Курсовая работа: Блок микрофонного усилителя фонокардиографа
Фонокардиограф выгодно отличается от человеческого уха тем, что в нем предусмотрено несколько каналов записи звуков, позволяющих путем введения электрических фильтров выделять звуки только необходимой частоты. Таким образом, создается возможность проводить избирательную запись звуков с нужной частотной характеристикой.
Обычно в фоникарднографии предусмотрена регистрации 5 звуковых каналов: первый — аускультативный (А), широкополосный, позволяющий записать звуки сердца приблизительно так, как они воспринимаются человеческим ухом; второй — низкочастотный (Н), пропускающий звуки с частотой около 35 Гц; третий—первый среднечастотный (С1) — от 35 до 70 Гц; четвертый — второй среднечастотный. (С2) —от 70 до 140 Гц; пятый — высокочастотный, записывающий звуки преимущественно с частотой свыше 140 Гц (максимум около 250 Гц).
Существует 2 способа записи ФКГ - двухполярный и однополярный, или запись огибающей. Для врачей - кардиологов более привычным и наглядным является двухполярный способ. Однако на частотах выше 100 Гц электро- механические регистраторы в силу инерционности искажают исходный сигнал или вообще не работают [3]. Поэтому высокочастотные звуки сердца записывают с помощью преобразования ФКГ в псевдо-ФКГ. Сущность такого преобразования заключается в том, что сначала выделяется огибающая сигнала, а затем она заполняется колебаниями специального генератора относительно низкой частоты (ниже предельной частоты регистратора). При этом ФКГ имеет естественную двухполярную форму.
Для ориентировки в фонокардиограмме принято записывать ее одновременно с электрокардиограммой. Это дает возможность быстро находить I и 11 тоны, и по ним определять остальные показатели.
1.2 Анализ нормальной фонокардиограммы
Нормальная фонокардиограмма состоит из двух постоянно присутствующих I и II тонов и из двух пауз: систолической и диастолической. В диастолической паузе иногда встречаются дополнительные диастолические тоны — III, IV и V (экстратоны), а в патологических случаях в диастоле может быть отмечен высокочастотный экстратон — щелчок открытия митрального клапана, или «митральный щелчок», который обозначается как 0S.
До настоящего времени еще нет единства мнений о механизме происхождения тонов сердца и их составляющих. Принято считать, что феномен I тона возникает в результате начального напряжения в изотермической фазе сердечного цикла, закрытия атриовентрикулярных клапанов и открытия клапанов аорты и легочной артерии. Возникновение колебаний II тона связано с захлопыванием полулунных клапанов аорты и легочной артерии, а также с открытием атриовентрикулярных клапанов - митрального и трехстворчатого.
При анализе нормальной фонокардиограммы учитываются следующие показатели: 1) тоны - их амплитуда, расстояние между отдельными осцилляциями, протяженность тона во времени; 2) интервалы - время от начала зубца Q электрокардиограммы до начала первой большой осцилляции I тона («Q - I тон»), время от начала I топа до начала II топа (механическая систола) и время от окончания зубца Т электрокардиограммы до начала первой большой
Рисунок 1.3-Тоны сердца
осцилляции II тона («T-II тон»); 3) шумы - их амплитуда, «форма», положение по отношению к фазам сердечного цикла.
I тон состоит из 6-10 осцилляции, из которых можно выделить 4 типа: начальные, центральные (состоящие из двух групп) и конечные (рис. 1.3). I тон всегда совпадает с комплексом QRS электрокардиограммы. Его начальные колебания состоят из 2-3 осцилляции низкой частоты и амплитуды - около 30 колебаний в секунду - и обусловлены началом сокращения желудочков в изометрической фазе сердечного цикла.
Центральные осцилляции I тона образуются 4-6 колебаниями более высокой частоты-120-150 герц. Их появление связано, главным образом, с захлопыванием атриовентрикулярных клапанов (сначала митрального, затем трехстворчатого). В связи с этим в центральных осцилляциях 1 тона различаются митральный и трикуспидальный компоненты, обусловленные вибрацией створок соответствующих клапанов.
Конечные колебания I тона представлены в виде 2-3 низкочастотных осцилляции (около 30 герц). Их появление связано с колебаниями стенок аорты и легочной артерии и столба крови в них. В норме интервал между отдельными осцилляциями центрального комплекса I тона не превышает 0,02-0,04 секунды. Если этот интервал больше, то это указывает на расщепление 1 тона, что в свою очередь может служить косвенным признаком повышения давления в малом круге кровообращения. Общая продолжительность I тона в норме равна 0,10-0,14 секунды. Интервал Q - I тон в норме не превышает 0,03-0,06 секунды и представляет собой время от начала возбуждения желудочков до захлопывания митрального клапана (период трансформации). На фонокардиограмме он определяется от начала зубца Q электрокардиограммы до начала первой большой осцилляции главного комплекса I тона. Показатель Q - I тон имеет важное значение в диагностике стеноза левого венозного устья. Увеличение этого интервала указывает на сужение левого атриовентрикулярного отверстия. Это объясняется тем, что закрытие митрального клапана может произойти лишь в том случае, когда давление в левом желудочке превысит давление в левом предсердии. При стенозе левого венозного устья создаются условия для повышения давления в левом предсердии, что и ведет к запаздыванию I тона. Считается, что это запаздывание прямо пропорционально степени сужения левого атриовентрикулярного отверстия. При высоких степенях стеноза время Q - I топ может превышать 0,14 секунды.
Амплитуда I тона может варьировать у разных лиц со здоровым сердцем. Это зависит от толщины жирового слоя грудной клетки, наличия эмфиземы легких, степени развития грудных мышц и т.д. Принято сравнивать величину осцилляции I тона с величиной осцилляции II тона, записанных с верхушки сердца на втором среднечастотном тракте (С2). В норме амплитуда I тона в 1,5 раза превышает амплитуду II тона. Усиление I тона может наблюдаться при уменьшении диастолического наполнения желудочков кровью, при снижении вязкости крови (анемии). Амплитуда I тона может быть снижена при недостаточности митрального клапана, при дистрофических изменениях миокарда, а также в результате экстракардиальных причин: выпот в плевральную или в перикардиальную полости и др. При мерцании или трепетании предсердий интенсивность I тона непостоянна.
II тон возникает или непосредственно после окончания зубца Т электрокардиограммы, или через 0,02-0,04 секунды. Его общая продолжительность составляет 0,07 0,02 секунды. II тон состоит из 4-6 среднечастотных осцилляции (100-150 герц). Обычно в норме можно различить несколько составляющих II тона начальная часть II тона (а1) состоит из 2 - 3 осцилляции низкой частоты и амплитуды. Они обусловлены началом изометрического расслабления желудочков.
Главная часть II тона состоит из 2-3 колебаний средней частоты (100 -150 Гц) и амплитуды. Эта часть II топа обычно состоит из 2 компонентов: аортального и нульмонального, которые возникают вследствие захлопывания соответствующих клапанов. Расстояние между аортальным и пульмональным компонентами в норме не превышает 0,02-0,03 секунды. Увеличение этого интервала указывает на расщепление II тона и может быть следствием повышения давления в малом круге кровообращения. В этих случаях часто увеличивается и амплитуда пульмонального компонента II тона. Если в норме она достигает лишь половины аортального компонента, то при легочной гипертензии может быть равна ему и даже превышать. Чем выше гипертензия в малом круге кровообращения, тем выше амплитуда пульмонального компонента II топа и тем больше его запаздывание по отношению к аортальным осцилляциям. Другими словами, расщепление II тона может достигать 0,05 и даже 0,11 секунды [4].
Конечная часть II тона обусловлена открытием атриовентрикулярных клапанов и началом наполнения желудочков кровью. Эта часть II тона образована 2-3 колебаниями низкой частоты и небольшой амплитуды.
2 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
Фонокардиография представляет собой метод графической регистрации звуков, возникающих при работе сердца. Этот метод позволяет выявить механические дефекты (пороки) сердца, при которых кардиограмма может оказаться практически нормальной. Фонокардиография регистрируется с помощью соответствующего прибора – фонокардиографа.
Фонокардиограф состоит из микрофона, усилителя, системы частотных фильтров и регистрирующего устройства рис.2.4. Микрофон устанавливают на грудной стенке в общепринятых точках аускультации сердца. Звуковые колебания, преобразованные микрофоном в электрические, усиливаются и передаются в систему частотных фильтров, которые выделяют из всех звуков ту или иную группу частот и пропускают их на различные каналы регистрации. Это позволяет избирательно записывать низкие, средние и высокие частоты звуков. Для четкой передачи всех колебаний сердечных звуков, достигающих по своей частоте 800—1200 Гц, регистрирующее устройство должно иметь малую инерционность. Поэтому механическая запись чернильным или тепловым пером недостаточно удовлетворительна.
Рисунок- 2.1- Структурная схема фонокардиографа
Звуковые сигналы через микрофон М поступают на микрофонный усилитель МУ в котором происходит усиление сигнала, а затем на блок фильтров, где с помощью различных видов фильтров выполняется частотная фильтрация. На регистрирующее устройство поступает сигнал, который отфильтровали по частоте и убрали частоты, где заведомо могла пройти помеха.
Целью комплексной курсовой работы является разработка и расчет системы фильтров фонокардиографа. За основу разработки был взят фонокардиограф «ФКГ-01», структурная схема которого представлена на рис. 2.5.
Рисунок 2.2- Структурна схема фонокардиографа "ФКГ-01"
1-калибратор; 2-микрофон; 3-блок микрофонного усилителя; 4-блок полосовых фильтров; 5-блок фильтров верхних частот; 6-блок ЗКГ; 7-блок усилителей приставок; 8-блок усилителей приставок; 9-блок программ; 10-блок генератора; 11-блок питания.
Звуковые сигналы через микрофон М поступают на микрофонный усилитель МУ и затем параллельно на блок полосовых фильтров и блок фильтров верхних частот. Блок программ (группа контактных переключателей) подключает один из фильтров и блок ЭКГ (каждый раз). Может быть использована дополнительная усилительная приставка УП. Фонокардиограф имеет выходы на осциллоскоп и регистратор. В комплект входят генератор калибровочных сигналов ГКС и телефон Т [5].
Для оценки фонокардиографа и полученных с его помощью данных, характеризуется в первую очередь фильтры, а также исполнение микрофона и микрофонного усилителя.
Удобно представлять частотную характеристику в виде графика, демонстрирующего чувствительность на разных частотах, т.е. величину сигнала на выходе при подаче на вход сигнала постоянной величины. Частотную характеристику фонокардиографа выражают амплитудой записи звуков различной частоты при неизменном звуковом давлении (в относительных величинах, например, в процентах к максимальной амплитуде в исследуемой полосе частот). Этот же график показывает, как должно изменяться звуковое давление, чтобы компенсировать осуществляемое фильтром подавление, т.е. чтобы амплитуда записи оставалась постоянной на всех частотах. Именно так при постоянной амплитуде записи удобнее проводить исследование частотных характеристик фонокардиографа.