WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |

Для получения высокого входного сопротивления и подавления синфазного сигнала применен дифференциальный усилитель. Для подстройки КОСС служит переменный резистор. Поскольку напряжение поляризации электродов может достигать 0,3 В, коэффициент усиления инструментального усилителя выбран равным 17. Ставить конденсаторы на входах не допустимо, потому что тогда придётся добавить резисторы, через которые входной ток ОУ мог бы стекать на землю, уменьшая входное сопротивление. Конденсаторы между первым и вторым каскадом инструментального усилителя должны были бы иметь слишком большую ёмкость. Поэтому первый разделительный конденсатор 1 мкФ включён между выходом инструментального усилителя и следующим каскадом усиления. С резистором 3,3 МОм постоянная времени равна 3,3 с, что соответствует частоте среза 0,05 Гц. Выходной каскад является неинвертирующим усилителем с усилением 32.

5. Блок изоляции. Формирует гальванический барьер между цепями, присоединёнными к пациенту, и остальной частью схемы. Даже если на пациента случайно будет подано сетевое напряжение, гальванический барьер предотвращает протекание опасного тока на землю самописца или компьютера.

6. Схема компенсации синфазной помехи. Электрод RL подключается либо к земле усилителя, либо к схеме компенсации помехи.

7. Выходной усилитель мощности. Усиливает ЭКГ до входного уровня самописца. Здесь же осуществляется фильтрация, ограничивающая полосу до значений, указанных в табл. 4.1. Часто позволяет добавлять постоянное смещение на выходе, чтобы управлять положением записи на бумаге.

9. Блок памяти. Многие современные кардиографы не только записывают ЭКГ на бумаге, но и сохраняют в памяти. Для этого сигнал подаётся на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), и цифровые отсчёты заносятся в память.

Вместе с ними сохраняется информация о пациенте, введённая с клавиатуры. Всё это происходит под управлением микроконтроллера.

Рис. 4.4. Электронные элементы, используемые для защиты входных цепей Рис. 4.5. Усилитель ЭКГ Параметры системы дискретизации АЦП связаны между собой следующим образом:

М = Dr / (6 1og 2( fs / fa) ), где М – порядок фильтра (крутизна определяется, как 6М дБ/октава); Dr – динамический диапазон системы, дБ; fs – частота дискретизации, Гц; fa – ширина полосы частот входного сигнала, Гц.

С другой стороны, динамический диапазон идеального АЦП с разрядностью N бит определяется как Dr = (6,02N + 1,76) дБ.

Пользуясь этими двумя соотношениями, нетрудно определить минимально допустимую частоту дискретизации для конкретного случая.

Таким образом, если выбирать разрядность АЦП N = 12 и при условии полосы сигнала Fa =100 Гц, то для частоты квантования Fs = 500 Гц необходима реализация фильтра ВЧ 5-го порядка.

10. Микроконтроллер. Управляет работой кардиографа в целом. Когда оператор выбирает тот или иной режим работы, вызывается соответствующая программа. Например, можно заставить прибор записать три 10-секундных фрагмента шести фронтальных отведений, а затем три 10-секундных фрагмента шести грудных отведений. В некоторых кардиографах микроконтроллер осуществляет также анализ ЭКГ: определение частоты сердечных сокращений, распознавание определённых аритмий, определение электрических осей зубцов ЭКГ и временных интервалов между зубцами.

11. Самописец или принтер. Осуществляет запись или распечатку ЭКГ на бумаге. Также распечатывает имя пациента, другую информацию, введённую оператором, и результаты автоматического анализа ЭКГ. В прошлом использовались аналоговые самописцы, современные приборы используют термопечать или электростатические принтеры, в которых единственным механическим узлом является подача бумаги, а печатающая головка неподвижна.

Оцифрованные кардиограммы могут сохраняться на магнитной ленте или диске.

4.2. ЭКГ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ Серийно выпускаемые приборы с относительно низким отношением сигнал/шум не позволяют использовать всю информацию ЭКС, которую можно получить при технически достижимых в настоящее время возможностях электрокардиографов.

Среди методов повышения диагностической информативности электрокардиографии дополнительно усиленная (крупномасштабная) ЭКГ (КМ ЭКГ) заняла прочное место в деятельности научно-исследовательских учреждений и позволила получить важную для диагностики информацию о больных.

Усиленная электрокардиография требует регистрации ЭКГ сигналов с чувствительностью 50…100 мм/мВ. Ясно, что требования к подобного рода аппаратам должны быть иными, чем к типичным электрокардиографам. Такое усиление требуется для выявления низкоамплитудных элементов ЭКГ. Этим можно получить дополнительную информацию об электрической активности миокарда и выработать новые диагностические критерии, способствующие более точной интерпретации изменений ЭКГ.

В клинической электрокардиографии стала классической запись кривых при чувствительности электрокардиографа 10 мм/мВ. Выбор такого усиления не обусловлен какими-либо специальными техническими или медицинскими требованиями. Однако при подобной чувствительности некоторые элементы ЭКГ остаются невыраженными, что приводит к определённым трудностям при их оценке. В серийных приборах максимальная чувствительность ограничена требованиями 20 мм/мВ.

Если рассматривать ЭКГ как стационарный сигнал, то для получения КМ ЭКГ можно было бы использовать и метод так называемого когерентного накопления, основанный на том, что аналоговый ЭКС аналого-цифровым преобразователем превращается в цифровой. При этом случайные помехи при усреднении сигнала погашаются, а полезный сигнал, если исходить из предположения, что он имеет одинаковую величину и время возникновения (т.е. считать, что каждый зубец комплекса QRST одинаков), усиливается по мере увеличения числа обработанных комплексов. Подобный подход подкупает предполагаемой возможностью избавления от помех, сколь угодно большого усиления полезного сигнала и возможностью автоматического вычисления различных ЭКГ-признаков. Поэтому он использовался в системах автоматического анализа ЭКГ и даже с целью выявления потенциалов предсердно-желудочкового пучка (пучок Гиса).

Для приборов подобного высокого класса требования к характеристикам таковы:

- подавление синфазных помех канала – от 80 до 120 дБ;

- уровень собственных шумов – от 10 до 1 мкВ;

Частотные характеристики усилителя соответствуют требованиям:

- полоса пропускания частот может регулироваться, в том числе расширяться в сторону снижения частот до 0 (с ручной компенсацией разностной инфранизкочастотной помехи) и в сторону верхних частот до 2000 Гц;

- максимальная чувствительность – 100 мм/мВ;

- минимальная – 10 мм/мВ;

- погрешность измерения амплитуды сигнала не более 10 – 50 мкВ;

- ошибки измерения интервалов времени, скорости движения носителя, эффективная ширина записи определяются характеристикой регистратора и могут быть не хуже, чем требуется по стандартам для кардиографов 1-го класса точности.

Имеется большое количество факторов, которые следует принимать во внимание при разработке и использовании усилителей биопотенциалов вообще и кардиографов в частности. Эти факторы важны не только для разработчика, но и для оператора, работающего с прибором. Далее мы рассмотрим некоторые проблемы, возникающие при работе с электронными устройствами, и проанализируем их причины.

Внутренние и внешние помехи, влияющие на работу ЭКГ Частотные искажения. Частотная характеристика кардиографа не всегда соответствует стандарту. Ограничение полосы пропускания приводит к искажению формы ЭКГ. При недостаточной полосе в области высоких частот наблюдаются высокочастотные искажения, при которых острые пики сглаживаются, а амплитуда QRS-комплекса уменьшается.

Если полосу ограничить снизу (например, установив рабочий диапазон частот 1…70 Гц), то становятся заметны низкочастотные искажения (например, переходные процессы после пиков). При этом однополярные (монофазные) волны начинают выглядеть как двухполярные (двухфазные). Полоса занимаемых кардиокомплексом частот охватывает от 0,до 800 Гц.

Ограничение сигнала по насыщению усилителя. Высокое напряжение смещения на входе или неправильная настройка могут быть причиной насыщения усилителя, что приводит к очень большим искажениям формы кардиограммы. Если сумма напряжения смещения и амплитуды QRS-комплекса на выходе усилителя превышает его максимальный линейный диапазон, пики QRS-комплекса будут ограничены (срезаны).

Аналогично, при ограничении отрицательной полярности, срезается нижняя часть кардиограммы. Это может выражаться в ограничении S-зубцов либо, как крайний случай, уровень ограничения может быть выше зубцов Р и Т (при этом видны только вершины R-зубцов).

Петли заземления. Во время записи ЭКГ пациент бывает подключён не только к кардиографу, но и к другой аппаратуре. Каждый прибор имеет собственное присоединение к земле.

Земляная петля (земляной контур) возникает тогда, когда к пациенту подключён кардиограф и другой прибор, причём оба имеют земляной электрод. Кардиограф присоединён к защитной земле сети через заземлённый контакт розетки, в которую он включён. Другой прибор также имеет соединение с защитной землей сети, но в другой точке. Между этими заземлениями может существовать разность потенциалов, и через тело пациента будет протекать ток с одной земли на другую. Этот ток не только нежелателен с точки зрения безопасности, но и создаёт на входах кардиографа синфазное напряжение.

Если КОСС усилителя недостаточен, то помеха появится и на выходе. Следует учесть, что цепи пациента отделены от сетевой части прибора гальваническим барьером и не имеют электрического соединения с проводом защитного заземления. Этот барьер имеет проходную ёмкость, так что на частоте 50 Гц через него течёт некоторый ток, но всё же не такой величины, чтобы угрожать безопасности пациента.

Разрыв по входу. В результате неосторожного обращения один из проводов обрывается или теряет контакт с электродом. Поля сетевой частоты, источником которых является электропроводка или аппаратура, создают на входе усилителя наводку большой амплитуды. В результате запись вместо полезного сигнала содержит только мощную помеху сетевой частоты. Такое случается и тогда, когда электрод отрывается от тела пациента.

Электрические помехи большой амплитуды. В ходе записи ЭКГ может потребоваться применение дефибриллятора.

К груди пациента прикладывается высокое напряжение. Во время разряда напряжение на входах кардиографа может на несколько порядков превышать обычные значения. Помехи большой величины могут быть вызваны и другими причинами. При этом перо кардиографа резко отклоняется «до упора» в результате перегрузки.

Помимо перечисленных проблем, необходимо учитывать ряд существенных особенностей источника возбуждения.

Нестабильность внутреннего сопротивления. Нестабильность внутреннего сопротивления возникает за счёт изменения сопротивления перехода электрод – кожа. При этом нужно считаться с большими значениями междуэлектродных сопротивлений и их разбалансом в системе отведений ЭКС. Межэлектродное сопротивление, включающее сопротивление переходов кожа – электрод, соответствует внутреннему сопротивлению источника возбуждения УсЭКС и изменяется в значительных пределах. Для технических расчётов обычно принимают диапазон 5…100 кОм.

Образование напряжения поляризации. На переходах кожа – электрод образуются напряжения поляризации, создающие на входных контактах УсЭКС напряжение смещения, достигающее ±300 мВ. Такое напряжение может вызвать насыщение усилителя.

Смещение электродов. Возникает медленный дрейф напряжения поляризации при смещениях электродов из-за движения больного. Скачки напряжения поляризации создают трудно устранимые электрические помехи.

Биологические и физиологические помехи возникают из-за наличия напряжений помех, попадающих на входные зажимы УсЭКС синфазно и противофазно. Помехи могут быть биологического и физиологического происхождения:

- к биологическим помехам относятся биопотенциалы других органов и мышц (влияние противофазных помех биологического происхождения можно уменьшить фильтрацией, уменьшением площади электродов и их оптимальным расположением);

- к физическим – наведение 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. Уменьшение влияния противофазных помех физического происхождения достигается методами экранирования, компенсации и др.

Импульсные помехи. Импульсные помехи возникают при воздействии на объект терапевтических аппаратов: кардиостимулятора и дефибриллятора. Попадая на вход УсЭКС, артефакты импульсов кардиостимулятора искажают ЭКС и вызывают в ряде случаев ложное обнаружение кардиокомплекса, а импульсы дефибриллятора могут повредить входные цепи УсЭКС.

Помехи от различной электромедицинской аппаратуры. Возможны помехи, проникающие в электрокардиограф по электрической сети и (или) по эфиру. Такие помехи возникают в результате образования магнитных полей, неисправности сетевых фильтров или применения неправильных методик при проведении физиотерапевтических процедур высокочастотной аппаратурой, эксплуатации электроножей, рентгеновской аппаратуры и др. При обнаружении таких помех необходимо найти источник помехи, отключить его и, в случае неисправности, направить прибор в ремонт.

Очевидно, что переносный электрокардиограф, отвечающий изложенным выше требованиям, должен иметь особые качества:

- возможность работать от автономных источников питания (батареи или аккумулятора);

- малая масса (у современных аппаратов – 1–2 кг);

- возможность работать длительное время без перезарядки аккумуляторов, при этом важно найти целесообразное соотношение между массой и мощностью батарей;

- необходимость выдерживать механическое воздействие (тряску, удары).

Переносный одноканальный электрокардиограф является важным подспорьем врачу, работающему в обычных условиях. Однако одноканальный аппарат не пригоден для более сложной диагностики. Для этого применяют многоканальные (трёх-, четырёх-, шести- и восьмиканальные) аппараты и кардиокомплексы, построенные на основе персональных компьютеров.

4.3. ЭЛЕКТРОКАРДИОМОНИТОРЫ В некоторых ситуациях необходима непрерывная регистрация ЭКГ и ЧСС пациента. При применении общего наркоза анестезиолог следит по ЭКГ за состоянием пациента на операционном столе и во время выхода из наркоза. Наблюдение в течение нескольких дней за ЭКГ и ЧСС пациента, перенесшего инфаркт миокарда, позволяет вовремя обнаружить угрожающие жизни аритмии. Во время родов изменение ЧСС плода является ранним индикатором недомогания плода.

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.