Кардиомонитор для выявления информативных параметров
Изобретение относится к медицинской технике. Кардиомонитор содержит блок формирования (1) электрокардиосигнала (ЭКС), блок выделения QRS-комплекса (2), блок выделения ST-сегмента (3), блок дискретизации (4), блок формирования функций Уолша (5), блок формирования спектральных коэффициентов (6), блок выявления информативных параметров ST-сегмента (7), блок индикации (8), первую группу (9) из 2n коммутаторов (где 2n - количество спектральных коэффициентов базисной системы функций, совокупностью которых может быть представлен сигнал ST-сегмента), вторую группу (10) из 2n коммутаторов и 2n умножителей (18) группы. Кардиомонитор также содержит 2n-1 - разрядный циклический регистр сдвига (16), нуль-орган (11), триггер (12), первый (13) ключ и второй (14) ключ, двухвходовый сумматор (15) и управляемый инвертор (17). Достигается расширение функциональных возможностей, заключающихся в анализе разнообразия форм ST-сегмента ЭКС с применением спектральных коэффициентов базисной системы функций Рида-Мюллера, что повышает точность и достоверность оценки информативных параметров ST-сегмента ЭКС. 5 ил.
Изобретение относится к области медицины, в частности к электрокардиографии, и может быть использовано для выявления информативных параметров ST-сегмента электрокардиосигнала (ЭКС), а именно смещения, наклона, формы (выпуклая или вогнутая), отклонения вершины ST-сегмента от его центра и различных комбинаций указанных параметров, а также при анализе изменений параметров ST-сегмента электрокардиосигнала для выявления отклонений от нормы на ранних стадиях развития заболевания сердца.
Известно устройство для выявления информативных параметров ST-сегмента электрокардиосигнала (ЭКС), содержащее блок формирования электрокардиосигнала, блок выделения QRS-комплекса, блок выделения ST-сегмента, блок дискретизации, блок формирования функций Уолша, блок формирования спектральных коэффициентов, блок выявления информативных параметров ST-сегмента и блок индикации с соответствующими частями между ними, причем выход блока формирования ЭКС соединен с входом блока выделения QRS-комплекса и с первым входом блока выделения ST-сегмента, второй вход которого соединен с выходом блока выделения QRS-комплекса, вход блока дискретизации подключен к первому выходу блока выделения ST-сегмента, второй выход блока выделения ST-сегмента подключен к входу блока формирования функций Уолша, выход блока дискретизации подключен к первому входу блока формирования спектральных коэффициентов, образующему первую группу входов этого блока, к входам второй группы которого подключены соответствующие выходы блока формирования функций Уолша, выходы блока формирования спектральных коэффициентов соединены с соответствующими входами блока выявления информативных параметров ST-сегмента, выходы которого подключены к соответствующим входам блока индикации (см. патент Российской Федерации №2242164 по заявке на изобретение №2003105498/14 от 25.02.2003, опубликован 20.12.2004, кл. А61В 5/0402).
Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в способности выявления информативных параметров с применением базисной системы функций Уолша, но отсутствии возможности анализа разнообразия форм ST-сегмента электрокардиосигнала с применением базисной системы функций Рида-Мюллера.
Известен кардиомонитор, содержащий блок формирования электрокардиосигнала, блок выделения QRS-комплекса, блок выделения ST-сегмента, блок дискретизации, блок формирования функций Уолша, блок формирования спектральных коэффициентов, блок выявления информативных параметров ST-сегмента, блок индикации с соответствующими частями между ними, первую группу из 2'' коммутаторов (где 2'' - количество спектральных коэффициентов базисной системы функций, совокупностью которых может быть представлен сигнал ST-сегмента), вторую группу из 2'' коммутаторов, элемент односторонней проводимости, двухразрядный регистр сдвига, двухвходовый коммутатор, умножитель и 2'' умножителей группы, причем выход блока формирования электрокардиосигнала соединен с входом блока выделения QRS-комплекса и с первым входом блока выделения ST-сегмента, второй вход которого соединен с выходом блока выделения QRS-комплекса, вход блока дискретизации подключен к первому выходу блока выделения ST-сегмента, второй выход блока выделения ST-сегмента подключен к входу блока формирования функций Уолша, выход блока дискретизации подключен к первому входу блока формирования спектральных коэффициентов, образующему первую группу входов этого блока, выходы блока формирования спектральных коэффициентов соединены с соответствующими входами блока выявления информативных параметров ST-сегмента, выходы которого подключены к соответствующим входам блока индикации, информационные входы i-x коммутаторов первой группы (
- порядковые номера коммутаторов первой группы) подключены к i-м выходам блока формирования функций Уолша, первые выходы i-x коммутаторов первой группы подключены к первым информационным входам i-x коммутаторов второй группы, выходы i-x коммутаторов второй группы подключены к i-м входам второй группы входов блока формирования спектральных коэффициентов, вторые выходы i-x коммутаторов первой группы подключены к вторым входам i-х умножителей группы, выходы i-x умножителей группы подключены к вторым информационным входам i-x коммутаторов второй группы, управляющие входы всех коммутаторов первой группы и управляющие входы всех коммутаторов второй группы подключены к входу выбора базисной системы функций кардиомонитора, второй выход блока выделения ST-сегмента соединен с тактовым входом двухразрядного регистра сдвига, второй выход блока формирования функций Уолша подключен к входу элемента односторонней проводимости, выход элемента односторонней проводимости соединен с информационным входом двухразрядного регистра сдвига, выход которого подключен к управляющему входу двухвходового коммутатора, первый информационный вход которого соединен с (2n-1-2) - м выходом блока формирования функций Уолша, второй информационный вход коммутатора соединен с (2n-1+1) - м выходом блока формирования функций Уолша, выход коммутатора подключен к первому входу умножителя, второй вход которого подключен к второму выходу блока формирования функций Уолша, выход умножителя соединен с первыми входами всех умножителей группы (см. патент Российской Федерации №2372840 по заявке на изобретение №2008114898/14 от 15.04.2008, опубликован 20.11.2009, кл. А61В 5/0452).
Недостатком данного кардиомонитора являются ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в способности выявления информативных параметров с применением базисной системы функций Варакина, но отсутствии возможности анализа разнообразия форм ST-сегмента электрокардиосигнала с применением базисной системы функций Рида-Мюллера.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, заключающихся в анализе разнообразия форм ST-сегмента электрокардиосигнала с применением спектральных коэффициентов базисной системы функций Рида-Мюллера.
Поставленная цель достигается тем, что в известный кардиомонитор, содержащий блок формирования электрокардиосигнала, блок выделения QRS-комплекса, блок выделения ST-сегмента, блок дискретизации, блок формирования функций Уолша, блок формирования спектральных коэффициентов, блок выявления информативных параметров ST-сегмента, блок индикации с соответствующими частями между ними, первую группу из 2'' коммутаторов (где 2'' - количество спектральных коэффициентов базисной системы функций, совокупностью которых может быть представлен сигнал ST-сегмента), вторую группу из 2'' коммутаторов и 2'' умножителей группы, причем выход блока формирования электрокардиосигнала соединен с входом блока выделения QRS-комплекса и с первым входом блока выделения ST-сегмента, второй вход которого соединен с выходом блока выделения QRS-комплекса, вход блока дискретизации подключен к первому выходу блока выделения ST-сегмента, второй выход блока выделения ST-сегмента подключен к входу блока формирования функций Уолша, выход блока дискретизации подключен к первому входу блока формирования спектральных коэффициентов, образующему первую группу входов этого блока, выходы блока формирования спектральных коэффициентов соединены с соответствующими входами блока выявления информативных параметров ST-сегмента, выходы которого подключены к соответствующим входам блока индикации, информационные входы i-x коммутаторов первой группы (
- порядковые номера коммутаторов первой группы) подключены к i-м выходам блока формирования функций Уолша, первые выходы i-x коммутаторов первой группы подключены к первым информационным входам i-x коммутаторов второй группы, выходы i-x коммутаторов второй группы подключены к i-м входам второй группы входов блока формирования спектральных коэффициентов, вторые выходы i-x коммутаторов первой группы подключены к вторым входам i-х умножителей группы, выходы i-x умножителей группы подключены к вторым информационным входам i-x коммутаторов второй группы, управляющие входы всех коммутаторов первой группы и управляющие входы всех коммутаторов второй группы подключены к входу выбора базисной системы функций кардиомонитора введены 2n-1 - разрядный циклический регистр сдвига, нуль-орган, триггер, первый ключ и второй ключ, двухвходовый сумматор, управляемый инвертор, причем второй выход блока выделения ST-сегмента соединен с тактовым входом 2n-1 - разрядного циклического регистра сдвига, второй выход блока формирования функций Уолша подключен к входу нуль-органа, выход которого соединен с счетным входом триггера, прямой выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, инверсный выход триггера подключен к управляющему входу второго ключа, выходы первого и второго ключей соединены с соответствующими информационными входами двухвходового сумматора, выход двухвходового сумматора подключен к информационному входу управляемого инвертора, управляющий вход которого соединен с выходом старшего разряда 2n-1 - разрядного циклического регистра сдвига, (2n-1-2)-й выход блока формирования функций Уолша подключен к информационному входу первого ключа, (2n-4)-й выход блока формирования функций Уолша подключен к информационному входу второго ключа, выход управляемого инвертора подключен к первым входам умножителей группы из 2n умножителей.
Для выявления информативных параметров ST-сегмента электрокардиосигнала, а именно смещения, наклона, формы (выпуклая или вогнутая), отклонения вершины ST-сегмента от его центра и различных комбинаций указанных параметров, а также при анализе изменений параметров ST-сегмента электрокардиосигнала для выявления отклонений от нормы на ранних стадиях развития заболевания сердца, число точек дискретизации исследуемого сигнала должно быть не менее N=16, при объеме базисной системы функций также не менее 16 (см. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ / А.Л. Барановский, А.Н. Калиниченко, Л.А. Манило и др. Под ред. А.Л. Барановского и А.П. Немирко. - М.: Радио и связь, 1993, а также см. Справочник по электрокардиографии / Под ред. В.П. Медведева. - СПб.: Питер, 2000).
В описании прототипа (см. патент Российской Федерации №2372840 по заявке на изобретение №2008114898/14 от 15.04.2008, опубликован 20.11.2009, кл. А61В 5/0452) на странице 5, третий абзац сверху, указано, что погрешность оценки информативных параметров в случае применения не только одной базисной системы функций Уолша, но и другой базисной системы функций, уменьшается на 50%.
Таким образом, при наличии у специалиста, использующего данные известных кардиомониторов, информации о спектральных коэффициентах базисной системы функций Уолша, полученных с применением прототипа (см. патент Российской Федерации №2242164 по заявке на изобретение №2003105498/14 от 25.02.2003, опубликован 20.12.2004, кл. А61В 5/0402), а также информации о спектральных коэффициентах базисной системы функций Варакина (см. патент Российской Федерации №2372840 по заявке на изобретение №2008114898/14 от 15.04.2008, опубликован 20.11.2009, кл. А61В 5/0452), погрешность оценки информативных параметров в уменьшается на 50%.
При использовании специалистом данных о спектральных коэффициентах с применением трех разных систем базисных функций погрешность оценки информативных параметров дополнительно уменьшается примерно на 33%
При наличии у специалиста, осуществляющего выявление отклонений от нормы на ранних стадиях развития заболевания сердца, дополнительной информации о спектральных коэффициентах базисной системы функций Рида-Мюллера, погрешность оценки информативных параметров дополнительно уменьшается примерно на 33%, по сравнению со случаем, когда имеются только данные о спектральных коэффициентах базисной системы функций Уолша и о спектральных коэффициентах базисной системы функций Варакина.
Получить информацию о спектральных коэффициентах базисной системы функций Рида-Мюллера для выявления информативных параметров ST-сегмента электрокардиосигнала специалист может с использованием предлагаемого кардиомонитора.
Функции Рида-Мюллера (последовательности модифицированного кода Рида-Мюллера или в некоторых источниках - Рида-Маллера) активно используются в алгебре, кибернетике и помехоустойчивом кодировании, являясь одним из наиболее известных семейств кодов.
Сравнительно недавно был предложен новый теоретико-кольцевой подход к их описанию, дающий достаточно наглядное построение указанных кодов и вводящий понятие базисных кодов Рида-Мюллера (см. Тумайкин И.Н. Базисные коды Рида-Маллера как групповые коды. Журнал «Фундаментальная и прикладная математика», том 18, №4, 2013, с. 137-154).
Эффективность функций Рида-Мюллера в области шифрования и телекоммуникаций показана в ряде публикаций (см. Сидельников В.М. Открытое шифрование на основе двоичных кодов Рида-Маллера. Журнал «Дискретная математика» том 6, вып.3, 1994, с. 3-20, а также см. Биккенич P.P., Хворов С.Д. Помехоустойчивость системы с псевдослучайными сигналами и кодом Рида-Маллера. Журнал «Телекоммуникации», №11, 2011, с. 42-48.)
Тем не менее, до последнего времени функции Рида-Мюллера не использовались для выявления информативных параметров ST-сегмента электрокардиосигнала (ЭКС), а именно смещения, наклона, формы (выпуклая или вогнутая), отклонения вершины ST-сегмента от его центра и различных комбинаций указанных параметров, а также при анализе изменений параметров ST-сегмента электрокардиосигнала для выявления отклонений от нормы на ранних стадиях развития заболевания сердца.
Математическое описание функций Рида-Мюллера достаточно подробно представлено в ряде источников (например, см. Кузнецов Ю.В., Шкарин С.А. Коды Рида-Маллера (обзор публикаций). Журнал «Математические вопросы кибернетики», вып. 6, 1996, с. 5-50, а также см. Нога Алон, Тали Кауфман, Майкл Кривелевич, Симон Лицын и Дана Рон. Тестирование кодов Рида-Мюллера. IEEE Transactions on Information Theory, 51 (11), 2005, с. 4032-4039).
В соответствии с математическим представлением базисная система функций Рида-Мюллера строится по следующему правилу: все функции базисной системы функций Уолша умножаются на кодовую комбинацию, имеющую хорошую функцию автокорреляции (имеющую резко выраженный центральный пик). При этом базисная система функций Рида-Мюллера обладает ортогональными свойствами и лучшими, чем функции Уолша корреляционными характеристиками (см. Передача цифровой информации. Перевод с английского Аронэ М.Н. и др. / Под редакцией С.И. Самойленко. - М.: Издательство иностранной литературы, 1963, с. 198, а также табл. 2).
Видоизменяющая (то есть производящая) последовательность кода Рида-Мюллера для N=16, указывается следующим образом:
При этом функции Уолша в исходной системе функций Уолша должны быть упорядочены по возрастанию числа знакоперемен в каждой функции, то есть упорядочены по Уолшу (Трахтман A.M., Трахтман В.А. Основы теории дискретных сигналов на конечных интервалах. - М.: Советское радио, 1975, с. 47, соотношение (2.4)). В этом случае система функций Уолша имеет вид, представленный на фиг. 3.
Полученная в результате умножения каждой функции исходной системы функций Уолша на производящую последовательность кода Рида-Мюллера (1), базисная система функций Рида-Мюллера является ортогональной и имеет вид, представленный на фиг. 5.
Выбор использования кардиомонитором базисной системы функций Рида-Мюллера для расширения возможности анализа большего разнообразия форм ST-сегмента электрокардиосигнала также основан на рациональном подходе, учитывающем следующие моменты.
1. Целесообразно выбирать базис таким образом, чтобы каждая из базисных функций принимала сравнительно небольшое число значений, что упрощает реализацию всей системы (см. Карповский М.Г., Москалев Э.С. Спектральные методы анализа и синтеза дискретных устройств. - Л.: Энергия, 1973, стр. 9, второй абзац сверху). То есть желательно, чтобы функции базисной системы имели два значения: +1 и -1.
2. Наряду с базисной системой функций Уолша иногда для спектрального анализа сигналов и спектральных методов оценки сложности схем применяют и базисную систему функций Хаара (см. Карповский М.Г., Москалев Э.С. Спектральные методы анализа и синтеза дискретных устройств. - Л.: Энергия, 1973, стр. 85, нижний абзац и стр. 86, верхний абзац). Однако использование базиса Уолша предпочтительнее использования базиса Хаара с точки зрения объема памяти для хранения спектральных коэффициентов. Это связано с тем, что каждый из коэффициентов разложения по Уолшу в отличие от разложения по Хаару учитывает поведение функции (или исследуемого ST-сегмента электрокардиосигнала) на всем интервале задания (то есть на интервале исследования ST-сегмента электрокардиосигнала) (см. Карповский М.Г., Москалев Э.С. Спектральные методы анализа и синтеза дискретных устройств. - Л.: Энергия, 1973, стр. 132, второй абзац сверху).
Таким образом, использование кардиомонитором в качестве базисной системы совокупности функций Хаара с целью повышения точности и достоверности оценки информативных параметров ST-сегмента и расширения возможности анализа большего разнообразия форм ST-сегмента электрокардиосигнала полностью исключается.
На основании изложенного, в качестве базисной системы в предлагаемом кардиомониторе используется базисная система функций Рида-Мюллера, представленная в упомянутых ранее источниках.
Свойства базисной системы функций Рида-Мюллера можно охарактеризовать следующим образом.
1. Функции базисной системы Рида-Мюллера имеют только два значения: +1 и -1 (см. Передача цифровой информации. Перевод с английского Аронэ М.Н. и др. / Под редакцией С.И. Самойленко. - М.: Издательство иностранной литературы, 1963, с. 198, а также табл. 2).
2. Требуемый объем памяти для хранения спектральных коэффициентов точно такой же, как и у базисной системы функций Уолша, а также у базисной системы функций Варакина, что не приводит к изменению схемы блока 6 формирования спектральных коэффициентов, используемого в прототипе (см. патент Российской Федерации №2372840 по заявке на изобретение №2008114898/14 от 15.04.2008, опубликован 20.11.2009, кл. А61В 5/0452) и используемого в предлагаемом кардиомониторе.
3. Объем базисной системы функций Рида-Мюллера равен объему системы Уолша (см. Передача цифровой информации. Перевод с английского Аронэ М.Н. и др. / Под редакцией С.И. Самойленко. - М.: Издательство иностранной литературы, 1963, с. 198, а также табл. 2).
4. Наконец, функции базисной системы Рида-Мюллера обладают лучшими корреляционными свойствами, чем функции базисной системы Уолша (см. Передача цифровой информации. Перевод с английского Аронэ М.Н. и др. / Под редакцией С.И. Самойленко. - М.: Издательство иностранной литературы, 1963, с. 198, а также табл. 2). Этот фактор дополнительно повышает точность и достоверность оценки информативных параметров ST-сегмента электрокардиосигнала и расширяет возможности анализа большего разнообразия форм ST-сегмента электрокардиосигнала в случае использования базисной системы функций Рида-Мюллера.
На фиг. 1 представлена структурная схема кардиомонитора для выявления информативных параметров ST-сегмента электрокардиосигнала, на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования ортогональной функции S(10,θ) базисной системы функций Рида-Мюллера в предлагаемом кардиомониторе, на фиг. 3 - временные диаграммы базисной системы функций Уолша, используемых в аналоге и в предлагаемом кардиомониторе, на фиг. 4 - временные диаграммы базисной системы функций Варакина, используемых в прототипе.
Кардиомонитор содержит блок 1 формирования электрокардиосигнала, блок 2 выделения QRS-комплекса, блок 3 выделения ST-сегмента, блок 4 дискретизации, блок 5 формирования функций Уолша, блок 6 формирования спектральных коэффициентов, блок 7 выявления информативных параметров ST-сегмента, блок 8 индикации, коммутаторы 9 первой группы, коммутаторы 10 второй группы, нуль-орган 11, триггер 12, первый ключ 13 и второй ключ 14, двухвходовый сумматор 15, 2n-1 - разрядный циклический регистр 16 сдвига, управляемый инвертор 17, умножители 18 группы, вход 19 установки режима использования базисной системы функций Уолша или базисной системы функций Рида-Мюллера.
Устройство, состав элементов и принцип работы блока 1 формирования электрокардиосигнала, блока 2 выделения QRS-комплекса, блока 3 выделения ST-сегмента, блока 4 дискретизации, блока 5 формирования функций Уолша, блока 6 формирования спектральных коэффициентов, блока 7 выявления информативных параметров ST-сегмента, блока 8 индикации подробно представлены в описании аналога (см. патент Российской Федерации №2242164 по заявке на изобретение №2003105498/14 от 25.02.2003, опубликован 20.12.2004, кл. А61В 5/0402) и прототипа (см. патент Российской Федерации №2372840 по заявке на изобретение №2008114898/14 от 15.04.2008, опубликован 20.11.2009, кл. А61В 5/0452).
Предлагаемый кардиомонитор работает следующим образом.
Перед началом работы кардиомонитора на вход 19 установки режима использования базисной системы функций подается сигнал «0», в (2n-1-3)-м разряде циклического регистра 16 сдвига записана единица, триггер 12 находится в исходном единичном состоянии.
Выбор режима работы кардиомонитора выбирается подачей на вход 19 установки режима использования базисной системы функций сигнала «0» (базисная система функций Уолша) или подачей сигнала «1» (базисная система функций Рида-Мюллера).
Блок 1 формирования электрокардиосигнала выполняет обычные операции: усиливает электрокардиосигнал, освобождает его от действия помехи промышленной частоты с помощью фильтрации и устраняет дрейф изолинии с помощью фильтра высоких частот или путем выделения сигнала дрейфа изолинии с помощью сплайн-аппроксимации с последующим вычитанием полученного сигнала из исходного электрокардиосигнала (см. патент Российской Федерации №2242164 по заявке на изобретение №2003105498/14 от 25.02.2003, опубликован 20.12.2004, кл. А61В 5/0402). Очищенный от действия помех электрокардиосигнал поступает на входы блока 2 выделения QRS-комплекса и блока 3 выделения ST-сегмента. В блоке 2 выделения QRS-комплекса формируется сигнал начала очередного кардиоцикла (точка отсчета), поступающий на второй вход (вход управления) блока 3 выделения ST-сегмента. На основе известной структуры ЭКС и точки отсчета в блоке 3 формируются точки начала и конца ST-сегмента. Выделенный из ЭКС ST-сегмент поступает в блок 4 дискретизации, где преобразуется в последовательность дискретных отсчетов.
Сигнал на управляющем выходе блока 3 выделения ST-сегмента инициализирует работу блока 5 формирования функций Уолша посредством подачи на его тактовый вход последовательности тактовых импульсов, при этом на соответствующих выходах блока 5 формирования функций Уолша формируются функции Уолша.
С выхода блока 4 дискретизации дискретные отсчеты ST-сегмента поступают на информационный вход блока 6 формирования спектральных коэффициентов.
На вторую группу входов блока 6 формирования спектральных коэффициентов поступают либо функции Уолша, либо функции Варакина с выходов коммутаторов 10 второй группы, в зависимости от выбранного режима работы кардиомонитора.
Если на вход 19 установки режима использования базисной системы функций подается сигнал «0», то кардиомонитор использует функции Уолша, если на вход 19 подается подается сигнал «1», то кардиомонитор использует функции Рида-Мюллера.
Поясним этот принцип работы кардиомонитора подробнее.
Коммутаторы 9 представляют собой устройства с одним управляющим входом, одним информационным входом и двумя информационными выходами. Они устроены таким образом, что при поступлении на управляющий вход «0» информация, поступающая на его информационный вход, появляется на первом информационном выходе коммутатора 9, а при поступлении на управляющий вход «1» информация, поступающая на его информационный вход, появляется на втором информационном выходе коммутатора 9. То есть при поступлении на управляющий вход «0» соответствующая функция Уолша подается на первый информационный выход коммутатора 9, а при поступлении на управляющий вход «1» соответствующая функция Уолша подается на второй информационный выход коммутатора 9. В первом случае функция Уолша поступает на первый информационный вход соответствующего коммутатора 10, во втором случае - на второй вход соответствующего умножителя 18 группы.
Коммутаторы 10 представляют собой устройства с одним управляющим входом, двумя информационными входами и одним информационным выходом. Они устроены таким образом, что при поступлении на управляющий вход «0» на выходе коммутатора 10 появляется информация, поступающая на его первый информационный вход, а при поступлении на управляющий вход «1» на выходе коммутатора 10 появляется информация, поступающая на его второй информационный вход.
Схемы коммутаторов 9 и коммутаторов 10 часто используются в составе различных дискретных устройств, и представлены, например, в источнике: Основы дискретной техники АСУ и связи. Под общей редакцией Гриненко Г.Ф. - Л.: ВИКИ им. А.Ф. Можайского, 1980, с. 461.
Таким образом, в случае подачи «0» на вход 19 установки режима использования базисной системы кардиомонитора, функции Уолша поступают на вторую группу входов блока 6 формирования спектральных коэффициентов.
С выходов блока 6 формирования спектральных коэффициентов сигналы последних поступают на соответствующие входы блока 7 выявления информативных параметров ST-сегмента.
Возможная реализация блока выявления 7 информативных параметров ST-сегмента для случая представления спектральных коэффициентов в виде двоичного кода подробно приведена в описании аналога (см. патент Российской Федерации №2242164 по заявке на изобретение №2003105498/14 от 25.02.2003, опубликован 20.12.2004, кл. А61В 5/0402).
Сигналы выявленных информативных параметров ST-сегмента электрокардиосигнала поступают на входы блока 8 индикации, где могут быть визуализированы в виде подсветки соответствующих транспарантов или любым иным из известных способов, например, на жидкокристаллическом дисплее или плазменном экране.
В случае же подачи «1» на вход 19 установки режима использования базисной системы кардиомонитора, функции Уолша со вторых информационных выходов коммутаторов 9 поступают на вторые входы умножителей 18 группы. На первые входы умножителей 18 группы подается сигнал с выхода управляемого инвертора 17, который формируется следующим образом.
С началом поступления тактовых импульсов с выхода блока 3 выделения ST-сегмента электрокардиосигнала на тактовый вход блока 5 формирования функций Уолша (фиг. 2, а) на его выходах формируются функции Уолша, поступающие на вторые входы соответствующих умножителей 18 группы.
Потенциалы с прямого и инверсного выходов триггера 12 поступают на управляющие входы ключей 13 и 14. Таким образом, первый ключ 13 открыт, а второй ключ 14 закрыт.
Подробное описание устройства триггера 12, являющегося обычным Т-триггером, представлено в известном источнике (см. Основы дискретной техники АСУ и связи. Под общей редакцией Гриненко Г.Ф. - Л.: ВИКИ им. А.Ф. Можайского, 1980, с. 240, рис. 6.22, рис. 6.23).
В процессе формирования сигналов S(i,θ) базисной системы функций Рида-Мюллера тактовые импульсы с выхода блока 3 выделения ST-сегмента электрокардиосигнала подаются на тактовый вход блока 5 формирования функций Уолша (фиг. 2, а), на выходах которого формируются функции Wal(i,θ), поступающие на первые входы умножителей 18.
Функция Уолша Wal(5,θ) (фиг. 2, в) с (2n-1-2)-го выхода блока 5 формирования функций Уолша (то есть, для случая 2n=16 с шестого выхода блока 5 формирования функций Уолша) через открытый ключ 13 (фиг. 2, д) поступает на первый вход двухвходового сумматора 15, а с его выхода - на информационный вход управляемого инвертора 17.
В момент смены знака функции Уолша Wal(l,θ) (фиг. 2, б), формируемой на втором выходе блока 5 формирования функций Уолша, срабатывает нуль-орган 11. Он вырабатывает импульсы в моменты смены значащей позиции функции Wal(1,θ), при переходе от -1 к +1 или при переходе от +1 к -1. Импульсы с выхода нуль-органа 11 изменяют состояние триггера 12, а следовательно, и состояние ключей 13 и 14.
Нуль-орган 11 формирует на своем выходе короткий импульс в моменты времени, когда сигнал на его входе меняет знак с «+» на «-» или с «-» на «+», что в данном случае происходит в середине периода Т - периода определения функций Уолша.
Подробное описание устройства нуль-органа 11 представлено в известном источнике (см. Основы дискретной техники АСУ и связи. Под общей редакцией Гриненко Г.Ф. - Л.: ВИКИ им. А.Ф. Можайского, 1980, с. 209-215).
Импульс, поступающий с выхода нуль-органа 11 приводит к тому, что ключ 13 оказывается закрытым, а ключ 14 открытым, и функция Уолша Wal(11,θ) (фиг. 2, г) с (2n-4)-го выхода блока 5 формирования функций Уолша (то есть, для случая 2n=16 с двенадцатого выхода блока 5 формирования функций Уолша) через открытый ключ 14 (фиг. 2, е) поступает на второй вход двухвходового сумматора 15, а с его выхода - на информационный вход управляемого инвертора 17.
На выходе двухвходового сумматора 15 формируется сигнал, представленный на фиг. 2, ж.
С поступлением третьего тактового импульса с выхода блока 3 выделения ST-сегмента электрокардиосигнала на тактовый вход 2n-1 - разрядного циклического регистра 16 сдвига, на выходе старшего разряда 2n-1 - разрядного циклического регистра 16 сдвига формируется единица (фиг. 2, з), которая была записана в (2n-1-3)-м разряде. Эта единица поступает на управляющий вход управляемого инвертора 17, вследствие чего третий элемент сигнала, формируемого на выходе двухвходового сумматора 15 и поступающего на информационный вход управляемого инвертора 17, оказывается инвертированным. Поскольку 2n-1 - разрядный циклический регистр 16 сдвига замкнут в кольцо цепью обратной связи и имеет 2n-1 - разрядов, то с указанного момента времени через 2n-1 тактов работы на выходе регистра 16 сдвига опять сформируется единица (фиг. 2, з), и соответствующий элемент сигнала, поступающего с выхода двухвходового сумматора 15 на информационный вход управляемого инвертора 17, также окажется инвертированным.
Сигнал на выходе управляемого инвертора 17 (фиг. 2, и) представляет собой видоизменяющую (то есть производящую) последовательность кода Рида-Мюллера для N=16, которая описывается следующим образом:
Сигнал, формируемый на выходе управляемого инвертора 17, умножается в умножителях 18 на функции Уоша Wal(i,θ). В результате этого на выходах умножителей 18 формируется система дискретных ортогональных функций S(i,θ), представляющих собой базисную систему функций Рида-Мюллера.
Функции S(i,θ), являющиеся функциями базисной системы Рида-Мюллера, имеют вид, отличающийся от вида функций Уолша Wal(i,θ).
На фиг. 2 приведены диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования в предлагаемом кардиомониторе дискретной ортогональной функции S(10,θ) базисной системы функций Рида-Мюллера.
На диаграммах указано временное состояние:
а) второго выхода блока 3 выделения ST-сегмента, на котором формируются тактовые импульсы;
б) второго выхода блока 5 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(1,θ);
в) шестого выхода блока 5 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(5,θ);
г) двенадцатого выхода блока 5 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(11,θ);
д) выхода первого ключа 13;
е) выхода второго ключа 14;
ж) выхода двухвходового сумматора 15;
з) выхода старшего разряда 2n-1 - разрядного циклического регистра 16 сдвига;
и) выхода управляемого инвертора 17;
й) одиннадцатого выхода блока 5 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(10,θ);
к) выхода одиннадцатого умножителя 18, на котором формируется функция S(10,θ).
На фиг. 3 приведены временные диаграммы базисной системы функций Уолша, используемых в аналоге.
На фиг. 4 приведены временные диаграммы базисной системы функций Варакина T(i,θ), используемых в прототипе.
На фиг. 5 приведены временные диаграммы базисной системы функций Рида-Мюллера, используемых предлагаемым кардиомонитором.
В ортогональности сигналов базисной системы функций Рида-Мюллера можно убедиться путем перемножения любых функций этой базисной системы и интегрирования результата за время, равное периоду функций.
То есть в случае подачи «1» на вход 19 установки режима использования базисной системы кардиомонитора на выходах коммутаторов 10 формируются функции базисной системы Рида-Мюллера, и кардиомонитор осуществляет анализ ST-сегмента электрокардиосигнала в базисе функций Рида-Мюллера.
Предложенный кардиомонитор позволяет расширить функциональные возможности, заключающиеся в анализе разнообразия форм ST-сегмента электрокардиосигнала с применением спектральных коэффициентов базисной системы функций Рида-Мюллера.
Кардиомонитор, содержащий блок формирования электрокардиосигнала, блок выделения QRS-комплекса, блок выделения ST-сегмента, блок дискретизации, блок формирования функций Уолша, блок формирования спектральных коэффициентов, блок выявления информативных параметров ST-сегмента, блок индикации с соответствующими частями между ними, первую группу из 2n коммутаторов (где 2n - количество спектральных коэффициентов базисной системы функций, совокупностью которых может быть представлен сигнал ST-сегмента), вторую группу из 2n коммутаторов и 2n умножителей группы, причем выход блока формирования электрокардиосигнала соединен с входом блока выделения QRS-комплекса и с первым входом блока выделения ST-сегмента, второй вход которого соединен с выходом блока выделения QRS-комплекса, вход блока дискретизации подключен к первому выходу блока выделения ST-сегмента, второй выход блока выделения ST-сегмента подключен к входу блока формирования функций Уолша, выход блока дискретизации подключен к первому входу блока формирования спектральных коэффициентов, образующему первую группу входов этого блока, выходы блока формирования спектральных коэффициентов соединены с соответствующими входами блока выявления информативных параметров ST-сегмента, выходы которого подключены к соответствующим входам блока индикации, информационные входы i-x коммутаторов первой группы (
- порядковые номера коммутаторов первой группы) подключены к i-м выходам блока формирования функций Уолша, первые выходы i-х коммутаторов первой группы подключены к первым информационным входам i-x коммутаторов второй группы, выходы i-x коммутаторов второй группы подключены к i-м входам второй группы входов блока формирования спектральных коэффициентов, вторые выходы i-x коммутаторов первой группы подключены к вторым входам i-x умножителей группы, выходы i-x умножителей группы подключены к вторым информационным входам i-x коммутаторов второй группы, управляющие входы всех коммутаторов первой группы и управляющие входы всех коммутаторов второй группы подключены к входу выбора базисной системы функций кардиомонитора, отличающийся тем, что в него введены 2n-1 - разрядный циклический регистр сдвига, нуль-орган, триггер, первый ключ и второй ключ, двухвходовый сумматор, управляемый инвертор, причем второй выход блока выделения ST-сегмента соединен с тактовым входом 2n-1 - разрядного циклического регистра сдвига, второй выход блока формирования функций Уолша подключен к входу нуль-органа, выход которого соединен с счетным входом триггера, прямой выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, инверсный выход триггера подключен к управляющему входу второго ключа, выходы первого и второго ключей соединены с соответствующими информационными входами двухвходового сумматора, выход двухвходового сумматора подключен к информационному входу управляемого инвертора, управляющий вход которого соединен с выходом старшего разряда 2n-1 - разрядного циклического регистра сдвига, (2n-1-2)-й выход блока формирования функций Уолша подключен к информационному входу первого ключа, (2n-4)-й выход блока формирования функций Уолша подключен к информационному входу второго ключа, выход управляемого инвертора подключен к первым входам умножителей группы из 2n умножителей.
