RU2546103C9 - Method of determining parameters of heart rhythm variability - Google Patents

Method of determining parameters of heart rhythm variability Download PDF

Info

Publication number
RU2546103C9
RU2546103C9 RU2013110181/14A RU2013110181A RU2546103C9 RU 2546103 C9 RU2546103 C9 RU 2546103C9 RU 2013110181/14 A RU2013110181/14 A RU 2013110181/14A RU 2013110181 A RU2013110181 A RU 2013110181A RU 2546103 C9 RU2546103 C9 RU 2546103C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
intervals
measured
channel
array
distribution
Prior art date
Application number
RU2013110181/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2546103C2 (en
RU2013110181A (en
Inventor
Игорь Анатольевич Ермоленко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет"
Priority to RU2013110181/14A priority Critical patent/RU2546103C9/en
Publication of RU2013110181A publication Critical patent/RU2013110181A/en
Publication of RU2546103C2 publication Critical patent/RU2546103C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2546103C9 publication Critical patent/RU2546103C9/en

Links

Landscapes

  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to medical equipment. Measurement of successively adjacent to each other R-R intervals is performed. Data array is formed. Average value of measured R-R intervals and frequency of the pulse are calculated as value, reverse to average value of measured intervals, as well as value of standard deviation of said R-R intervals from the average value. Maximal and minimal values of measured R-R intervals and difference between them are calculated. Said difference is divided by number of channels Nc, with determination in this way of width of time "window" of each channel of formed in this way Nc-channelled time discriminator. Number of elements of obtained array of measurements, present in each channel of discriminator, is counted. Function of distribution of number of array elements, present in each channel is formed depending on channel number and on respective value of R-R-interval. Diagram of obtained function of distribution of measured R-R intervals is presented on display-screen together with other parameters of heart rhythm and its variability. "Effective width" of distribution function, value of which is also presented on display, is found by division of number of array elements by maximal ordinate of distribution function.
EFFECT: method makes it possible to increase reliability of determining parameters of heart rhythm variability, which is reached due to obtaining function of distribution of measured R-R intervals, envelope of which contains data about distribution of frequency components in electrocardiosignal spectrum.

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для определения параметров вариабельности сердечного ритма человека при проведении измерений частоты сердечных сокращений (ЧСС) в различных условиях и для пульсовой диагностики.The invention relates to medical equipment and is intended to determine the parameters of human heart rate variability during measurements of heart rate (HR) in various conditions and for pulse diagnosis.

Уровень техникиState of the art

Ритм сердечных сокращений оказался наиболее доступным физиологическим параметром для регистрации, который отражает процессы в сердечнососудистой системе (ССС) человека. Методика анализа вариабельности сердечного ритма (вариационная пульсометрия), которая начала разрабатываться в 60-х годах предыдущего столетия в связи с потребностями авиации и космонавтики, показала весьма значительные потенциальные возможности для распознавания предболезненных состояний организма человека, определения эффективности лечебных процедур и др. Она нашла к настоящему времени широкое распространение в кардиологической медицине [1, 2, 3…].The heart rate was the most accessible physiological parameter for registration, which reflects the processes in the cardiovascular system (CVS) of a person. The method of analyzing heart rate variability (variational pulsometry), which began to be developed in the 60s of the previous century in connection with the needs of aviation and astronautics, showed very significant potential opportunities for recognizing pre-painful conditions of the human body, determining the effectiveness of medical procedures, etc. It found present widespread in cardiology medicine [1, 2, 3 ...].

Для измерения ЧСС в пульсометрии сначала необходимо получить электрокардиосигналы (ЭКС) либо с помощью металлических пластинчатых электродов [1, 2, 3, 9, 10], как в классической электрокардиографии (ЭКГ), что не очень удобно для обследуемых, либо с помощью каких-либо других датчиков (более компактных и удобных, без электрических контактов) [6 и др.]. Так, большое распространение получили оптоэлектронные датчики, в которых светодиод просвечивает палец (руки), а фотодиод (или фототранзистор) принимает прошедший через палец (иди мочку уха), оптический сигнал, промодулированный потоком крови, имеющим импульсный характер при работе сердца [7 и др.]. Известны и другие бесконтактные датчики: компактные оптоволоконные [4], пьезоэлектрические [5] и др.To measure heart rate in pulsometry, it is first necessary to obtain electrocardiosignals (EX) either using metal plate electrodes [1, 2, 3, 9, 10], as in classical electrocardiography (ECG), which is not very convenient for the subjects, or using any or other sensors (more compact and convenient, without electrical contacts) [6, etc.]. So, optoelectronic sensors are widely used, in which the LED transmits the finger (hands), and the photodiode (or phototransistor) receives the optical signal transmitted through the finger (go earlobe), modulated by the blood flow, which has a pulsed nature during heart work [7 et al. .]. Other non-contact sensors are known: compact fiber optic [4], piezoelectric [5], etc.

Получаемый с помощью датчиков электрокардиосигнал (ЭКС) имеет характер импульсов напряжения, лишь ненамного превышающих уровень шумов и помех, поэтому ЭКС нуждается в предварительном усилении, фильтрации, выделении и формировании четких импульсов, соответствующих остроконечным R-зубцам на ЭКГ. С помощью полученных из ЭКС импульсов затем измеряют ЧСС в различных устройствах (в основном, цифровых) пульсомерах, большое количество которых представлено не только в специальной литературе, но и в популярной технической периодике.The electrocardiosignal (ECS) received with the help of sensors has the character of voltage pulses, only slightly exceeding the level of noise and interference, therefore the ECS needs preliminary amplification, filtering, isolation and formation of clear pulses corresponding to pointed R-teeth on the ECG. Using pulses obtained from the ECS, heart rate is then measured in various devices (mainly digital) heart rate monitors, a large number of which are presented not only in the specialized literature, but also in the popular technical periodicals.

Современное состояние измерительной и вычислительной техники позволяет создавать многофункциональные измерительные системы, способные работать в реальном масштабе времени [2, 4, 6…]. На рынке в настоящее время представлены разнообразные пульсомеры, встроенные в электронные наручные часы различных фирм (американской POLAR, финской SUUNTO, немецкой BEURER и др. в том числе разнообразные тонометры с функцией измерения ЧСС) с индикацией на матричном жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ). Имеются также уже сведения об использовании для получения ЭКС мобильных аппаратов i-Phone и i-Pad. Однако эти простые пульсомеры измеряют, как правило, только ЧСС и не позволяют определить параметры вариабельности сердечного ритма.The current state of measuring and computing technology allows you to create multifunctional measuring systems that can operate in real time [2, 4, 6 ...]. A variety of heart rate monitors are currently on the market, built into electronic watches of various companies (American POLAR, Finnish SUUNTO, German BEURER, etc. including various blood pressure monitors with a heart rate measurement function) with an indication on a matrix liquid crystal display (LCD). There is also already information about using i-Phone and i-Pad mobile devices for receiving EX. However, these simple heart rate monitors measure, as a rule, only heart rate and do not allow determining the parameters of heart rate variability.

Поскольку ЭКС является низкочастотным квазипериодическим сигналом при нормальном пульсе 60 уд/мин ЧСС равна 1 Гц, ЧСС измеряют практически во всех перечисленных устройствах по известным правилам измерения низких частот: измеряют временные интервалы между соседними импульсами ЭКС (т.н. R-R интервалы) счетно-импульсным методом [8] (заполнял измеряемые интервалы счетными импульсами от высокостабильного генератора опорной частоты, обычно кварцевого, с последующим подсчетом числа этих счетных импульсов, заполнивших измеренный интервал электронным счетчиком импульсов). ЧСС находится как величина, обратная измеренному R-R интервалу (его среднему значению).Since the pacemaker is a low-frequency quasiperiodic signal with a normal pulse of 60 beats / min, the heart rate is 1 Hz, heart rate is measured in almost all of the above devices according to the known rules for measuring low frequencies: time intervals between adjacent pulses of the pacemaker (so-called RR intervals) are counted-pulse method [8] (filled the measured intervals with counting pulses from a highly stable reference frequency generator, usually quartz, followed by counting the number of these counting pulses filling the measured interval pulse counter). Heart rate is found as the reciprocal of the measured R-R interval (its average value).

Погрешность измерения счетно-импульсного измерителя включает в себя погрешность и нестабильность частоты генератора счетных импульсов (обычно пренебрежимо малую, если генератор кварцевый) и дополнительно специфическую погрешность таких цифровых измерителей, равную ± периоду этого генератора счетных импульсов (она соответствует ±1 ед. счета).The measurement error of a pulse-counter meter includes the error and frequency instability of the counter pulse generator (usually negligible if the oscillator is quartz) and additionally the specific error of such digital meters equal to ± the period of this counter pulse generator (it corresponds to ± 1 count).

Из конкретных разработок можно отметить недорогой микроконтроллерный монитор [7] с оптоэлектронным датчиком (со светодиодом и фотодиодом), надевающимся на палец руки, и с ЖКН. Микроконтроллер с преобразованием Фурье позволяет на ЖК-дисплее получить, кроме ЧСС, еще и спектральную диаграмму ЭКС, на которой видны 1-я (72 bps) и 2-я (144 bps) гармоники спектра. Погрешность измерения ЧСС составила единицы %.Of the specific developments, one can note an inexpensive microcontroller monitor [7] with an optoelectronic sensor (with LED and photo diode), worn on the finger of the hand, and with LCD. The microcontroller with the Fourier transform allows the LCD to obtain, in addition to the heart rate, the spectral diagram of the EX, which shows the 1st (72 bps) and 2nd (144 bps) harmonics of the spectrum. The measurement error of heart rate was units%.

Устройство для измерения ЧСС (по патенту РФ от 1995 г. [9]) содержит двухэлектродный датчик ЭКС, дифференциальный усилитель, фильтр, блок определения ЧСС, исполнительный блок и дополнительные источник питания, резистор и ключ. ЧСС определяется по времени между двумя соседними ударами (пульса). В случае нарушения контакта (в электродах) в исполнительном блоке вырабатывается сигнал, который блокирует анализ временных интервалов, и на индицирующем устройстве остается предыдущая информация о ЧСС. Таким образом, повышается надежность работы устройства. Его недостатком является невозможность определения параметров вариабельности сердечного ритма.A device for measuring heart rate (according to the patent of the Russian Federation of 1995 [9]) contains a two-electrode EX sensor, a differential amplifier, a filter, a heart rate detection unit, an executive unit and an additional power source, a resistor and a key. Heart rate is determined by the time between two adjacent beats (heart rate). In the event of a contact failure (in the electrodes), a signal is generated in the executive unit that blocks the analysis of time intervals, and the previous heart rate information remains on the indicating device. Thus, the reliability of the device. Its disadvantage is the impossibility of determining the parameters of heart rate variability.

В [10] запатентован носимый монитор для длительного мониторирования ЭКГ. Он содержит блок снятия ЭКГ с двумя матрицами электродов, АЦП, сменную карту памяти, связанные с микроконтроллером (МК), средства формирования SMS-сообщений через GSM-модем телефона, трехкоординатный акселерометр, часы реального времени, USB-порт, блок подавления синфазной помехи, связанные с МК и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ). МК выполнен с возможностью занесения в ОЗУ индивидуальных параметров ЭКГ пациента и сопоставления с ними параметров ЭКГ текущего мониторинга. При отличии параметров больше критической формируется SMS-сообщение с диагнозом через GSM-модем телефона. Недостатком этого устройства является его изрядная сложность, а также неприспособленность для определения параметров вариабельности сердечного ритма.In [10], a wearable monitor was patented for long-term ECG monitoring. It contains an ECG removal unit with two matrixes of electrodes, an ADC, a removable memory card associated with a microcontroller (MK), means for generating SMS messages via a GSM telephone modem, a three-axis accelerometer, a real-time clock, a USB port, an in-phase noise suppression unit, associated with MK and random access memory (RAM). MK is made with the possibility of entering in the RAM the individual ECG parameters of the patient and comparing with them the ECG parameters of the current monitoring. If the parameters differ more than critical, an SMS message is generated with a diagnosis through the GSM modem of the phone. The disadvantage of this device is its hefty complexity, as well as inability to determine the parameters of heart rate variability.

Устройство для контроля аритмии (патент РФ №2077863 [11]) позволяет автоматически регистрировать момент увеличения аритмичности сердечной деятельности пациента. Оно содержит генератор тактовых импульсов, блок измерения разности между соседними интервалами R-R, блок сравнения, блок контрольной установки и блок управления. При увеличении аритмичности в ЭКС пациента на выходе устройства появляется соответствующий сигнал. Недостатком этого устройства являются его ограниченные функциональные возможности - оно выполняет только функции сигнализатора. В нем не предусмотрены возможности для определения параметров вариабельности сердечного ритма.A device for controlling arrhythmia (RF patent No. 2077863 [11]) allows you to automatically register the moment of increase in the arrhythmia of the patient’s cardiac activity. It contains a clock generator, a unit for measuring the difference between adjacent R-R intervals, a comparison unit, a control unit, and a control unit. With an increase in arrhythmia in the patient's EX, the corresponding signal appears at the device output. The disadvantage of this device is its limited functionality - it performs only the functions of a signaling device. It does not provide opportunities for determining heart rate variability parameters.

Способ определения функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС), запатентованный в [12], заключается в регистрации ЭКС и определении параметров пульса и их координированных изменений при различных нагрузках. При этом регистрируют 10 интервалов R-R, измеряют их длительность и определяют количество KR-R одинаковых по длительности. Делают это до нагрузки и после нагрузки. При изменении длительностей после нагрузки более чем на 30%, диагностируют перенапряжение адаптационных реакций ССС. При одновременном сокращении длительностей интервалов до 300 мс определяют фибрилляторную готовность сердца и проводят своевременные профилактические мероприятия для предотвращения внезапной смерти пациента. Этот способ не ориентирован на определение параметров вариабельности сердечного ритма.The method for determining the functional state of the cardiovascular system (CVS), patented in [12], consists in registering ECS and determining pulse parameters and their coordinated changes at various loads. In this case, 10 RR intervals are recorded, their duration is measured and the amount of K RRs of the same duration is determined. Do this before the load and after the load. When the durations after the load change by more than 30%, the overstrain of the CCC adaptation reactions is diagnosed. At the same time, the duration of the intervals is reduced to 300 ms, fibrillation readiness of the heart is determined and timely preventive measures are taken to prevent sudden death of the patient. This method is not focused on determining the parameters of heart rate variability.

Наиболее близким к предлагаемому по назначению является «Способ исследования вариабельности сердечного ритма» (патент РФ №2326587 [13] - прототип). Этот способ включает в себя регистрацию R-R-интервалограммы и проведения ее анализа в частотной области методом непрерывного вейвлет-преобразования, в котором определяют мощность частоты кардиоинтервалограммы по формуле, приведенной в формуле изобретения. На основе вейвлетных коэффициентов строятся скейлограммы, на которых выделяются физиологически значимые частотные диапазоны и определяются затем изменения вейвлетной плотности мощности. Недостатком этого способа является недостаточность видимой связи получаемых параметров с общепринятыми параметрами вариабельности при частотном анализе ЭКС, а также в избыточной сложности в реализации.Closest to the proposed purpose is the "Method for the study of heart rate variability" (RF patent No. 2326587 [13] - prototype). This method includes registering an R-R intervalogram and performing its analysis in the frequency domain by the continuous wavelet transform method, in which the cardiointervalogram frequency power is determined by the formula given in the claims. Based on wavelet coefficients, scaleograms are constructed on which physiologically significant frequency ranges are distinguished and then changes in the wavelet power density are determined. The disadvantage of this method is the lack of a visible connection between the obtained parameters and generally accepted parameters of variability in the frequency analysis of ECS, as well as in excessive implementation complexity.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Предлагаемый способ определения параметров вариабельности сердечного ритма основан на аналогии вариабельности и нестабильности частоты квазипериодических колебаний в радиотехнике и на применении к низкочастотным ЭКС методов анализа во временной области [14, 15]. Способ включает в себя преобразование сердечного пульса в ЭКС с помощью известных датчиков, его предварительное усиление и частотную фильтрацию (при необходимости), выделение из усиленного и отфильтрованного ЭКС импульсов, соответствующих R-импульсам ЭКГ.The proposed method for determining heart rate variability parameters is based on the analogy of the variability and instability of the frequency of quasiperiodic oscillations in radio engineering and on the application of low-frequency EX methods of analysis in the time domain [14, 15]. The method includes converting a heart pulse into an ECM using known sensors, its preliminary amplification and frequency filtering (if necessary), the selection of amplified and filtered ECM pulses corresponding to R-pulses of the ECG.

Далее производят ряд измерений последовательных (следующих друг за другом) временных интервалов R-R цифровым измерителем счетно-импульсного типа, имеющем в своем составе программно-вычислительный блок с запоминающим устройством (ЗУ) и жидкокристаллический матричный индикатор (ЖКИ)-дисплей, результаты этих измерений запоминают в ЗУ и формируют массив результатов множества измерений определенного объема (число элементов этого массива задается предварительно). По этому массиву вычисляют известным образом среднее значение измеренных интервалов и ЧСС, как величину, обратную этому среднему значению измеренных интервалов R-R, а также величину среднего квадратического отклонения (СКО - стандартного отклонения [3]) этих интервалов R-R и ЧСС от среднего значения.Next, a series of measurements is made of successive (consecutive) time intervals RR with a digital meter of a pulse-counting type, which includes a software-computing unit with a memory device and a liquid crystal matrix indicator (LCD) -display, the results of these measurements are stored in Memory and form an array of the results of many measurements of a certain volume (the number of elements of this array is predefined). From this array, the average value of the measured intervals and heart rate is calculated in a known manner, as the reciprocal of this average value of the measured R-R intervals, as well as the mean square deviation (standard deviation [3]) of these R-R and heart rate intervals from the average value.

Далее по полученному массиву определяют максимальное и минимальное значения измеренных интервалов R-R и разницу между ними, делят эту разницу на определенное число одинаковых (по длительности) каналов (это число каналов Nк может быть определено (задано) заранее), определяя таким образом ширину временного «окна» каждого канала полученного в итоге многоканального временного дискриминатора, подсчитывают число элементов массива результатов измерений, попавших в каждый канал полученного Nк - канального временного дискриминатора, и формируют функцию плотности распределения числа элементов массива, попавших в каждый канал, в зависимости от номера канала (и от соответствующей величины интервала R-R). Диаграмму полученной функции распределения измеренных интервалов R-R представляют на дисплее вместе с другими параметрами ЧСС и ее вариабельности. Наконец, поделив число элементов массива на максимальную ординату функции распределения, находят «эффективную ширину» функции распределения (в [14] она названа эффективной шириной «спектральной линии» квазигармонических колебаний). Этот параметр также выводится на экран дисплея.Next, the maximum and minimum values of the measured RR intervals and the difference between them are determined from the resulting array, divide this difference by a certain number of identical (in duration) channels (this number of channels Nк can be determined (set) in advance), thus determining the width of the temporary “window »Of each channel of the resulting multichannel temporary discriminator, count the number of elements in the array of measurement results that fall into each channel of the obtained Nk - channel temporary discriminator, and form the distribution density function of the number of array elements falling into each channel, depending on the channel number (and on the corresponding R-R interval value). A diagram of the obtained distribution function of the measured R-R intervals is presented on the display along with other heart rate parameters and its variability. Finally, dividing the number of array elements by the maximum ordinate of the distribution function, they find the “effective width” of the distribution function (in [14] it is called the effective width of the “spectral line” of quasiharmonic oscillations). This parameter is also displayed.

Форма огибающей функции распределения измеренных интервалов R-R (величин периодов сердечного ритма) должна представлять собой для здорового человека в нормальных условиях, неизменных за время проведения измерений набора массива результатов измерений (тогда ЭКС можно считать стационарным), одногорбую кривую с одним максимумом (похожую на кривую нормального (гауссова) распределения). Наличие в этом распределении побочного максимума будет свидетельствовать о наличии аритмии сердечного ритма у такого пациента.The shape of the envelope of the distribution function of the measured RR intervals (values of the periods of the heart rhythm) should be for a healthy person under normal conditions, unchanged during the measurement of a set of measurements (then the EX can be considered stationary), a one-humped curve with one maximum (similar to the normal (Gaussian) distribution). The presence of a side maximum in this distribution will indicate the presence of cardiac arrhythmias in such a patient.

Форма огибающей функции распределения периода квазигармонического (квазипериодического) колебания с хаотической (шумовой) модуляцией частоты (периода), как показано в авторитетных источниках, указанных в [14], повторяет в линейно измененном масштабе форму огибающей спектра мощности этого квазигармонического колебания. Учитывая обратную пропорциональность периода и частоты для таких колебаний будет:The shape of the envelope of the distribution function of the period of quasiharmonic (quasiperiodic) oscillation with chaotic (noise) modulation of the frequency (period), as shown in the authoritative sources mentioned in [14], repeats in a linearly changed scale the shape of the envelope of the power spectrum of this quasiharmonic oscillation. Given the inverse proportionality of the period and frequency for such oscillations will be:

T ( t ) = T o ( 1 + δ T ) = 1 / f ( t ) = 1 / f o ( 1 + δ t ) ,                                                     ( 1 )

Figure 00000001
T ( t ) = T o ( one + δ T ) = one / f ( t ) = one / f o ( one + δ t ) , ( one )
Figure 00000001

где δT=ΔT/To и δf=Δf/fo - малые относительные флуктуации периода и частоты колебаний соответственно. Разлагая правую часть (1) в биномиальный ряд и ограничиваясь первым приближением, получим:where δT = ΔT / To and δf = Δf / fo are small relative fluctuations of the period and oscillation frequency, respectively. Expanding the right-hand side of (1) in a binomial series and restricting ourselves to the first approximation, we obtain:

δ T = δ f ,                                                                                                          ( 2 )

Figure 00000002
δ T = - δ f , ( 2 )
Figure 00000002

соответственно. Из этого следует, что форма огибающей функции распределения периодов квазипериодического колебания может рассматриваться и как форма огибающей спектра мощности этого колебания, в которой ось частот (абсцисса) проходит параллельно оси времени (оси периодов) только справа налево (в сторону, обратную оси времени).respectively. It follows from this that the shape of the envelope of the distribution function of the periods of quasiperiodic oscillations can also be considered as the shape of the envelope of the power spectrum of this oscillation, in which the frequency axis (abscissa) runs parallel to the time axis (period axis) only from right to left (in the direction opposite to the time axis).

Для минимизации суммарного времени измерений и набора вышеупомянутого массива результатов измерений интервалов R-R очень важно, чтобы измерялся каждый из последовательных интервалов (без исключений). Тогда за время измерений 5 минут (принятого в клинической практике [1, 2]) можно получить для нормального пульса (69 уд. в мин) массив из 300 измеренных значений (это не так уж много для формирования функции распределения). Для 20-минутного времени измерения (это также практикуется в некоторых случаях [1, 2, 6]) можно получить массив из 1200 результатов измерений (этого уже достаточно для формирования функции распределения) при числе каналов временного дискриминатора около 20-30.In order to minimize the total measurement time and set the aforementioned array of R-R interval measurement results, it is very important that each of the consecutive intervals is measured (without exception). Then, during a measurement time of 5 minutes (accepted in clinical practice [1, 2]), an array of 300 measured values can be obtained for a normal pulse (69 beats per minute) (this is not so much for the formation of a distribution function). For a 20-minute measurement time (this is also practiced in some cases [1, 2, 6]), an array of 1200 measurement results can be obtained (this is already enough to form a distribution function) with the number of channels of the temporary discriminator of about 20-30.

В устройстве для измерений интервалов R-R ЭКС могут быть использованы, в принципе, и промышленные цифровые частотомеры-периодомеры. Уже существуют модели таких приборов, в которых предусмотрена математическая обработка результатов измерений и построение на ЖКИ некоторых зависимостей (это, например, частотомеры фирмы PENDULUM, модели CNT-90XL и CNT-91 стоимостью от 150 до 650 тыс. руб. или частотомеры АКТАКОМ, модели АСН-8322, 8324, 8326 стоимостью от 20 да 40 тыс. руб.). Однако промышленные частотомеры измеряют только каждый второй период входного сигнала, поскольку используемый в них одноканальный счетчик импульсов с селектором на входе, измерив один период, в течение следующего периода приводится в исходное состояние и бывает готов к следующему измерению еще через один период после измеренного. Для обеспечения возможности измерений каждого периода входного сигнала в цифровом измерителе интервалов R-R по предложенному способу следует использовать, как предложено, например, в [15], двухканальную схему измерения с двумя счетчиками импульсов (по одному в каждом канале), один из которых считает «нечетные», а другой - «четные» интервалы R-R, а результаты их измерений запоминаются в ЗУ так, что образуют единый массив результатов измерений.In the device for measuring intervals R-R EX, can be used, in principle, and industrial digital frequency counter-periodometers. Already there are models of such devices in which mathematical processing of measurement results is provided and some dependencies are built on the LCD (for example, PENDULUM frequency meters, CNT-90XL and CNT-91 models costing from 150 to 650 thousand rubles or AKTACOM frequency meters, models ASN-8322, 8324, 8326 worth from 20 to 40 thousand rubles). However, industrial frequency meters measure only every second period of the input signal, since the single-channel pulse counter used in them with an input selector, having measured one period, is restored to the initial state during the next period and is ready for the next measurement one more time after the measured one. To ensure the possibility of measuring each input signal period in a digital RR interval meter according to the proposed method, one should use, as proposed, for example, in [15], a two-channel measurement circuit with two pulse counters (one in each channel), one of which considers “odd” ”, And the other -“ even ”RR intervals, and the results of their measurements are stored in the memory so that they form a single array of measurement results.

Предложенный способ может быть немного видоизменен для облегчения процедуры нахождения «ширины» подученного распределения. Для этого процесс подсчета числа попаданий элементов массива результатов измерений в каждый канал (т.е. набор ординат функции распределения) нужно совместить с процессом набора самого массива и закончить эти процессы одновременно при достижении в каком-либо канале числа элементов, равного 10 или лучше 100. Тогда для определения «ширины» распределения полученное в итоге число элементов массива (оно должно быть подсчитано специальным счетчиком) нужно будет поделить на 10 или 100, для чего достаточно передвинуть запятую в числе элементов массива на один или два десятичных разряда влево. При этом разница между максимальным и минимальным значениями измеренных интервалов R-R и ширина временного «окна» каждого канала должны быть определены заранее (например, в результате предварительных измерений за более короткое время).The proposed method can be slightly modified to facilitate the procedure for finding the "width" of the learned distribution. To do this, the process of counting the number of hits of the elements of the array of measurement results in each channel (i.e., the set of ordinates of the distribution function) needs to be combined with the process of typing the array itself and end these processes simultaneously when the number of elements in a channel reaches 10 or better than 100 . Then, to determine the "width" of the distribution, the resulting number of array elements (it must be calculated by a special counter) will need to be divided by 10 or 100, for which it is enough to move the comma in the number of elements in the array and one or two decimal places to the left. In this case, the difference between the maximum and minimum values of the measured R-R intervals and the width of the time “window” of each channel must be determined in advance (for example, as a result of preliminary measurements in a shorter time).

Для реализации предложенного способа не требуется оцифровки ЭКС в АЦП (как в [10] и др.) и выполнения сложных вычислительных процедур (цифрового перемножения и др.), требующих сложных вычислительных устройств с большим объемом памяти. Поэтому представляется возможным реализовать этот способ в достаточно простых и компактных устройствах типа наручных электронных часов с ЖКИ, мобильных телефонов, i-Phone и пр.To implement the proposed method, it is not necessary to digitize the ECS in the ADC (as in [10] and others) and perform complex computational procedures (digital multiplication, etc.), requiring complex computing devices with a large amount of memory. Therefore, it seems possible to implement this method in fairly simple and compact devices such as electronic watches with LCDs, mobile phones, i-Phone, etc.

Технический результат заключается в получении функции распределения измеренных интервалов R-R (и ЧСС), огибающая которой содержит информацию и о распределении частотных составляющих в спектре электрокардиосигнала (ЭКС). Для реализации предложенного способа не требуется оцифровки ЭКС в АЦП (как в [10] и др.) и выполнения сложных вычислительных процедур (цифрового перемножения и др.), требующих сложных вычислительных устройств с большим объемом памяти. Поэтому представляется возможным реализовать этот способ в достаточно простых и компактных устройствах типа наручных электронных часов с ЖКИ, мобильных телефонов, i-Phone и пр.The technical result consists in obtaining a distribution function of the measured R-R intervals (and heart rate), the envelope of which contains information about the distribution of frequency components in the spectrum of the electrocardiogram (EKS). To implement the proposed method, it is not necessary to digitize the ECS in the ADC (as in [10] and others) and perform complex computational procedures (digital multiplication, etc.), requiring complex computing devices with a large amount of memory. Therefore, it seems possible to implement this method in fairly simple and compact devices such as electronic watches with LCDs, mobile phones, i-Phone, etc.

Источники информацииInformation sources

1. Новые методы электрокардиографии / Под редакцией Г.Г. Иванова, С.В. Грачева, А.П. Сыркина. - М.: Техносфера, 2007. - 552 с. 1. New methods of electrocardiography / Edited by G.G. Ivanova, S.V. Gracheva, A.P. Syrkina. - M .: Technosphere, 2007 .-- 552 p.

2. Кузнецов А.А. Методы анализа и обработки электрокардиографических сигналов: Новые подходы к выделению информации: монография. - Владимир: Изд-во Владимирского гос. ун-та, 2008. - 140 с.2. Kuznetsov A.A. Methods of analysis and processing of electrocardiographic signals: New approaches to the selection of information: monograph. - Vladimir: Vladimir State Publishing House. University, 2008 .-- 140 s.

3. Кузнецов А.А. Применение метода оценки вариабельности сердечного ритма в донозологической диагностике функционального состояния организма. - Измерительная техника. - 2010. - №6. - С. 50-55.3. Kuznetsov A.A. Application of the method for assessing heart rate variability in prenosological diagnosis of the functional state of the body. - Measuring equipment. - 2010. - No. 6. - S. 50-55.

4. Явелов С.С., Колпаков Е.В. Компьютерный анализатор пульсовой волны и электрической активности сердца «ПУЛЬС». - Медицинская техника. - 2003. - С. 11-16.4. Yavelov S.S., Kolpakov E.V. Computer analyzer of the pulse wave and electrical activity of the heart "PULSE". - Medical equipment. - 2003 .-- S. 11-16.

5. Рамазанов М.А., Панахова З.Г. Пьезокерамический датчик для регистрации артериальных пульсовых волн. - Приборы и техника эксперимента. - 1997. - №5. - С. 132-133.5. Ramazanov M.A., Panakhova Z.G. Piezoceramic sensor for registering arterial pulse waves. - Instruments and experimental technique. - 1997. - No. 5. - S. 132-133.

6. Система сбора и обработки данных о функциях и состоянии человека / Е.И. Шкелев, В.Г. Кузьмин, И.Я. Орлов и др. - Вестник Нижегородского государственного университета. Серия Радиофизика. - 2004. - Вып. 2. - С. 47-54.6. System for collecting and processing data on the functions and condition of a person / E.I. Shkelev, V.G. Kuzmin, I.Ya. Orlov et al. - Bulletin of Nizhny Novgorod State University. Series Radiophysics. - 2004. - Vol. 2. - S. 47-54.

7. Sharief F. Babiker, Liena Elrayah Abdel - Khair, Samah M. Elbasheer. Microcontroller Based Heart Rate Monitor using Fingertip Sensor. - University of Khartum Endgineering Journal (UofKEJ) Vol. 1 Issue 2 pp. 47-51 (October 2011).7. Sharief F. Babiker, Liena Elrayah Abdel - Khair, Samah M. Elbasheer. Microcontroller Based Heart Rate Monitor using Fingertip Sensor. - University of Khartum Endgineering Journal (UofKEJ) Vol. 1 Issue 2 pp. 47-51 (October 2011).

8. Далечин А.Ю., Носок C.A. Современная пульсодиагностика - новые возможности применения в клинике. - Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы (ААЭКС), №2(12), 2003, Информационно-измерительные системы.8. Dalechin A.Yu., Sock C.A. Modern pulsodiagnosis - new possibilities of application in the clinic. - Automation. Automation. Electrotechnical complexes and systems (AAEKS), No. 2 (12), 2003, Information-measuring systems.

9. Устройство для измерения частоты сердечных сокращений. Патент РФ RU 2042333 C1, МПК A61B 5/024, заявл. 36.06.1988, опубл. 27.08.1995 / Институт кибернетики им. В.М. Глушкова АН Украины, авторы: Мамаев В.М., Онищенко П.М.9. Device for measuring heart rate. RF patent RU 2042333 C1, IPC A61B 5/024, claimed 06/36/1988, publ. 08.27.1995 / Institute of Cybernetics named after V.M. Glushkova, Academy of Sciences of Ukraine, authors: Mamaev V.M., Onishchenko P.M.

10. Носимый монитор с автоматической передачей диагноза по каналу связи при возникновении критической ситуации. Патент РФ RU 2444986 C1, МПК A61B 5/0402, A61B 5/0205, A61B 5/024, заявл. 27.07.2010 / ООО ПО «Нейрокомэлектронтранс», авторы: Бонч-Бруевич В.В., Кадин И.Л., Филатов А.Л., Шершуков А.С.10. Wearable monitor with automatic transmission of the diagnosis through the communication channel in the event of a critical situation. RF patent RU 2444986 C1, IPC A61B 5/0402, A61B 5/0205, A61B 5/024, claimed 07/27/2010 / LLC PO Neurokomelectrontrans, authors: Bonch-Bruevich VV, Kadin I.L., Filatov A.L., Shershukov A.S.

11. Устройство для контроля аритмии. Патент РФ RU 2077863 C1, МПК A61B 5/0245, A61B 5/0402, заявл. 23.11.1993, опубл. 27.04.1997 / Казанский государственный технический университет им А.Н. Туполева, авторы: Михайлов А.Л., Седов С.С., Щербакова Т.Ф.11. Device for controlling arrhythmia. RF patent RU 2077863 C1, IPC A61B 5/0245, A61B 5/0402, claimed 11/23/1993, publ. 04/27/1997 / Kazan State Technical University named after A.N. Tupolev, authors: Mikhailov A.L., Sedov S.S., Scherbakova T.F.

12. Способ определения функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС). Патент РФ RU 2313279 C1, МПК A61B 5/0425, заявл. 05.07.2006 / Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, авторы: Кузнецов Д.В., Кузнецова Т.Г., Корнюшина Н.М.12. A method for determining the functional state of the cardiovascular system (CVS). RF patent RU 2313279 C1, IPC A61B 5/0425, claimed 07/05/2006 / Institute of Physiology. I.P. Pavlova RAS, authors: Kuznetsov D.V., Kuznetsova T.G., Kornyushina N.M.

13. Способ исследования вариабельности сердечного ритма человека. Патент РФ RU 233657 C1, МПК A61B 5/0452 / Воронежский государственный университет, автор Туровский Я.А.13. A method for studying human heart rate variability. RF patent RU 233657 C1, IPC A61B 5/0452 / Voronezh State University, author Turovsky Y.A.

14. Ермоленко И.А. Измерение кратковременной нестабильности, реальной ширины и формы спектральной линии колебаний полупроводниковых генераторов. - Сб. науч., трудов «Полупроводниковые автоколебательные системы и усилительные устройства». - Л.: ЛПИ, 1984. - С.55-62.14. Ermolenko I.A. Measurement of short-term instability, real width and shape of the spectral line of oscillation of semiconductor generators. - Sat scientific., proceedings "Semiconductor self-oscillating systems and amplifying devices." - L .: LPI, 1984. - S.55-62.

15. Способ приема сигналов с угловой модуляцией. Патент РФ RU 2040860 C1, МПК H04L 27/22, заявл. 09.06.1990, опубл. 27.07.1995 / Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота, авторы: Ермоленко И.А., Павлов К.П.15. The method of receiving signals with angular modulation. RF patent RU 2040860 C1, IPC H04L 27/22, claimed 06/09/1990, publ. 07.27.1995 / Baltic State Academy of the Fishing Fleet, authors: Ermolenko I.A., Pavlov K.P.

Claims (1)

Способ определения параметров вариабельности сердечного ритма, включающий в себя преобразование сердечного ритма человека в электрокардиосигнал с помощью известных датчиков, предварительное усиление и необходимую частотную фильтрацию этого сигнала, выделение из усиленного и отфильтрованного кардиосигнала импульсов, соответствующих R-импульсам электрокардиограммы, проведение затем множества измерений последовательных, примыкающих друг к другу интервалов R-R цифровым счетно-импульсным измерителем, имеющим в своем составе программно-вычислительный блок с запоминающим устройством и жидкокристаллический матричный индикатор-дисплей, результаты этих измерений запоминают в запоминающем устройстве измерителя и формируют массив результатов множества измерений, число элементов этого массива задается предварительно, затем по этому массиву вычисляют среднее значение измеренных интервалов R-R и частоту пульса, как величину, обратную полученному среднему значению измеренных интервалов R-R, а также величину среднего квадратического отклонения этих интервалов R-R и частоты пульса от среднего значения, отличающийся тем, что далее определяют максимальное и минимальное значения измеренных интервалов R-R и разницу между ними, делят эту разницу на выбранное число каналов Nк, которое выбирают заранее, определяют таким образом ширину временного «окна» каждого канала образованного таким образом Nк - канального временного дискриминатора и подсчитывают затем число элементов полученного массива результатов измерений, попавших в каждый канал этого дискриминатора и формируют функцию распределения числа элементов массива, попавших в каждый канал, в зависимости от номера канала и от соответствующей величины интервала R-R, диаграмму полученной функции распределения измеренных интервалов R-R представляют на экране-дисплее вместе с другими параметрами сердечного ритма и его вариабельности, наконец, поделив число элементов массива на максимальную ординату функции распределения, находят «эффективную ширину» функции распределения, значение которой также выводят на дисплей. A method for determining heart rate variability parameters, including converting a person’s heart rate into an electrocardiogram using known sensors, pre-amplifying and necessary frequency filtering this signal, extracting from the amplified and filtered cardiosignal pulses corresponding to R-pulses of the electrocardiogram, then making a plurality of measurements consecutive, RR intervals adjacent to each other by a digital pulse meter, incorporating software o-computing unit with a storage device and a liquid crystal matrix display, the results of these measurements are stored in the memory of the meter and form an array of the results of many measurements, the number of elements in this array is predefined, then the average value of the measured RR intervals and pulse rate are calculated from this array as the reciprocal of the obtained average value of the measured RR intervals, as well as the value of the mean square deviation of these RR intervals and frequencies of the average value, characterized in that it further determines the maximum and minimum values of the measured RR intervals and the difference between them, divide this difference by the selected number of channels Nk, which is selected in advance, and thus determine the width of the temporary “window” of each channel thus formed Nk - channel temporary discriminator and then calculate the number of elements of the resulting array of measurement results that fall into each channel of this discriminator and form the distribution function of the number of elements of the mass willows that fall into each channel, depending on the channel number and the corresponding RR interval value, a diagram of the obtained distribution function of the measured RR intervals is presented on the display screen along with other parameters of the heart rate and its variability, finally dividing the number of array elements by the maximum ordinate distribution functions, find the "effective width" of the distribution function, the value of which is also displayed.
RU2013110181/14A 2013-03-06 2013-03-06 Method of determining parameters of heart rhythm variability RU2546103C9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013110181/14A RU2546103C9 (en) 2013-03-06 2013-03-06 Method of determining parameters of heart rhythm variability

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013110181/14A RU2546103C9 (en) 2013-03-06 2013-03-06 Method of determining parameters of heart rhythm variability

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2013110181A RU2013110181A (en) 2014-09-20
RU2546103C2 RU2546103C2 (en) 2015-04-10
RU2546103C9 true RU2546103C9 (en) 2016-01-27

Family

ID=51583294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013110181/14A RU2546103C9 (en) 2013-03-06 2013-03-06 Method of determining parameters of heart rhythm variability

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2546103C9 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111345808B (en) * 2018-12-24 2023-10-17 Zoll医疗公司 Method for processing electrocardiosignal, electrocardiosignal monitoring equipment and storage medium

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2091057C1 (en) * 1993-01-28 1997-09-27 Арсений Дмитриевич Миронов Method of continuous check psychophysiological state of operator in process of moving object control and system intended for its realization
US20060287605A1 (en) * 2005-06-16 2006-12-21 Dailycare Biomedical Inc. Heart rate variability analyzing device
RU2326587C1 (en) * 2007-01-24 2008-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" Method of human heart rate variability examination
EP2319410A1 (en) * 2003-09-12 2011-05-11 BodyMedia, Inc. Apparatus for measuring heart related parameters

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2091057C1 (en) * 1993-01-28 1997-09-27 Арсений Дмитриевич Миронов Method of continuous check psychophysiological state of operator in process of moving object control and system intended for its realization
EP2319410A1 (en) * 2003-09-12 2011-05-11 BodyMedia, Inc. Apparatus for measuring heart related parameters
US20060287605A1 (en) * 2005-06-16 2006-12-21 Dailycare Biomedical Inc. Heart rate variability analyzing device
RU2326587C1 (en) * 2007-01-24 2008-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" Method of human heart rate variability examination

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МОНАХОВА О.А. Численный метод обработки электрокардиосигналов на основе вейвлетных преобразований. Автореф. дисс., Саратов, 2009, с. 14-18. ЕРОФЕЕВ Н.П. и др. Колебательные процессы в организме. Физические и физиологические основы. Найдено в Интернет http://www.osteopathie.ru/science-magazine-archive 3 4 6 7 2009.19.html опубликовано 17.08.2010, найдено 08.09.2014. Nasim Karim et al., HEART RATE VARIABILITY - A REVIEW, Journal of Basic and Applied Sciences Vol. 7, No. 1, 71-77, 2011 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2546103C2 (en) 2015-04-10
RU2013110181A (en) 2014-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kwon et al. Electrocardiogram sampling frequency range acceptable for heart rate variability analysis
US9943237B2 (en) Analysis of direct and indirect heartbeat data variations
US10058253B2 (en) System, method, and article for heart rate variability monitoring
US5033472A (en) Method of and apparatus for analyzing propagation of arterial pulse waves through the circulatory system
US3796213A (en) Perfusion monitor
US10251571B1 (en) Method for improving accuracy of pulse rate estimation
US20160262690A1 (en) Method for managing sleep quality and apparatus utilizing the same
US9826940B1 (en) Optical tracking of heart rate using PLL optimization
Champseix et al. A python package for heart rate variability analysis and signal preprocessing
JP2010201113A (en) Fatigue degree determination processing system
CN101579233A (en) Method, system and device for detecting cardiovascular function
US11963782B2 (en) Method and apparatus of analyzing the ECG frequency parameters for the diagnosis of STEMI diseases
RU2546103C9 (en) Method of determining parameters of heart rhythm variability
JP2012161379A (en) Estimation device, estimation system, estimation method and program for jet lag symptoms
JP3906491B2 (en) Sleep monitor and alarm device
WO2020196309A1 (en) Physiological information measurement device, arrhythmia analysis system, arrhythmia analysis method, and arrhythmia analysis program
KR20040043981A (en) Health monitoring system on heart rate recorder and HRV analysis
CN106419885A (en) Heart rate monitoring device and method
Salleh Heart rate variability derived from wrist photoplethysmography sensor for mental stress assessment
JP2007105131A (en) Pulse wave diagnostic apparatus and pulse wave diagnostic apparatus control method
JP2016067481A (en) Bio-information detection apparatus
JP2006167368A (en) Biological information detecting apparatus
EP3284401A1 (en) Method, device and computer progam product for examination of intra-uterus condition of the foetus
TWM468291U (en) Cloud health management system incorporated with heart rate variability device
RU70773U1 (en) CARDIOANALYZER ANALYSIS "MARKIZ"

Legal Events

Date Code Title Description
QA4A Patent open for licensing

Effective date: 20150805

TH4A Reissue of patent specification
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180307