|
Системы диагностики сердечно-сосудистой системы
Современные электрокардиографы построены по двум основным схемам:
1) на основе ПЭВМ – относительно простая схема на микроконтроллере выполняет основные операции по обработке сигнала, а ПЭВМ осуществляет вывод ЭКГ на экран и программным путем выделяет из сигнала ЭКГ диагностические параметры;
2) на основе специализированной МПС – все операции выполняет специализированный компьютер на основе микропроцессора или микроконтроллера.
Первая схема выгодна, когда уже имеется персональный компьютер, также используемый для других целей, обычно в небольших медицинских учреждениях. Пример такого кардиографа показан на рис. 107 и 108 [28]. В схеме на рис. 107 основные операции по формированию сигнала осуществляются аналоговыми элементами, в схеме на рис. 108 процедуры фильтрации осуществляются микроконвертером.
Для схемы аналогового входа применено традиционное для подобных систем решение – инструментальный усилитель (IA) и операционный усилитель обратной связи, выход которого подключен к правой ноге пациента. В качестве инструментального усилителя применен AD620– недорогой усилитель с высокой точностью и превосходными характеристиками на постоянном токе: Для AD620 требуется единственный внешний резистор RG, задающий коэффициент усиления. Резисторы R2 и R3 также влияют на коэффициент усиления. Для того чтобы избежать насыщения выхода, коэффициент усиления установлен таким, чтобы размах выходного напряжения соответствовал максимальному, если на входе присутствует максимальное расчетное напряжение сигнала. В схеме обратной связи, предназначенной для компенсации синфазного сигнала, применен операционный усилитель типа OP97 – малопотребляющий прецизионный ОУ с чрезвычайно высоким коэффициентом ослабления синфазного сигнала. Эта схема подает на правую ногу пациента напряжение, компенсирующее синфазную составляющую сигнала с целью устранить влияние синфазного сигнала. Гальваническая развязка применена в цифровом интерфейсе RS-232, связывающем электрокардиограф и компьютер, который предназначен в этом примере для вывода данных. В качестве устройства изоляции сигнала применена ИС ADuM1301 – двунаправленный цифровой изолятор, созданный по технологии iCoupler фирмы Analog Devices. Данная технология позволила создать устройства развязки цифрового сигнала, лишенные недостатков, присущих оптопарам (таких недостатков, как очень малый коэффициент передачи, нелинейная передаточная характеристика и т. д.) Устройства iCoupler, кроме того, обеспечивают высокую скорость передачи данных при гораздо меньшем энергопотреблении по сравнению с оптопарами. ИС ADuM1301 имеет три изолирующих канала, два их которых используются в данной схеме – один для передачи, другой для приема данных. (Неиспользуемый канал в дальнейшем можно использовать для передачи сигнала разрешения/запрещения передачи данных.) Питание входной части прибора осуществляется с помощью ИС ADP3607-5 – стабилизатора напряжения на переключаемых конденсаторах, который обеспечивает постоянное напряжение 5 В. Линии питания той части прибора, которая подключена к компьютеру, совершенно изолированы от входной части. Питание выходной части прибора может осуществляться от компьютера или от другого источника питания. Питание изолированной части регистратора ЭКГ осуществляется с помощью батареи, которая периодически подзаряжается с помощью зарядного устройства в то время, когда аппарат ЭКГ не используется. Для того чтобы обрабатывать биполярный входной сигнал, усилителям AD620 и OP97 требуется биполярное питание ±5 В. Стабилизатор напряжения на переключаемых конденсаторах ADP3607-5 и инвертор на переключаемых конденсаторах ADP3605 служат для получения стабилизированного двухполярного питания от батареи напряжением 3 В. ИС ADP3607 – удвоитель напряжения со стабилизированным выходным напряжением, обеспечивающий ток до 50 мА. Помимо приборов гальванической развязки цифрового сигнала и безопасного источника питания в схеме имеются резисторы Rx1, Rx2 и Rx3, обеспечивающие безопасность пациента – в соответствии с требованиями стандарта AAMI (Association for the Advancement of Medical Instrumentation) на безопасную величину тока. Эти стандарты требуют, чтобы среднеквадратическое значение тока утечки на землю или тока в аварийном режиме не превышало 50 мкА. Микроконвертер ADuC842 хорошо подходит для решения задач обработки сигнала. Он обладает быстрым 12-разрядным АЦП и другими встроенными высокопроизводительными аналоговыми периферийными устройствами, имеет быстрое ядро типа 8052, 62 кбайт встроенной флэш-памяти программ и еще некоторые полезные функциональные узлы. Программное обеспечение, написанное для процессора 8052, предназначено для обработки цифровых данных и окончательного получения цифрового сигнала для передачи в компьютер.
Рис. 107. Структурная схема кардиографа
Рис. 108. Принципиальная схема кардиографа
Основным направлением в автоматизации сердечно-сосудистой системы является автоматизация обработки полученных данных (ЭКГ и др.), то есть выделение из полученного сигнала диагностических параметров. Для этих целей разрабатываются различные способы, которые комбинируют программные и аппаратные методы. В качестве примера рассмотрим типовой случай – схему определения по сигналу ЭКГ частоты сердечных сокращений (ЧСС). Схема показана на рис. 109 [29].
Рис. 109. Определение ЧСС по ЭКГ
Используются также схемы для выделения из сигнала импульсов искусственного водителя ритма и т. п.
Do'stlaringiz bilan baham: |
