Ktu, Telekomunikacijų ir elektronikos fakultetas

EKG MONITORINGO SITEMA
N. Zableckis, RT 1/2 gr.
Konsultantas Gintautas Balčiūnas, RM 3/2 gr.
Įvadas
Elektrokardiograma (EKG) suteikia daug informacijos apie širdies veikimą, jos sutrikimus, bei kai kurias ligas. Geresnė elektrokardiogramos analizė leidžia tiksliau diagnozuoti širdies ligas ir prognozuoti jų eigą, nustatyti tikimybę žmogui susirgti tam tikra liga. Vis daugiau atsiranda kardiologinių telekonsultacinių sistemų, į kurias įsijungia nauji vartotojai; kuriamos įvairios duomenų bazės, saugančios ir galinčios pateikti tikslią informaciją apie pacientą. Todėl, elektrinių širdies signalų registravimas yra itin svarbus šių dienų medicinoje.
Sistemos veikimo principas
1 pav. Bendra EKG telemonitoringo schema
Aprašomos sistemos pagrindą sudaro diferencialinis stiprintuvas, analoginis/skaitmeninis keitiklis, RS232 sąsajos adapteris ir programinė įranga. Diferencialinis stiprintuvas sumontuotas, panaudojant mažų savųjų triukšmų kompanijos Analog Devices operacinius stiprintuvus. Analoginis ir skaitmeninis keitiklis ir RS232 adapteris sumontuoti naudojant minimalią elementų bazę siekiant užtikrinti mažą gaminio kainą ir nedidelius prietaiso matmenis. Monitoringo programa pilnai veikia tiek su stacionariu PC tiek ir su nešiojamu kompiuteriu. Atsižvelgiant į įvairius pasiūlymus ir galutinę gaminio paskirtį ji gali būti pritaikyta automatiškai įvertinti elektrokardiogramos ritmą o atsiradus nepageidautiniems pakitimams apie tai informuoti pacientą ir duomenis siųsti gydytojui.
Konstrukcijos ypatumai
Pirmoji problema, su kuria susiduriama, tai, kad širdies signalo amplitude labai nedidelė (0,5 – 4 mV). Toks signalas yra lengvai iškraipomas pašalinių trukdžių (elektros tinklo, įvairių buitinių prietaisų ir pan.). Todėl lemiamą įtaką galutinio signalo kokybei turi elektrodai. Svarbu, kad elektrodų kontaktai turėtų gerą elektrinį laidumą (paprastai būna padengti sidabru), nesudaryti su oda galvaninio elemento; laidai, jungiantys elektrodus su pradiniu stiprintuvu turi būti kiek galint trumpesni ir gerai ekranuoti.
Pradinis stiprintuvas taip pat turi turėti geras stiprinimo charakteristikas, bei įnešti kiek galint mažesnius papildomus iškraipymus. Todėl buvo pasirinktas mažatriukšmis (0,28 V p-p, prie 0,1 Hz – 10 Hz) instrumentinis stiprintuvas.
2 pav. EKG stiprintuvo principinė schema
Tam, kad apsaugoti stiprintuvą nuo statinio elektros krūvio, schemoje panaudoti diodai, kurie riboja įtampą prieš stiprintuvo įėjimą.
Tačiau, kad ir kokie kokybiški elektrodai ir stiprintuvas bebūtų, reikia įvertinti ir tai, kad žmogus taipogi yra laidininkas ir tuo pat metu savotiška „antena“, kuri priima įvairias elektromagnetines bangas. Tuo tarpu naudingo EKG signalo juostos plotis 0,1 – 250 Hz (standartinio klinikinio elektrokar-diografo juosta 0,05 – 100 Hz). Darbe panaudotas žemo dažnio filtras, kurio juosta 0,1 – 50 Hz.
3 pav. Žemo dažnio filtras
Praktiškai tokio filtro naudingumą matome 4 pav.
a) b)
4 pav. EKG signalas: a) nenaudojant filtro; b) panaudojus filtrą
Toliau EKG signalas yra diskretizuojamas, ir per RS232 sąsają siunčiamas į kompiuterį. Tam, kad signalas būtų atvaizduotas kokybiškai, diskretizacijos dažnis turi būti ne mažesnis nei 300 Hz per sekundę. Tam buvo panaudotas mikrovaldiklis ATmega 8, turintis 10 bitų analoginį/skaitmeninį keitiklį, bei programuojamą USART (The Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter). Šis sprendimas leido sumažinti bendrą stiprintuvo dydį, bei kainą.
Kompiuterinė programa
Programa, parašyta kompiuteriui, pasižymi paprastumu ir leidžia signalą atvaizduoti grafiškai, bei išsaugoti duomenis. Atskirais atvejais jos funkcijos gali būti praplėstos skaitmeninio signalo filtravimo algoritmu, duomenų apie pacientus baze, EKG signalo analize ir pan.. Tačiau visos šios papildomos funkcijos apsprendžia programos dydį, kuris turėtų svarų minusą, naudojant ją PDA ar Pocket PC tipo kompiuteriuose. Todėl buvo pasirinktas paprastesnis programos variantas.
5 pav. Bendras programos vaizdas
Išvados
Kompiuterinių ir informacinių technologijų atsiradimas suteikė naujų galimybių diagnozuojant širdies ligas. Laiku pastebėti širdies sutrikimai gali užkirsti kelią sunkesniems ligos padariniams ar net išgelbėti gyvybę. Aprašoma sistema užtikrintų lankstesnį pacientų aptarnavimą, kartu sutaupant tiek gydytojo, tiek ir ligonio laiką.
Literatūra
J. C. Lin. “Applying telecommunication technology to health-care delivery.” IEEE Eng. Med. Biol. Mag., vol. 18, no. 4, pp.28-31, Jul./Aug. 1999.
http://lina.ee.ntu.edu.tw/course/
www.biomed.mtu.edu.au/osoykan/classes/be304/week3/week3.htm
www.analog.com
A PC based ECG tele-monitoring system
The prototype of the PC based ECG monitor has been developed and tested. Combined with a GSM and GPS module, the monitoring device can be converted into an emergency care system. There would be a lot of use for this product in a hospital or other areas where constant health monitoring is needed. Hardware/Software design for biomedical needs.
|