RU2101999C1

RU2101999C1 - Multichannel rheograph device

Info

Publication number: RU2101999C1
Application number: RU95100335A
Authority: RU
Inventors: Г.И. Вальдман; В.В. Лебедев; Н.Ф. Кухар; С.Н. Тюменцев; А.К. Чернышев; Ж.А. Чернышева
Original assignee: Омский научно-исследовательский институт приборостроения
Priority date: 1995-01-16
Filing date: 1995-01-16
Publication date: 1998-01-20
Also published as: RU95100335A

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: every channel of device has the first and the second analog keys, control inputs of which are connected to the corresponding outputs of decoder. The decoder outputs are connected to counter outputs. Counter input is connected to pulse generator output. Every channel of device also has the first multichannel recorder and current source generator which output is connected to the first input of impedance-to-voltage converter, the second and the third inputs of which are connected to sites on biological object under investigation through the first and the second analog keys of each of the channels, the output being connected to commutator input through higher frequency filter which control inputs are connected to counter outputs. Signal divider is mounted between each commutator and each input of the first multichannel recorder. The signal divider has detector which input is one of the signal divider inputs and the output is connected to input of the first low frequency filter which output is connected to quadrature splitter input which first input is connected to the first inputs of the first and the third multiplier and the second output is connected to the first inputs of the second and the fourth multiplier so that the second and the third low frequency filter are set between output of the first multiplier and the second input of the third one and between output of the second multiplier and the second input of the fourth one, respectively. Outputs of the third and the fourth multiplier are connected to input (subtrahend) of subtracter which minuend input is united with the input of the first low frequency filter and its output is the first output of the signal divider and is connected to the corresponding input of the first multichannel recorder. It is connected to the second input of the first and the second multiplier through amplifier. Output of the first low frequency filter is the second output of the signal divider which is connected to input of the second multichannel recorder. EFFECT: combined reading and recording of respiration and pulse rheograms. 2 dwg

Description

Заявляемое устройство относится к области медицинской техники и предназначено для исследования гемодинамики. The inventive device relates to the field of medical technology and is intended for the study of hemodynamics.

Известен многоканальный реограф по авт. св. 959751, который содержит генератора переменного тока и ряд каналов с балансным мостом, оптроном, дифференциальным усилителем постоянного тока, имеется коммутатор каналов, выполняемый в виде распределителя и ряда ключевых элементов по числу накалов, причем вход распределителя соединен с выходом генератора переменного тока, а выходы распределителя соединены с управляющими электродами входных ключевых элементов, установленных последовательно на входе каждого канала, и управляющими электродами выходных ключевых элементов. Known multichannel rheograph auth. St. 959751, which contains an alternator and a number of channels with a balanced bridge, an optocoupler, a differential direct current amplifier, there is a channel commutator made in the form of a distributor and a number of key elements according to the number of filaments, the input of the distributor being connected to the output of the alternator, and the outputs of the distributor connected to the control electrodes of the input key elements installed in series at the input of each channel, and the control electrodes of the output key elements.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является многоканальный реограф по авт.св. 1159552. Closest to the claimed device in technical essence is a multichannel rheograph by auth. 1159552.

В нем каждый канал содержит первый и второй аналоговые ключи, управляющими входами соединенные с соответствующими выходами дешифратора, входы которого подключены к выходам счетчика. Генератор (источник тока) соединен со входом преобразователя импеданс-напряжения, первый вход которого подключен к фильтру высокой частоты, а второй и третий входы соответственно через первые и вторые аналоговые ключи каждого из каналов соединены с исследуемыми участками биообъекта. In it, each channel contains the first and second analog keys, control inputs connected to the corresponding outputs of the decoder, the inputs of which are connected to the outputs of the counter. The generator (current source) is connected to the input of the impedance-voltage converter, the first input of which is connected to a high-pass filter, and the second and third inputs, respectively, through the first and second analog keys of each channel are connected to the studied sections of the bioobject.

Недостатком этого реографа является невозможность разделения пульсореограммы, связанной с изменением объемного сопротивления за счет движения крови в легких, от дыхательной реограммы, связанной с изменением объемного сопротивления за счет наполнения легких воздухом в процессе дыхания. Необходимость разделения указанных реограмм возникает при многозональной реографии легких по методике Фринермана-Жуковского. The disadvantage of this rheograph is the impossibility of separating the pulsograms associated with a change in volume resistance due to the movement of blood in the lungs from a respiratory rheogram associated with a change in volume resistance due to the filling of the lungs with air during breathing. The need to separate these rheograms arises with multizonal rheography of the lungs according to the method of Frinerman-Zhukovsky.

Задачей изобретения является разделение дыхательной и пульсореограмм. The objective of the invention is the separation of respiratory and pulsoreograms.

Поставленная задача достигается тем, что в многоканальном реографе каждый канал в которого содержит первый и второй аналоговые ключи, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами дешифратора, входы которого подключены к выходам счетчика, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а также содержащий первым многоканальный регистратор и генератор-источник тока, выход которого соединен с первым входом преобразователя импеданс-напряжение, второй и третий входы которого соответственно через первые и вторые аналоговые ключи каждого из каналов соединены с исследуемыми участками биообъекта, а выход через фильтр верхних частот подключен к выходу коммутатора, управляющие входы которого соединены с выходами счетчика, а между каждым коммутатором и каждый входом первого многоканального регистратора включен разделитель сигналов, состоящий из детектора, вход которого является входом разделителя сигналов, а выход соединен с выходом первого фильтра нижних частот, выход которого соединен с выходом квадратурного расщепителя, первый выход которого соединен с первыми входами первого и третьего перемножителей, а второй выход соединен с первыми входами второго и четвертого перемножителей, причем между выходом первого и вторым входом третьего перемножителей и между выходом второго и вторым входом четвертого перемножителей включены соответственно второй и третий фильтры нижних частот, выходы третьего и четвертого перемножителей через сумматор соединены с выходом "вычитаемое" вычитателя, вход "уменьшаемое" которого объединен с выходом первого фильтра нижних частот, а его выход является первым выходом разделителя сигналов и соединен с соответствующим входом первого многоканального регистратора, а через усилитель соединен со вторыми входами первого и второго перемножителей, при этом выход первого фильтра нижних частот является вторым выходом разделителя сигналов, который соединен с соответствующим входом второго многоканального регистратора. The task is achieved in that in a multi-channel rheograph, each channel in which contains the first and second analog keys, the control inputs of which are connected to the corresponding outputs of the decoder, the inputs of which are connected to the outputs of the counter, the input of which is connected to the output of the pulse generator, and also containing the first multi-channel recorder and a generator-current source whose output is connected to the first input of the impedance-voltage converter, the second and third inputs of which, respectively, through the first and second the tax keys of each channel are connected to the studied areas of the bioobject, and the output through the high-pass filter is connected to the output of the switch, the control inputs of which are connected to the outputs of the counter, and between each switch and each input of the first multichannel recorder there is a signal separator consisting of a detector whose input is the input of the signal splitter, and the output is connected to the output of the first low-pass filter, the output of which is connected to the output of the quadrature splitter, the first output of which is single with the first inputs of the first and third multipliers, and the second output is connected to the first inputs of the second and fourth multipliers, and between the output of the first and second input of the third multipliers and between the output of the second and second input of the fourth multipliers, respectively, the second and third low-pass filters, the outputs of the third and the fourth multiplier through an adder connected to the output of the "subtracted" subtractor, the input of "decreasing" which is combined with the output of the first low-pass filter, and its output is I am the first output of the signal splitter and connected to the corresponding input of the first multi-channel recorder, and through the amplifier connected to the second inputs of the first and second multipliers, while the output of the first low-pass filter is the second output of the signal splitter, which is connected to the corresponding input of the second multi-channel recorder.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства. In FIG. 1 shows a functional diagram of the device.

Многоканальный реограф содержит генератор-источник тока 1, преобразователь 2 импеданс-напряжение, последовательно соединенные вспомогательный генератор 3, счетчик 4, а также дешифратор 5 и многоканальный регистратор 6. Каждый канал устройства содержит первый аналоговый ключ 7 и второй аналоговый ключ 8, управляющими входами соединенные с соответствующими входами дешифратора 5, входы которого соединены с выходами счетчика 4. К выходу преобразователя 2 подключены последовательно соединенные фильтр 9 верхних частот, коммутатор 10, выходы которого подключены к соответствующим входам вновь введенных разделителей 11 сигналов. Генератор 1 соединен с первым входом преобразователя 2 импеданс-напряжения, второй и третий входы этого преобразователя соответственно через аналоговые ключи 7 и аналоговые ключи 8 соединены с исследуемыми участками биообъекта. A multi-channel rheograph contains a current source generator 1, an impedance-voltage converter 2, an auxiliary generator 3, a counter 4 connected in series, a decoder 5 and a multi-channel recorder 6. Each device channel contains a first analog key 7 and a second analog key 8, connected by control inputs with the corresponding inputs of the decoder 5, the inputs of which are connected to the outputs of the counter 4. To the output of the converter 2 are connected in series with a high-pass filter 9, a switch 10, the outputs of which oh connected to the corresponding inputs of the newly introduced signal separators 11. The generator 1 is connected to the first input of the impedance-voltage converter 2, the second and third inputs of this converter, respectively, through analog keys 7 and analog keys 8 are connected to the studied areas of the biological object.

Первые выходы разделителей 11 сигналов подключены к многоканальному регистратору 6, а вторые выходы к вновь введенному дополнительному многоканальному регистратору 6-1. The first outputs of the signal separators 11 are connected to the multi-channel recorder 6, and the second outputs to the newly introduced additional multi-channel recorder 6-1.

Разделитель 11 состоит из детектора 12, первого фильтра нижних частот 13, квадратурного расщепителя 14, первого перемножителя 15, второго перемножителя 16, второго и третьего фильтров нижних частот 17, 18, третьего перемножителя 19, четвертого перемножителя 20, сумматора 21, вычитателя 22 и усилителя 23. The separator 11 consists of a detector 12, a first low-pass filter 13, a quadrature splitter 14, a first multiplier 15, a second multiplier 16, a second and third low-pass filters 17, 18, a third multiplier 19, a fourth multiplier 20, an adder 21, a subtractor 22, and an amplifier 23.

На фиг. 2 поясняется схема квадратурного расщепителя 14, который состоит из фильтра-преобразователя Гильберта 24 и линии задержки 25, компенсирующей задержку сигнала в фильтре-преобразователе. In FIG. 2, a diagram of a quadrature splitter 14 is illustrated, which consists of a Hilbert filter transducer 24 and a delay line 25, which compensates for the signal delay in the filter transducer.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Напряжение высокой частоты с выхода генератора 1 поступает на преобразователь 2 импеданс-напряжение, являющийся генератором стабильного по величине тока, нагрузкой которого служат исследуемые участки биообъекта, включенные через электронные аналоговые ключи 7 и 8. Сигнал с выхода преобразователя 2 через фильтр верхних частот поступает на вход коммутатора 10. The high-frequency voltage from the output of the generator 1 is supplied to the impedance-voltage converter 2, which is a generator of a stable current value, the load of which is the studied sections of the biological object, switched on via electronic analog keys 7 and 8. The signal from the output of the converter 2 through the high-pass filter is input switch 10.

Импульсы с выхода вспомогательного генератора 3 поступает на счетчик 4, двоичный код с выхода которого поступает на дешифратор 5 и на управляющие входы коммутатора 10 аналоговых сигналов. Сигналы, формируемые на выходах дешифратора 5, осуществляют последовательно во времени включение исследуемых зон в цель преобразования импеданс-напряжение 2 путем открывания электронных аналоговых ключей 7 и 8, попарно соединенных по управляющих входам. При этом выходной сигнал преобразователя 2 импеданс-напряжение, пропорциональный сопротивлению нагрузки, будет представлять скачкообразно уменьшается по амплитуде переменное напряжение с числом ступенек за один период коммутации, равном, количеству каналов. Коды счетчика 4, поступающие на управляющие входы коммутатора 10, осуществляют распределение сигналов с разных исследуемых зон по соответствующим каналам распределителя сигналов, причем, поскольку в любой момент времени зондирующий ток подается лишь на один участок биообъекта, а выходное напряжение преобразователя 2, пропорциональное импедансу данного участка, поступает только на соответствующий канал обработки реосигнала, взаимное влияние каналов полностью устраняется. The pulses from the output of the auxiliary generator 3 goes to the counter 4, the binary code from the output of which goes to the decoder 5 and to the control inputs of the switch 10 analog signals. The signals generated at the outputs of the decoder 5, consistently in time, include the studied areas in the goal of converting the impedance-voltage 2 by opening the electronic analog switches 7 and 8, pairwise connected to the control inputs. In this case, the output signal of the converter 2, the impedance voltage proportional to the load resistance, will represent an alternating voltage stepwise decreases in amplitude with the number of steps for one switching period equal to the number of channels. The codes of the counter 4, arriving at the control inputs of the switch 10, carry out the distribution of signals from different studied zones along the corresponding channels of the signal distributor, moreover, since at any time the probing current is supplied to only one section of the biological object, and the output voltage of the converter 2 is proportional to the impedance of this section , arrives only on the corresponding rheosignal processing channel, the mutual influence of channels is completely eliminated.

На каждом из выходов коммутатора 10 имеется последовательность радиоимпульсов, амплитуда которых пропорциональна импедансу исследуемого участка биообъекта в данный момент времени. Эта последовательность импульсов поступает на вход разделителя 11 сигналов. Количество разделителей 11 соответствует количеству исследуемых участков биообъекта. At each of the outputs of the switch 10 there is a sequence of radio pulses, the amplitude of which is proportional to the impedance of the studied area of the biological object at a given time. This sequence of pulses is fed to the input of the signal splitter 11. The number of separators 11 corresponds to the number of studied sections of the biological object.

В разделителе 11 на входе детектора 12 выделяется огибающая последовательности поступающих радиоимпульсов, которая представляет собой собственно реограмму. При снятии реограмм с таких участков биообъектов, как различные зоны легкого, колебание на выходе детектора используется собой сумму реограммы, отображающей наполнение соответствующей зоны легкого воздухом (дыхательной реограммы), и реограммы, связанный с наполнением кровеносных сосудов в этой зоне (пульсореограммы). Для диагностирования пульмонологических заболеваний по методике Фринермана-Жуковского необходимо разделить эти реограммы. In the separator 11 at the input of the detector 12, the envelope of the sequence of incoming radio pulses is distinguished, which is actually a rheogram. When rheograms are taken from such sections of bioobjects as various zones of the lung, the oscillation at the detector output uses the sum of the rheogram representing the filling of the corresponding zone of the lung with air (respiratory rheogram) and the rheogram associated with the filling of blood vessels in this zone (pulsoreograms). To diagnose pulmonological diseases according to the method of Frinerman-Zhukovsky, it is necessary to separate these rheograms.

Поскольку дыхательная реограмма имеет основную частоту примерно в четыре раза меньше, а амплитуду в четыре раза большую, то дыхательная реограмма выделяется первым фильтром 13 нижних частот (ФНЧ). Сигнал с выхода этого фильтра поступает на второй выход разделителя 11, а затем один из выходов дополнительного многоканального регистратора 6-1. Since the respiratory rheogram has a fundamental frequency of about four times less and the amplitude is four times greater, the respiratory rheogram is allocated by the first low-pass filter 13 (LPF). The signal from the output of this filter goes to the second output of the splitter 11, and then one of the outputs of the additional multi-channel recorder 6-1.

Выделенная дыхательная реограмма после ФНЧ поступает на квадратурный расщепитель 14. С первого выхода расщепителя снимаем входной сигнал, пропущенный через линию задержки 24, компенсирующую задержку в преобразователе Гильберта 25, а со второго через преобразователь Гильберта 25. (см. фиг. 2). The selected respiratory rheogram after the low-pass filter is fed to the quadrature splitter 14. From the first output of the splitter, we remove the input signal passed through the delay line 24, compensating for the delay in the Hilbert transducer 25, and from the second through the Hilbert transducer 25. (see Fig. 2).

Первый выход расщепителя 14 соединен первыми входами первого 15 и третьего 19 перемножителей. На второй вход первого перемножителя 15 поступает сигнал с выхода усилителя 23, а сигнал с выхода перемножителя 15 поступает на вход второго фильтра 17 нижних частот. Последовательно соединенные перемножитель 15 и ФНЧ 17 представляют собой корректор, через который проходит только та составляющая с выхода вычитателя 22, которая коррелируется с опорным сигналом с выхода расщепителя. Поэтому на выходе ФНЧ 17 формируется весовое напряжение, пропорциональное амплитуде и фазе составляющей дыхательной реограммы в колебании, снимаемом с усилителя 23. Полученное весовое напряжение поступает на второй вход третьего перемножителя 19, на первый вход которого приходит то же опорное напряжение с первого выхода квадратурного расщепителя 14. В результате на выходе третьего перемножителя 19 формируется одна из квадратурного составляющих дыхательной радиограммы, которая входит в суммарную реограмму. The first output of splitter 14 is connected by the first inputs of the first 15 and third 19 multipliers. The second input of the first multiplier 15 receives a signal from the output of the amplifier 23, and the signal from the output of the multiplier 15 enters the input of the second low-pass filter 17. The series-connected multiplier 15 and the low-pass filter 17 are a corrector through which only that component passes from the output of the subtractor 22, which correlates with the reference signal from the output of the splitter. Therefore, at the output of the low-pass filter 17, a weight voltage is generated proportional to the amplitude and phase of the respiratory rheogram component in the oscillation taken from the amplifier 23. The resulting weight voltage is supplied to the second input of the third multiplier 19, the first input of which receives the same reference voltage from the first output of the quadrature splitter 14 As a result, at the output of the third multiplier 19, one of the quadrature components of the respiratory radiogram is formed, which is included in the total rheogram.

Аналогично формируется вторая квадратурная составляющая дыхательной реограммы на втором перемножителе 16, третьем фильтре нижних частот 18 и четвертом перемножителе 20. Similarly, the second quadrature component of the respiratory rheogram is formed on the second multiplier 16, the third low-pass filter 18 and the fourth multiplier 20.

После сложения в сумматоре 21 на его выходе получается колебание, совпадающее по фазе и почти совпадающее по амплитуде с дыхательной составляющей суммарной реограммы с выхода детектора 12. На выходе вычитателя 22 остаются пульсовая составляющая реограммы и "остаток" дыхательной реограммы. Величина этого остатка или степень "подавления" зависит от коэффициента усиления усилителя 23. При коэффициенте, равном 100, дыхательная реограмма будет подавлена на 40 дБ, что вполне достаточно для расчета параметров пульсовой реограммы. After the addition in the adder 21, an oscillation coincides in phase and almost coincides in amplitude with the respiratory component of the total rheogram from the output of detector 12. At the output of the subtractor 22, the pulse component of the rheogram and the “remainder” of the respiratory rheogram remain. The magnitude of this residue or the degree of “suppression” depends on the gain of amplifier 23. At a factor of 100, the respiratory rheogram will be suppressed by 40 dB, which is quite enough to calculate the parameters of the pulse rheogram.

Выход вычитателя 22 соединен с одним из выходов многоканального регистратора 6. The output of the subtractor 22 is connected to one of the outputs of the multi-channel recorder 6.

Предложенный вариант реографа позволяет в отличие от известных приборов снимать и регистрировать одновременно дыхательную реограмму и пульсореограмму. The proposed rheograph option allows, in contrast to known devices, to record and register simultaneously a respiratory rheogram and a pulsoreogram.

Claims

A multi-channel rheograph, each channel of which contains the first and second analog keys, the control inputs of which are connected to the corresponding outputs of the decoder, the inputs of which are connected to the outputs of the counter, the input of which is connected to the output of the pulse generator, and also containing the first multi-channel recorder and current source generator, output which is connected to the first input of the converter, the impedance-voltage, the second and third inputs of which are connected through the first and second analog keys of each channel, respectively with the studied sections of the biological object, and the output through the high-pass filter is connected to the input of the switch, the control inputs of which are connected to the outputs of the counter, characterized in that a second multi-channel recorder is inserted into it, and a signal splitter is connected between each output of the switch and each input of the first multi-channel recorder, consisting of a detector, the input of which is the input of the signal splitter, and the output is connected to the input of the first low-pass filter, the output of which is connected to the input of the quadrature split the first output of which is connected to the first inputs of the first and third multipliers, and the second output is connected to the first inputs of the second and fourth multipliers, and between the output of the first and second input of the third multipliers and between the output of the second and second input of the fourth multipliers, respectively, the second and third filters low frequencies, the outputs of the third and fourth multipliers through the adder are connected to the input of the “Subtracted” subtractor, the input “Reduced” of which is combined with the input of the first filter x frequencies, and its output is the first output of the signal splitter and connected to the corresponding input of the first multichannel recorder, and through an amplifier connected to the second inputs of the first and second multipliers, while the output of the first low-pass filter is the second output of the signal splitter, which is connected to the corresponding input second multi-channel recorder.