УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ПЛОДА С АБДОМИНАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ

Полезная модель относится к области медицины, а именно к перинаталогии, и может быть использовано для получения сигналов сердечной деятельности плода.
Известно устройство для записи биопотенциалов сердца плода, содержащее абдоминальные электроды, соединенные через буферные каскады, с первым и вторым дифференциальными усилителями, выравнивающий электрод, соединенный с подавителем синфазной помехи, третий дифференциальный усилитель, регистратор, временной селектор R-зубца материнской ЭКГ, последовательно соединенный с коммутатором и микроконтроллером, делитель напряжения с регулируемым коэффициентом деления, управляющий вход которого соединен с контроллером, причем вход временного селектора подключен к выходу второго дифференциального усилителя, а сигнальный вход коммутатора соединен с выходом третьего дифференциального усилителя. Абдоминальные электроды накладываются на кардиальную линию, проходящую через точку, расположенную на пересечение 5-го межреберья с левой срединно-ключичной линией, и точку, расположенную по центру верхнего края лобкового симфиза (патент RU 2 269 925 С2. Устройство для регистрации биопотенциалов сердца плода).
В устройстве присутствует только первичная аналоговая обработка, основанная на линейных операциях сложения и умножения сигналов, что возможно только при условии аддитивности помех и полезного сигнала. Практически это никогда не выполняется в условиях регистрации сигналов биологических объектов. Вследствие этого, возникает большая погрешность при разделении смешанного сигнала матери и плода.
Известно устройство для мониторирования сердцебиения плода (патент ЕР 1 700 564 А2. Electrocardiograph), содержащее абдоминальные электроды, референтный
электрод и выравнивающий электрод, фильтры низких частот, малошумящие дифференциальные усилители, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, блок сопряжения с персональным компьютером, при этом каждый из абдоминальных электродов соединен с неинвертирующим входом малошумящего дифференциального усилителя, а референтный электрод соединении с инвертирующим входом малошумящего дифференциального усилителя. В свою очередь, выход АЦП соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через блок сопряжения соединен с персональным компьютером. Используется 14 электродов (1 референтный, 1 выравнивающий и 12 абдоминальных), расположенных: выравнивающий электрод в районе пупа беременной, референтный электрод - на лодыжке матери или на спине напротив выравнивающего, абдоминальные - на передней поверхности живота - по квазишестиугольном форме. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.
В устройстве вследствие того, что аналого-цифровой преобразователь обладает минимальной и достаточной частотой дискретизации по теореме Котельникова, теряется часть высокочастотных составляющих полезного сигнала с абдоминальных электродов, а также отсутствует фильтрация низкочастотных шумов, связанных с дыханием и мышечной активностью матери, что также вносит ошибки при выделении полезного сигнала.
В основу полезной модели поставлена задача увеличения отношения сигнал-помеха с целью повышения качества разделения сигналов матери и плода.
Данная задача решается за счет того, что в устройство для регистрации сердечного ритма плода, содержащее, как и прототип, абдоминальные электроды, референтный электрод и выравнивающий электрод, многоканальный малошумящий дифференциальный усилитель, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, блок сопряжения с персональным компьютером, при этом каждый из абдоминальных электродов соединен с неинвертирующим входом малошумящего дифференциального усилителя, а референтный
электрод соединении с инвертирующим входом малошумящего дифференциального усилителя, выход которого соединен со входом блока подавления синфазной помехи, в отличие от прототипа, дополнительно введен цифровой фильтр нижних частот, соединенный с выходом аналого-цифрового преобразователя, и блок управления, вход которого через блок сопряжения соединен с персональным компьютером, один выход подключен к входу запуска аналого-цифрового преобразователя, второй выход подключен к входу синхронизации цифрового фильтра нижних частот, выход цифрового фильтра нижних частот подключен к блоку сопряжения.
При снятии сигнала с передней поверхности живота матери в нем наблюдаются следующие составляющие: сигнал помехи, сигнал сердечной деятельности матери и сигнал сердечной деятельности плода.
Введение в схему блока управления, который выдает повышенную частоту дискретизации для аналого-цифрового преобразования, позволяет увеличить соотношение сигнал - шум по сравнению с применением обычного аналого-цифрового преобразователя той же разрядности, а введение цифрового фильтра нижних частот, позволяющего избавиться от помех, дает возможность более качественно регистрировать сердечный ритм плода.
В дальнейшем полезная модель поясняется описанием и чертежами, на которых изображено:
фиг.1 - функциональная схема устройства;
фиг.2 - смешанный сигнал, снимаемый с абдоминальных электродов (а), выделенный сигнал сердечной деятельности матери (б), выделенный сигнал сердечной деятельности плода (в).
Устройство для регистрации сердечного ритма плода содержит абдоминальные электроды 1-3, соединенные с неинвертирующий входом многоканального малошумящего дифференциального усилителя 6, референтный электрод 4, соединенный с
инвертирующий входом многоканального малошумящего дифференциального усилителя 6. Выходы усилителя 6 соединены с входами многоканального аналого-цифрового преобразователя 7 и со входом блока подавления синфазной помехи 12, выход которого подключен к выравнивающему электроду 5. Выход многоканального аналого-цифрового преобразователя 7 соединен с цифровым фильтром нижних частот 9. Выход цифрового фильтра нижних частот 9 подключен через вход блока сопряжения 8 к персональному компьютеру 11. Второй выход блока сопряжения 8 соединен с входом блока управления 10, первый выход которого подключен к входу синхронизации цифрового фильтра нижних частот 9, а второй выход - к входу запуска многоканального аналого-цифрового преобразователя 7.
Устройство работает следующим образом.
Потенциалы, снимаемые с абдоминальных электродов 1-3, которые расположены на передней поверхности живота, поступают на неинвертирующий вход многоканального малошумящего дифференциального усилителя 6. Регистрация потенциалов ведется относительно референтного электрода 4, который подключен к инвертирующему входу многоканального малошумящего дифференциального усилителя 6. В результате чего разность потенциалов усиливается и поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 7, который начинает обработку данных при получении на вход запуска преобразования сигнала от блока управления 10. Частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя 7 выбрана намного больше высшей гармоники частотного спектра сигнала для того, чтобы увеличить разрядность и тем самым улучшить качество оцифровки сигнала. Затем данные поступают на цифровой фильтр нижних частот 9, который работает по принципу усреднения данных полученных с аналого-цифрового преобразователя 7, что позволяет сигнал отфильтровать более качественно, а также позволяет избежать внесения помехи в регистрируемый сигнал, связанной с неидеальностью обычных аналоговых фильтров. Данные после фильтрации поступают
через блок сопряжения 9 на персональный компьютер 11, где происходит вторичная обработка сигнала: выделение сигналов сердечной деятельности матери и плода из регистрируемого смешанного сигнала. Блок управления 10, выход которого соединен со входом синхронизации цифрового фильтра нижних частот 9, управляется сигналами, поступающими через блок сопряжения 7 от персонального компьютера 11. Связь блока управления 10 и персонального компьютера 11 необходима для отключения прибора программным путем.
Пример. Роженица Ш., 25 лет. Диагноз: Первая беременность, 32 неделя беременности, головное предлежание, I позиция, задний вид. 17.10.2007 записана ЭКГ беременной и плода с использованием предлагаемого устройства. Абдоминальные электроды располагались в виде правильного треугольника вершиной вниз на передней поверхности живота, референтный и выравнивающий электроды - в одной колодке на 10 см выше лонного сочленения.
Зарегистрированная ЭКГ представлена на фиг.2 (2,а - сигнал сердечной активности матери, 2,б - сигнал сердечной деятельности плода, выделенные из сигнала 2,а 2,в - смешанный сигнал, содержащий как сигнал матери, так и плода). Приведенные данные иллюстрируют получение кардиографического сигнала плода.
Данное устройство намного проще прототипа вследствие использования меньшего количество электродов.