СТЕНД ДЛЯ ПРОВЕРКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСТИМУЛЯТОРОВ

Полезная модель относится к медицине, а именно к испытательной технике, и может быть использована для тестирования электрокардиостимуляторов (ЭКС).
В качестве ближайшего аналога рассмотрено решение, известное из документа RU 148990 U1, 20.12.2014, где описан стенд для имитации перемещения ЭКС на поверхности эпикарда и имитации движения тела пациента с формированием тестового сигнала и контролем параметров электрических импульсов стимуляции на каналах ЭКС, содержащий платформу для установки ЭКС, на которой закреплены двигатели для обеспечения движения платформы. Платформа снабжена осциллографом для контроля сигналов от ЭКС.
Основным недостатком известного стенда является невозможность поблочного тестирования ЭКС.
Предлагаемый стенд имеет следующие отличия от рассматриваемого прототипа. Электрокардиостимулятор устанавливается на платформу, совершающую возвратно-поступательное перемещение для имитации смещения эпикарда за цикл сердца. Модель содержит вторую платформу для имитации изменения положения тела во время физической нагрузки, на которую установлена платформа имитации смещения эпикарда и ее электропривод. Стенд снабжен генераторами сигналов произвольной формы для имитации сигналов электрической активности сердца и осциллографами для контроля и измерения электрических параметров импульсов стимуляции от ЭКС. Управление стендом производится от ЭВМ, входящей в состав стенда.
Техническим результатом является возможность выполнять исследование и контроль отдельных блоков стимуляторов, а также осуществлять выходной контроль стимулятора в сборе.
Технический результат достигается за счет выполнения стенда с возможностью имитации ускорений, воздействующих на ЭКС при сокращении сердца и перемещении тела человека во время физической нагрузки. Стенд содержит первую платформу для закрепления на ней ЭКС, она установлена жестко относительно второй платформы на оси вращения моментного электродвигателя с резольвером, закрепленным на ней акселерометром. Двигатель закреплен на второй платформе, которая выполнена с возможностью возвратно-поступательных перемещений в одном направлении в горизонтальной плоскости, с установленным на ней акселерометром. При этом обеспечивается поворот оси перемещения первой платформы относительно оси перемещения второй платформы на фиксированный угол в горизонтальной плоскости.
Устройство предназначено для воспроизведения перемещения объекта в данном варианте реализации стенда - одно- или двухкамерного электрокардиостимулятора, оснащенного электромеханическим МЭМС-преобразователем, имитации ускорений, воздействующих на ЭКС и преобразователь от сокращения сердца и перемещения тела человека во время различной физической нагрузки (бег, ходьба и т.д.), с одновременной имитацией электрокардиосигнала и измерением параметров стимулирующих импульсов, формируемых ЭКС на каналах А и V. Его использование при создании искусственных водителей ритма (электрокардиостимуляторов) позволит тестировать аппаратное и программное обеспечение ЭКС с электромеханическими преобразователями перемещения эпикарда в электрическую энергию для питания ЭКС.
Стенд проверки одно- и двухкамерных ЭКС с МЭМС-преобразователем включает (фиг. 1):
1 - Блок коммутации. Обеспечивает переключение режимов работы стенда, сопряжение и коммутацию приборов и оборудования для контроля параметров и режимов работы стимуляторов.
2 - Программатор. Осуществляет программирование параметров стимулятора. Считывает контролируемые параметры.
3 - Проверяемое устройство (ЭКС).
4 - Монитор ПЭВМ.
5 - Системный блок ПЭВМ.
6 - Штатив для размещения программатора над ЭКС.
7 - Клавиатура ПЭВМ.
8 - Осциллограф. Контроль и измерение параметров импульсов стимуляции А-канала и рефрактерного периода.
9 - Осциллограф. Контроль и измерение параметров импульсов стимуляции канала V и рефрактерного периода.
10 - Генератор сигналов произвольной формы для проверки канала А.
11 - Генератор сигналов произвольной формы для проверки канала V.
12 - Генератор сигналов произвольной формы для формирования AV-задержки.
13 - Источник питания.
14 - Частотомер электронно-счетный. Обеспечивает измерение параметров длительности импульсов стимуляции при проверке канала А.
15 - Частотомер электронно-счетный. Обеспечивает измерение параметров длительности импульсов стимуляции при проверке канала V.
16 - Аккумулятор.
17 - Блок реле. Позволяет по USB-каналу управлять переключениями в блоке коммутации 1 по командам ПЭВМ 5.
18 - Микроамперметр. Контроль токов потребления блоком электроники проверяемого устройства 3.
19 - Подвижная платформа.
20 - Моментный электродвигатель.
21 - Акселерометр.
22 - Платформа.
23 - Акселерометр.
24 - Двухканальный осциллограф.
25 - Генератор сигналов произвольной формы.
26 - Усилитель.
27 - Виброанализатор.
28 - Стол лабораторный. Для размещения приборов и оборудования стенда.
Привод имитации перемещения эпикарда состоит из платформы 19 (далее - платформа Э) с закрепляемым на ней ЭКС 3, установленной на оси вращения моментного электродвигателя с резольвером 20. Ускорение, развиваемое платформой 19, измеряется закрепленным акселерометром 21. Двигатель 20 закреплен на платформе 22 (далее - платформа Ч), совершающей возвратно-поступательные колебания в одном направлении в горизонтальной плоскости. Ускорение, развиваемое платформой 22, измеряется установленным акселерометром 23.
Описание работы стенда: режим имитации электрокардиосигнала.
Осциллограф 8, генератор 10 и частотомер 14 обеспечивают контроль и измерение электрических параметров канала А (предсердный канал) стимулятора: амплитуда, длительность и порог следования стимулирующих импульсов, порог чувствительности по входу и рефракторный период.
Осциллограф 9, генератор 11 и частотомер 15 обеспечивают контроль и измерение электрических параметров канала V (желудочковый канал) стимулятора: амплитуда, длительность и порог следования стимулирующих импульсов, порог чувствительности по входу и рефракторный период.
Генератор 12 обеспечивает формирование интервала AV (предсердно-желудочковый интервал).
Источник питания постоянного тока 13 предназначен для питания блока коммутации 1.
Источник питания 16 через регулятор постоянного напряжения обеспечивает электропитание блока управления стимулятора. Микроамперметр 18 обеспечивает измерение тока потребления блока управления стимулятора.
Управление стендом происходит по командам ПЭВМ. Программное обеспечение стенда обеспечивает управление генераторами и блоком коммутации.
Режим имитации перемещения эпикарда и физической активности.
Стимулятор с МЭМС-преобразователем или только МЭМС-преобразователь жестко закрепляется на платформе 19, при этом возможен поворот объекта испытания относительно оси перемещения платформы Э на фиксированный угол в горизонтальной плоскости. Поворот платформы Э осуществляется моментным двигателем с резольвером 20. Линейное ускорение, развиваемое платформой 19, измеряется акселерометром 21. Платформа Э жестко закрепляется на платформе, совершающей возвратно-поступательные перемещения и имитирующей физическую активность человека 22, при этом возможен поворот оси перемещения платформы Э относительно оси перемещения платформы Ч на фиксированный угол в горизонтальной плоскости. Линейное ускорение, развиваемое платформой 22, регистрируется закрепленным на ее поверхности акселерометром 23. Параметры циклограммы перемещения для платформы Э задаются генератором сигналов специальной формы 25. Сигнал от генератора через блок усиления 26 поступает на двигатель 20, управляющий перемещением платформы Э. Управление генератором 25 производится по интерфейсу USB от ПЭВМ 5 со специализированным программным обеспечением. Установка параметров перемещения платформы Ч осуществляется вручную на панели управления платформы. Контроль параметров перемещения платформы Э и платформы Ч осуществляется виброанализатором 27 по показаниям датчиков 21 и 23.
Платформа 22 на базе горизонтального лабораторного шейкера позволяет совершать горизонтальные колебания амплитудой от 25 до 70 мм с шагом 15 мм. Амплитуда колебаний регулируется вручную переключателями на панели управления шейкером.
Порядок работы со стендом в режиме имитации перемещения эпикарда и физической активности.
В начале работы стенд находится в обесточенном состоянии. На платформу 19 устанавливают и закрепляют исследуемый МЭМС-преобразователь. Выход преобразователя подключают ко входу осциллографа 24 для измерения величины и формы ЭДС, развиваемой преобразователем. Подают питание на осциллограф 25, виброанализатор 27. Включают ПЭВМ и запускают программу управления моментным двигателем 20. Подают питание на усилитель сервопривода 26. В программе управления моментным двигателем устанавливают необходимые параметры перемещения: угол поворота и скорость. Поскольку платформа имитирует квазилинейное перемещение исследуемого преобразователя, по сути являющегося сегментом окружности, угол поворота платформы 19 может быть определен исходя из необходимой длины окружности по формуле:
Длина окружности L вращения платформы 19 составляет:
где R - расстояние от оси вращения платформы до места крепления МЭМС-преобразователя. R=150 мм. Тогда в соответствии с (1) длина окружности L=2×3,14×150=942 мм.
Требуемый угол поворота составляет:
где 1 - длина сегмента окружности (требуемое перемещение).
Питание подают на генератор 25 и запускают исполнение программы на ПЭВМ. Платформа начинает совершать колебательные движения в установленном угловом диапазоне, имитируя смещение эпикарда. Величину и форму ЭДС контролируют по показаниям осциллографа 24.
Для имитации физической активности и наблюдения за влиянием на параметры ЭДС используется подвижная платформа 19 с акселерометром 21. Допускаются включение и отключение перемещения платформы 22, а также изменение параметров ее перемещения при перемещении платформы 19.
Порядок работы со стендом в режиме имитации электрокардиосигнала.
Подготовка генераторов сигналов произвольной формы 10, 11, 12.
Для подготовки генераторов при проведении проверок порога чувствительности необходимо выполнить на ПЭВМ 5 команду, в результате которой в генератор 10 будет внесена настройка на выдачу тестового сигнала длительностью 20 мсек, используемого для проверки чувствительности к Р-волне, в генератор 11 будет внесена настройка на выдачу тестового сигнала длительностью 40 мсек, используемого при проверке порога чувствительности к R-волне. Генератор 12 устанавливает период следования импульсов для генераторов 10 и 11 на величине 857 мсек, что соответствует частоте сердечных сокращений (ЧСС) 70 уд./мин. Амплитуда тестовых сигналов генераторов 10 и 11 устанавливается вручную при проведении проверки.
Для подготовки генераторов при проведении проверок рефрактерного периода необходимо выполнить на ПЭВМ 5 команду, в результате выполнения которой генератор 10 будет выдавать тестовый сигнал длительностью 20 мсек, генератор 11 - сигнал длительностью 40 мсек, а генератор 12 - начальную паузу между сигналами генераторов 10 и 11 длительностью 180 мсек. Запуск генератора 12 осуществляется от выхода ЭКС. Амплитуда сигналов генераторов 10 и 11 устанавливается равной 10 мВ. Пауза между сигналами изменяется вручную при проведении проверки.
Для подготовки генераторов при проведении проверок режимов стимуляции необходимо выполнить на ПЭВМ 5 команду, в результате которой генератор 10 будет настроен на выдачу сигнала длительностью 20 мсек с периодом 857 мсек и амплитудой 10 мВ, генератор 11 - на выдачу сигнала с длительностью 40 мсек с периодом 857 мсек и амплитудой 10 мВ, генератор 12 обеспечивает задержку между сигналами генераторов 10 и 11 длительностью 120 мсек.
Измерение амплитуды, длительности и периода следования импульсов.
Настроить осциллограф 8 (9) так, чтобы на экране был виден один импульс от ЭКС от переднего фронта до среза. Измерить амплитуду и длительность импульса.
Для измерения периода следования импульсов стимуляции установить режим запуска частотомера 14 (15) по переднему фронту импульса стимуляции. Считать с дисплея частотомера показания периода.
Измерение порога срабатывания (чувствительности) по каналу А.
Подать тест-сигнал длительностью 20 мсек положительной полярности от генератора 10. Частоту генератора 10 установить на 10 имп/сек выше базовой частоты. Установить минимальную амплитуду тест-сигнала. Настроить осциллограф 8, чтобы на экране одновременно наблюдались несколько импульсов от стимулятора. Постепенно увеличивать амплитуду тест-сигнала до тех пор, пока стимулятор:
- не прекратит генерацию стимулирующих импульсов, для режимов AAI, DDD и аналогичных;
- не начнет генерацию стимулирующих импульсов одновременно с тест-сигналом, для режимов стимуляции ААТ и подобных триггерных.
Амплитуда импульсов тест-сигнала с выхода генератора 10, разделенная на 200, является значением порога срабатывания по положительному сигналу.
Повторить вышеописанные действия, установив отрицательную полярность сигнала.
Измерение порога срабатывания (чувствительности) по каналу V.
Подать тест сигнал длительностью 40 мсек положительной полярности от генератора 11. Частоту генератора 11 установить на 10 имп/сек выше базовой частоты. Установить минимальную амплитуду тест-сигнала. Настроить осциллограф 9, чтобы на экране одновременно наблюдались несколько импульсов от стимулятора. Постепенно увеличивать амплитуду тест-сигнала до тех пор, пока стимулятор:
- не прекратит генерацию стимулирующих импульсов, для режимов AAI, DDD и аналогичных;
- не начнет генерацию стимулирующих импульсов одновременно с тест-сигналом, для режимов стимуляции ААТ и подобных триггерных.
Амплитуда импульсов тест-сигнала с выхода генератора 11, разделенная на 200, является значением порога срабатывания по положительному сигналу.
Повторить вышеописанные действия, установив отрицательную полярность сигнала.
Стенд позволяет проводить исследования и испытания как отдельных узлов эпикардиальных электрокардиостимуляторов с МЭМС-преобразователем, так и всего устройства в сборе. Работоспособность стенда подтверждается при измерении потребления тока блоком электроники ЭКС от источника питания 13 микроамперметром 18 при отсутствии имитации смещения эпикарда и двигательной активности, при которой платформы 19 и 22 неподвижны. Потребление тока составило 4 мкА. Далее выполнялась имитация сокращения сердца с ЧСС 70 уд./мин и амплитудой 8 мм. На осциллографе 24 наблюдалась форма и амплитуда электродвижущей силы на выходе электромеханического преобразователя. При этом потребление тока от источника питания 13, измеряемое микроамперметром 18, изменялось от 4 мкА до 3,1 мкА. Снижение тока до 3,1 мкА происходило при накоплении заряда на емкостях преобразователя напряжения при работе МЭМС-преобразователя и их подключении к цепи питания блока электроники. После разрядки емкости отключались, и потребление тока от гальванического источника возрастало до 4 мкА. Далее процесс зарядки емкостей повторялся.
Таким образом, снижение потребления тока от источника питания на основе гальванических батарей увеличивает срок их службы и срок службы ЭКС.