Способ измерения длительности фаз сердечного цикла и устройство для его реализации

Способ измерения длительности фаз сердечного цикла заключается в том, что размещают электроды в области сердца и регистрируют изменение функции электрического потенциала тела по времени (ЭКГ), при этом электроды располагают один в зоне аорты, а другой - в зоне верхушки сердца. Затем берут первую производную от полученной функции ЭКГ, на графике которой получают характерные точки, являющиеся точками перегиба функции, и длительности фаз сердечного цикла определяют по оси времени между точками перегиба: фазе открытия полулунных клапанов сердца соответствует интервал M-Z. Реализацию способа осуществляет устройство, содержащее два электрода, предназначенные для размещения в области сердца на теле пациента, усилитель, вход которого соединен с электродами, а его выход соединен со входом полосового фильтра, и блок обработки информации. Между электродами и усилителем включен коммутатор, а также предусмотрены последовательно включенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП), контроллер, инфракрасный передатчик. Кроме того, предусмотрен блок обработки информации. Последний образован последовательно соединенными детектором, интерфейсом, процессором и дисплеем, при этом выход фильтрующего элемента соединен с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выход которого соединен со входом контроллера, первый выход которого соединен с коммутатором, а его второй выход соединен со входом инфракрасного передатчика, соединенного по излучаемой волне в инфракрасном диапазоне со входом детектора, выход которого соединен со входом интерфейса, а его выход соединен с процессором, выход которого выведен на дисплей. Изобретение позволяет обеспечить повышение точности измерения длительности фаз при одновременном упрощении процедуры измерения. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к медицине, а именно к способу измерения длительности фаз сердечного цикла и устройству для его реализации.

Настоящее изобретение может быть использовано в кардиологии для диагностики функционального состояния сердца.

Известен способ измерения длительности фаз сердечного цикла путем регистрации электрокардиограммы (ЭКГ) из книги Карпман В.Л. Фазовый анализ сердечной деятельности, М. Медицина, 1965, с.275. Известный способ заключается в том, что устанавливают электроды в области сердца на стационарных ответвлениях от I до VI и снимают электрокардиограмму (ЭКГ), на которой определяют начало фазы асинхронного сокращения миокарда, соответствующее точке Q. Далее проводят изолинию через точку Q, и в местах пересечения изолинии с графиком ЭКГ получают точки, расстояние между которыми по оси времени соответствует длительности фаз сердечного цикла: фазе асинхронного сокращения миокарда соответствует интервал Q-R, фазе изометрического сокращения миокарда интервал R-S, фазе быстрого изгнания крови интервал S-T, фазе медленного изгнания крови интервал T-U, фазе протодиастолы интервал U-R, фазе изометрического расслабления миокарда интервал h-AF, фазе быстрого наполнения предсердий интервал AF-F, фазе медленного наполнения предсердий интервал F-AP, фазе систолы предсердий интервал AP-Q.

Однако известный способ не позволяет точно измерить длительности фаз сердечного цикла, т.к. точка Q в различных ответвлениях I-VI имеет разные не совпадающие друг с другом координаты, что не позволяет достоверно определить моменты начала и конца фаз из-за большой погрешности.

Кроме того, известен способ измерения длительности фаз сердечного цикла из журнала Кардиология, Каевицер И.М. Дифференциальные кривые каротидного и регулярного пульса у здоровых и при некоторых пороках, 1968. №5, с.81.

Известный способ заключается в том, что устанавливают электроды в области сердца на стандартных ответвлениях от I до VI и три датчика. Один из датчиков регистрирует ЭКГ и установлен в одном из стандартных ответвлений. Второй датчик является акустическим, регистрирует звуковые волны, распространяющиеся от работающих клапанов сердца, и установлен в зоне аорты. Третий датчик установлен в зоне сонной артерии и регистрирует механические колебания самой сонной артерии, обусловленные движением по ней тока крови. Сигналы от трех датчиков регистрируют и получают три графика: ЭКГ, фонокардиограмму (ФКГ) и сфигмограмму сонной артерии (СФГ). По началу появления звуковой волны на фонокардиограмме и по ее концу определяют длительности фаз сердечного цикла на элетрокардиограмме. Однако используемые для этого индукционные датчики также не могут быть метрологически обеспечены и получаемый дифференциальный сигнал нельзя рассматривать ни как сфигмограмму, ни как ее производную, а именно сигнал, опережающий регистрируемый на 90 градусов.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому результату являются способ измерения длительности фаз сердечного цикла и устройство для его осуществления, известные из патента RU 94009237, А 61 В 5/02. Известный способ заключается в том, что размещают электроды в области сердца и осуществляют синхронную регистрацию ЭКГ, ФКГ и СФГ лучевой артерии, а затем по математическим зависимостям проводят вычисления второй производной СФГ лучевой (сонной) артерии и строят график зависимости F(x) no d(t). Далее по характерным точкам графика второй производной с учетом опорных кривых ЭКГ и ФКГ проводят расчет длительности фаз сердечного цикла.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Необходима синхронная регистрация трех сигналов, что требует длительного времени для подготовки датчиков к их синхронной работе. Используемые датчики регистрируют сигналы различной природы, что существенно затрудняет измерения с помощью метрологических средств.

В основу изобретения положена задача создать способ измерения длительности фаз сердечного цикла и устройство для его реализации, обеспечивающие повышение точности измерения длительности фаз при одновременном упрощении самой процедуры измерения.

Поставленная задача решается тем, что в способе измерения фаз сердечного цикла, включающем размещение электродов в области сердца и регистрацию изменения электрического потенциала тела во времени в виде графика, согласно изобретению, один электрод располагают в зоне аорты, а другой - в зоне верхушки сердца, на графике функции (ЭКГ) F(x) согласно фиг.2 определяют характерные точки АР, R, М и Z, регистрируют первую производную от полученной функции ЭКГ, на графике F'(х) которой согласно фиг.3 определяют характерные точки перегиба F, АР, Р, Q, R, М, S, Z, Т, U, h по интервалам между которыми определяют длительности всех фаз сердечного цикла: фазы открытия полулунного клапана по интервалу М - Z, фазы асинхронного сокращения миокарда по интервалу Q-R, фазы изометрического сокращения миокарда по интервалу R-S, фаз быстрого и медленного изгнания крови соответственно по интервалам S-Т и Т-U, фазы протодиастолы по интервалу U-R, фазы изометрического расслабления миокарда по интервалу h-AF, фаз быстрого и медленного наполнения предсердий соответственно по интервалам AF-F и F-АР, фазы систолы предсердий по интервалу АР-Q, после чего сравнивают полученные длительности фаз с длительностями фаз, представляющими физиологическую норму, и выявляют значение отклонения в % от физиологической нормы.

Такая реализация способа обеспечивает получение более достоверной информации о механизме работы полулунного клапана, являющегося наиболее важным диагностическим показателем при выявлении патологии сердца.

Такая реализация способа обеспечивает повышение точности измерения длительности фаз за счет использования только одного сигнала одной природы, в частности электрического потенциала, который регистрируется в виде графика ЭКГ, а также метрологически обеспеченным графиком первой производной от ЭКГ. Упрощение процедуры измерения достигается использованием только одного канала регистрации ЭКГ, при котором один электрод устанавливают на теле пациента в зоне аорты, а другой - в зоне верхушки сердца. Это позволяет регистрировать полный сигнал электрической активности сердца, а не его проекции, которые получаются при стандартном многоканальном отведении. Полный сигнал более подробно отражает все фазы сердечного цикла.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для измерения длительности фаз сердечного цикла, содержащем два электрода, выполненные с возможностью размещения их на теле пациента, усилитель, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, инфракрасный передатчик и блок обработки информации, согласно изобретению, коммутатор включен между электродами и усилителем, выход усилителя через полосовой фильтр соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к контроллеру, первый выход которого соединен с коммутатором, а второй выход - с инфракрасным передатчиком, при этом блок обработки информации выполнен на последовательно соединенных детекторе, интерфейсе, процессоре и дисплее.

Такое конструктивное выполнение устройства приводит к повышению точности измерения длительности фаз при одновременном упрощении самой процедуры измерения за счет повышения значения соотношения сигнал - шум, что позволяет получить более достоверную информацию о механизме работы сердца и, в частности о работе полулунного клапана сердца.

Другие цели и преимущества изобретения станут более понятны из следующих конкретных примеров выполнения и чертежей, на которых:

Фиг.1 схематически изображает области установки электродов на теле пациента;

Фиг.2 - электрокардиограмма (ЭКГ) в виде функции F(x) по времени;

Фиг.3 - график функции F'(x) по времени;

Фиг.4 - устройство, согласно изобретению;

Способ, согласно изобретению, заключается в следующем. Размещают электроды 1 и 2 (фиг.1) в области сердца, один электрод 1 располагают в зоне аорты, а другой электрод 2 - в зоне верхушки сердца и регистрируют изменение функции F(x) электрического потенциала тела по времени (ЭКГ). Затем берут первую производную от полученной функции F(х) ЭКГ, на графике F'(x)/dt (фиг.3) которой получают характерные точки, являющиеся точками перегиба функции, и длительности фаз сердечного цикла определяют по оси времени между точками перегиба: фазе открытия полулунного клапана сердца соответствует интервал M-Z. Затем дополнительно определяют по графику первой производной от полученной функции ЭКГ по точкам перегиба функции длительности фаз сердечного цикла по оси времени между точками перегиба, соответствующими локальным экстремумам производной, - фазе асинхронного сокращения миокарда соответствует интервал Q-R, фазе изометрического сокращения миокарда интервал R-S, фазе быстрого изгнания крови интервал S-T, фазе медленного изгнания крови интервал T-U, фазе протодиастолы интервал U-R, фазе изометрического расслабления миокарда интервал h-AF, фазе быстрого наполнения предсердий интервал AF-F, фазе медленного наполнения предсердий интервал F-AP, фазе систолы предсердий интервал AP-Q, а затем сравнивают полученные длительности фаз с длительностями фаз, представляющими физиологическую норму, и выявляют отклонение, по меньшей мере, одной из фаз в % от физиологической нормы.

Для реализации способа, согласно изобретению, предусмотрено устройство 3 (фиг.4), содержащее коммутатор 4, соединенный по входному сигналу с электродами 1, 2, размещенными в области сердца на теле пациента, а по выходному сигналу с усилителем 5, выход 5.2 которого соединен с входом 6.1 полосового фильтра 6. Выход 6.2 последнего соединен с входом 7.1 аналого-цифрового преобразователя 7, выход 7.2 которого соединен с входом 8.1 контроллера 8. Коммутатор 4 и контроллер 8 служат для проверки всего тракта усиления и в первую очередь для проверки сложной амплитудно-частотной характеристики фильтра 6. Коммутатор 4 подключает тест - сигналы, вырабатываемые контроллером 8, при каждом новом цикле измерения и проверяет особенности амплитудно-частотной характеристики фильтра 6.

Контроллер 8 имеет два выхода 8.2 и 8.3. Фильтр 6 имеет сложную передаточную функцию, предназначенную для выделения инфранизких и высокочастотных колебаний с подавлением среднечастотного спектра. Только таким образом можно фиксировать фазу М-Z совместно с волной Т, а при патологии и волну U.

Первый выход 8.2 контроллера 8 соединен с коммутатором 4, а его второй выход 8.3 соединен с входом 9.1 инфракрасного передатчика 9 (ИК), выход 9.2 которого соединен по излучаемой волне в инфракрасном диапазоне с блоком 10 обработки информации. Указанный блок 10 образован последовательно соединенными детектором 11, интерфейсом 12, процессором 13 и дисплеем 14. Выходной сигнал с инфракрасного передатчика 9 поступает в детектор 11, с выхода 11.1 которого поступает в интерфейс 12. С выхода 12.1 последнего сигнал поступает на вход процессора 13, откуда сигнал выводится на дисплей 14, на котором появляется изображение функции F'(x).

Способ реализуется следующим образом. После установки электродов 1 и 2 на теле пациента одного в зоне аорты, другого в зоне верхушки сердца, регистрируется запись функции F(x) по времени, показанной на фиг.2. Затем, с помощью вышеописанного устройства 3 на дисплее 14 стандартного компьютера получают изображение графика dF(x)/dt с, по меньшей мере, десятью кардиоциклами, по которому измеряют длительности фаз: открытию полулунного клапана сердца соответствует интервал M-Z, асинхронному сокращению миокарда - интервал Q-R, изометрическому сокращению миокарда - интервал R-S, быстрому изгнанию крови - интервал S-T, медленному изгнанию крови - интервал T-U, протодиастоле - интервал U-R, изометрическому расслаблению миокарда - интервал h-AF, быстрому наполнению предсердий - интервал AF-F, медленному наполнению предсердий - интервал F-AP, систоле предсердий - интервал AP-Q, а затем сравнивают полученные длительности фаз с длительностями фаз, представляющими физиологическую норму, и выявляют отклонение, по меньшей мере, одной из фаз в % от физиологической нормы.

Устройство работает следующим образом.

Укрепленные на пациенте электроды 1 и 2 соединены с коммутатором 4. С коммутатора 4 регистрируемый сигнал ЭКГ в виде функции F(x) подается на усилитель 5, далее через полосовой фильтр 6 на аналого-цифровой преобразователь 7, который преобразует аналоговый сигнал в соответствующий цифровой код. С указанного преобразователя 7 цифровой сигнал через контроллер 8 передается беспроводной связью в ИК-передатчик 9. Процессор 13 может управлять коммутатором 4 таким образом, что вместо ЭКГ сигнала подается на усилитель 5 тест-сигнал, что позволяет проверить работоспособность прибора в целом. С ИК-передатчика 9 сигнал поступает на детектор 11, откуда подается, в интерфейс 12. Далее сигнал обрабатывается в процессоре 13 и появляется на дисплее 14 в виде функции F'(x).

1. Способ измерения фаз сердечного цикла, включающий размещение электродов в области сердца и регистрацию изменения электрического потенциала тела во времени в виде графика функции ЭКГ, отличающийся тем, что один электрод располагают в зоне аорты, а другой - в зоне верхушки сердца, на графике функции ЭКГ F(x) согласно фиг.2 определяют характерные точки АР, R, М и Z, регистрируют первую производную от полученной функции ЭКГ, на графике F'(x) которой согласно фиг.3 определяют характерные точки перегиба F, АР, Р, Q, R, М, S, Z, Т, U, h, по интервалам между которыми определяют длительности всех фаз сердечного цикла: фазы открытия полулунного клапана по интервалу M-Z, фазы асинхронного сокращения миокарда по интервалу Q-R, фазы изометрического сокращения миокарда по интервалу R-S, фаз быстрого и медленного изгнания крови соответственно по интервалам S-T и T-U, фазы протодиастолы по интервалу U-R, фазы изометрического расслабления миокарда по интервалу h-AF, фаз быстрого и медленного наполнения предсердий соответственно по интервалам AF-F и F-AP, фазы систолы предсердий по интервалу АР-Q, после чего сравнивают полученные длительности фаз с длительностями фаз, представляющими физиологическую норму, и выявляют значение отклонения в % от физиологической нормы.

2. Устройство для измерения фаз сердечного цикла, содержащее два электрода, выполненные с возможностью размещения их на теле пациента, усилитель, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, инфракрасный передатчик и блок обработки информации, отличающееся тем, что коммутатор включен между электродами и усилителем, выход усилителя через полосовой фильтр соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к контроллеру, первый выход которого соединен с коммутатором, а второй выход - с инфракрасным передатчиком, при этом блок обработки информации выполнен на последовательно соединенных детекторе, интерфейсе, процессоре и дисплее.