УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ РИТМОГРАММЫ СЕРДЦА

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к конструкции приборов, в которых электрокардиосигнал (ЭКС) преобразуется в удобную для регистрации, наблюдения и анализа форму. Устройство может быть использовано в практической медицине и медико-биологических физиологических исследованиях для наблюдения за характером регуляции ритма сердечной деятельности у больных и здоровых людей, в спортивной и космической медицине, у лиц, работающих в особых условиях и др.
Известно устройство для построения ритмограммы (РКГ) сердца, содержащее электроды, последовательно соединенные основной усилитель, блок фильтров, аналого-цифровой преобразователь, устройство связи и блок анализа сигналов, а также источник питания. Для повышения точности построения ритмограммы сердца за счет исключения потерь измерения и повышения точности сигнала устройство снабжено входным усилителем, устройством устранения дрейфа линии, компенсатором синфазного сигнала [патент RU 2199945, А61В 5/0402]. В качестве источника питания использованы блоки аккумуляторных батарей, один из которых через преобразователь питания соединен с устройством связи, а другой через второй преобразователь питания соединен с блоком анализа сигналов и устройством связи.
Однако указанное устройство не обеспечивает необходимой точности регистрации кардиосигналов, поскольку существуют нарушения ритма, имитирующие межсистолические интервалы, что искажает результат диагностического исследования. Кроме того, устройство возможно использовать только в стационарном режиме, что ограничивает его применение.
Задачей предлагаемого решения является повышение точности устройства, дальнейшей возможности автоматизированной регистрации
информации об интервалах в ритме сокращений сердца, а также обеспечения мобильности устройства за счет возможности конструкции переносной модели и использования его в различных условиях, например, экспедиционных, экстремальных и др.
Указанная задача решается тем, что устройство для построения ритмограммы сердца, содержащее источник питания, последовательно соединенные входной и основной усилитель, блок фильтров, аналого-цифровой преобразователь, устройство связи и блок анализа сигналов, устройство устранения дрейфа изолинии, соединенное управляющим входом с одним из выходов входного усилителя, а выходом - с одним из входов входного усилителя, другие выходы которого соединены с двумя электродами, располагаемыми на поверхности тела пациента, и с входом компенсатора синфазного сигнала, выход которого соединен с электродом на правой ноге пациента, один из выходов блока анализа сигналов через устройство связи соединен с другим входом устройства устранения дрейфа изолинии, и содержащее источник питания, согласно предложению оно снабжено преобразователем сигнала, подсоединяемого к персональному компьютеру (ПК) и который через переходной кабель соединен с устройством связи и блоком анализа сигналов.
Введение преобразователя сигналов, соединенного с устройством связи и блоком анализа сигналов, содержащим микроконтроллер, и подсоединяемого к ПК позволяет организовать обратный вход от ПК в микроконтроллер устройства при необходимости регулировки чувствительности устройства при съеме ЭКС для подбора программными средствами оптимального варианта записи, что повышает точность устройства. Кроме того, введение преобразователя сигналов создает возможность подключение устройства для построения и записи ритмограммы сердца к Note book, которые снабжены USB-портом, что обеспечивает мобильность его применения в различных условиях, например, экспедиционных, экстремальных и др.
Предлагаемое устройство обеспечивает решение задачи построения ритмокардиограммы в реальном текущем времени, что важно для последующего контроля записи для устранения артефактов перед математической обработкой волновой структуры изменчивости продолжительности интервалов. Эти удлинения и укорочения в синусовом узле сердца (СУ) происходят под влиянием трехкомпонентного регулирующего комплекса, в котором каждый из факторов регуляции обусловливает три вида волн, связанных с особенностями скорости прохождения импульсов по морфофункциональным регулирующим образованиям в сердце. При этом, чем точнее съем ЭКС, тем более зависим результат математического анализа от артефактов, которые регистрируются под действием экзогенных и эндогенных стрессов - шум, разговоры, телефонные звонки, движение испытуемого, кашель, глубокие вздохи и др. Они искажают результат исследования и перед анализом должны быть устранены. Построение РКГ в текущем времени с минимальным отставанием обеспечивается предлагаемой полезной моделью.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема устройства.
Устройство для построения ритмограммы сердца содержит входной усилитель (ВУ) 1, устройство устранения дрейфа изолинии (УДИ) 2, управляющим входом подсоединенное к одному из выходов ВУ и выходом соединенное с одним из входов ВУ. Блок УДИ 2, осуществляющий стабилизацию изолинии ЭКС и их корректировку, может быть выполнен в виде управляемого логического переключающего устройства. К выходу ВУ последовательно подсоединены основной усилитель (ОУ) 3, фильтр низких частот (ФНЧ) 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5 и устройство связи 6 с блоком анализа сигналов 7. Один из выходов устройства связи 6 соединено с дополнительным управляющим входом УДИ 2. Устройство связи 6 через преобразователь питания 8 соединено с одним из блоков аккумуляторных батарей 9 и с узлом звуковой и световой сигнализации 10
разряда батарей. Другой преобразователь питания 11 от блока анализа сигнала 7 соединен с другим блоком аккумуляторных батарей 12. Каждый из блоков 9 и 12 имеет схему контроля разряда батарей. ВУ имеет цепь выделения синфазного сигнала, который поступает в компенсатор 13 синфазного сигнала 13 (КСС), который может быть выполнен в виде операционного усилителя.
Устройство снабжено преобразователем сигнала 14, который через переходной кабель соединен с устройством связи 6 и блоком анализа сигналов 7, содержащим микроконтроллер, и соединен с ПК 15.
Устройство для построения ритмограммы работает следующим образом. Электрокардиосигнал (ЭКС), возникающий при сокращении сердца, при помощи электродов, расположенных на поверхности передней стенки грудной клетки пациента, через кабель пациента поступает на входной усилитель 1, затем на управляющий вход УДИ 2, где происходит стабилизация изолинии. Откорректированный ЭКС вновь поступает на входной усилитель 1 и далее, усиленный основным усилителем 3, проходит через фильтр низких частот 4, затем в АЦП 5 на устройство связи 6 и блок анализа сигнала 7 и далее через переходной кабель с преобразователем сигнала, качестве которого может быть использован преобразователь типа USB fo Serial Port converter cable, сигнал поступает на ПК. Устройство УДИ исключает уход изолинии вследствие изменений сопротивлений переходов «кожа-электрод», компенсирует напряжения поляризации, создающие на входных контактах ВУ 1 напряжения смещения, компенсирует медленный дрейф напряжения поляризации. При насыщении входного усилителя и смещении изолинии за пределы линейного участка диапазона в блоке анализа ЭКС, вследствие резкого изменения напряжения поляризации при смещениях электродов из-за движения пациента с блока анализа ЭКС через узел устройства связи на управляющий вход устройства устранения дрейфа изолинии поступает сигнал, который изменяет нижнюю полосу пропускания входного усилителя частоты 0,5 Гц до частоты 5 Гц, что приводит к
быстрому (в течение 0,5 сек.) восстановлению изолинии. Это необходимо для точного расчета ритма сердечных сокращений при проведении тестов во время РКГ-исследования пациента.
Управляющий вход АЦП 5 соединен с микроконтроллером, что позволяет формировать программным способом алгоритмы передачи данных ЭКС с высокой частотой, с тактом меньше 1 мс ± 0,5% и разрядностью 12 Бит.
Такие точности регистрации передачи сигнала ЭКГ по времени и амплитуде обеспечивают возможности эффективной работы компьютерных программ, обеспечивая повышение точности устройства для построения ритмограммы сердца, а именно:
- вывод ЭКГ и РКГ на экран в реальном времени;
- запоминание РКГ в архиве ПК, а также выборочно фрагментов ЭКГ;
- расчеты сердечного ритма сложных РКГ и ЭКГ (при патологиях, в которых требуется сложная фильтрация сигнала для корректного определения ритма и его вариабельности).
Для получения необходимых для работы прибора напряжений использованы преобразователи питания - это стандартные микросхемы, которые преобразуют напряжение аккумуляторных батарей в напряжение уровня, необходимое для работы устройства. Ими могут быть стабилизаторы напряжения. Устройство связи с блоком анализа осуществляет необходимое согласование по току и напряжению сигналов.
Для обеспечения защиты пациента от возможности поражения электрическим током узел связи имеет схему гальванической развязки, выполненную с использованием опто-электронных приборов.
Питание устройства осуществляется от двух аккумуляторных батарей, одну из которых используют для питания гальванически развязанной части, а другую - для питания устройства связи с блоком анализа. Блок аккумуляторных батарей связан с узлом световой и звуковой сигнализации.
Поскольку современные модели персональных компьютеров не имеют Com-портов, а оснащаются USB-портами, возникает проблема организации
обмена информацией USB, сохранив интерфейс RS232. Эта проблема решается в предлагаемой полезной модели использованием переходного кабеля с преобразователем сигналов USB<=>RS232, что обеспечивает следующие преимущества:
- для подключения к ПК в устройство достаточно установить один преобразователь, через который можно подключиться через соответствующие кабели как к Com-порту, так и к USB-порту;
- упрощается схема гальванической развязки, так как в обоих интерфейсах используется одна и та же схема гальванической развязки интерфейса RS232;
- нет необходимости решать проблему программирования контроллера USB;
- возможность использования фирменного драйвера USB, имитирующего виртуальный Com-порт. Это позволяет упростить программное обеспечение ПК, выполняющее прием и обработку информации.