Устройство для измерения величины сократимости миокарда

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii)745500 (61) Дополнительное н авт. свид-ву (22) Заявлено 130178 (21) 2569521/28-13 (51)М. Кл

А 61 В 5/04 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий.(23) Приоритет

Опубликовано 070780. Бюллетень № 25 (53) УДК615. 475 (088.8) Дата опубликования описания 070780

Е.И.Чазов, A.È.Çàêèäàëüñêèé, М.В.Синьков, A.À.Ìîéáåíêî, Н.Н.Орлова и 10.Ф.Малмыгин (72) Авторы изобретения

Институт электродинамики. АН Украинской ССР, Всесоюзный кардиологический научный центр ANH СССР, Ордена Трудового

Красного Знамени институт физиологии AH Украинской ССР и Украинский научно-исследовательский институт кардиологии им.А,Д.Стражеско Министерства здравоохранения Украинской ССР (71} Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ

СОКРАТИМОСТИ МИОКАРДА

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к кардиологическим диагностическим устройствам.

Известно устройство для измерения величины сократимости миокарда. Уст- ройство содержит последовательно подключенные логарифматор и дифференциатор. Логарифматор состоит из операционного усилителя, инвертирующий вход которого через резистор подключен к источнику входного сигнала и с коллектором транзистора, база которого соединена с общей шиной.

Эмиттер его соединен с эмиттером второго транзистора и через резистор — 15 с выходом операционного усилителя.

Ваза и коллектор второго транзистора соединены с инвертирующим входом второго операционного усилителя, а через резистор — с источником положи- 20 тельного напряжения. Неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен через резистор с выходом операционного усилителя .и с общей шиной. Дифференциатор собран на треть 25 ем .операционном усилителе, инвертирующий вход которого соединен через

RC-цепочку (резистор и конденсатор) с выходом второго усилителя, а через конденсатор и резистор — с соответ- 30 ственным выходом, образуя при этом цепь отрицательной обратной связи.

Неинвертирующие входы первого операционного усилителя логарифматора и ,операционного усилителя дифференциатора соединены через резистор с общей шиной.

На вход устройства поступает напряжение, пропорциональное давлению крови в миокарде. На выходе устройства формируется напряжение, пропорциональное индексу сократимости f1) .

Основным недостатком устройства является сравнительно низкая точность измерения. Точность выполнения операции логарифмирования зависит от того, насколько точно напряжейие на участке эмиттер-коллектор транзистора соответствует логарифму входного тока. В области малых токов транзистор в таком включении с высокой степенью точности воспроизводит логарифмическую зависимость. Однако при токах более 50100 мкА начинает сказываться омиЧеское сопротивление, что приводит к появлению ошибки в виде линейной составляющей. С другой стороны минимальное значение тока через транзистор ограничено наличием .входного тока операцион745500

30

50 ного усилителя, величина которогб лежит, в пределах 0,2-1 мкА. В резупьтате этого резко сужается динамический диапазон. Кроме того, использование транзистора в качестве элемента с логарифмической характеристикой Приводит к тому, что изменение логарифмической составляющей напряжения при ивменении входной величины в 100 раэ не превышает 120 мВ. Это создает необходимость включения в схему дополнительного операционного усилителя для предварительного усиления сигнала, что вносит дополнительные помехи, снижающие точность, и усложняет схему логарифматора. В дифференциаторе данного устройства декремент затухания эквивалентного низкочастотного фильтра 2-го порядка не может быть меньше 1, что приводит к большей погрешности, чем в случае низкочастотного фильтра с декрементом затухания меньше 1.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены цепочка из последовательно соединенных диодов и резистор, включенный между неинвертирующим входом операционного усилителя логарифматора и первым резистором, причем резистор обратной связи дифференциатора включен между общей точкой последовательно включенных конденсатора и резистора и выходом операционного усилителя дифференциатора, цепочка последовательно включенных диодов подключена между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя логарифматора, а резистор обратной связи дифференциатора выполнен в виде резистора с отрицательным температурным коэффициентом.

На чертеже изображена электрическая схема устройства для измерения величины сократимости миокарда.

Устройство содержит логарифматор, 1 и дифференциатор 2. В логарифматор 1 входит операционный усилитель

3; имеющий инвертирующий и неинвертирующий входы. Инвертирующий вход операционного усилителя 3 подключен к входу устройства через резистор 4, а неинвертирующий вход — через ре- зистор 5. Кроме того, инвертирующий вход операционного усилителя 3 через резистор б соединен с общей шиной 7.

В цепь обратной связи операционного усилителя 3 включены последовательно диоды 8, соединяющие выход с инвертирующим входом его. Количество диодов 8 рассчитывается в зависимос ти "от задаваемого напряжения на выходе операционного усилителя 3. Выход операционного усилителя 3 является выходом логарифматора 1. Пифференциатор 2 содержит операционный усилитель 9, имеющий также инвертирующий и неинвертирующий входы. К инвертирующему входу усилителя 9 через конденсатор 10, непосредственно связанный с выходом логарифматора 1, подключен резистор 11. Неинвертирующий вход операционного усилителя 9 через резистор 12 .связан с общей шиной 7.

Операционный усилитель 9 имеет цели обратной связи через резистор 13 и конденсатор 14. Цепь обратной связи через конденсатор 14 соединяет выход операционного усилителя 9 с инвертирующим его входом. Цепь обратной связи через резистор 13 связывает выход операционного усилителя 9 с общей точкой конденсатора 10 и ре.зистора 11. Выход операционного усилителя 9 дифференциатора 2 является выходом устройства. Сопротивление резистора 13 выполнено с отрицательным температурным коэффициентом для компенсации температурного потенциала диодов..

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства подают напряжение, величина которого пропорциональна давлению крови в левом желудочке {U > = Р). Часть входного напряжения через резисторы 4 и 5 поступает на входы операционного усилителя 3. При этом напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 3 равно:

Овк "e

U„ э 6)

Ток, протекающий через резистор 4 и диоды 8, равен:, вх з (5

В результате напряжение на диодах

8 равно:

О. = t i r × Ь (+ 4)j, где i — ток, протекающий через резистор 4 и диод 8;

r — активное сопротивление диода; — тепловой ток p-n перехода; р — температурный потенциал. кТ ч т с где k — постоянная Больцмана;

Т вЂ” абсолютная температура;

q — заряд электрона.

Если учесть, что 1/= » 4, то

0 фг +Ч Ь вЂ” +U gn 1 я т Я, о где 1б- обратный ток диода.

При этом 0б Ч Ь - не меняется во времени.

Напряжение на выходе логарифматора 1 будет равно; и ц-U = вых. ло

Оа» <а U SS %аГ q р Уа >5

65 Б 6 4(3 6) 4 Б 6) о .

745500 с

t5

Формула изобретения

Устройство для измерения величины сократимости миокарда, содержащее логарифматор, состоящий из операционного усилителя и двух резисторов, первый иэ которых подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, а второй — между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной устройства, а также дифференциатор, состоящий из операционного усилителя, к инвертирующему входу которого через конденсатор подключен его выход, резистора обратной связи и последовательно соединенных конденсатора и резистора, включенных между выходом логарифматора и инэертирующим входом операционного усилителя дифференциатора, неинвертирующий вход которого соединен через резистор с общей шиной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены цепочка из последовательно соединенных диодов и реэис" тор, включенный между неинэертирующим входом операционного усилителя логарифматора и первым резистором, причем .резистор обратной связи дифференциатора включен между общей точкой последовательно включенных крнденсатора и резистора и эыходом

С (вых

» Х. tive. т 0в» где .с. — постоянная времени дифферен. 40 циатора.

Учитывая, что U y = P, получим жЩ

Ивь1».амР. Р (t) что соответствует показатели сократимости миокарда.

Итак, повышение точности измерения обосновано тем, что введение и диодов 50 позволяет получить э и раз больше выходной сигнал и обойтись без предварительного усиления при непосредственной подаче выходного сигнала логарифматора на дифференциатор, а 55 совокупность их с резистором в цепи между входом устройства и неинвертирующим входом операционного усилителя приводит к компенсации линейной составляющей на выходе операционного усилителя логарифматора, что дает возможность работать с большим входным током и при заданном изменении входных сигналов, использовать обыч,ные интегральные операционные усили тели без особых требований к входным

Оно имеет линейную и логарифмическую составляющие. Для компенсации линейной составляющей, которая вызвана наличием активного сопротивления диодов, необходимо выполнить условие:

Uex 6 п(вк з Ig

5 5 6 4(Б 61 что достигается при выполнении следующего равенства: 6 с р Г\

Р4

Следовательно, напряжение на выходе логарифматора 1 будет равно: в» э ц

%AX ЛОт. T R, (R +-й 1Д

4 в 6/ О

Далее напряжение U э „„, поступает через конденсатор 10 и резистор 11 на инвертирующий вход операционного усилителя 9 дифференциатора

2. Выбором величины резистора 13 получаем декремент затухания дифференциатора 2 меньше 1, а подбором зависимости величины этого резистора от температуры компенсируем изменение Овв,„устройства за счет колебаний Ч диодов от температуры.

Постоянная составляющая (пБа) выходного напряжения логарифматора Т при дифференцировании дает "0".

Следовательно, выходное напряжение дифференциатора имеет следующее выражение: 35! токам. Соединение второго вывода резистора обратной связи в дифференциаторе с общей точкой последовательно соединенных конденсатора и резистора, связывающего выход логарифматора и инвертирующий вход операционного усилителя, позволяет получить декремент затухания меньше 1, что снижа- . ет погрешность дифференциатора.

Выполнение сопротивления резистора обратной связи в дифференциаторе с отрицательным температурным коэффициентом для компенсации температурного потенциала диодов позволяет устранить температурную зависимость выходного напряжения устройства за счет изменения Ч диодов и, следователь, повышает точность измерения устройством.

Кроме того, схема устройства значительно упрощена эа счет уменьшения оборудования схемы логарифматора, состоящей из одного операционного усилителя, диодов и резисторов эместо двух операционных усилителей, двух транзисторов и резисторов.

Экономический эффект, ожидаемый от использования единичного образца, в которое предлагаемое устройство входит как основная составная часть, cq-ставляет 400 тыс. руб. э год. 745500

Составитель Л.Соловьев

Редактор С.Тараненко Техред ж Кастелевич Корректор Ю.Макаренко

Заказ 4047/2

Тираж б73 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4 операционного усилителя дифференциатора, цепочка последовательно включенных диодов, подключена между инвер-тируюцим входом и выходом операционного усилителя логарифматора, а резистор обратной связи дифференциатора выполнен в виде резистора с температурным коэффициентом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Acta blologlca et Medicà G.er

5 manica", 1975, 34, 197, 773-780.