SU1391616A1 - Apparatus for separating r-wave of electrocardio signal - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к медицинской технике. Устройство дл  выделени  R-зубца электрокардиосигнала (ЭКС) содержит фильтр 1, компаратор 2, временной селектор 3, блик 4 формировани  порога. С целью повышени  достоверности выделени  R-эубца в него введены элемент 5 задержки, элемент 6 совпадени , измерители 7 и 8 размаха напр жени , блок 9 контрол  усилени , который содержит источник 10 опорного напр жени , стробируе- мый компаратор 11, элемент 12 совпадени , делитель 13. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с (f Ёы оИ ро о О5 05The invention relates to medical technology. A device for isolating the R-wave of the electrocardiogram (EX) contains a filter 1, a comparator 2, a time selector 3, a highlight 4 of the threshold formation. In order to increase the reliability of the R-eub selection, a delay element 5, a coincidence element 6, a voltage sweep meter 7 and 8, a gain control unit 9, which contains a reference voltage source 10, a gated comparator 11, a coincidence element 12, are entered into it. divider 13. 1 z.p. f-ly, 2 ill. with (f youa oi po o5 05

Description

Изобретение относитс  к меди.пип-- ской технике н может бнггт- использовано при исcJH uoHaHHH и контрс-ле сос TCHfUiH сердечно сосудистой litiieMbi в KJiviHH4ecKort, физиологической и спортивной медицине.The invention relates to the medica. Pep technique and can be used in jH uoHaHHH and contro-le soc TCHfUiH cardiovascular litiieMbi in KJiviHH4ecKort, physiological and sports medicine.

Цель изобретени  повышение дос- тово;рносги выделени  R--зубца.The purpose of the invention is the increase in the delivery; the Rnagi of excretion of the R-wave.

На фиг, 1 представлена структур- па  электрическа  с:;ема устройства дл  ныделон   К-зубца электрокардио- сигнала; на фиг, 2 - временные диаграммы , по сн ющие работу устройстваFig. 1 shows the structure of an electrical system with:; a device for n-shaped K-wave of an electrocardiogram; FIG. 2 shows timing diagrams explaining the operation of the device. FIG.

Устройство дл  выделени  R-зубца электро са15диосигнала (ЭКС) содержит (фиг. 1) фильтр 1, выход которого подключен к ходной шине устройства компаратор 2, временной селектор 3, блок | (Ьпрмирова и  порога, первый вход которого соединен с первым входом компаратора 2 и с выходом фильтра 1 , второй вход - с выходом временного селектора 3 .и с выходной шиной устройства, а выход - с вторым входом компаратора 2, последовательно соединенные элемент 5 задержкиA device for isolating the R-wave of the electroacoustic signal (ECS) contains (Fig. 1) filter 1, the output of which is connected to the device's input bus, comparator 2, time selector 3, block | (The terminal and the threshold, the first input of which is connected to the first input of the comparator 2 and the output of the filter 1, the second input - to the output of the time selector 3 .and the output bus of the device, and the output - to the second input of the comparator 2, connected in series delay element 5

и элемент 6 совпадени , выход котоand match element 6, the output of which

II

рого подключен к входу временногоpogo is connected to the temporary input

селектора 3, первый измеритель 7 раз маха напр жени , вход которого соединен с входом фильтра 1, второй измеритель 8 размаха напр жени , вход которого подключен к первому входу компаратора 2, выход которого соеди- нен с входом элемента 5 задержки, и блок 9 контрол  усилени , первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам первого измерител  7 размаха напр жени , третий и четвертый входы - соответственно к первому и второму выходам второго измерител  8 размаха напр жени , а выход - к второму входу элемента 6 совпадени . the selector 3, the first meter 7 times the voltage, the input of which is connected to the input of the filter 1, the second meter 8 of the voltage sweep, the input of which is connected to the first input of the comparator 2, the output of which is connected to the input of the delay element 5, and the control unit 9 amplification, the first and second inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the first meter 7 voltage sweep, the third and fourth inputs, respectively, to the first and second outputs of the second meter 8 voltage sweep, and the output to the second input of the element 6 matches.

При этом блок 9 контрол усилени  содержит последовательно соединенные источник 10 опорного напр жени  и стробируемый компаратор 11, выход которого подключен к выходной шине блока 9 контрол  усилени , элемент 12 совпадени , выход которого соединен с вторым входом стробируемого компаратора 11, а первый и второй входы - соответственно с второй и четвертой входными шинами блока 9 контрол  усилени , и делитель 13, выход которого подключен к третьему входу стробируемого компаратора 1 1 ,In this case, the gain control unit 9 contains the voltage source 10 of the reference voltage and the gated comparator 11, the output of which is connected to the output bus of the gain control unit 9, a coincidence element 12, the output of which is connected to the second input of the gated comparator 11, and the first and second inputs respectively with the second and fourth input buses of the gain control unit 9, and the divider 13, the output of which is connected to the third input of the gated comparator 1 1,

|Q | Q

5 0 5 5 0 5

0 д c0 d c

00

5five

а первый и второй входы - соответственно к перчой и третьей входным нипа.м блока 9 контро.л  усилени .and the first and second inputs, respectively, to the pepper and the third input ports of block 9 gain control.

В предпочтительном варианте выпол- ньни  устройства фильтр 1 может быть реализован в видг согласованного полосового фильтра с полосой пропускани  частот 9-17 Гц. Временной селектор 3 может быть выполнен на основе последовательного соединени  двух ждугаих мультивибраторов. Аналогичным образом может быть реализован элемент 5 задержки, выходной сигнал которого в предпочтительном варианте выполнени  устройства имеет длитель - ность 20 мс и врем  задержки 15 мс (фиг. 2 г). Указанные длительности определены экспериментально на основе анализа временных характеристик QRS -комплекса ЭКС представительной выборки испытуемых. Блок 4 формировани  порога может быть выполнен в виде последовательно соединенных ждущего мультивибратора, пикового детектора и -элемента выборки и хранени  с резистивным делителем на выходе. Первый и второй измерители 7 и 8 можно выполнить с использованием двух пиковых детекторов, определ ющих значени  локальных максимумов и ми- нимумов сигнала, двух элементов выборки и хранени , запоминающих эти значени , и дифференциального усили тел , вычисл ющего разность величин локального максимума и следующего за ним локального минимума, т.е. размах напр жени . Источник 10 опорного напр жени  может быть выполнен, например , с использованием стабилитрона, Устройство дл  вьщелени  R-зубца ЭКС работает следующим образом.In the preferred embodiment of the device, filter 1 can be implemented as a matched band-pass filter with a frequency band of 9-17 Hz. The time selector 3 can be made on the basis of the series connection of two articulating multivibrators. Similarly, a delay element 5 can be implemented, the output signal of which in the preferred embodiment of the device has a duration of 20 ms and a delay time of 15 ms (Fig. 2 g). These durations are determined experimentally based on the analysis of the temporal characteristics of the QRS complex EX-representative representative sample of subjects. The threshold shaping unit 4 can be made as a series-connected stand-by multivibrator, a peak detector, and a sample and storage element with a resistive divider at the output. The first and second meters 7 and 8 can be performed using two peak detectors determining the values of local maxima and minima of the signal, two elements of the sample and storage storing these values, and the differential force of the bodies calculating the difference between the values of the local maximum and following local minimum, i.e. sweep voltage. The reference voltage source 10 can be performed, for example, using a zener diode. The device for the removal of the R-wave EX-works as follows.

Сигнал, поступающий на входную щину устройства, подаетс  на вход фильтра 1 (фиг. 2 и). Во входном сигнале присутствуют как ЭКС, имеющий характерную форму с зубцами Р, Q, R, S и Т, так и импульсные помехи П|, П., П различной длительности, в -гом числе н близкой к длительности QRS-комплекса, но по форме существенно отличающиес  от R-зубца. Блок 4 формировани  порога вырабатывает пороговый уровень напр жени  и,т,(фиг. 2..6), пропорциональный амплитуде выделенных ранее R-зубцов, который подаетс  на второй (опорный) вхо.ч компарйтора 2.The signal arriving at the device input bar is fed to the input of filter 1 (Fig. 2 and). In the input signal there are both EX, having a characteristic shape with P, Q, R, S and T teeth, as well as impulse interference P |, P., P of various duration, in the H number, close to the duration of the QRS complex, but form substantially different from the R-wave. The threshold shaping unit 4 generates a threshold voltage level and, t, (Fig. 2..6) proportional to the amplitude of the previously allocated R-waves, which is fed to the second (reference) input of the compiler 2.

При по влении сигнала на входе устройства на выходе фильтра 1 по в л етс  отклик на входное воздействие Если сигнал на входе фильтра 1 пре- вышлет пороговое напр жение Up, , то на выходе компаратора 2 по вл етс  импульс, длительность которого рав на Длит ;льности превышени  сигналом порога Un, (фиг. 2 и) . Импульсы помех амплитуда которых после прохождени  фильтра 1 превышает порог U, , как и R-зубцы, проход т на выход компа ратора 2, однако вследствие несоот ветстви  спектра помех амплитудно- частотной характеристике фильтра 1 их форма существенно искажена (фиг. 2б). Импульсный сигнал с выхода компаратора 2 поступает на вход элемента 5 задержки, на выходе кото- рого через 15 мс по вл етс  импульс длительностью 20 мс (фиг. 2).When a signal appears at the input of the device at the output of filter 1, a response to the input action occurs. If the signal at the input of filter 1 exceeds the threshold voltage Up, then a pulse appears at the output of comparator 2 whose duration is equal to Duration; flax exceeding the threshold signal Un, (Fig. 2 and). Interference pulses whose amplitude after passing through filter 1 exceeds the threshold U, like R-teeth, pass to the output of compressor 2, but due to the inconsistency of the interference spectrum with the amplitude-frequency characteristic of filter 1, their shape is significantly distorted (Fig. 2b). The pulse signal from the output of the comparator 2 is fed to the input of the delay element 5, at the output of which after 15 ms a pulse of 20 ms duration appears (Fig. 2).

Первый измеритель 7 вычисл ет раз ность между амплитудами локального максимума и следующего за ним кального минимума. Напр жение на первом (информационном) выходе пер- вого измерител  7 пропорционально размаху на,пр жени  на входе филь ра 1. Напр жение на первом (инфор мациснном) выходе второго измерите л  пропорционально размаху выход- ного напр жени  фильтра 1. Импульсы на вторых (управл ющих) выходах измерителей 7 и 8 по вл ютс  в моменты фиксации измерител ми 7 и 8 локальных минимумов. Блок 9 контрол  усилени  производит вычисление коэффициента усилени  фильтра 1 дл  каждого текущего отрицательного пере- пада входного сигнала и фиксирует моменты превышени  вычисленным коэффициентом усилени  задаьшого порога. Коэффициент усилеь ИЯ определ етс  делителем 13 путем вычислени  отно- шени  напр жени  с информационного выхода второго измерител  8 к напр жению с информационного выхода перво го измерител  7. Если в момент по влени  на втором входе стробируемого компаратора 11 стробирующего импульса (фиг, 2), вырабатываемого элементом 12 совпадени  при поступлении на него сигналов с управл ющих выходов измерителей 7 и 8, выходное напр жение делител  13 превышает пороговое напр жение Up, подаваемое с источника 10 опорного напр жени  (фиг. 2), то стробируемый компараThe first meter 7 calculates the difference between the amplitudes of the local maximum and the next minimum. The voltage at the first (informational) output of the first meter 7 is proportional to the sweep, the voltage at the input of the filter 1. The voltage at the first (informative) output of the second measure l proportionally to the sweep of the output voltage of the filter 1. Pulses to the second (control) outputs of meters 7 and 8 appear at the moments of fixation with meters 7 and 8 of local minima. The gain control unit 9 calculates the gain of the filter 1 for each current negative differential signal of the input signal and records the moments when the calculated gain factor of the threshold is exceeded. The gain factor of the RR is determined by the divider 13 by calculating the voltage ratio from the information output of the second meter 8 to the voltage from the information output of the first meter 7. If at the moment of the gate pulse comparator 11 appears at the second input (FIG. 2), produced by the element 12 coincidence when signals from the control outputs of the meters 7 and 8 arrive at it, the output voltage of the divider 13 exceeds the threshold voltage Up supplied from the source 10 of the reference voltage (Fig. 2), it is gated comparo

JQ |5 20 Jq | 5 20

25 зО дд дз 25 ZO dd dz

3535

5050

5555

тор 1I формирует импульс на пыходе блока 9 контрол  усилени  (фиг. 2ч). При поступлении этого импульса на второй вход элемента 6 совпадени  при условии поступлени  в это же вре - м  на его первый вход импульса с выхода элемента 5 задержки (фиг. 20 элемент 6 совпадени  вырабаты ае импульс (фиг. 2},), свидетельстБ юший о наличии R-зубца во входном с гнг- ле. Из этого импульса временной селектор 3 формирует импульс длительностью 50-100 мс, предотвращающий срабатывание устройства от помех, следующих непосредственно за R-зуб- цом.Torus 1I generates a pulse at the bottom of the gain control unit 9 (Fig. 2h). When this pulse arrives at the second input of the coincidence element 6 provided that at the same time, its first pulse input from the output of the delay element 5 is shown (Fig. 20, the coincidence element 6 has been produced a pulse (Fig. 2})), The presence of the R-wave in the input from the gnlle.Of this pulse, the time selector 3 generates a pulse with a duration of 50-100 ms, which prevents the device from being triggered from interference immediately following the R-wave.

Повышение помехоустойчивости выделени  R-зубца ЭКС достигаетс  путем сравнени  величин размаха напр жени  сигнала на входе и выходе фильтра I. Каждому виду импульсного сигнала соответствует определенный вид отклика на выходе фильтра 1. Если амплитудно-частотную характе-- ристику фильтра 2 согласовать со спектром выдел емого импульсного сиг- нала (например, R-зубца ЭКС), то при по влении на входе фильтра 1 импульса нужной формы величина OTHoirie- ни  размахов напр жений сигнала с выхода и входа фильтра 1 максимальна . Вследствие искажени  формы (гм- пульсов помехи фильтром 1 сигнал на информационном выходе второго измерител  8 при прохождении помехи значительно меньше, чем сигнал на информационном выходе первого измерител  7. В го же врем  дл  R-зубца, форма которого при прохождении фильтра 1 измен етс  незначительно, выходные сигналы измерителей 7 и 8 примерно одинаковы. Поэтому выходное кусочно-посто нное напр жение делител  13 (фиг. 2е) при поступлении на вход устройства импульсной помехи меньше порогового уровн  Uni, а при, поступлении R-зубца больше порогового уровн  Un7 (фиг. 2 е) . Так как параметры QRS-комплекса имеют значительный разброс у разных испытуемых, то необходимо определ ть пороговую величину Uf,7 отношени  размахов напр жени  путем предварительной калибровки устройства имитационными сигналами.An increase in the noise immunity of the R-wave EX-emission is achieved by comparing the magnitude of the signal voltage at the input and output of filter I. Each type of pulse signal corresponds to a certain response at the output of filter 1. If the amplitude-frequency characteristic of filter 2 is matched with the spectrum of the extracted a pulse signal (for example, an R-wave EX), when a pulse of the desired shape appears at the input of the filter 1, the magnitude of OTHoirie, or the sweep of the voltage from the output and input of the filter 1, is maximum. Due to the shape distortion (gm-pulses of interference by filter 1, the signal at the information output of the second gauge 8 with the passage of interference is much smaller than the signal at the information output of the first gauge 7. At the same time, for the R-wave, the shape of which with the passage of filter 1 changes slightly , the output signals of the meters 7 and 8 are approximately the same.Therefore, the output piecewise constant voltage of the divider 13 (Fig. 2e) when a pulse interference signal arrives at the input of the device is less than the threshold level Uni, and when the R-wave arrives more Ogove layer Un7 (Fig. 2e). Since the parameters QRS-complex have a considerable spread in different subjects, it is necessary to determine the threshold value Uf, 7 Range voltage ratio by preliminary calibration the simulation device signals.

Если амплитуда сигнала с выхода фильтра 1 превышает порот компаратора 2 и на интервале длительностьюIf the amplitude of the signal from the output of the filter 1 exceeds the threshold of the comparator 2 and the interval duration

20 мс, следующем через 15 мс после момента превьотени  порога, зафиксировано , что отношение размахов превышает порог стробируемого компара- тора 11, то на выходе устройства по вл етс  импульс, свидетельствующий о наличии R-зубцов во входном сигнале.20 ms, following 15 ms after the threshold has been exceeded, it is fixed that the ratio of the sweeps exceeds the threshold of the gated comparator 11, then a pulse appears at the output of the device indicating the presence of R-teeth in the input signal.

Таким образом, устройство осу- ществл ет выделение R-зубцов элек- трокардиосигнала на фоне импульсных помех, имеющих соизмеримые с R-зуб- цами амплитуду и длительность и не устран емых из электрокардиосигнала известными методами амплитудной и временной селекции. Устройство обеспечивает повышение достоверности выделени  R-зубцов без использовани  спектрального анализа и автоматичес- кон регулировки усилени  электрокардиосигнала .Thus, the device performs the selection of the R-teeth of the electrocardiogram against the background of impulse noise, having amplitude and duration commensurate with the R-teeth and not amplified from electrocardiograms by known methods of amplitude and time selection. The device provides an increase in the reliability of R-teeth extraction without the use of spectral analysis and automatic adjustment of electrocardiogram gain.

Claims (2)

Формула изобретени Invention Formula 1, Устройство дп  выделени  R-зуб ца электрокардиосигнала, содержащее фильтр, выход которого подключен к входной шине устройства, компаратор, временной селектор и блок формировани  порога, первый вход которого сое динен с первым входом компаратора и с выходом фильтра, второй вход - с выходом временного селектора и с выходной шиной устройства, а выход - с вторым входом компаратора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  достоверности выделени  R-зубца, в него йведены последовательно соединенные элемент задержки и элемент совпадени , выход которого подключен к входу временного селектора, первый измерител размаха напр жени , вход которого соединен с входом фильтра, второй измеритель размаха напр жени , вход которого пoдк Doчeн к первому входу компаратора, выход которого соедине с входом элемента задержки, и блок контрол  усилени , первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам первого измерител  р змаха напр жени , третий и четвертый входы - соо ветственно к первому и второму выходам второго измерител  напр жени , а выход - к второму входу элемента совпадени .1, Device dp for separating an R-tooth electrocardiogram containing a filter whose output is connected to the device input bus, a comparator, a time selector and a threshold formation unit, the first input of which is connected to the first input of the comparator and the output of the filter, the second input to the output the time selector and the output bus of the device, and the output with the second input of the comparator, characterized in that, in order to increase the reliability of the R-prong, it contains serially connected delay elements and a coincidence element, output The first voltage sweep meter, whose input is connected to the filter input, the second voltage sweep meter, whose input is connected to the first input of the comparator, whose output is connected to the input of the delay element, and the gain control unit, the first and The second inputs of which are connected to the first and second outputs of the first voltage meter, respectively, the third and fourth inputs, respectively, to the first and second outputs of the second voltage meter, and the output to the second input do element matches. 2. Устройство по п.I, отличающеес  тем, что в нем блок контрол  усилени  содержит последовательно соединенные источник опорного напр жени  и стробируемый компаратор , выход которого подключен к .выходной шине блока контрол  усилени , элемент совпадени , выход которого соединен с вторым входом стробируемого компаратора, а первый и второй входы - соответственно с второй и четвертой входными шинами блока контрол  усилени , и делитель, выход которого подключен к третьему входу стробируемого компаратора, а первый и второй входы - соответственно к первой и третьей входным шинам блока контрол  усилени .2. The device according to claim I, wherein the gain control unit comprises a series-connected reference source and a gated comparator, the output of which is connected to the output bus of the gain control unit, a coincidence element, the output of which is connected to the second input of the gated comparator , and the first and second inputs, respectively, with the second and fourth input buses of the gain control unit, and the divider whose output is connected to the third input of the gated comparator, and the first and second inputs correspond to continuously to the first and third input control busses unit gain. П1 ПгP1 Pg /-ч/ -h  зs Un, « Un, " /V/ V ИAND ff Мл innMl inn ппп п пppp p ff п п п пn n n n ГНGN п P LJLj WW а $a $ /Л/ L && VV пP