Дипломная работа: Дистанционный комплекс контроля функционального состояния

Таблица.1.1 - Классификация методов дистанционного анализа ЭКГ

Классификационный признак	Известные варианты реализации
1	2
Среда передачи	Радиоканал с малым радиусом действия Радиоканал с большим радиусом действия Телефонные линии общего пользования Выделенные проводные линии
Методы передачи	Аналоговые Цифровые
Число одновременно передаваемых сигналов	Одноканальные Многоканальные
Характер приемного оборудования	Специальное оборудование приемного Стандартные устройства общего оборудования назначения (факс, твейджер)

В настоящее время наибольшее распространение получили системы передачи ЭКГ по телефону, что обусловлено повсеместной доступностью и относительной дешевизной проводной телефонной связи.

Радиоканальные системы используются реже, однако их достоинство неоспоримо, когда необходимо обеспечить естественную мобильность передающей стороны при длительном мониторировании в реальном времени активно перемещающихся пациентов (системы с малым радиусом действия) или при поддержке мобильных бригад скорой помощи (системы с большим радиусом действия).

Система дистанционного мониторинга параметров центральной гемодинамики согласно рисунку 1.1 включает в себя носимый пациентом 1 портативный реокардиомонитор с приемопередатчиком 2, осуществляющий измерение и передачу реограмм и электрокардиограмм с единой электродной системы, а также центральный монитор 3 и базовую станцию 4, обеспечивающие прием, обработку и визуализацию полученных данных в реальном масштабе времени. Разработанный радиотелсметрический протокол с временным разделением каналов позволяет мониторировать одновременно до четырех пациентов.

Рисунок 1.1 - Биорадиотелеметрическая реокардиомониторная система

В канале импедансного измерительного преобразователя применена новая технология формирования трехуровневых зондирующих токов и стробируемого синхронного детектирования. Синтез трехуровнего зондирующего тока, управление синхронным детектированием и аналого-цифровым преобразованием, формирование радиотелеметрического протокола осуществляет микроконтроллер AT90S1200. Основные достоинства, определившие выбор данного микроконтроллера, - возможность работы от напряжения 3В с целью снижения потребляемого модулем тока, высокая производительность (при тактовой частоте 7,4 МГц время выполнения одной команды от 135 нс), развитая система команд, а также доступные и удобные средства проектирования и отладки [4].

Технически новым решением для разработанного реокардиомонитора является нормирующий фильтр-усилитель на выходе синхронного детектора представленный на рисунке 1.2, который позволяет использовать один канал для полного реографического сигнала, не разделяя его на базовый импеданс и пульсовую составляющую реограммы, тем самым сокращены аппаратные затраты и количество передаваемых каналов. Кроме того, повышение частоты среза аналоговых фильтров верхних частот до 1,8 Гц с последующей программной коррекцией линейных частотных искажений сигналов дает возможность применения удовлетворяющих требованиям компактности конденсаторов с меньшими размерами.

Рисунок 1.2 - Нормирующий фильтр-усилитель

Система аналого-цифрового сбора данных реализована на четырехканальном 16-разрядном АЦП последовательных приближений AD974, имеющем встроенный источник опорного напряжения, входной мультиплексор, устройство выборки-хранения и последовательный цифровой интерфейс. Данная микросхема может функционировать от одного источника питания 5В и имеет режим пониженного потребления.

Использование 16-разрядного АЦП позволяет увеличить допустимый размах входных, сигналов в 16 раз по сравнению с ранее применяемым 12-разрядным АЦП, что значительно снижает вероятность искажения реограммы свободно перемещающегося пациента в силу ограниченного динамического диапазона АЦП.

Достоинства: исключение «привязки» обследуемого к диагностической аппаратуре обеспечивает естественную подвижность пациента при выполнении им функциональных проб, тестовых профессиональных операций и других диагностических, профилактических и лечебных мероприятий, улучшает качество жизни пациентов, и в то же время позволяет врачу оперативно получать объективную картину состояния сердечно-сосудистой системы, применение для обработки полученной информации компьютера, высокая скорость передачи данных, возможность одновременного мониторинга нескольких пациентов.

Недостатки: ограниченный ресурс автономного источника питания, аналоговые фильтры инфранизких частот содержат крупногабаритные компоненты, что не удовлетворяет требованиям портативности, в условиях, естественной подвижности пациента существует вероятность искажения диагностических реограм.

1.2 Приборы для дистанционной регистрации биосигналов

Устройство регистрация артериального пульса и частоты дыхания. Логический блок анализа сигналов, выполненный на базе ЭВМ с высокой степенью точности и надежности, автоматически обрабатывает квадратурные составляющие, выделяя фазу отраженного сигнала и раздельно регистрируя параметры процесса дыхания и пульса. На рисунке 1.3 представлена блок-схема устройства для доплеровской локации.

Наблюдение за артериальным пульсом и процессом дыхания для исследования психофизического состояния осуществляется следующим образом. Деятельность сердечнососудистой системы и дыхание оказывают комбинированное воздействие на кожный покров, проявляющееся в виде колебательных микроперемещений кожи. Для получения информации о параметрах процесса дыхания и пульса определяют микроперемещения кожного покрова путем его облучения с использованием доплеровского локатора электромагнитной волной сверхвысокой частоты в диапазоне от 10 до 100 ГГц. При этом выделяют изменение фазы отраженного сигнала (которое линейно связано с изменением расстояния до облучаемого объекта), путем его разложения на квадратурные составляющие sin и cos, корректировки (фильтрации путем вычитания низкочастотного тренда) и преобразования синусной ( и косинусной ) квадратурных составляющих сигнала в аргумент его фазы вычисляемый в блоке выделения фазы как арктангенс отношения квадратурных составляющих сигнала в аргумент его фазы., вычисляемый в блоке выделения фазы как артктангенс отношения квадратурных составляющих . Затем из полученного непрерывного сигнала, характеризующего изменение фазы за счет перемещения отражающего объекта (т.е. облучаемого участка кожи), выделяют составляющие процессов дыхания и пульса, регистрируют параметры процесса дыхания (в виде кривой дыхательной экскурсии) и пульса (в виде кардиоинтервалов) и по ним оценивают психо-физиологическое состояние исследуемого объекта, используя известные в медицине методики.

Рисунок 1.3 - Устройство регистрация артериального пульса и частоты дыхания

1 - СВЧ-генератор; 2 – вентиль; 3 - направленный ответвитель; 4 - передающую антенну; 5 - блок выделения квадратурных составляющих, доплеровского сигнала, 6 - приемную антенну; 7 - блок фильтрации; 8 - блок обработки; 9,10 – делители; 11,12 - балансные смесители; 13 – фазовращатель; 14,15 - предварительные усилители доплероских частот; 16 - блок выделения фазы; 17 - блок анализа фазы сигналов, который включает блок выделения сигнала о частоте дыхания 18 и блок выделения пульсового сигнала.

Устройство работает следующим образом. Облучение пульсирующего органа (участка поверхности кожи) осуществляется передающей антенной 4. выполненной, например, в виде конического рупора с узкой диаграммой направленности основного лепестка, сигнала сверхвысокой частоты в диапазоне от 10 до 100 ГГц на которую поступает: от передающего СВЧ-генератора 1 через вентиль 2 и направленный ответвитель 3. Отраженный сигнал, содержащий доплеровскую частоту, модулированный периодическими процессами биения пульса (кровотока) и дыхания, воспринимается приемной антенной 6 и поступает на вход блока 5 к делителю 10, который разделяет его на две равные части и направляет на входы балансных смесителей 11 и 12 квадратурных каналов. Опорный сигнал, ответвленный направленным ответвителем 3 от излучаемого сигнала с передающего генератора 1 после вентиля 2, поступает на делитель 9, где разделяется, аналогично делителю 10, на две части, одна из которых направляется на второй вход балансного смесителя 11. а другая через фазовращатель 13 - на второй вход балансного смесителя 12. Квадратурные составляющие доплеровского сигнала с выходов балансных смесителей 11 и 12 поступают на идентичные предварительные усилители доплеровской частоты 14 и 15, где они усиливаются до необходимой величины и затем поступают на блок фильтрации 7, который удаляет низкочастотные смещения относительно нулевого уровня, обусловленные случайными перемещениями облучаемого объекта. С выхода блока коррекции тренда 7 сигналы поступают на блок 16, где преобразуются в текущую фазу отраженного сигнала.

Логический блок анализа 17 состоит из блоков 18 и 19 и обеспечивает выделение составляющих процесса дыхания и пульса и их регистрацию путем обработки сигнала в следующей последовательности. В блоке 18 происходит выделение "дыхательной" компоненты из сигнала текущей фазы ( характеризующего колебательный процесс микроперемещений кожного покрова, путем нелинейной фильтрации и регистрации кривой дыхательной экскурсии, а в блоке 19 из сигнала текущей фазы удаляют "дыхательную" компоненту.