цифровой обработке ЭКС, анализу данных обработки, отображению результатов

анализа и управлению прибором. В качестве ЭВМ используются встроенные

аппаратные средства вычислительной техники: однокристальные одноплатные

микроЭВМ и микропроцессорные системы.

Наиболее простой путь реализации вычислительных КМ — это применение в

них одноплатных функционально законченных микроЭВМ. На рис. 3 приведена

структурная схема КМ на основе двух микроЭВМ.

Усиленный ЭКС дискретизируется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и

в цифровом виде поступает на вход микроЭВМ1. В этой микроЭВМ осуществляется

операция сжатия исходного описания. Оно уменьшает количество отсчетов в 10-

15 раз, что снижает требования к быстродействию аппаратных средств и

позволяет синтезировать простые структурные алгоритмы обнаружения QRS-

комплекса, выделения его характерных точек. Сжатое описание ЭКС поступает в

микроЭВМ2. МикроЭВМ2 выполняет все последующие процедуры анализа аритмий:

измерение RR-интервалов; изменение параметров QRS-комплексов; классификацию

по их форме на нормальные и патологические; обнаружение аритмий и возможных

помех.

Программы наблюдения вводятся в микроЭВМ2 посредством клавиатуры КМ.

Выходы МикроЭВМ2 соединяются с блоком интерфейса, осуществляющего связь с

центральным постом (ЦП), и блоком формирования результатов анализа. В

удобной для врача форме результаты анализа поступают на устройство

отображения данных — электронно-лучевой дисплей телевизионного типа. При

возникновении нарушений ритма, опасных для больного, включается

сигнализация тревоги.

Применение двух микроЭВМ в вычислительной части КМ продиктовано жестким

режимом реального времени при достаточной сложности реализуемых программ и

ограниченности объема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ),

программируемого изготовителем микроЭВМ по заказу пользователя. Более

гибким решением является применение вычислителей на основе типовых

комплексов интегральных микросхем.

Поле ввода программ

наблюдения

Описание Диагноз

R

QRS

Микро Микро Блок

L Усилитель АЦП ЭВМ 1

ЭВМ 2 интерфейса КЦП

Диагноз

N Запись ЭКГ

Блок

сигнализации

Блок формирования

результатов анализа Устройства

отображения

данных

Рис. 3 Структурная схема цифрового кардиомонитора

Такое выполнение вычислительной части КМ хотя и требует затрат на

разработку, но не накладывает каких-либо серьезных ограничений на

характеристики КМ и АСОВК.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СОСТАВ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Электронные устройства (ЭУ) кардиомониторов в самом общем случае

представляют собой совокупность аппаратных средств, предназначенных для

преобразования, обработки и отображения информации. В нашем случае под

информацией понимается электрокардиосигнал (ЭКС) и данные его обработки в

кардиомониторах на всех этапах, а также управляющие и тестирующие сигналы.

Основной состав ЭУ охватывает широкий арсенал аналоговых и цифровых

полупроводниковых схем, обеспечивающих выполнение функций:

усиления ЭКС при значимых синфазных электрических помехах;

преобразования ЭКС в удобную для обработки форму;

анализа ЭКС во временной или частотной областях в реальном масштабе

времени;

накопления и обработки данных анализа;

оперативного отображения и документирования ЭКС и результатов его

обработки;

дистанционной передачи ЭКС и результатов обработки по каналам связи;

сопряжения кардиомониторов с автоматизированными системами;

автоматизации процесса управления прибором;

самодиагностирования неисправностей.

УСТРОЙСТВА СЪЕМА ЭКС В КАРДИОМОНИТОРАХ

Все устройства съема медицинской информации подразделяют на 2 группы:

электроды и датчики (преобразователи). Электроды используются для съема

электрического сигнала, реально существующего в организме, а датчик —

устройство съема, реагирующее своим чувствительным элементом на воздействие

измеряемой величины, а также осуществляющее преобразование этого

воздействия в форму, удобную для последующей обработки. Электроды для съема

биопотенциалов сердца принято называть электрокардиографическими (электроды

ЭКГ). Они выполняют роль контакта с поверхностью тела и таким образом

замыкают электрическую цепь между генератором биопотенциалов и устройством

измерения.

Автоматический анализ электрокардиосигналов в кардиомониторах

предъявляет жесткие требования к устройствам съема — электродам ЭКГ. От

качества электродов зависит достоверность результатов анализа, и

следовательно, степень сложности средств, применяемых для обнаружения

сигнала на фоне помех. Низкое качество съема ЭКС практически не может быть

скомпенсировано никакими техническими решениями.

Требования, применяемые к электродам ЭКГ, соответствуют основным

требованиям к любым преобразователям биоэлектрических сигналов:

по точности восприятия сигнала (минимальные потери полезного сигнала на

переходе электрод—кожа и сохранение частотной характеристики сигнала);

идентичность электрических и конструктивных параметров (взаимозаменяемость,

возможность компенсации электрических параметров);

постоянство во времени функций преобразования (стабильность электрических

параметров);

низкому уровню шумов (обеспечение необходимого соотношения сигнал—шум).

малому влиянию характеристик электродов на измерительное устройство.

Как показало применение первых кардиомониторов, обычные пластинчатые

электроды ЭКГ, широко используемые в ЭКГ, не удовлетворяют требованиям

длительного непрерывного контроля ЭКС из-за большого уровня помех при

съеме.

УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА

ОСОБЕННОСТИ ИСТОЧНИКА ВОЗБУЖДЕНИЯ.

Источником возбуждения усилителя ЭКС (УсЭКС) является биологический

объект — человек, который может быть представлен эквивалентным уравнением

электрическим генератором. А как известно, свойства любого электрического

генератора определяются характером изменения ЭДС во времени и внутренним

сопротивлением.

Электрокардиосигнал является частью ЭДС сердца, измеряемой на

поверхности тела при помощи электродов, расположенных определенным образом.

Закон изменения ЭКС во времени может считаться квазипериодическим с

периодом кардиокомплексов 0,1—3 с. Минимальное значение соответствует

фибрилляции желудочков, а максимальное — блокадам сердца. Форма

эквивалентного кардиокомплекса близка к треугольной с амплитудой, лежащей в

диапазоне 0—5 мВ. Полоса принимаемых кардиокомплексом частот охватывает

диапазон от 0,05 до 800 Гц.

Междуэлектродное сопротивление, включающее сопротивления переходов

кожа—электрод, соответствует внутреннему сопротивлению источника

возбуждения УсЭКС и изменяется в значительных пределах. Для технических

расчетов обычно принимают диапазон 5—100 кОм.

Помимо перечисленных параметров при проектировании ЭКС необходимо

учитывать ряд существенных особенностей источника возбуждения.

1. Нестабильность внутреннего сопротивления за счет изменений

сопротивлений переходов кожа—электрод. При этом нужно считаться с

большими значениями междуэлектродных сопротивления и их разбалансом

в системе отведений ЭКС.

2. Образование на переходах кожа—электрод напряжений поляризации,

создающих на входных контактах УсЭКС напряжение смещения,

достигающее (300 мВ. Такое напряжение может вызвать насыщение

усилителя.

3. Медленный дрейф напряжения поляризации и резкие его изменения при

смещении электродов из-за движений больного. Скачки напряжения

поляризации создают трудно устранимые помехи.

4. Наличие напряжений помех, попадающих на входные зажимы УсЭКС

синфазно и противофазно. Помехи могут быть биологического и

физического происхождения. К биологическим помехам относятся

биопотенциалы других органов и мышц, а к физическим — наведенные на

объект напряжения от неэкранированных участков сетевой проводки,

сетевых шнуров других приборов и проводящих поверхностей (вторичное

напряжение наводки). Особенно большой уровень имеют синфазные

сигналы помех напряжения сети, попадающие на объект через емкостную

связь.

5. Наличие импульсных помех при воздействии на объект терапевтических

аппаратов: кардиостимулятора и дефибриллятора. Попадая на вход

УсЭКС, артефакты импульсов кардиостимулятора искажают ЭКС и вызывают

в ряде случаев ложно обнаружение кардиокомплекса, а импульсы

дефибриллятора могут повредить входные цепи УсЭКС.

Основные параметры УсЭКС в значительной степени определяются свойствами

входных каскадов — предусилителей. К ним предъявляются жесткие требования:

высокое входное сопротивление, большой коэффициент ослабления синфазных

сигналов, малый уровень шумов, высокая стабильность коэффициента усиления,

большой динамический диапазон или сравнительно низкий коэффициент усиления.

Предусилители строятся на основе ОУ или в комбинации ОУ с входными

дифференциальными каскадами на полевых транзисторах.

Необходимость в улучшении методов усиления сигналов малого уровня на

фоне синфазных помех в условиях возможного попадания опасных токов на

объект привело к широкому применению развязывающих усилителей (РУ)

биопотенциалов. Хотя развязка может быть выполнена на выходе УсЭКС,

предпочтительнее ее осуществлять в предусилителе, так как в этом случае

изоляция обеспечивается конструктивно проще и уменьшается потребляемая

мощность изолированного источника питания.

По своим характеристикам РУ близки к ОУ, но обладают дополнительными,

присущими только им свойствами:

. защитой от высоких разностей потенциалов между входной и выходной

цепями (высокое напряжение развязки) и между входами;

. высокой степенью подавления синфазный помех (переменных, постоянных,

импульсных), т.е. высоким коэффициентом ослабления синфазных

сигналов;

. очень высоким полным сопротивлением утечки с входа на "землю" цепи

питания.

Обобщенная структурная схема всего УсЭКС с гальванической развязкой в

предусилителе приведена на рис. 4. Предусилитель имеет небольшой

коэффициент усиления, и основное усиление ЭКС производится в усилителе

напряжения (УН). Учитывая, что в выходной части РУ возможна емкостная связь

между каскадами, для предотвращения уходов изолинии при переключении

отведений и скачках напряжения помех применяется ручное или автоматическое

успокоение. Схема автоматического успокоения (АУ) содержит компаратор и

аналоговый ключ для перезаряда конденсатора связи. С выхода УН сигнал

поступает на активный фильтр нижних частот (ФНЧ) с изменяемой fв при

большом уровне помех. К выходу ФНЧ может быть подключен регистратор ЭКГ.

Для автоматического анализа ЭКС важно, чтобы сигал не выходил за

динамический диапазон при уходах изолинии за допустимый предел. Поэтому с

выхода ФНЧ ЭКС подается на стабилизатор изолинии, который представляет

собой фильтр верхних частот (ФВЧ) с fн=0,5—2 Гц. Далее с помощью аналоговых

коммутаторов (АК1 и АК2) возможны ручная и автоматическая регулировка

усиления и смещения изолинии (РРУ, РРС, АРУ и АРС). При автоматической

регулировке управление производится сигналами процессора. После блока

регулировки ЭКС (БР ЭКС) сигнал устанавливается до уровня, необходимого для

дальнейшей обработки.

УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Устройства отображения медицинской информации в кардиомониторах должны

отражать состояние сердечной деятельности по ЭКС, а также вспомогательные

сведения о больном и технические данные о работе кардиомонитора. Таким

Страницы: 1, 2, 3