Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 21.04.1975 77092 KI. 30a,4/02 MKP A61b5/02 Twórcawynalazku: Marcin Brodziak Uprawniony z patentu tymczasowego: Politechnika Slaska im. Wincentego Pstrowskiego, Gliwice (Polska) Urzadzenie do pomiaru czestotliwosci skurczów serca ' Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do pomiaru czestotliwosci skurczów serca w sposób ciagly na podstawie sygnalu elektrokardiologicznego wzmocnionego we wzmacniaczu biologicznym.Znane sa urzadzenia do pomiarów czestotliwosci skurczów serca, zwane kardiotachometrami, okreslajace chwilowa lub srednia czestotliwosc skurczów serca. Kardiotachometry zbudowane w oparciu o uklad pompy diodowej, zawieraja przerzutnik Schmitta formujacy pod wplywem kazdego zalamka R impulsy o znormalizowa¬ nej amplitudzie i czasie trwania, podawane na wejscie ukladu przerzutnika monostabilnego. Impulsy prostokatne z wyjscia przerzutnika monostabilnego laduja kondensator lub uklad kondensatorów, które przez pozostala czesc okresu rozladowuja sie. Napiecie na kondensatorze.na koncu kazdego okresu jest miara chwilowej czesto¬ tliwosci impulsów. W celu pomiaru wartosci sredniej czestotliwosci impulsów napiecia te sa usrednione w ukla¬ dzie calkujacym w postaci kilku równolegle polaczonych kondensatorów.W kardiotachometrach zbudowanych w oparciu o uklad pompy diodowej i okresowe rozladowania kon¬ densatora przyjmuje sie, ze wyladowanie kondensatora przebiega zgodnie z krzywa hiperboliczna, co jest tylko pewnym przyblizeniem, w ukladach tych stosuje sie integrator usredniajacy w postaci ukladu kondensatorów, usredniajacy w sposób przyblizony napiecia proporcjonalne do chwilowych czestosci impulsów.Znane jest równiez urzadzenie wyliczajace srednie czasy trwania dowolnej ilosci m ostatnich cykli, które poprzedzaja cykl biezacy.Zastosowanie ukladu kondensatorów jako ukladu usredniajacego nie pozwala na dokladne podanie liczby , okresów, z których wylicza sie srednia czestotliwosc impulsów wejsciowych. Ponadto wskazanie na mierniku sredniej czestotliwosci odbywa sie z pewna bezwladnoscia. W efekcie charakterystyka czestotliwosci tego typu kardiotachometrów jest nieliniowa, przy bledzie pomiaru od 5 do 10% w zakresie f0 ± 0,5 f0 mierzonej czestotli¬ wosci.Celem wynalazku jest skonstruowanie kardiotachometru realizujacego pomiar sredniej czestotliwosci w spo¬ sób ciagly i dokladny, to znaczy o charakterystyce czestotliwosci dokladnie liniowej przy równoczesnym wyli¬ czaniu sredniej czestotliwosci z okreslonej i zadanej ilosci okresów m oraz realizujacego pomiar z okreslonym czasem zwloki nie przekraczajacym polowy okresu cyklu biezacego.2 77 092 Cel ten zostal osiagniety przez zastosowanie w urzadzeniu uniwibratora sterowanego impulsami i przerzut- nika Schmitta wyzwalanego zalamkami R sygnalu elektrokardiograficznego, sumatora analogowego, na którego wejscia wprowadzane sa impulsy prostokatne z uniwibratora oraz sygnal z wyjscia integratora z oporowym sprzezeniem zwrotnym, wysterowanego równiez impulsami prostokatnymi z uniwibratora, komparatora analogo¬ wego, na którego dwa wejscia sumujace wprowadza sie impulsy o wykladniczych zboczach tylnych z wyjscia sumatora analogowego i sygnal z wyjscia ukladu wyliczajacego srednie czasy trwania m ostatnich cykli, ukladu integratora iterujacego, którego wyjscie polaczonejest przez inwerter sumujacy z jego wejsciem tworzac dodatnia petle sprzezenia zwrotnego oraz elementu sledzaco-trzymajacego wlaczonego na wyjscie integratora iterujacego.Integrator iterujacy wprowadzany jest w stan liczenia — wysterowywany impulsami z wyjscia komparatora analo¬ gowego, w stan pamietania — wysterowywany sygnalem z bramki iloczynu logicznego sygnalów z wyjscia uniwi¬ bratora i negacji logicznej sygnalu z wyjscia komparatora w stan warunków poczatkowych — wysterowywany sygnalem negacji logicznej sygnalu z wyjscia uniwibratora. Wspólczynnik wzmocnienia w petli ujemnego sprzezenia zwrotnegp ma te sama wartosc co wspólczynnik wzmocnienia w petli dodatniego sprzezenia zwrot¬ nego.Urzadzenie do pomiaru czestosci skurczów serca z uniwibratorem, przerzutnikiem Schmitta, analogowym elementem rózniczkujacym, komparatorem i analogowymi elementami iterujacymi wedlug wynalazku realizuje calkowicie dokladny pomiar sredniej czestotliwosci impulsów, czegp nie osiaga sie w zadnym ze znanych obec¬ nie kardiotachometrów. Urzadzenie wedlug wynalazku uaktualnia w kazdym okresie wskazywana dokladna wartosc sredniej czestotliwosci z opóznieniem nie wiekszym od polowy okresu cyklu biezacego, zliczona dla m ostatnich okresów. Ilosc m okresów, z których urzadzenie zlicza srednia czestotliwosc impulsów moze byc dowolnie zmieniana bez dokonywania jakichkolwiek zmian w ukladzie kardiotachometru. Zmiany ilosci m okre¬ sów, z których urzadzenie zlicza srednia czestotliwosc dokonuje sie przez wybór róznych zsumowywanych sygnalów z kaskadowego ukladu pamieci analogowej. W rezultacie urzadzenie wedlug wynalazku moze byc miernikiem zarówno chwilowej czestotliwosci jak i srednich czestotliwosci impulsów wejsciowych. Urzadzenie wedlug wynalazku nabiera szczególnego znaczenia wobec mozliwosci uzupelnienia nim analizatora arytmi, które¬ go dzialanie opiera sie o wypracowywane srednie czasy trwania zliczone dla róznych ilosci cykli poprzedzajacych cykl biezacy. W takim przypadku zastosowania, urzadzenie bedzie zawieralo jedynie 6 podstawowych elemen¬ tów, co spelnia nawet najbardziej ostre wymagania minimalizacji i miniaturyzacji urzadzen. Urzadzenie pozwala ponadto na latwe zmiany zakresów mierzonej czestotliwosci. Realizuje sie to przez jednoczesna zmiane wzmoc¬ nien w petlach dodatniego i ujemnego sprzezenia zwrotnego i wydluzanie czasu trwania impulsów prostokatnych z uniwibratora, zwiekszajac tym dokladnosc pomiarów.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia schemat blokowy urzadzenia, fig. 2 przedstawia przebiegi poszczególnych sygnalów w ukladzie urzadzenia.Zalamki R wzmocnionego sygnalu elektrokardiograficznego ze wzmacniacza biologicznego 1 wyzwalaja w przerzutniku Schmitta 2 impulsy o znormalizowanym czasie trwania i amplitudzie. Impulsy z przerzutnika Schmitta 2 wysterowuja przerzutnik bistabilny 11, wytwarzajacy sygnaly prostokatne I i I, oraz iniwibrator 3 generujacy sygnal prostokatny U. W ukladzie kaskadowej pamieci analogowej 10 sterowanej sygnalami I, I, U zostaje wypracowany sygnal Xmn proporcjonalny do srednich czasów trwania m ostatnich cykli, poprzedzaja¬ cych biezacy n-ty cykl.Sygnal U z uniwibratora 3 wprowadzony jest równoczesnie na sumator analogowy 5 ze wzmocnieniem k3 oraz na integrator 4, który objeto ujemnym oporowym sprzezeniem zwrotnym o wzmocnieniu k2, ze wzmocnie¬ niem ki. Sumator analogowy 5 i integrator 4 ze sprzezenierti zwrotnym tworza rzeczywisty element rózniczkuja¬ cy o elastycznie zmienianych wzmocnieniu k3 równym k4 * ^ i stalej czasowej T1 równej odwrotnosci wzmoc¬ nienia k2. Wyjscie sumatora 5 polaczone jest poprzez diode 13 z masa, co powoduje, ze element rózniczkujacy, zbudowany z integratora 4 i sumatora 5, czuly jest tylko na opadajace zbocze sygnalu U. Impulsy E, o wyklad¬ niczo opadajacych ze stala czasowa Tl zboczach tylnych, z wyjscia sumatora 5 wprowadzone sa równolegle ze sygnalem- Xmn na wejscie sumujace komparatora 6. Czas trwania impulsu prostokatnego na wyjsciu kompara¬ tora 6 w n-tym okresie jest proporcjonalny do logarytmu sygnalu Xmn. Integrator iterujacy 7, sterowany sygnalami: U z ukladu logicznego 14 oraz L z komparatora 6, którego wyjscie jest polaczone przez inwerter sumujacy 8 z jego wejsciem tworzac petle dodatniego sprzezenia zwrotnego o wzmocnieniu k5, pracuje w sta¬ nach liczenia — gdy wartosc logiczna sygnalu L równa sie 1, w stanie pamietania — gdy wartosc logiczna sygnalu L U równa sie 1, w stanie warunków poczatkowych — gdy wartosc logiczna sygnalu U równa sie 1. Element sledzaco-trzymajacy 9, sterowany sygnalem L, U wypracowanym w ukladzie logicznym 14, którego wejscie sledzace wlaczono na wyjscie integratora 7 pracuje w stanach sledzenia — gdy wartosc logiczna sygnalu L, U równa sie 1 i w stanach pamietania — gdy wartosc logiczna sygnalu L, U równa sie zeru. W stanach warunków77 09? 3 poczatkowych integratora 7 sygnal - Y1 przyjmuje wartosc stala + A2, Nastepnie sygnal Y1 narasta wyklad¬ niczo ze stala czasowa T1- podobnie jak sygnal wykladniczo-opadajacy + E - do wartosci odwrotnie propor¬ cjonalnej do- Xmn, zatem wprost proporcjonalnej do sredniej czestotliwosci Cmn, wyliczonej dla m ostatnich cykli poprzedzajacych n-ty cykl biezacy. W ciagu stanu pamietania integratora 7 sygnal- Y1 utrzymuje wartosc proporcjonalna do sredniej czestotliwosci Cmn. W tym okresie sygnal Y2 na wyjsciu elementu sledzaco-trzymaja- cego 9 sledzi za wartoscia sygnalu — Y1. Gdy integrator 7 przechodzi w stan warunków poczatkowych element 9 zatrzymuje na wyjsciu sygnal napieciowy proporcjonalny do sredniej czestotliwosci Cmn. Do momentu zakon¬ czenia liczenia w.integratorze 7 w nastepnym okresie napiecie Y2 utrzymuje sie na dotychczasowej wartosci proporcjonalnej do sredniej czestotliwosci Cmn Zatem w kazdym okresie napiecie Y2 przyjmuje wartosc bedaca miara aktualnej sredniej czestotliwosci impulsów wejsciowych. Napiecie Y2 z wyjscia elementu 9jest bezposred¬ nio mierzone przy pomocy miernika stalego napiecia 12. PL PL