УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ, ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ И АНАЛИЗА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Устройство для регистрации  воспроизведения и анализа физиологических сигналов.
Новая модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам для медицинской диагностики и может быть использовано для контроля показателей центральной гемодинамики и интервалокардиографии в операционно-анестезиологическом отделении, реанимации, отделениях интенсивной терапии и функциональной диагностики.
Известно устройство для регистрации , воспроизведения и анализа физиологических сигналов ,которое содержит блок фильтрации и преобразования, блок памяти предварительной обработки, последовательно включенные блоки преобразования и визуальный индикатор, а также блок хранения. Кроме того, устройство содержит клавиатуру для занесения в память буквенно-цифровой информации , громкоговоритель и магнитофон 13.
Недостатком этого устройства является невозможность оперативного, качественного и количественного сравнительного анализа физиологических сигналов в автономном режиме, в то время, как использование ЭВМ в клинической практике часто приводит к увеличению сроков принятия решений по получаемым данным в силу удаленности ЭВМ от места проведения исследований и получения этих данных. Отсутствие в устройстве возможности измерения параметров сигналов и возможности совмещения различных сигналов
на экране в случае экспресс-диагностики, что приводит к необходимости ручного обмера сигнала после регистрации1 Тяарумаге с
помощью графопостроителя, который занимает много времени, обладает большой трудоемкостью и не обеспечивает оперативного
л -Ъанализа сигналов, особенно при необходимости провести оперативный анализ сигналов, получаемых в разные моменты времени, при различных состояниях пациента.
Частично, названные недостатки устранены в устройстве для анализа биологических сигналов С 23. Однако это устройство усложнено по конструкции и тем самым сложно в эксплуатации, кроме того оно позволяет считывать и анализировать биологические сигналы, поступающие от пациента, только в текущее время. Во врачебной практике часто требуются сравнительные данные показаний биологических функций пациента в течение определенного промежутка времени, однако в названном устройстве не предусмотренно запоминание и вывод на экран одновременно текущей и предыдущей информации. Кроме того в названном приборе, не предусмотрена защита от аварийного отключения сети питания.
Наиболее близким аналогом к заявленной новой модели является система анализа биопотенциалов сердца С 33, в котором решаются вопросы обработки медицинских данных посредством серийного микрокомпьютера за счет реализации заданной программы обработки. Названная система включает в себя: электроды для снятия физиологических сигналов с пациента, систему фильтрации,усиления и преобразования сигналов, микрокомпьютер, дисплей, клавиатуру управления и распечатывающее устройство. Однако в названном устройстве не решена задача защиты от аварийного отключения сети, что не позволяет его использовать, например в полевых условиях, когда источником питания может являться какой-либо автономный генератор, кроме того не решена задача сглаживания помех и нарушений программы от колебания напряжения в сети, недостаточная информативность данных от пациента при длительном наблюдении.
x, tS0fҐ9JW
Ь
л, 930М94
v Задачей новой модели является создание такого устройства для регистрации, воспроизведения и анализа физиологических сигналов, которое при достаточной информативности при длительном наблюдении за пациентом, было бы компактно и помехоустойчиво. Техническим результатом, достигаемым при использовании новой модели по сравнению с ближайщим аналогом, является сохранение в памяти компьютера данных при аварийном отключении питания, защита работы устройства при помехах и сбоях программы, упрощение схемы преобразования сигналов за счет исключения сложной комутационной системы, и возможности обращения с пульта управления или посредством программы непосредственно к заданному источнику сигнала. Названный результат достигается частично за счет использования оригинальной программы, однако она не является предметом настоящей новой модели. В отношении заявленного объекта результат достигается за счет того, что в устройстве для регистрации, воспроизведения и анализа физиологических сигналов, содержащим: систему электродов для снятия показаний, систему фильтрации и усиления сигналс в, систему преобразования сигналов, контроллер, средства для отображения информации, клавиатуру управления и распечатывающе1е устройство, согласно новой модели, система преобразования i Ьнапов выполнена в виде простых аналого-цифровых преобразо.ателей, каждый из которых своим входом соединен через систему фильтрации и усиления по крайней мере с одной группой электродов для каждого вида сигналов. В контроллер дополнительно введенье энергонезависимое оперативно-запоминающее устройство,энергонезависимый таймер и средство принудительного сброса и перезапуска программы.
Контроллер может содержать следующие устройства: порт ввода, програмируемую логическую матрицу (ЕЛМ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), центральный процессор, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и порт вывода, при этом центральный процессор имеет связи с портом ввода,ПЖ, ОЗУ, ПЗУ, средством сброса и перезапуска программы, энергонезависимым таймером и с портом вывода, а также с клавиатурой управления, ПЖ дополнительно имеет связиспортом ввода, ОЗУ, ПЗУ и портом вывода.
Система фильтрации и усиления биосигналов может быть выполнена в виде двух блоков рэоизмерительного и кардиоизмерительного, причем рэоизмерительный блок содержит генератор зондирующего тока с развязывающим трансформатором и последовательно включенные предварительный усилитель рэосигнала, детектор, оконечный усилитель рэосигнала и параллельно включенные между собой дифференцирующий и интегрирующий усилители, блок представляет собой последовательно включенные развязанный усилитель , неразвязанный оконечный усилитель и следящий двуполярный компаратор, причем выход оконечного усилителя подключен к системе преобразования сигналов и ко входу компаратора, а выход компаратора соединен с портом ввода контроллера.
На структурной схеме представлен предпочтительный вариант выполнения устройства.
Устройство содержит: систему фильтрации и усиления сигналов 1, систему преобразования сигналов 2, контроллер 3, средство отображения информации 4, принтер 5 и клавиатуру управления 6. Система фильтрации и усиления сигналов 1, в свою очередь, выполнена в виде двух блоков: кардиоизмерительного 7 и рэоизмерительного 8, Блок 7 состоит из последовательно соединенных раввязанного усилителя 9, неразвязанного оконечного усилителя 10 и следящего двуполярного компаратора 11. Рэо измерительный блок 8 представляет собой генератор зондирующего тока 12 с развязывающим трансформатором 13 и последовательно соединенные трансформатор 13.1, усилитель 14, детектор 15, оконечный усилитель рэосигнала 16 и параллельно включенные между собой интегрирующий 17 и дифференцирующий 13 усилители. Система преобразования сигналов 2 представляет собой четыре простых аналого-цифровых преобразователя 19,20,21,22. Причем вход АЦП 19 соединен оконечного усилителя 10 блока 7, вход АЦП 20 соединен с выходом оконечного усилителя рэосигналов 16, а входы АЦП 21 и 22 с выходами дифференцирующего 18 и интегрирующего 17 усилителей соответственно. Контроллер 3 содержит: центральный процессор 23, порт ввода 24, програмируеммую логическую матрицу 25,оперативное запоминающее устройство 26, постоянное запоминающее устройство 27,энергонезависимый таймер 28 и запоминающее устройство 29, средство принудительного сброса и перезапуска программы 30 и порт вывода 31. Устройство имеет вторичные источники питания 32.
Устройство работает следующим образом. Сигнал ЭКГ снимается с помощью электродов с биообъекта (пациента), поступает в кардиоизмерителъный блок, фильтруется и усиливается развязанным 9 и неразвязанным 10 усилителями до уровня до уровня необходимого для запуска АЦП 19, системы преобразования сигнала 2, параллельно сигнал с неразвязанного усилителя 10 поступает на двуполярный компаратор 11, в котором происходит выделение сигнала - зубца R. В рэоизмерительном блоке 8 зондирующий ток с генератора 12 через развязывающий трансформатор 13 поступает через электроды И и 12 на пациента, с помощью электродов U1 и
U2 сигнал с пациента через второй развязывающий трансформатор 13.1 поступает на усилитель 14 ,затем на детектор 15 и на усилитель 16, после чего поступает на дифференцирующий 17 и интегрирующий 18 усилители и к АЦП 21 и 22 соответственно. Выполнение системы преобразования сигналов и набора простых АЦП, каждый из которых подключен к заданной группе электродов, позволяет не только упростить схему коммутации, но и получить доступ к каждому АЦП и тем самым к любой группе выбранных электродов в любой момент времени, т.е. протокол общения между системой преобразования 2 и контроллером 3 существенно упрощается. Сигнал, поступивший с системы преобразования, проходит дальнейшую обработку в контроллере 3. Предметом настоящей новой модели не является рассмотрение преобразования сигнала в элементах контроллера, все элементы стандартны и для специалиста ясно, что дальнейшие преобразования сигнала в большей степени зависят от программы контроллера. В отношении описания возможности достижения технического результата следует однако отметить, что программа обработки сигнала заложена в ПШУ 27, с помощью её центральный процессор 23 вырабатывает все необходимые команды для остальных элементов устройства. Обработанная в процессоре 23 информация,поступившая с системы преобразования сигналов 2,поступает на порт вывода 31 и выводится на средство отображения информации 4 и принтер 5.
При длительной регистрации и обработки физиологических сигналов возможны помехи как с пациента,так и через питающую сеть,от которых происходят сбои и зависания программы, как это происходит в ряде аналогичных устройств на основе ПЭВМ. Для принудительного сброса и обнуления процессора 23 и ОЗУ 29 служит средство 30,содержащее генератор тактовых импульсов,про10- 6 цессор 23 постоянно программно выдаёт короткий импульс на средства 30. В случае сбоя программы из-за помех,такой импульс не выдаётся. Черев заданное время t,неполучив импульса сброса,средство 30 обнуляет процессор 23 и ОЗУ 29 и перезапускает программу из ППЗУ 27. Так как это происходит быстро, т. е. несоизмеримо по времени с изменениями физиологического сигнала с биообъекта,это не влияет на результаты регистрации и анализа сигналов в целом.
Энергонезависимые ОЗУ 29 и таймер 28 служат для сохранения части информации после отключения питания устройства, а также таймер 28 служит ещё и часами, что необходимо для привязки физиологического сигнала к реальному времени. ПЖ 25 служит для синхронизации всех элементов контроллера. Оперативные изменения режима работы контроллера 3 и всего устройства производится по средствам клавиатуры управления 6.
Достоинством настоящей новой модели является : простота схемы,возможность быстрое гибко) менять функции устройства, большая информативность полученных данных,удобство считывания графической и буквенно-цифровой информации с экрана видиомонитора и возможность вывода её в виде распечатки через внешний стандартный принтер, возможность реализовывать различные методики обработки физиологических сигналов,без изменения схемотехники и конструкции устройства.
Данная новая модель была положена в основу промышленного прибора УКМ, для анализа показателей интервалокардиографии и центральной гемодинамики.
Устройство позволяет изучать методами интегральной и дифференцальной реографии тела следующий показатели:
11 - А2.Минутный объем сердца.
3.Общее периферическое сопротивление.
4.Работу левого желудочка сердца.
В случае дополнительного ввода данных массы тела и роста больного возможно автоматическое вычисление относительных показателей:
1.Ударного индекса.
2.Сердечного индекса.
3.Удельного периферического сопротивления.
4.Индекса работы левого желудочка сердца.
Используя метод математического анализа ритма сердца,устройство контролирует данные вариационной пульсометрии:
1.Частота пульса.
2.Депрессия.
3.Коэффициент вариации.
4.Степень асимметрии и эксцесса.
5.Моду и амплитуду моды.
6.Вариационый размах.
А также производные от них показатели:
1.Вегетативный показатель ритма.
2.Индекс вегетативного равновесия.
3.Показатель адекватности процессов регуляции.
4.Индекс напряжения.
Устройство позволяет осуществлять наблюдения за изменением основных параметров гемодинамики и интервалокардиограммы во времени с их графическим отображением.
Аппарат автоматически производит исследование автокорреляционной функции и спектра мощности с выводом на экран монитора их графиков и цифровых данных в виде таблиц, а также выЛ,
1
водит основные показатели гемодинамики и интерважжардиограммы за 6 часов наблюдения в графическом режиме.
Источники информации:
1.Патент США N 4098267 Нкл. 128-2. 08.1978г.
2.Авторское свидетельство СССР N1034705 кл. А61В5/04 1983г.
3.Заявка РОТ N 91/02484 кл. А61В5/04.
- ед .Авторы - заявители:
.Д.Климов Дмитрий Никитич
2.Берлинский Владимир Павлович
3.Булатов Сергей Сергеевич ,. Научно-производственный
кооператив ГОРГОНА