) можно i(t) заменить на Uegx(t) /R:

+ — Ц (г.) = — -- С (г) д Ьых

t (0) 1312615 циальное уравнение:

Пбых(t) Uý û õ(К с

А и амплитуде:

Выбирая значения Ч, К „и такими, чтобы их произведение

qðK õ R = K „„, напримеР,Квх= Квым

1 получаем следующее дифферен = R которое полностью индентично уравнению (6). Следовательно, сигнал

U ц„(t) совпадает с сигналом N (t) при условии, что постоянная времени 7 интегратора равна среднему вре- 15 мени t циркуляции крови через исследуемый объем V сердца.

Сигнал U8„„ (t) поступает на информационный вход АЦП 8, пуск преобразования которого осуществляется про- 20 граммным путем одновременно с окончанием интервала дискретизации.

С выхода АЦП 8 сигнал в цифровом виде записывается в вычислитель 7 и выводится на его монитор. Таким об- 25 разом, на мониторе одновременно отобРах.eHbs кривые N> (t) " U>ь!х(t) причем кривая U»»(t) — для выбранной постоянной времени интегратора 10 с (фиг.2).

Далее вычислитель 7 находит максимумы записанных кривых Nzm и U m и определяет значение вре» з мен t,ô и t< ф — на фРонтах и t, с и t ñ - на спадах кривых, соответ- 35 ствующих половинам амплитуд,и вычисляет коэффициент коррекции по

1 г.2 ф 2 с времени: К = — (--- + — — )

2 с„ф t,с

Uswx m

2ш

После этого вычислитель 7 определяет среднее время циркуляции кро- 45

С ви с = -- и объем сердца:

ОЦК

V = c tF = t . — *1

Я 1 где 04K — объем циркулирующей крови, вводимый с клавиатуры вычислителя;

S — площадь под кривой N (t);

h — высота плато кривой

М2 (t)

Вычисленные параметры выводятся на монитор.

Кроме того, вычислитель масштабируют кривую Б „(t) по длительности и и выводит ее на монитор.

По степени совпадения кривых

N (t) и U, „„(t) оценивают достоверность полученных результатов. формула и з о б р е т е н и я

Устройство для вычисления объема сердца, содержащее первый датчик, аналого †цифров преобразователь, счетчик и вычислитель, информационные входы которого подключены к выходу аналого-цифрового преобразователя и счетчика соответственно, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения травматизма и упрощения исследования путем исключения катетеризации сердца, в него введены два компаратора, интегратор и второй датчик, причем выходы первого и второго датчиков соединены с входами первого и второго компараторов соответственно, выход второго компаратора соединен сс счетным входом счетчика, выход первого компаратора подключен через интегратор к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выход пуска вычислителя соединен с эапускающими входами аналого-цифрового преобразователя и счетчика, установочный выход вычислителя подключен к установочному входу счетчика.

1312615

Ар 8ð 2с

Редактор Н,Егорова

Заказ 1973/50 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.Проектная, 4

yez„

aalu !С

ФиаГ

Составитель А.Жереков

Техред Л.Олийнык Корректор.Л.Патай