Измеритель-
ный прибор
Блок Установка
Блок установки
фильтров порога
пределов ЧСС и
сигнализации
Рис. 2 Структурная схема аналогового кардиомонитора
Инструментальные КМ исторически были первыми. Они характеризуются
полностью аппаратными средствами реализации, использующими аналоговые
методы обработки ЭКС и отображения информации. В инструментальных КМ могут
быть использованы цифровые средства отображения и измерения параметров,
основанные на «жесткой» логике, т. е. без возможности изменения программ
обработки, свойственной вычислительной технике на основе ЭВМ. Упрощенная
структурная схема инструментального КМ приведена на рис. 2
В инструментальных КМ применяются аналоговая обработка ЭКС, основанная
на обнаружении R-зубцов методом частотной и амплитудно-временной селекции.
Этот метод обладает высокой помехоустойчивостью, но вносит в ЭКС
значительные искажения, что не позволяет достоверно дифференцировать
нормальные и патологические желудочковые комплексы. Поэтому КМ такого типа
в основном позволяют вести наблюдение ЭКГ по экрану ЭЛТ, измерять ЧСС и
классифицировать фоновые нарушения ритма по установленным порогам для ЧСС.
Примером такого КМ может служить ритмокардиометр РКМ-01.
Рассмотренные КМ не позволяют классифицировать аритмии по типу случайных
событий, многие из которых можно обнаружить на основании автоматического
анализа RR-интервалов. Применение цифровых схем на жесткой логике в блоке
формирования диагностических заключений (см. рис. 1) позволило создать
простой КМ — ритмокардиоанализатор РКА-01, который позволяет обнаруживать
экстрасистолы и выпадения QRS-комплексов.
В кардиосигнализаторе КС-02 экстрасистолы и выпадения.. QRS-комплексов
обнаруживаются путем преобразования интервалов в амплитуду пилообразного
напряжения и сравнения ее с пороговыми значениями.
Инструментальные КМ имеют ограниченные функциональные и технические
возможности и на настоящем этапе не удовлетворяют, медицинским задачам.
Вычислительные КМ позволяют решать значительный круг медицинских,
технических и эксплуатационных задач при помощи, ЭВМ, т. е. программным
способом, что позволяет расширять классы обнаружения аритмий за счет
усложнения алгоритмов. Функции вычислительной техники в КЧ сводятся к
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
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
Страницы: 1, 2, 3
