Устройство для оценки функционального состояния сердечно- сосудистой системы "кардиометр"

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для диагностики состояния сердечно-сосудистой системы. Устройство обеспечивает возможность одновременного съема электрокардиограммы и интегральной реограммы тела с одних и тех же электродов, накладываемых на конечности пациента, тем самым позволяет сократить время исследования и повысить его информативность. Устройство содержит электроды для съема биопотенциалов с грудной клетки пациента, электроды для съема биопотенциалов с конечностей пациента, многоканальный усилитель биопотенциалов, блок фильтров нижних частот, последовательно соединенные мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, блок обработки и регистрации. Дополнительно в него введены первый и второй генераторы пачек синхронных импульсов зондирующего тока, первый и второй электроды для подведения зондирующего тока к верхним конечностям пациента, первый и второй электроды для подведения зондирующего тока к нижним конечностям пациента, первый и второй дифференциальные усилители переменного тока, сумматор, детектор, фильтр нижних частот и полосовой фильтр. При этом период следования пачек синхронных импульсов зондирующего тока по меньшей мере в десять раз превышает длительность пачек синхронных импульсов зондирующего тока, частота которых составляет (10-100)·10³ Гц. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для диагностики состояния сердечно-сосудистой системы.

Известен метод измерения параметров центральной гемодинамики пациента, основанный на методе тетраполярной реографии. Для осуществления этого метода используются различные реографы, которые содержат токовые электроды, подключенные к источнику переменного тока, и потенциальные электроды, подключенные к измерительной цепи, включающей дифференциальный усилитель переменного тока с высоким входным сопротивлением (см., например, [1, 2]).

Реографы обеспечивают измерение постоянной составляющей сопротивления человека (обычно в пределах 150-350 Ом - в зависимости от конституции) и пульсовой составляющей, вызывающей амплитудную модуляцию глубиной от 0,03 до 0,7%.

Реографы не обеспечивают снятие электрокардиограмм, которые несут много информации о состоянии сердечно-сосудистой системы пациента.

Известен электрокардиограф [3], являющийся по технической сущности наиболее близким к предлагаемому устройству. Этот электрокардиограф содержит электроды для съема биопотенциалов с грудной клетки пациента, электроды для съема биопотенциалов с конечностей пациента, многоканальный усилитель биопотенциалов, блок фильтров нижних частот, последовательно соединенные мультиплексор, аналого- цифровой преобразователь, устройство обработки и регистрации.

Электрокардиограф [3] обеспечивает съем потенциалов электрокардиограмм (ЭКГ), которые используются для формирования двенадцати общепринятых отведений ЭКГ. Известный электрокардиограф [3] не позволяет производить измерения параметров центральной гемодинамики пациента одновременно со снятием электрокардиограмм.

Указанный недостаток не может быть устранен путем простого объединения схем электрокардиографа и реографа. Это обусловлено тем, что при реографических исследованиях состояния сердечно- сосудистой системы руки пациента закорачиваются.

Задачей изобретения является получение возможности одновременного съема электрокардиограммы и интегральной реограммы тела с одних и тех же электродов, накладываемых на конечности пациента.

Указанная задача решается тем, что в устройство для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы, содержащее электроды для съема биопотенциалов с грудной клетки пациента, электроды для съема биопотенциалов с конечностей пациента, многоканальный усилитель биопотенциалов, блок фильтров нижних частот, последовательно соединенные мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, блок обработки и регистрации, введены первый и второй генераторы пачек синхронных импульсов зондирующего тока, первый и второй электроды для подведения зондирующего тока к верхним конечностям пациента, электрически соединенные с первыми выводами соответственно первого и второго генераторов пачек синхронных импульсов зондирующего тока, первый и второй электроды для подведения зондирующего тока к нижним конечностям пациента, подключенные к электрически соединенным между собой вторым выводам первого и второго генераторов импульсов зондирующего тока, первый и второй дифференциальные усилители переменного тока, первые входы которых соединены с электродами для съема биопотенциалов с верхних конечностей пациента, а вторые входы дифференциальных усилителей электрически соединены между собой и электродами для съема биопотенциалов с нижних конечностей пациента, сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго дифференциальных усилителей переменного тока, детектор, вход которого соединен с выходом сумматора, фильтр нижних частот и полосовой фильтр, входы которых электрически соединены между собой и подключены к выходу детектора, при этом входы блока фильтра нижних частот соединены с электродами для съема биопотенциалов с грудной клетки пациента, электродами для съема биопотенциалов с верхних конечностей пациента и электрически соединенными между собой электродами для съема биопотенциалов с нижних конечностей пациента, выходы блока фильтров нижних частот соединены с соответствующими входами многоканального усилителя биопотенциалов, входы мультиплексора соединены с выходами многоканального усилителя биопотенциалов, выходом фильтра нижних частот и выходом полосового фильтра, период следования пачек синхронных импульсов зондирующего тока по меньшей мере в десять раз превышает длительность пачек синхронных импульсов зондирующего тока, частота которых составляет (10-100)·10³ Гц.

Каждый генератор пачек синхронных импульсов зондирующего тока может быть выполнен в виде преобразователя напряжение-ток, при этом устройство содержит генератор пачек импульсов, выход которого соединен со входом каждого преобразователя напряжение- ток.

Кроме того, в предлагаемом устройстве детектор может быть выполнен в виде синхронного детектора, управляющий вход которого соединен с выходом генератора пачек импульсов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - функциональная схема устройства, на фиг. 2 - схема подключения устройства к пациенту.

На чертежах обозначены: 1,..., 6 - электроды для съема биопотенциалов с грудной клетки пациента, 7,..., 10 - электроды для съема биопотенциалов с конечностей пациента, 11,..., 14- электроды для подведения зондирующего тока, 15 - блок фильтров нижних частот, 16 - многоканальный усилитель биопотенциалов, 17 - мультиплексор, 18 - аналого-цифровой преобразователь,
19 - блок обработки и регистрации,
20, 21 - генераторы пачек синхронных импульсов зондирующего тока,
22, 23 - дифференциальные усилители переменного тока,
24 - сумматор,
25 - детектор,
26 - фильтр нижних частот,
27 - полосовой фильтр,
28 - грудная клетка пациента,
29, 30 - верхние конечности пациента,
31, 32 - нижние конечности пациента,
33 - генератор пачек импульсов.

Предлагаемое устройство для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы содержат электроды 1-6 для съема биопотенциалов с грудной клетки 28 пациента, электроды 7-10 для съема биопотенциалов с конечностей 29, . .., 32 пациента, блок 15 фильтров нижних частот, многоканальный усилитель 16 биопотенциалов, последовательно соединенные мультиплексор 17, аналого-цифровой преобразователь 18 и блок 19 обработки и регистрации. Устройство содержит также первый и второй генераторы 20 и 21 пачек синхронных импульсов зондирующего тока частотой (10-100)·10³ Гц, период следования пачек которых по меньшей мере в десять раз превышает длительность пачек синхронных импульсов зондирующего тока. Первый и второй электроды 11 и 12 для подведения зондирующего тока к верхним конечностям пациента, электрически соединены с первыми выводами соответственно первого и второго генераторов 20 и 21 пачек синхронных импульсов зондирующего тока, первый и второй электроды 13 и 14 для подведения зондирующего тока к нижним конечностям пациента подключены к электрически соединенным между собой вторым выводам первого и второго генераторов 20 и 21 пачек импульсов зондирующего тока. Кроме этого устройство содержит также первый и второй дифференциальные усилители 22 и 23 переменного тока, первые входы которых соединены с электродами 7 и 8 для съема биопотенциалов с верхних конечностей пациента, а их вторые входы электрически соединены между собой и электродами 9 и 10 для съема биопотенциалов с нижних конечностей пациента, сумматор 24, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго дифференциальных усилителей 22 и 23 переменного тока, детектор 25, вход которого соединен с выходом сумматора 24, фильтр 26 нижних частот и полосовой фильтр 27, входы которых электрически соединены между собой и подключены к выходу детектора 25, при этом входы блока 15 фильтра нижних частот соединены с электродами 1-6 для съема биопотенциалов с грудной клетки пациента, электродами 7-8 для съема биопотенциалов с верхних конечностей пациента и электрически соединенными между собой электродами 9 и 10 для съема биопотенциалов с нижних конечностей пациента. Выходы блока 15 фильтров нижних частот соединены с соответствующими входами многоканального усилителя 16 биопотенциалов, входы мультиплексора 17 соединены с выходами многоканального усилителя 16 биопотенциалов, выходом фильтра 26 нижних частот и выходом полосового фильтра 27.

Первый и второй генераторы 20 и 21 пачек синхронных импульсов зондирующего тока могут быть выполнены, например, в виде двух преобразователей напряжение-ток с высоким выходным динамическим сопротивлением, входы которых подключены к одному общему генератору 33 пачек импульсов, который может быть выполнен автономным или на основе использования схем деления тактовой частоты задающего генератора цифровой части устройства. Принцип построения генераторов 20 и 21 пачек синхронных импульсов зондирующего тока не влияет на сущность изобретения.

Детектор 25 может быть выполнен, например, в виде обычного прецизионного детектора на операционных усилителях. Однако лучшим вариантом является выполнение блока 25 в виде синхронного детектора, синхронизированного частотой импульсов, вырабатываемого генератором 33.

Блок 15 фильтров нижних частот может быть выполнен, например, в виде пассивных RC-цепочек, полосу пропускания которых выбирают выше верхней частоты в спектре анализируемых биопотенциалов, но ниже чем частота импульсов зондирующего тока, вырабатываемого генераторами 21 и 22.

Фильтр 26 нижних частот имеет полосу пропускания, не превышающую нескольких герц, а полосовой фильтр 27 имеет полосу пропускания обычно от долей до десятков герц.

Построение остальных блоков устройства может быть выполнено по известным схемам. В частности, блок 19 обработки и регистрации может быть выполнен в виде персонального компьютера.

Предлагаемое устройство для интегральной оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы работает следующим образом.

Электроды 1,..., 6 и 7,..., 10 для съема биопотенциалов устанавливают на грудной клетке 28 и конечностях 29,., 32 пациента и подключают к измерительной схеме как при обычных электрокардиографических исследованиях. Электроды 11, 12 и 13, 14 устанавливают на конечностях 29,..., 32 так же, как при реографических исследованиях устанавливают электроды для подведения зондирующего тока (см. фиг. 2).

Сигналы, снимаемые с электродов 1,., 10, поступают на входы многоканального усилителя 16 через блок 15 фильтров нижних частот, которые отфильтровывают высокочастотные сигналы, образующиеся при протекании через тело пациента зондирующего тока, вырабатываемого генераторами 21 и 22. Дополнительное снижение влияния высокочастотного напряжения в предлагаемом устройстве достигается выбором значительного соотношения между периодом следования пачек синхронных импульсов зондирующего тока и длительностью пачек этих импульсов. Сигналы, отфильтрованные от высокочастотных помех, связанных с протеканием зондирующего тока через тело пациента, усиливаются многоканальным усилителем 16, последовательно опрашиваются мультиплексором 17, преобразуются аналого-цифровым преобразователем 18 и в цифровом коде поступают в блок 19 обработки и регистрации. В ходе прохождения и обработки сигналов, снимаемых с электродов 1,..., 10, известными приемами формируются общепринятые отведения, используемые при электрокардиографических исследованиях, производится их анализ, отображение и запись. При этом возможность правильного формирования общепринятых отведений обеспечивается отсутствием электрического соединения электродов 7 и 8, которое производят при реографических исследованиях по классической схеме.

Одновременно с проведением электрокардиографических исследований сигналы, снимаемые с электродов 7 и 9, а также с электродов 8 и 10, усиливаются дифференциальными усилителями переменного тока 22 и 23, суммируются в блоке 24, детектируются блоком 25 и подвергаются фильтрации блоками 26 и 27. Сигналы с выходов фильтров 26 и 27, пропорциональные соответственно базовому сопротивлению тела пациента и его пульсовой составляющей, опрашиваются мультиплексором 17, преобразуются аналого-цифровым преобразователем 18 и в цифровом коде поступают в блок 19 обработки и регистрации, в котором производится их анализ, отображение и запись. Предложенная схема снятия реограмм практически эквивалентна схеме снятия реограмм с закороченными электродами 7 и 8, но при этом не искажает сигналы, используемые при электрографических исследованиях. Выполнение детектора 25 в виде синхронного детектора дополнительно уменьшает влияние электрокардиографических сигналов на результаты реографических исследований.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность одновременного съема электрокардиограммы и интегральной реограммы тела с одних и тех же электродов, накладываемых на конечности пациента. Это, в свою очередь, позволяет сократить время исследования состояния середечно- сосудистой системы пациента и повысить информативность исследований.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что устройство может быть изготовлено на основании приведенного описания и чертежей и использовано для диагностики состояния сердечно-сосудистой системы.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР N 1755790, МПК A 61 B 5/05, опубл. 23.08.92 г.

2. Ю.Н. Волков и др. Комплексная оценка функционального состояния системы кровообращения и дыхания методом интегральной реографии тела (Методические рекомендации). МЗ СССР, М.- 1989 г., с. 21.

3. Mike Curtin. Sigma-delta techniques reduce hardware count and power consumption in biomedical analog front ends. Analog dialoge 28-2, 1994, pp. 6-7 (прототип).

Формула изобретения

1. Устройство для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы, содержащее электроды для съема биопотенциалов с грудной клетки пациента, электроды для съема биопотенциалов с конечностей пациента, многоканальный усилитель биопотенциалов, блок фильтров нижних частот, последовательно соединенные мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, блок обработки и регистрации, отличающееся тем, что в устройство введены первый и второй генераторы пачек синхронных импульсов зондирующего тока, первый и второй электроды для подведения зондирующего тока к верхним конечностям пациента, электрически соединенные с первыми выводами соответственно первого и второго генераторов пачек синхронных импульсов зондирующего тока, первый и второй электроды для подведения зондирующего тока к нижним конечностям пациента, подключенные к электрически соединенным между собой вторым выводам первого и второго генераторов пачек синхронных импульсов зондирующего тока, первый и второй дифференциальные усилители переменного тока, первые входы которых соединены с электродами для съема биопотенциалов с верхних конечностей пациента, а вторые входы дифференциальных усилителей электрически соединены между собой и электродами для съема биопотенциалов с нижних конечностей пациента, сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго дифференциальных усилителей переменного тока, детектор, вход которого соединен с выходом сумматора, фильтр нижних частот и полосовой фильтр, входы которых электрически соединены между собой и подключены к выходу детектора, при этом входы блока фильтра нижних частот соединены с электродами для съема биопотенциалов с грудной клетки пациента, электродами для съема биопотенциалов с верхних конечностей пациента и электрически соединенными между собой электродами для съема биопотенциалов с нижних конечностей пациента, выходы блока фильтров нижних частот соединены с соответствующими входами многоканального усилителя биопотенциалов, входы мультиплексора соединены с выходами многоканального усилителя биопотенциалов, выходом фильтра нижних частот и выходом полосового фильтра, при этом период следования пачек синхронных импульсов зондирующего тока по меньшей мере в десять раз превышает длительность пачек синхронных импульсов зондирующего тока, частота которых составляет (10-100)·10³ Гц.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый генератор пачек синхронных импульсов зондирующего тока выполнен в виде преобразователя напряжение - ток, при этом в устройство введен генератор пачек импульсов, выход которого соединен со входом каждого преобразователя напряжение - ток.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что детектор выполнен в виде синхронного детектора, управляющий вход которого соединен с выходом генератора пачек импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2