ТЕСТЕР-КАЛИБРАТОР ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

Тестер - калибратор электрофизиологической аппаратуры Предлагаемая полезная модель относится к медицинской технике, а именно к автономным устройствам контроля диагностической электрофизиологической аппаратуры, предназначенной преимущественно для кардиореспираторного контроля, в частности, электрокардиограммы и импеданспневмограммы. Она может быть использована в устройствах изучения других биоэлектрических сигналов: реограммы, электроэнцефалограммы (ЭЭГ), электромиограммы (ЭМГ). Полезная модель предназначена для использования изготовителями, настройщиками и обслуживающим персоналом диагностической аппаратуры - мониторных систем, пульсомеров, детекторов апноэ, биотелеметрии, в том числе прикроватной, а также другой диагностической техники.
Известно, что при обследовании как здорового, так и больного пациента, значительный объем диагностической информации получают посредством методически доступных и интегрально отражающих состояние пациента кардиореспираторных данных обследуемого, таких как электрокардиограмма и импеданспневмограмма. Для этого используют прежде всего кардиомониторы и биотелеметрические системы. Такие устройства, содержащие электронные блоки, обрабатывающие биосигналы, обусловленные функционированием сердца и дыхательной системы, требуют контроля собственных характеристик при изготовлении, проверке, настройке, эксплуатации и поверке в соответствии с медико-техническими требованиями к подобным устройствам.
Для контроля вышеотмеченных устройств и электронных блоков на предприятиях - изготовителях используют стандартные измерительные приборы: осциллографы, функциональные генераторы сигналов, цифровые мультиметры, а также специальные стенды, собранные на основе этих приборов. Недостатком таких стендов является их высокая цена и сложность использования для контроля вне производственных условий, в том числе при проверке обслуживающим персоналом, например, сигнализаторов апноэ, прикроватной биотелеметрии, кардиомониторов в условиях больницы, в том числе реанимационного отделения либо при биотелеметрии в естественных условиях труда или спорта. С другой стороны, целесообразно использовать упрощенные недорогие тестирующие устройства (или стенды) для контроля электрофизиологической аппаратуры вне предприятия - изготовителя, причем эти устройства могут быть как независимы от контролируемых ими устройств, так и конструктивно входить в их состав - см. Е.З. Темкин «Калибровка систем биотелеметрии и магнитной записи», в кн. «Биорадиотелеметрия», Свердловск, 1976, с.188-192; «Методы калибровки реограмм», в кн. «Реография», под ред. Г.И. Сидоренко, изд. Беларусь, 1978, с.45-48 - аналоги. Такие тестирующие устройства могут быть использованы обслуживающим персоналом, в том числе ремонтниками. Недостатком аналогов являются функциональная ограниченность, обусловленная их применением как калибраторов в составе конкретных устройств. Например, в ЭКГ-усилителях для генерации 1-мВ импульсов на электрокардиограмме, или в реографах для генерации изменений сопротивления ΔΖ=1 Ом в виде импульса либо синусоиды.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является прибор, содержащий источник питания и стабилизатор постоянного напряжения, мультивибратор, первый коммутатор, калибраторы и выходные клеммы - см. Р.И. Утямышев «Радиоэлектронная аппаратура для исследования физиологических процессов», изд. Энергия, М, 1969, с.319-320, рис.10-10 - прототип. Он представляет из себя переносный осциллографический прибор контроля работоспособности многоканальной диагностической электрофизиологической аппаратуры в полосе частот 0,1÷1000 Гц, содержащий калибратор напряжения частотой 100 Гц с амплитудой 600 и 40 мВ.
Недостатками как аналогов, так и прототипа является то, что они обладают ограниченными функциональными возможностями контроля, прежде всего, кардиореспираторной диагностической аппаратуры. Это относится к контролю, в том числе в полевых условиях или при отсутствии сетевого источника питания, осуществляемому, в том числе, обслуживающим персоналом на месте непосредственного использования этой аппаратуры, параметров биотелеметрических систем - каналов ЭКГ, каналов реографов или импедансных пневмографов (Ζ и ΔΖ), проверки сигнализаторов апноэ и контроля обрыва электродов, линейности, динамического диапазона, шумов коэффициента подавления синфазной помехи, а также каналов ЭЭГ или ЭМГ. В конечном итоге нет гарантии обеспечения у контролируемой аппаратуры требуемой точности, достоверности и надежности результатов измерений, полученных посредством вышеупомянутой аппаратуры.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей тестера-калибратора электрофизиологической диагностической аппаратуры и обеспечение возможности контроля ряда ее параметров, компонентов и усилительно-преобразовательных трактов электрофизиологических систем вцелом, в том числе в естественных условиях, осуществляемого, в частности, обслуживающим персоналом на месте непосредственного использования этих систем.. В конечном итоге это обеспечивает увеличение точности, достоверности и надежности результатов измерений, полученных посредством вышеупомянутой аппаратуры.
Поставленная задача решается с помощью полезной модели тестера-калибратора электрофизиологической аппаратуры.
Тестер-калибратор электрофизиологической аппаратуры, содержащий источник напряжения питания и стабилизатор постоянного напряжения, мультивибратор, первый коммутатор, калибраторы и выходные клеммы, отличающийся тем, что в него введены: второй, третий и четвертый коммутаторы, эталонное сопротивление, первый и второй магазины сопротивлений, ключевой элемент, мультивибратор выполнен в виде одновибратора, включенного между первым и вторым коммутаторами, первый калибратор подключен между источником постоянного напряжения питания и третьим коммутатором, второй калибратор подключен между выходом первого коммутатора и третьим коммутатором, эталонное сопротивление соединено одним концом посредством ключевого элемента с первым магазином сопротивлений, подключенным ко второму концу эталонного сопротивления, второй магазин сопротивлений включен между эталонным сопротивлением и четвертым коммутатором, выходные клеммы выполнены в виде дифференциальных и синфазных выходных клемм, первый коммутатор соединен с четвертым коммутатором, который соединен с дифференциальными выходными клеммами, третий коммутатор соединен с синфазными выходными клеммами,, первый калибратор осуществляет функцию формирования постоянного напряжения, второй калибратор осуществляет функцию формирования переменного напряжения, величина напряжения на дифференциальных выходных клеммах находится в диапазоне 10 мкВ ÷ 200 мВ с длительностью импульсов меандра 8÷4096 мс, напряжение на синфазных выходных клеммах имеет по меньшей мере два значения, 1B или 5B, с длительностью импульсов 8÷4096 мс, эталонное сопротивление имеет величину в диапазоне 20÷100 Ом, преимущественно 39 Ом, первый магазин сопротивлений осуществляет функцию уменьшения эталонного сопротивления на три фиксированных величины, второй магазин сопротивлений осуществляет функцию увеличения эталонного сопротивления в диапазоне величин 20 Ом ÷ 4 кОм.
Кроме того, ключевой элемент выполнен в виде реле, например, герконового.
Кроме того, в качестве первого и второго калибраторов, первого и второго магазинов сопротивления, третьего и четвертого коммутаторов используют цифровые потенциометры.
Предложенная полезная модель обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей тестера-калибратора электрофизиологической диагностической аппаратуры путем обеспечении возможности контроля ряда параметров, компонентов и усилительно-преобразовательных трактов электрофизиологических систем вцелом, в том числе в естественных условиях, осуществляемого, в частности, обслуживающим персоналом на месте непосредственного использования этих систем. В конечном итоге это обеспечивает увеличение точности, достоверности и надежности результатов, полученных посредством вышеупомянутой аппаратуры.
Предлагаемая полезная модель поясняется блок-схемой тестера-калибратора электрофизиологической аппаратуры, приведенной на фиг.1.
Тестер-калибратор электрофизиологической аппаратуры содержит: источник автономного питания 1, стабилизатор 2, генератор 3, делитель частоты 4, второй коммутатор 5, одновибратор 6, первый коммутатор 7, четвертый коммутатор 8, третий коммутатор 9, ключевой элемент 10, эталонное сопротивление 11, первый магазин сопротивлений 12, второй магазин сопротивлений 13, первый 14 и второй 15 калибраторы, дифференциальные выходные клеммы 16, шины данных 17 и 18, синфазные выходные клеммы 19.
вых
Тестер-калибратор выполнен на следующих элементах. Источник автономного питания 1 батарея или аккумулятор, например, 9 В батарея «Крона», стабилизатор 2 - прецизионный «low-drop», например, микросхема LP2951 с выходным напряжением U=+5B, импульсный генератор 3 частотой f=512 Гц собран на микросхеме К561ЛЕ5. Делитель частоты 4 собран на микросхеме К561ИЕ20, второй коммутатор 5-10 - позиционный переключатель МПН-1, одновибратор 6, напряжение на выходе которого соответствует основным характеристикам QRS-комплекса электрокардиограммы, собран на микросхеме К561ЛЕ5, первый коммутатор 7 - кнопочный переключатель «меандр - не меандр» типа MTL102, четвертый коммутатор 8 выходных дифференциальных сигналов -делитель напряжения, собранный на резисторах С2-29 с погрешностью 0,25% и 12-позиционном переключателе МПН-1. Третий коммутатор 9 синфазных сигналов пятипозиционный типа 5п2нв, ключевой элемент 10 - реле РЭС64А, эталонное сопротивление 11, представляющее собой эквивалент базового импеданса Z, например, 39 Ом - резистор С2-29 с погрешностью 0,25%. Первый магазин сопротивлений 12 представляет собой 4-позиционный малогабаритный движковый переключатель типа SS28 и набор из 3 резисторов С2-29 с погрешностью 0,25%, эквивалентных изменению (уменьшению) импеданса ΔΖ=0,1 Ом, 1 Ом и 10 Ом. Второй магазин сопротивлений 13 содержит 10 резисторов С2-29 с погрешностью 0,25% в диапазоне величин 20 Ом ÷ 4 кОм. Первый 14 и второй 15 калибраторы напряжения - делители на резисторах С2-29 с погрешностью 0,25% обеспечивают постоянное или переменное напряжение на выходе 1B или 5B. Дифференциальные 16 и синфазные 19 выходные клеммы выполнены в виде клипсовых зажимов для ЭКГ-электродов. Шина данных 17-5 - проводная, а шина данных 18-10 - проводная. Время работы тестера-калибратора без смены источника автономного питания не менее 250 часов, нестабильность амплитудных значений выходных сигналов менее 1%, частотных - менее 0,1%.
При случае необходимости использования в качестве тестирующего линейно изменяющегося напряжения, в частности треугольного, к выходу делителя частоты 4 подключают дополнительный интегратор, выполненный например, на операционном усилителе LM324.
В случае необходимости использования, как вариант, цифровых потенциометров в качестве второго и третьего калибраторов напряжения, первого и второго магазинов сопротивления и пятого коммутатора можно применять, например, строенные 128-позиционные микросхемы DS3903 с управлением по 2-х проводной линии посредством введения дополнительного микроконтроллера с соответствующими программами. Полезная модель работает следующим образом.
При проверке например, работоспособности кардиомонитора, его электродный кабель подключают к дифференциальным клеммам 16. Напряжение с выхода генератора 3 через делитель частоты 4 и второй коммутатор 5 поступает на вход одновибратора 6. Напряжение с его выхода в виде имитирующего QRS-комплекс электрокардиограммы укороченного импульса длительностью 70 мс («не меандр»), и длительностью между импульсами, например, 512 мс (частотой 60 Гц), устанавливаемой вторым коммутатором 5, поступает на первый коммутатор 7 и затем на четвертый коммутатор 8 выходных дифференциальных сигналов, который формирует величину напряжения, равного 1 мВ.. Это напряжение поступает на вход кардиомонитора, его просматривают на дисплее кардиомонитора и одновременно проверяют показания счетчика частоты сердечных сокращений. Проверку амплитудно-частотной характеристики сквозного канала кардиомонитора осуществляют посредством использования второго коммутатора 5, переключая длительность переменного напряжения (импульса) от 4096 мс до 8 мс, при этом первый коммутатор 7 находится в положении «меандр». Наблюдая форму меандра на дисплее, в частности спада вершины импульса и нарастания - спада фронтов, делают выводы о параметрах сквозной амплитудно-частотной характеристики. Для проверки уровня шумов используют напряжение 10÷50 мкВ, которое выбирают посредством четвертого коммутатора 8 выходных дифференциальных сигналов. При этом наблюдают шумовую дорожку на дисплее и сравнивают ее параметры с вышеуказанным напряжением. Для проверки линейности амплитудной характеристики кардиомонитора используют несколько значений переменного напряжения: от 10 мВ до 50 мВ длительностью импульса 512 мс, которое устанавливают посредством четвертого коммутатора 8 выходных дифференциальных сигналов. На дисплее кардиомонитора наблюдают форму этого напряжения и при его ограничении делают вывод о появлении амплитудных искажений. Проверку смещения входного сигнала и коэффициента подавления синфазных помех осуществляют при подключении кабеля кардиомонитора к синфазным выходным клеммам 19. По меньшей мере два значения постоянного или переменного напряжения, 1B или 5B от первого 14 или второго 15 калибраторов напряжения посредством третьего коммутатора 9 поступают на вход кардиомонитора. Смещение изолинии или переменное напряжение на дисплее измеряют и рассчитывают коэффициент подавления синфазных помех. При наличии в кардиомониторе регулируемого подавителя синфазных помех, например, режекторного фильтра, можно настроить его, контролируя эти помехи на дисплее. Вышеизложенное позволяет оценить функционирование кардиомонитора в соответствии с медико-техническими требованиями.
При проверке импедансометрических устройств, как тетраполярных, так и биполярных, в том числе блоков, входящих в состав кардиомониторов, осуществляют как изложено выше, подключение кардиомонитора к дифференциальным клеммам 16, при этом отключают второй коммутатор 5. В режиме проверки частоты дыхания, обрыва или плохого качества наклейки электродов, большого межэлектродного сопротивления, режима апноэ и срабатывания тревожной сигнализации, в качестве эквивалента базового импеданса Ζ биообъекта используют эталонное сопротивление 11 величиной Ζ=39 Ом, которое подключают посредством ключевого элемента 10, первого 12 и второго 13 магазинов сопротивлений к дифференциальным клеммам 16. При этом первый магазин сопротивлений 12 позволяет уменьшать величину Ζ эталонного сопротивления 11 на ΔΖ=0,1; 1 или 10 Ом. Это позволяет определить как амплитудную, так и амплитудно-частотную характеристики по времени спада-нарастания скачков величины сопротивления (импеданса) на дисплее или (и) цифровом индикаторе величин ΔΖ и Ζ сквозного импедансометрического тракта кардиомонитора, импедансного пневмографа или реографа. Второй магазин сопротивлений 13 является эквивалентом базового сопротивления (импеданса) Ζ При проверке работы импедансометрической техники, как тетраполярной, так и биполярной, нормой считают величину базового импеданса Ζ=20÷500 Ом, преимущественно 20÷200 Ом. Величины Ζ=1÷4 кОм являются эквивалентом обрыва или плохого качества крепления электродов, большого межэлектродного сопротивления и являются основанием для срабатывания тревожной сигнализации в контролируемом устройстве. Для индикации режима апноэ устанавливают переключением первого магазина сопротивлений 12 нулевое значение величины ΔΖ, при этом контролируют срабатывание тревожной сигнализации в контролируемом устройстве.
Контроль индикации частоты дыхания, например, в кардиомониторе или импедансном пневмографе, осуществляют посредством коммутации ключевого элемента 10 делителем частоты 4 с частотами, например, 10 или 20 1/с, эквивалентными частоте дыхания взрослого пациента, и 120 1/с, являющейся эквивалентной верхней границе частоты дыхания детей и пороговым значением срабатывания тревожной сигнализации в контролируемом устройстве по частоте дыхания. Кроме того, переключение ключевого элемента 10 с частотой 20 1/с позволяет определить сквозную амплитудно-частотную характеристику импедансометрического тракта и показания счетчика частоты дыхания контролируемого устройства.
Использование предлагаемой полезной модели для настройки или проверки различной электрофизиолонической аппаратуры, в частности, прикроватной биотелеметрии, ЭЭГ - или ЭМГ - устройств, осуществляют аналогично вышеизложенному.
Техническое решение, содержащее вышеуказанные совокупности ограничительных и отличительных признаков, позволяет считать его имеющим уровень полезной модели.