Устройство для выделения qrs-комплексов

 

Устройство относится к медицинской технике и может быть использовано в экспериментальной биологии и медицине при исследовании сердечной деятельности в условиях повышенных импульсных и артефактных помех. Целью изобретения является повышение помехозащищенности устройства в условиях повышенной интенсивности артефактных и импульсных помех. Устройство содержит ключевой элемент 7, вход которого является входом устройства, а выход его подключен ко входу частотного фильтра 1, выход которого соединен с первым входом компаратора 3 и входом пикового детектора 2 с нагрузкой в виде электрически управляемого сопротивления, выход последнего подключен ко второму входу компаратора 3, выход которого соединен с первым одновибратором 4, выход которого в свою очередь, подключен ко входу второго одновибратора 8 и через активный фильтр 5 нижних частот - к управляющему входу пикового детектора 2 и управляющему входу второго одновибратора 8, выход которого подключен к управляющему входу ключевого элемента 7, выход первого одновибратора является выходом устройства. 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в экспериментальной биологии и медицине при исследовании сердечной деятельности в условиях повышенного уровня импульсных и артефактных помех.

Известное устройство для выделения QRS-комплекса содержит частотный фильтр, вход которого является входом устройства, компаратор и пиковый детектор с нагрузкой в виде электрически управляемого сопротивления, вход которого соединен с выходом частотного фильтра и первым входом компаратора, а выход - с вторым входом компаратора, выход компаратора соединен с входом одновибратора, выход которого через активный фильтр нижних частот подключен к входу управления пикового детектора, кроме того, выход одновибратора является выходом устройства.

Это устройство имеет недостаток. Оно не защищено от воздействия артефактных и импульсных помех. Основным источником таких помех служат электродные потенциалы, возникающие при плохом качестве электродов (загрязнение отводящей поверхности, хлорирование серебряных электродов, низкая электропроводность пасты между электродами и поверхностью отведения) и при движении исследуемого объекта (из-за смещения и вибрации датчиков относительно поверхности тела, изменения степени прижатия электродов к коже и т.п.). Артефактные помехи имеют вид высокоамплитудных импульсов, появляющихся в случайные моменты между QRS-комплексами.

Поскольку в известном устройстве введена обратная связь, реагирующая на частоту исследования входного сигнала, то при наличии артефактных помех возможны сбои в работе известного устройства.

При появлении группы импульсов артефактных помех, превышающих пороговое значение, вырабатываемое пиковым детектором известного устройства, они будут зарегистрированы как QRS-комплексы. На выходе известного устройства будут появляться импульсы с более высокой частотой следования. В свою очередь сигнал, появляющийся на выходе активного фильтра, с повышением частоты следования импульсов будет изменять постоянную времени пикового детектора, что приведет к снижению порогового значения на входе компаратора и, как следствие, к ложной регистрации вместо QRS-комплексов артефактных импульсов с еще меньшей амплитудой. Таким образом, в условиях интенсивного воздействия артефактных помех известное устройство имеет низкую помехозащищенность и регистрирует ложные QRS-комплексы, т.е. выбросы помех.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности устройства для выделения QRS-комплексов в условиях повышенной интенсивности артефактных и импульсных помех.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство введены новые элементы: ключевой элемент и второй одновибратор, и установлены новые электрические связи. Устройство для выделения QRS-комплексов содержит ключевой элемент, вход которого является входом устройства, а выход его подключен ко входу частотного фильтра, выход которого соединен с первым входом компаратора и входом пикового детектора с нагрузкой в виде электрически управляемого сопротивления; выход же последнего подключен ко второму входу компаратора, выход которого соединен с первым одновибратором, выход которого, в свою очередь, подключен к входу второго одновибратора и через активный фильтр нижних частот - к управляющему входу пикового детектора и управляющему входу второго одновибратора, выход которого подключен к управляющему входу ключевого элемента, выход первого одновибратора является выходом устройства.

Предлагаемое устройство и его работа поясняются графически. На фиг.1 представлена структурная схема устройства для выделения QRS-комплекса; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.

Предлагаемое устройство содержит ключевой элемент 7, причем вход его является входом устройства, а выход его подключен ко входу частотного фильтра 1, выход которого соединен с первым входом компаратора 3 и входом пикового детектора 2 с нагрузкой в виде электрически управляемого сопротивления; выход же последнего подключен ко второму входу компаратора 3, выход которого соединен с первым одновибратором 4, выход которого, в свою очередь, подключен к входу второго одновибратора 8 и через активный фильтр нижних частот 5 к управляющему входу пикового детектора 2 и управляющему входу второго одновибратора 8, выход которого подключен к управляющему входу ключевого элемента; кроме того, выход первого одновибратора 4 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Входной электрокардиосигнал (ЭКС) (фиг. 2а) с усилителя (на фиг.1 не показан) поступает на вход устройства. Через ключевой элемент 7 и частотный фильтр 1 ЭКС поступает на первый вход компаратора 3. Пиковая амплитуда фильтрованного ЭКС определяется пиковым детектором 2 и служит пороговой величиной для компаратора 3. В момент, предшествующий приходу полезного сигнала, напряжение на первом входе компаратора 3 меньше напряжения на его втором входе, поскольку этот вход соединен с выходом пикового детектора 2, на котором напряжение изменяется медленнее, чем на первом входе. На выходе компаратора 3 при этом имеется напряжение, равное уровню "0". В момент прихода полезного сигнала напряжение на первом входе компаратора 3 увеличится и станет больше напряжения на его втором входе, в результате чего компаратор 3 изменит свое состояние на противоположное, и на его входе установится уровень "1", который будет поддерживаться до окончания R-зубца ЭКС. В результате этого на выходе компаратора 3 формируется прямоугольный импульс, которым запускается первый одновибратор 4. Последний генерирует на своем выходе прямоугольный импульс со стабильной амплитудой и длительностью (фиг. 2в). Импульс первого одновибратора 4 поступает на второй одновибратор 8 и активный фильтр нижних частот 5. Активный фильтр нижних частот 5 формирует медленно изменяющееся напряжение, пропорциональное по величине частоте следования импульсов одновибратора 4. Напряжение с выхода фильтра нижних частот 5 поступает на вход управления пикового детектора 2, и кроме того, на вход управления второго одновибратора 8. Нагрузка пикового детектора 2 выполнена в виде электрически управляемого сопротивления, например, полевого транзистора. При изменении частоты входного сигнала напряжение на выходе активного фильтра нижних частот 5 изменяется таким образом, чтобы постоянная времени цепи разряда пикового детектора 2 изменялась так, чтобы при любой частоте входного сигнала срабатывание компаратора происходило на уровне 0,7-0,8 от амплитуды входного сигнала.

Второй одновибратор 7 запускается по заднему фронту импульса, поступающего с выхода первого одновибратора 4 (фиг.2в) и вырабатывает импульсы заданной длительности (фиг.2г). Эти импульсы управляют ключевым элементом 6, закрывая его в интервалы времени между QRS-комплексами и открывая на время действия QRS-комплексов (фиг.2б). Номинальную длительность импульса на выходе второго одновибратора 8 выбирают равной статистически среднему R-R интервалу. Однако эта длительность может меняться как в большую, так и в меньшую сторону под воздействием сигнала с выхода активного фильтра нижних частот 5, подаваемого на управляющий вход второго одновибратора 8. Так, если частота входного сигнала (т. е. частота следования QRS-комплексов) увеличилась, то длительность импульса на выходе второго одновибратора 8 уменьшится, и наоборот, при уменьшении частоты выходного сигнала эта длительность увеличивается.

Таким образом, предложенное устройство для выделения комплексов обладает повышенной помехозащищенностью в условиях действия высокоамплитудных артефактных и импульсных помех. Действительно, если между QRS-комплексами появляется помеха большой интенсивности, устройство не будет ее регистрировать как QRS-комплекс, поскольку ключевой элемент на входе устройства закрыт импульсом с выхода второго одновибратора 8 и не пропустит помеху на вход частотного фильтра 1.

Предлагаемое устройство выполнено на цифровых микросхемах серии К561, аналоговых микросхемах серии К140.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ QRS-КОМПЛЕКСОВ, содержащее последовательно соединенные частотный фильтр, компаратор и первый одновибратор, выход которого является выходом устройства, и через активный фильтр нижних частот соединен с первым входом пикового детектора, второй вход которого подключен к одному входу компаратора, а выход - к его другому входу, отличающееся тем, что в него введены ключевой элемент, вход которого является входом устройства, а выход соединен с входом частотного фильтра, и второй одновибратор, выполненный с возможностью управления длительностью выходного импульса, причем его первый вход соединен с выходом первого одновибратора, второй, управляющий вход - с выходом автивного фильтра нижних частот, а выход - с управляющим входом ключевого элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2