Pierwszenstwo; Zgloszenie ogloszono: 25.04.1973 Opis patentowy opublikowano: 10.10,1974 72192 KI. 30a,4/03 MKP A61b 5/02 Twórcy wynalazku: Marcin Brodziak, Andrzej Brodziak Uprawniony z patentu tymczasowego: Politechnika Slaska im. W. Pstrow¬ skiego, Gliwice (Polska) Urzadzenie nadzorujace zaburzenia rytmu serca oraz nieprawidlowa prace wszczepionych sztucznych rozruszników serca Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie sygnali¬ zujace wystapienie arytmii serca chorych przebywa¬ jacych na oddzialach intensywnej opieki, których stan wymaga ciaglego monitorowania ich sygnalu elektrokardiograficznego zwanym dalej sygnalem EKG i biezacej jego kontroli.Znane sa urzadzenia okreslajace srednia czesto¬ tliwosc impulsów, zalamków R, z kilku ostatnich cykli. Urzadzenia te zawieraja polaczone szerego¬ wo przerzutnik jednostabilny, normalizujacy ampli¬ tude i czas trwania impulsów, uklad pompy diodo¬ wej, na wyjsciu której napiecie jest proporcjonalne do sredniej czestotliwosci impulsów wejsciowych oraz miernika poszukiwanej czestotliwosci. Urzadze¬ nia te sygnalizuja przekroczenie zadanej z góry, ma¬ ksymalnej badz minimalnej, czestotliwosci impul¬ sów.Znane sa równiez urzadzenia, które sygnalizuja przekroczenie z góry okreslonego, maksymalnego badz minimalnego, czasu trwania jednego cyklu sy¬ gnalu EKG. Skladaja sie one z równolegle wlaczo¬ nych pomiedzy uklad standaryzacji SimpuHsów a ge¬ nerator akustyczny ukladu rózniczkujacego, ukladu opóznienia wlaczajacego generator akustyczny po uplywie zadanego czasu od pojawienia sie ostatnie¬ go impulsu oraz ukladu opózniajacego sterujacego bramka iloczynu logicznego, której drugie wejscie jest polaczone z wyjsciem ukladu standaryzacji im¬ pulsów. io 20 90 W przypadku nadzorowania chorych z wszczepio¬ nymi rozrusznikami serca obecnie stosowana apara¬ tura nie rozróznia nieskutecznych impulsów od im¬ pulsów skutecznych z rozrusznika, po których na¬ stepuje pobudzenie serca, wystapienie zespolu QRS.Sygnaly alarmujace wlaczane sa przez urzadzenie jedynie w przypadku, gdy chwilowa badz srednia czestotliwosc impulsów z rozrusznika serca przekro¬ czy zadane wartosci. Praktycznie wiec w takich przypadkach wskazana powyzej aparatura nie daje zadnej informacji o czynnosciach serca.Ponadto stosowana obecnie aparatura nie pozwala na informowanie lekarza o scisle okreslonym rodza¬ ju arytmii, zwlaszcza takiej która nie zmienia znacz¬ nie sredniej czestosci rytmu. Koniecznosc taka za¬ chodzi w przypadku nadzorowania chorych o zlo¬ zonych zaburzeniach rytmu serca, np. takich, gdy wystepuja dwa rodzaje niemiarowosci, przy czym jedna z nich wystepuje czesto i jest niegrozna a dru¬ ga, która chcielibysmy wykryc wystepuje rzadziej.Okreslenie czestotliwosci chwilowej impulsów oraz czestotliwosci z wiekszej ilosci ostatnich cykli sy¬ gnalu EKG nie wystarcza do osiagniecia tego celu.Do stwierdzenia czy nastapilo jakies zaburzenie ryt¬ mu serca czesto nie wystarcza równiez bezwzgled¬ ne porównanie czestosci chwilowej z zadana war¬ toscia tej czestotliwosci. Bardziej istotne jest po¬ równanie w sposób wzgledny czestotliwosci chwilo¬ wej z dotychczasowa czestotliwoscia srednia im¬ pulsów. 721923 Celem wynalazku jest umozliwienie nadzorowania chorych z wszczepionymi rozrusznikami serca w sposób automatyczny, wykrywanie zlozonych, scisle okreslonych zaburzen rytmu serca, gromadzenie in¬ formacji, tzn. obliczanie sredniej czestosci i groma¬ dzenie elektrokardiogramów selektywnie wybra¬ nych zaburzen rytmu serca, okreslonych wedlug oceny lekarza bioracego pod uwage aktualny stan serca danego chorego. Zadaniem wynalazku jest opracowanie urzadzenia elektronicznego do osiagnie¬ cia tego celu.Cel ten zostal osiagniety przez zastosowanie w urzadzeniu dwóch równoleglych kaskad pamieci ana¬ logowej sterowanych sygnalami prostokatnymi badz z iprzerzutniika Schmitta wysterowywanego zalamka- mi R sygnalu z wzmacniacza elektrokardiograficz¬ nego, badz zprzerzutnika Sohmiitta wysterowywane- go z wyjscia ukladu liczacego i porównujacego w kazdym cyklu pole powierzchni zespolów QRS, su¬ matora analogowego szesciu sygnalów z wyjsc ele¬ mentów sledzaco-pamietajacyeh kaskad pamieci analogowej, komparatorów analogowych porównu¬ jacych sygnal z wyjscia sumatora analogowego z zadanymi wartosciami, komparatora analogowego, na którego wejscia sumujace wprowadza sie cztery sygnaly z elementów kaskad pamieci analogowej, komparatora analogowego, na którego dwa wejscia sumujace wprowadzone sa sygnal z wyjscia suma¬ tora analogowego oraz sygnal z wyjscia sumatora inercyjnego, komparatora analogowego o trzech wejsciach sumujacych, na które wprowadzone sa sygnaly z wyjsc integratorów obu kaskad oraz z wyjscia sumatora analogowego, komparatora ana¬ logowego z wejsciami sumujacymi, na które podane sa cztery sygnaly z wyjsc elementów sledzaco-pa- mietajacych obu kaskad oraz z wyjscia drugiego su¬ matora inercyjnego, elementu iloczynu logicznego sygnalów z wyjsc komparatora o dwóch wejsciach sumujacych i ukladu liczacego i porównujacego pole powierzchni, ukladu wybierajacego, ustalajacego które z wyjsc komparatorów, elementów negacji czy elementu iloczynu logicznego wlaczyc na jedno z koncowych urzadzeni uklad alarmujacy akusty-ez- no-optyczny, cyfrowy licznik ilosci zaburzen.lub re¬ jestrator na tasmie papierowej; wlaczany sygnalem z ukladu wybierajacego i zapisujacy opózniony sy¬ gnal EKG z rejestratora na okreznej tasmie magne¬ tycznej z ciaglym zapisem, odczytem i kasowaniem.Uklad liczacy w kazdym cyklu pole powierzchni zespolów QRS zawiera element dajacy modul wpro¬ wadzonego na jego wejscie sygnalu EKG, dwa in¬ tegratory pracujace w sposób iteracyjny, na prze¬ mian wzgledem siebie, w stanach liczenia i zerowa¬ nia, wlaczone równolegle na wyjscie elementu da¬ jacego modul sygnalu EKG, Iteracyjna praca inte¬ gratorów steruja sygnaly prostokatne z wyjsc prze- rzutnika Schimitta wysterowywanego zalamkami R sygnalu EKG. Wartosci napiec na wyjsciach obydwu integratorów sa porównywane w kazdyiu cyklu z zadana wartoscia pola powierzchni zespolu QRS, co dokonuje sie w komparatorze analogowym o wej¬ sciach sumujacych nalezacym do ukladu liczacego i. porównujacego pole. Kazda z dwóch równoleglych kaskad pamiejci analogowej, skladajaca sie z szere¬ gowo polaczonych elementów sledzaco-pamietaja- 72192 4 cych, wlaczona jest na integrator pracujacy w sta¬ nach Ee3Sea& i-z^r^tnia.IntegratoYjr ofjydwu kaskad wysterowywane sa sygnalami prostokatnymi na przemian wzgledem 5 siebie w stan- Uczenia i zerowania. Elementy sle- dzaco-pamietajaee szeregowo polaczone z integra¬ torami wysterowywane sa w stan, sledzenia, gdy po¬ przedzajacy je integrator znajduje sie w stanie li¬ czenia lub wysterowywane sa w stan pamietania, io gdy poprzedzajacy je integrator znajduje sie w sta¬ nie zerowania. Kazdy dalszy element sledzaco-pa- mietajacy w dowolnej kaskadzie wysterowywany jest w stan rózny od stanu elementu poprzedzajace¬ go dany element w kaskadzie. 15 Dzieki urzadzeniu wedlug wynalazku uzyskuje sie ciagla kontrole rytmu serca chorego. Kontrola ta jest realizowana przez pomiar czestotliwosci pobu¬ dzen serca, sygnalizowanie przekroczenia zadanej czestotliwosci rytmu serca oraz przez wykrywanie so i sygnalizowanie wystapienia okreslonego rodzaju niemiarowósci. Tej ostatniej wlasciwosci nie posia¬ daly dotychczas znane urzadzenia. Samoczynne wy¬ krywanie okreslonego rodzaju niemiarowósci pozwa¬ la na wlaczanie alarmu dzwiekowego lub swietlne- 25 go badz wlaczanie rejestratora sygnalu EKG na tas¬ mie papierowej, rejestrujacego opózniony sygnal w stosunku do przebiegu biezacego. Uzyskuje sie w ten sposób automatycznie, bez ingerencji lekarza calodobowe lub calonocne wyciagi elektrokardio- 30 gramów zawierajacych zapis wszystkich zaburzen, interesujacych lekarza, jakie w tym okresie wysta¬ pily u chorego.Kazdy odcinek elektrokardiogramu zawiera prze¬ bieg sprzed i po chwili wystapienia niemiarowósci. 35 Tworzenie takich zbiorów; przebiegów niemiarowó¬ sci pozwala, na wykrywanie zaburzen rytmu, któ¬ rych nie mozna uchwycic jednorazowym badaniem elektrokardiograficznym. Automatyczne wykrywa¬ nie niemiarowoisci pozwala takze na zliczanie po- 40 jedynczych zaburzen rytfamu w okreslonym okresie czasu. Pozwala to na automatyczna ocene narasta¬ nia czestosci wystepowania danej niemiarowósci i informowanie o tym lekarza. Jest to niezwykle cenna wlasciwosc urzadzenia, gdyz pozwala ona na 45 automatyczne wykrywanie zwiekszania sie pewnych niemiarowósci, które groza pojawieniem sie innych zaburzen juz bezposrednio zagrazajacych zyciu cho¬ rego.Wykrywanie tylko okreslonego rodzaju zaburze- 50 nia staje sie cenna zaleta w przypadku wystepowa¬ nia zlozonych zaburzen rytmu, np. w sytuacji gdy u chorego wystepuja dwa rodzaje niemiarowósci, z których jedna wystepuje czesto i jest stosunkowo niegrozna, druga pojawia sie rzadziej i jest bardzo 55; niebezpieczna. Urzadzenie wykrywa nastepujace ro¬ dzaje zaburzenia rytmu serca ekstrasystole nadko- morowe, ekstrasystole komorowe, salwy ekstrasys- tolii, ekstrasytole powierzchniowe, okresowe powta¬ rzanie sie ekstrasystolii, to znaczy tzw. bigeminie 6$ oraz blok ipr^edisionkowo-komorowy II i III stopnia.Urzadzenie pozwala poza tym, co takze jest no¬ woscia, na nadzór chorych z wszczepionymi rozrusz¬ nikami serca, mianowicie urzadzenie rozróznia sku¬ teczne pobudzenia z rozrusznika od bodzców nie- «* skutecznych. Urzadzenie wylicza czestotliwosc je-72192 6 dynie skutecznych pobudzen i wlacza alarm w przy¬ padku przekroczenia zadanych czestotliwosci pobu¬ dzen. Powyzszej wlasciwosci nie posiadaja równiez obecne urzadzenia nadzorujace rytm serca chorych.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ogólny schemat blokowy urzadzenia, lig. 2 — schemat strukturalny ukladu liczacego i po¬ równujacego w kazdym cyklu pole powierzchni ze¬ spolów QRS z zadana minimalna wielkoscia tej po¬ wierzchni, fig. 3 — schemat strukturalny dwóch równoleglych kaskad pamieci analogowej.Prady czynnosciowe serca zbierane sa z powierz¬ chni ciala ludzkiego przy pomocy elektrod 1 i wpro¬ wadzane na wzmacniacz sygnalu elektrokardiogra¬ ficznego 2. Wzmocniony okolo 2500 razy sygnal EKG wysteorowuje przerzutnik Schmitita 3, który posiada nastawiany poziom napiecia sterujacego wyzwalaja¬ cy przeskok przerzutnika w stan przeciwny. Po¬ ziom ten nastawiany jest tak, by kazdy zalamek R sygnalu EKG wyzwalal zmiane stanu przerzutnika 3. Z wyjsc przerzutnika 3 otrzymujemy sygnaly prostokatne I oraz I, zanegowane wzgledem siebie i zmieniajace sie W przypadku monitorowania chorego z wszcze¬ pionym rozrusznikiem serca sygnal ze wzmacniacza 2 wprowadza sie na uklad liczacy i porównujacy 4 w kazdym cyklu pole powierzchni zespolów QRS z zadana minimalna wielkoscia tej powierzchni.Uklad ten sklada sie z elementu 4a dajacego na wyjsciu modul sygnalu wejsciowego, dwóch równo¬ legle wlaczonych na element 4a integratorów 4b pracujacych w sposób iteracyjny oraz komparato¬ ra 4c z wejsciami sumujacymi. Integratory 4b pra¬ cuja na przemian, wzgledem siebie, w stanach li¬ czenia i zerowania.Stanamypracy jednego z dwóch integratorów ste¬ ruje sygrwrI, natomiast drugiego sygnal I. W kaz¬ dym cyklu napiecie na wyjsciu jednego z integra¬ torów jest proporcjonalne do pola powierzchni ze¬ spolu QRS. Brak pobudzenia serca odznacza sie nie¬ znacznym polem powierzchni pod krzywa sygnalu EKG w danym cyklu. Jesli natomiast pole to w jednym cyklu przerasta nastawiona na potencjo¬ metrze 4d wartosc pola, na wyjsciu Y komparatora 4c pojawia sie skok napiecia. Nastepny impuls z rozrusznika rozpoczyna nowy cykl, ewentualny powrót napiecia Y do zera, liczenie pola powierzch¬ ni od zera. Sygnal Y jest zatem ciagiem impulsów prostokatnych, z których kazdy odpowiada skutecz¬ nemu pobudzeniu serca impulsem z rozrusznika.Przednie zbocza impulsów prostokatnych Y wy¬ zwalaja zmiany stanów przerzutnika Schmitta 5, na wyjsciu którego sygnaly prostokatne J i J zmienia¬ ja sie w takt skutecznych pobudzen z rozrusznika serca. Sygnaly I, I badz J, J steruja stanami pracy elementów iteracyjnych dwóch równoleglych kas¬ kad pamieci analogowej 6. Kaskady 6 posiadaja wspólny potencjometr 6a, którego nastawa zalezy od zakresu liniowej pracy stosowanych wzmacnia¬ czy operacyjnych, integratory Al i BI pracujace w stanach liczenia i zerowania oraz polaczone sze¬ regowo elementy sieldzaco-pamietaijace od A2 do A7 oraz od B2 do B7 pracujace w stanach sledzenia i pamietania.Integratory Al i BI wysterowywane sygnalem logicznym 1 wprowadzane sa w stan liczenia, na¬ tomiast pozostale elementy kaskad wysterowywa ne sygnalem logicznym 1 wprowadzane sa w stan 5 sledzenia. Sygnalami S, S sterujacymi iteracyjna praca elementów obu kaskad sa sygnaly I, I badz J, J, w zaleznosci od tego czy monitorowany jest chory bez, badz z wszczepionym sztucznym rozrusz¬ nikiem serca. Kazde dwa integratory Al i BI oraz 10 elementy siedzaco-pamietajace A2 i B2, ..., A7 i B7 sa sterowane sygnalami bedacymi wzgledem siebie negacjami logicznymi.Integrator Al i element sledzaco^pamiejtajacy A2 oraz poklofomie BI d B2 oa dteriowane w danej kaska- li dzie tym samym sygnalem S lub S. Kazdy inny element sledzaco-pamietajacy jest sterowany syg¬ nalem, który jest negacja logiczna sygnalu steruja¬ cego elementem poprzedzajacym w kaskadzie ten element Przez zsumowanie sygnalów V3 i Z3 uzys- *o kuje sie sygnal proporcjonalny do sredniej czasów trwania dwóch cykli poprzedzajacych cykl biezacy.Sygnal bedacy suma sygnalów V3, Z3, V5, Z5 jest proporcjonalny do sredniej czasów trwania czte¬ rech ostatnich cykli. Sumator 7 realizuje sume al- as gebraiczna sygnalów V3# Z3, V5, Z5, V7, Z7 otrzy¬ mujac napiecie Xl proporcjonalne do sredniej cza¬ sów trwania szesciu cykli poprzedzajacych cykl bie¬ zacy. Sygnal Xl jest porównywany w komparatorze 8a z zadana maksymalna czestotliwoscia, oraz w S0 komparatorze Sb z zadana minimalna czestotliwos¬ cia pobudzen.Przekroczenie zadawanej maksymalnej; lub mini¬ malnej sredniej czestotliwosci wywoluje zmiane na¬ piecia na wyjsciu komparatora, co sygnalem HI lub 35 poprzez element negacji logicznej 21 i sygnalem H2 jest przekazywane ukladowi alarmujacemu, optycz- no-akustycznego 9. Na wejscia sumujace kompara¬ tora 10 wprowadzone sa z wagami 0,25 sygnaly V3, V5, Z3, Z5 z wyjsc odpowiednio elementów A3, A5, 41 B3, B5. Na dodatkowe wejscie sumujace kompara¬ tora 10 wprowadzone jest przez potencjometr lOa ujemne napiecie stale. Trzy lub cztery krótkotrwa¬ le cykle, znamionujace salwe ekstrasystolii, wywo¬ luja przekroczenie zadanej wartosci progowej, na- ** stawianej na potencjometrze lOa, co sygnalizuje skok njapdejda na wyjsciu SE komparatora 10.W urzadzeniu uzyto kluczy lila przelaczajacych na wejscie sumatora inercyjnego 11 sygnal V2 z wyjscia elementu A2, gdy sygnal S równy jest 1 ao oraz sygnal Z2 z wyjscia elementu B2, gdy sygnal S równy jest zeru. Uzyskane na wyjsciu sumatora 11 napiecie jest proporcjonalne do czasu trwania cyklu poprzedzajacego cykl biezacy. Sygnal z wyjs¬ cia integratora 11 porównywany jest na kompara- 95 torze 12 z zadawana na potencjometrze 12a procen¬ towa wartoscia napiecia Xl, tzn. srednia czasów trwania kilku ostatnich cykli. Skrócenie sie dlugo¬ sci cyklu o okreslona procentowa wartosc dotych¬ czasowej sredniej, co znamionuje wystapienie eks- w trasystolii przedwczesnej, sygnalizuje komparator 12.Komparator 13 porównuje sume napiec VI i Zl z wyjsc odpowiednio integratorów Al i BI, tzn. czas trwania cyklu biezacego z srednia czasów trwania « kilku ostatnich cykli. Przekroczenie zadawanej na:72m 8 ** VK » potencjometrze ISa maksymalnej -wartosci-'dotych- czasowej sredniej, np. 160% sredniej, sygnalizowane jest skokiem napiecia na wyjsciu komparatora 13.Sygnal B na wyjsciu elementu negacji logicznej 23, wlaczonego na wyjscie komparatora 13 sygnalizuje wystapienie bloku komorowego wartoscia logiczria 1* Wartosc logiczna 1 sygnalu B utrzymujaca sie przez dluzszy czas oznacza brak dalszych systolii.Sumator inercyjny 14 realizuje sume sygnalów V3 i V5 z wyjsc elementów A3 i A5, gdy wartosc syg¬ nalu S równa sie 1 oraz sume sygnalów Z3 i Z5 z wyjsc elementów B3 i BS, gdy wartosc logiczna sygnalu S równa sie zeru. Na wyjsciu sumatora 14 uzyskuje sie napiecie proporcjonalne do sumy cza¬ sów trwania ostatniego cyklu oraz cyklu opóznio¬ nego o trzy okresy w stosunku do cyklu bielacego.Na sumujace wejscia komparatora tó wprowadzo¬ ne sa z okreslona waga sygnaly V3, V5, Z3 i Z5, gdzie ich" suma porównywana jest: z sygnalem z wyjscia sumatora inercyjnego 14.Dwukrotne okresowe skrócenie sie dlugosci cyklu" w ciagu czterech cykli, có znamionuje 4Mgemmie, o nadana wartosc sredniej czasów trwania ostatnich cykli sygnalizowane jest na wyjsciu Bi-elementu negacji 24, wlaczonego na wyjscie komparatora 15.Napiecie Y sygnalizuje przekroczenie zadawanej na potencjometrze 4d wartosci pola powierzchni zespo¬ lów QRS; Sygnal Y, który w tym przypadku bedzie¬ my utozsamiali z sygnalem EP bedzie tikreslal wy¬ stapienie eftstrasystolii powierzchniowej. Sygnal na wyjsciu elementu iloczynu logicznego 22 sygna¬ lów Y oraz E z wyjscia komparatora 12 sygnalizuje jednoczesne skrócenie czasu trwania cyklu i po¬ wiekszenie pola powierzchni zespolu QRS, co zna¬ mionuje niemiarowosc rytmu zwana ekstrasystólia komorowa.Uklad wybierajacy 16 umozliwia wlaczenie sumy logicznej dowolnych z sygnalów E, EK, EP, SE, B i BI lub jednego z nich ha jedno z trzech równo¬ leglych urzadzen sygnalizujaco-rejestrujacych, uklid alarmujacy akustyczno-optyczny 17; cyfrowy licz- nik 18 ilosci zaburzen w okreslonym okresie czasu, np. 10 lufo 20 minutach oraz rejestrator 19,na tas¬ mie papierowej rejestrujacy opózniony sygnal EKG, sprzed i po chwili wystapienia zaburzenia rytmu, z opózniajacego rejestratora 20. W przypadku spo¬ rzadzania wyciagów elektrokardiogramów rejestra¬ tor 20 na okrezne] tasmie magnetycznej pracuje w sposób ciagly. PL PL