Реферат: Передача электрокардиосигнала по телефону

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">СОДЕРЖАНИЕ:

 TOC o «1-3» ОБЩИЕСВЕДЕНИЯ                                                                                                                             PAGEREF_Toc418000643 h 2

БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В СЕРДЕЧНОЙМЫШЦЕ                                                       PAGEREF _Toc418000644 h

РЕГИСТРАЦИЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ                                                                                 PAGEREF _Toc418000645 h

ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКИЕ ОТВЕДЕНИЯ                                                                          PAGEREF _Toc418000646 h

ПОМЕХИ ПРИ РЕГИСТРАЦИИЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯPAGEREF _Toc418000647 h

ВОЗМОЖНОЕ СХЕМНОЕ РЕШЕНИЕ                                                                                               PAGEREF_Toc418000648 h 8

УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА                                                                                    PAGEREF _Toc418000649 h

ОСОБЕННОСТИ ИСТОЧНИКА ВОЗБУЖДЕНИЯ                                                                        PAGEREF _Toc418000650 h

ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ                                                                                                   PAGEREF _Toc418000651 h

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭКС ДЛЯ ЦИФРОВЫХУСТРОЙСТВ.                                                       PAGEREF _Toc418000652 h

АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.                                                                        PAGEREF _Toc418000653 h

ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА                                                        PAGEREF _Toc418000654 h

ФИЛЬТРЫ ПОДАВЛЕНИЯ СЕТЕВОЙ НАВОДКИ.                                                                     PAGEREF _Toc418000655 h

СЖАТИЕ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА                                                                                          PAGEREF _Toc418000656 h

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:                                                                                                                   PAGEREF_Toc418000657 h 20

<span Arial",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-font-kerning:14.0pt;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU; mso-bidi-language:AR-SA">
ОБЩИЕСВЕДЕНИЯБИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ВСЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЕ

Возникновениеэлектрических потенциалов в сердечной мышце связано с движением ионов черезклеточную мембрану. Основную роль при этом играют катионы натрия и калия.Внутри клетки калия значительно больше, чем во внеклеточной жидкости,концентрация внутриклеточного натрия, наоборот, намного меньше, чем вне клетки.В покое наружная поверхность клетки миокарда заряжена положительно вследствиепреобладания там катионов натрия, внутренняя поверхность клеточной мембраныимеет отрицательный заряд вследствие преобладания внутри клетки анионов (Cl—, HCO3— и др.). Вэтих условиях клетка поляризована, при регистрации электрических процессов спомощью наружных электродов разности потенциалов не будет. Однако если в этотпериод ввести микроэлектрод внутрь клетки, то зарегистрируется так называемыйпотенциал покоя, достигающий 90 мВ. Под воздействиемвнешнего электрического импульса клеточная мембрана становится проницаемой длякатионов натрия, которые устремляются внутрь клетки (вследствие разностивнутри- и внеклеточной концентрации) и переносят туда свой положительный заряд.Наружная поверхность данного участка приобретает отрицательный заряд вследствиепреобладания там анионов. При этом появляется разность потенциалов междуположительным и отрицательным участками поверхности клетки, и регистрирующийприбор зафиксирует отклонение от изоэлектрической линии. Этот процесс носитназвание деполяризации и связан с потенциалом действия. Вскоре вся наружнаяповерхность клетки приобретает отрицательный заряд, а внутренняя —положительный, т. е. произойдет обратная поляризация… Регистрируемая криваяпри этом вернется к изоэлектрической линии.

В конце периодавозбуждения клеточная мембрана становится менее проницаемой для катионовнатрия, но более проницаемой для катионов калия; последние устремляются изклетки (вследствие разности вне- и внутриклеточной концентрации). Выход калияиз клетки преобладает над поступлением натрия в клетку, поэтому наружнаяповерхность мембраны снова постепенно приобретает положительный заряд, авнутренняя — отрицательный. Этот процесс носит название реполяризации.Регистрирующий прибор вновь зафиксирует отклонение кривой, но в другую сторону(так как положительный и отрицательный полюсы клетки поменялись местами) именьшей амплитуды (так как поток ионов калия движется медленнее). Описанныепроцессы происходят во время систолы.Когда вся наружная поверхность вновь приобретает положительный заряд, авнутренняя — отрицательный, снова будет зафиксирована изоэлектрическая линия,что соответствует диастоле. Во времядиастолы происходит медленное обратное движение ионов калия и натрия, котороемало влияет на заряд клетки, поскольку ионы натрия выходят из клетки, а ионыкалия входят в нее одновременно и эти процессы уравновешивают друг друга.

Описанныепроцессы относятся к возбуждению единичного волокна миокарда. Возникающий придеполяризации импульс вызывает возбуждение соседних участков миокарда, онопостепенно охватывает весь миокард, развиваясь по типу цепной реакции.

Возбуждениесердца начинается в синусовом узле, расположенном вправом предсердии в области устья верхней полой вены. Синусовыйузел обладает автоматизмом и продуцирует определенное число импульсов взаданный промежуток времени. У взрослого человека в покое в синусовомузле генерируется 60-80 импульсов в минуту.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">
РЕГИСТРАЦИЯЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ

Электрокардиограмма(ЭКГ) представляет собой запись суммарного электрического потенциала,возникающего при возбуждении множества миокардиальных клеток.

ЭКГ записывают спомощью электрокардиографа. Его основными частями являются гальванометр,система усиления, переключатель отведений и регистрирующее устройство.Электрические потенциалы, возникающие в сердце, воспринимаются электродами,усиливаются и приводят в действие гальванометр. Изменения магнитного поляпередаются на регистрирующее устройство и фиксируются наэлектрокардиографическую ленту, которая движется со скоростью 10-100 мм/с (чаще25 или 50 мм/с).

Во избежаниетехнических ошибок и помех при записи ЭКГ необходимо обратить внимание направильность наложения электродов и их контакт с кожей, заземление аппарата,амплитуду контрольного милливольта и другие факторы, способные вызватьискажение кривой.

Электроды длязаписи ЭКГ накладывают на различные участки тела. Система расположенияэлектродов называется электрокардиографическимиотведениями.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">
ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКИЕОТВЕДЕНИЯ

В клиническойпрактике наиболее распространены отведения от различных участков поверхноститела. Эти отведения называются поверхностными. При регистрации ЭКГ обычноиспользуют 12 общепринятых: 6 от конечностей и 6 грудных. Первые 3 стандартныхотведения были предложены еще Эйнтговеном. Электродыпри этом накладываются следующим образом:

I.<span Times New Roman"">        

II.<span Times New Roman"">     

III.<span Times New Roman"">  

Оси этихотведений образуют во фронтальной плоскости грудной клетки так называемыйтреугольник Эйнтговена.

Регистрируюттакже усиленные отведения от конечностей:

·<span Times New Roman"">            

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">aVR— от правой руки;

·<span Times New Roman"">            

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">aVL— от левой руки;

·<span Times New Roman"">            

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">aVF— от левой ноги.

К положительномуполюсу аппарата присоединяют проводник электрода от соответствующей конечности,а к отрицательному полюсу — объединенный проводник электродов от двух другихконечностей. Усиленные отведения от конечностей находятся в определенномсоотношении со стандартными. Так, отведение <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

VL в норме имеет сходство с I отведением, <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">aVR — с зеркально перевернутымII отведением, <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">aVF сходно со II и III отведениями.

Шесть грудныхотведений обозначают V1 — V6.Электрод от положительного полюса устанавливают на следующие точки:

V1 — в четвертом межреберье у правого края грудины;

V2 — в четвертом межреберье у левого края грудины;

V3 — посерединемежду точками V2и V4;

V4 — в пятом межреберье по левой срединно-ключичной линии;

V5 — на уровнеотведения V4по левой передней аксиллярной линии;

V6 — на том жеуровне по левой средней аксиллярной линии.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">
ПОМЕХИ ПРИ РЕГИСТРАЦИИЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

Усилительная система в электрокардиографе способствует резкому усилениюне только полезных сигналов, но и тех незначительных помех, которые не всегдаустранимы. Некоторые морфологические изменения зубцов неизбежны, но не имеютдиагностического значения. Однако очень часто эти изменения ошибочно считаютпризнаками поражения миокарда.

Причиной помех могут быть электрическая активность тканей, через которыепроводится импульс (например, скелетные мышцы), сопротивление тканей, особеннокожи, а также сопротивление на входе усилителя… Примером помех такого родаявляется электрическая активность скелетных мышц, поэтому при регистрацииэлектрокардиограммы необходимо рекомендовать пациенту максимально расслабитьмышцы. Мышечные токи накладываются на электрокардиограмму у больных сдрожательным параличом, хореей, тетанией, паркинсонизмом, тиреотоксикозом.Колебания, вызываемые мышечными токами, иногда трудно отличить от трепетанияпредсердий. Артефакты, возникающие на кривой при случайном толчке аппарата иликушетки могут имитировать желудочковые экстрасистолы. Однако, при внимательномрассмотрении артефакты легко распознаются. Неравномерная работа отметчикавремени или лентопротяжного механизма может симулировать аритмию.

При сопоставлении динамических изменений нельзя придавать диагностическоезначение изменениям амплитуды зубцов, если серийные электрокардиограммы уодного и того же пациента зарегистрированы при разной чувствительностиэлектрокардиографа.

Большое значение имеет постоянство нулевой (или основной) линии, откоторой производится отсчет амплитуды зубцов. Стабильность нулевой линиизависит от наличия достаточно высокого входного сопротивления усилительнойсистемы и минимального кожного сопротивления.

Нередко основная линия электрокардиограммы колеблется вместе с элементамикривой. Подобную электрокардиограмму не следует считать патологической, так какпричиной могут быть нарушения режима питания аппарата, форсированное дыханиепациента, кашель, икота, чиханье, перистальтика кишечника. В грудных отведениях подобные изменения нередко проявляются притрении электрода о выступающие ребра.

Низкий вольтаж зубцов иногда обусловливается плохим контактом электродовс кожей.

Значительные помехи вызываютнаводные токи («фон»), распознаваемые по правильности колебаний 50 Гц (отосветительной сети). Подобные помехи могут появиться при плохом контактеэлектродов с кожей, особенно при ее волосатости. Нетрудно распознатьлокализацию возникновения помех. Например, если «наводка» вида во II и III отведении, а в I отведении ее нет, то провод от левойноги имеет плохой контакт с электродом, или последний неплотно прилегает ккоже. Если «наводка» видна в Iи II отведении, топлохой контакт на правой руке. Если контакты достаточные, а «наводка»наблюдается во всех отведениях, то рекомендуетсязаземлить правую ногу, присоединив ее специальным кабелем к отопительным иводопроводным трубам. Иногда полезно изменить положение койки пациента,поскольку тело человека иногда можно уподобить антенне, которая в однихположениях подвержена влиянию атмосферных токов, а в других — свободна от них.Кроме того, нельзя укладывать пациента так, чтобы осветительная сеть былапараллельна оси отведения. Для устранения «наводки» часто прибегают к различнымфильтрам. Такого способа устранения помех следует избегать, так как при этомнаряду с освобождением кривой от наводных токов нередко выбрасываются и частотысигнала сердца. Наилучший способ, помогающий освобождению от помех, заключаютсяв использовании клетки Фарадея.

<span Arial",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-font-kerning:14.0pt;mso-ansi-language:EN-US;mso-fareast-language:RU; mso-bidi-language:AR-SA">
ВОЗМОЖНОЕСХЕМНОЕ РЕШЕНИЕУСИЛИТЕЛИЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛАОСОБЕННОСТИ ИСТОЧНИКАВОЗБУЖДЕНИЯ

Источником возбуждения усилителяэлектрокардиосигнала (УсЭКС) является биологическийобъект — человек, который может быть представлен эквивалентным уравнениемэлектрическим генератором. А как известно, свойства любого электрическогогенератора определяются характером изменения ЭДС во времени и внутреннимсопротивлением.

Электрокардиосигнал является частьюЭДС сердца, измеряемой на поверхности тела при помощи электродов, расположенныхопределенным образом. Закон изменения ЭКС во времени может считатьсяквазипериодическим с периодом кардиокомплексов 0,1—3 с. Минимальное значениесоответствует фибрилляции желудочков, а максимальное — блокадам сердца. Формаэквивалентного кардиокомплекса близка к треугольной с амплитудой, лежащей вдиапазоне 0—5 мВ. Полоса принимаемых кардиокомплексомчастот охватывает диапазон от 0,05 до 800 Гц.

Междуэлектродное сопротивление,включающее сопротивления переходов кожа—электрод, соответствует внутреннемусопротивлению источника возбуждения УсЭКС иизменяется в значительных пределах. Для технических расчетов обычно принимаютдиапазон 5—100 кОм.

Помимо перечисленных параметров припроектировании ЭКС необходимо учитывать ряд существенных особенностей источникавозбуждения.

1.<span Times New Roman"">    

2.<span Times New Roman"">    

УсЭКСнапряжение смещения, достигающее <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">±300 мВ. Такое напряжение можетвызвать насыщение усилителя.

3.<span Times New Roman"">    

4.<span Times New Roman"">    

УсЭКС синфазно и противофазно. Помехи могут бытьбиологического и физического происхождения. К биологическим помехам относятсябиопотенциалы других органов и мышц, а к физическим — наведенные на объектнапряжения от неэкранированных участков сетевой проводки, сетевых шнуров другихприборов и проводящих поверхностей (вторичное напряжение наводки). Особеннобольшой уровень имеют синфазные сигналы помех напряжения сети, попадающие наобъект через емкостную связь.

Наличие импульсных помех привоздействии на объект терапевтических аппаратов: кардиостимулятора идефибриллятора. Попадая на вход УсЭКС, артефактыимпульсов кардиостимулятора искажают ЭКС и вызывают в ряде случаев ложнообнаружение кардиокомплекса, а импульсы дефибриллятора могут повредить входныецепи УсЭКС.

ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ

Достоверность передачи ЭКС вомногом определяется параметрами УсЭКС — первого звенав цепи обработки сигнала. Принимая во внимание характеристики источникавозбуждения, особенности подключения УсЭКС к объектуи условия сопряжения усилителя с устройством обработки сигнала, рассмотримтребования к основным параметрам УсЭКС и их влияниена искажения ЭКС.

Входное напряжение Uвх должно лежать в диапазоне не менее чем0,03—5 мВ. Нижнее значение Uвхопределяет пороговую чувствительность усилителя, ниже которой регистрация ЭКСзатруднена.

На пороговую чувствительностьвлияет уровень внутренних шумов, приведенных ко входу усилителя. Обычныедостижимые значения Uш<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">£

10—30мкВ.

Оптимальный выбор полосыпропускания (<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">D

f) имеет важное значение. Наиболее информативная часть ЭКСзанимает полосу частот <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">Df=0,05—120 Гц, но впрактической ЭКС-диагностике используют усилители с <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">Df=0,05—60 Гц.Чрезмерное сужение частотного диапазона со стороны нижних частот fн приводит кискажению сегмента ST изубца T, но уменьшаетсмещение изолинии, а со стороны высоких fв — к сглаживанию зазубрин на  QRS — комплексе и уменьшению крутизны егосклонов. С другой стороны, увеличение fв приводит к увеличению помех от биопотенциалов мышц.Если при fв=100Гц погрешность передачи QRS-комплексасоставляет около 3%, то при fв=30Гц погрешность возрастает до 15% и могут сглаживаться различия между нормальными патологическим комплексами.

В кардиомониторах (КМ) взависимости от назначения тракта усиления ЭКС нормируются три значения <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

f:

·<span Times New Roman"">       

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">Df — для линейного выхода УсЭКС, предназначенного для подключения регистратора ЭКС;

·<span Times New Roman"">       

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">Dfэ — дляизображения ЭКГ на экране КМ;

·<span Times New Roman"">       

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">Dfм — длямониторирования при большом уровне помех.

Типичные значения параметров АЧХ: <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

f=0,05—120 Гц при <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">df=<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">±30% (<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">Dfэ<<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">Dfобычно из-затехнических ограничений); <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">Dfм=0,5—25 Гц при <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">df=<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">±30%; Кf<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">£6 дБ/октаву.

Помехоустойчивость КМ по отношениюк синфазным сигналам определяется коэффициентом ослабления синфазных сигналов КОСС=КД/КС, где КДи КС — коэффициенты усиления дифференциального и синфазногосигналов.

Таким образом, КОССпоказывает способность усилителя различать малый дифференциальный (разностный,противофазный) сигнал на фоне большого синфазного. Легко достижимое значение КОССлежит в диапазоне 70—80 дБ. Дальнейшее увеличение КОСС до 90—120 дБтребует специальных методов и усложняет конструкцию УсЭКС.

Полное входное сопротивление Zвхдолжно быть не менее 2,5—10 МОм. При таких значениях Zвх можно пренебречьпотерями в передаче напряжения ЭКС и допустить разбаланс сопротивленийкожа—электрод до 5—10 кОм. Напряжение смещения навходных зажимах УсЭКС не должно уменьшать значения Zвхи КОСС. Чтобы не увеличивать напряжение смещения, необходимо ограничитьпостоянный ток в цепи пациента, определяемый по входному току покоя, значением0,1 мкА.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭКС ДЛЯЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ.

Одна из возможных структуроцифровки и передачи ЭКС приведена на рис.1.

<img src="/cache/referats/1902/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1028 _x0000_s1029 _x0000_s1030 _x0000_s1031 _x0000_s1032 _x0000_s1035 _x0000_s1036 _x0000_s1041 _x0000_s1048">


               Усилитель

<img src="/cache/referats/1902/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1034"><img src="/cache/referats/1902/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1033">         R                                                      fкв

<img src="/cache/referats/1902/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1045"><img src="/cache/referats/1902/image005.gif" v:shapes="_x0000_s1042">         L                                    Регулятор             АЦП

<img src="/cache/referats/1902/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1047">         N

<img src="/cache/referats/1902/image007.gif" v:shapes="_x0000_s1046">                                                                                              УУиП                    ТС

<img src="/cache/referats/1902/image008.gif" v:shapes="_x0000_s1043">                                            ЦАП

Рис.1.

Аналогово-цифровойпреобразователь (АЦП) переводит полученный и усиленный ЭКС в дискретную формудля ввода в устройство управления и передачи (УУиП).Дискретизированный сигнал после обработки его УУиП,на выходе которого может стоять обычная модемная схема, передается черезтелефонную сеть (ТС) на специальное устройство приема сигнала, либо на ЭВМ врача-диагноста.

Также обработанный УУиП сигнал подается на цифро-аналоговый преобразователь(ЦАП) для автоматического управления параметрами сигнала (амплитуды, смещенияизолинии, центровки в динамическом диапазоне АЦП и т.д.).

Задача преобразования данных характеризуетсярядом требований, выдвигаемых условиями применения схем АЦП и ЦАП:

·<span Times New Roman"">       

·<span Times New Roman"">       

fкв)аналогового сигнала;

·<span Times New Roman"">       

·<span Times New Roman"">       

·<span Times New Roman"">       

·<span Times New Roman"">       

·<span Times New Roman"">       

Специфическая форма ЭКС требуетбольшого числа уровней квантования. Наиболее часто используется 256, 512 или1024 уровня, соответствующие в обычном двоичном коде 8, 9 или 10 разрядам.Частота квантования определяет равноотстоящие отрезки времени, в которыхнепрерывный сигнал представляется в виде некоторых значений, зафиксированных вэти моменты времени

АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.

Устройство управления и передачиможет взаимодействовать с аналоговым сигналом через АЦП, задача которогосостоит в преобразовании входного напряжения в пропорциональное ему число.Методы аналого-цифрового преобразования более разнообразны, чем цифро-аналогового.Объясняется это тем, что АЦП можно осуществить, используя целый ряд систем(параллельный, с двухтактным интегрированием, последовательного приближения ит.д.).

Рассмотрим принцип действия толькопреобразователя последовательного приближения, наиболее часто используемый вмедицинских приборах, что объясняется простотой устройства, а также высокойскоростью и постоянным временем преобразования, не зависящим от амплитудыаналогового сигнала.

Аналоговый входной сигнал,аппроксимируется двоичным кодом с последующей проверкой каждого бита в этомкоде до тех пор, пока не будет достигнуто наилучшее приближение. Значениеаналогового сигнала в двоичном коде сохраняется в регистре последовательногоприближения (РгПП). Поразрядно РгППсоединен с входным буферным устройством, обеспечивающим цифровой выход АЦП снеобходимым уровнем выходного сигнала. Вся работа АЦП тактируется тактовымгенератором. После N тактов сравнения Iвхи IЦАП на входе ЦАП получается N-разрядный двоичный код, которыйявляется эквивалентом аналогового сигнала. Преобразование происходит за Nтактов, поэтому скорость формирования N-разрядного слова всегда одинакова.Установка РгПП в исходное состояние и запуск его врежим преобразования производится по внешнему логическому сигналу. По окончаниипреобразования АЦП вырабатывает сигнал “Готовность данных”.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">
ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА

Предварительная цифровая фильтрацияЭКС предшествует алгоритмам, осуществляющим анализ сигнала и служит для выполнения преобразованийсигнала, улучшающих условия работы и повышающих эффективность этих алгоритмов.В наиболее общем виде можно выделить три этапа фильтрации, решающие отдельныезадачи предобработки ЭКС: фильтрация нижних частот, верхних частот и сетевойнаводки.

Предполагается, что на входалгоритма поступает смесь полезного сигнала с аддитивной помехой. Основная долямощности ЭКС, снимаемого с использованием стандартной ЭКГ-аппаратуры,сосредоточена в полосе частот, не превышающих 50 Гц. О спектре помех, вообщеговоря, нельзя высказать никаких определенных предположений, за исключениемтого, что он ограничен характеристиками аналогового тракта съема и усиленияЭКС, имеющего обычно полосу пропускания от 0,1 до 100 Гц.

В первую очередь наиболеецелесообразно устранить сетевую наводку, сравнительно легко поддающуюсяослаблению с помощью режекторного фильтра. Далее с использованием ФНЧосуществляется подавление высокочастотных помех. Эту процедуру можно такжеинтерпретировать как ограничение спектра сигнала сверху, что в принципе дает возможностьна последующих этапах обработки снизить частоту отсчетов по отношению кисходной за счет прореживания отсчетов. На последнем этапе предобработки спомощью ФВЧ выполняется высокочастотная фильтрация, которая позволяетпрактически полностью избавиться от постоянной составляющей и смещения изолинииот движения пациента и в значительной степени снизить амплитуду T-зубцов.

Сигнал, получаемый на выходе этойцепочки фильтров, представляет собой смесь полезного сигнала, в которомсохранены основные частотные составляющие, свойственные QRS-комплексам, и тойчасти помех, спектр которой лежит в полосе пропускания результирующей частотнойхарактеристики используемых фильтров. Дальнейшее устранение помех методамицифровой фильтрации не представляется возможным, так как это привело бы кподавлению самого сигнала. приняв за основу приведенную последовательностьпроцедур цифровой фильтрации ЭКС, рассмотрим цифровые методы, которые могут,быть использованы для реализации каждого из этапов предварительной фильтрации.

ФИЛЬТРЫ ПОДАВЛЕНИЯ СЕТЕВОЙНАВОДКИ.

Можно выделить три основных типафильтров, которые находят применение для подавления сетевой наводки:

·<span Times New Roman"">          

·<span Times New Roman"">          

·<span Times New Roman"">          

Фильтры первого из перечисленныхтипов, частотные характеристики которых имеют провал на частоте сетевойнаводки, применяются для оперативной обработки ЭКС сравнительно редко, так какявляются достаточно сложными для реализации.

Применение фильтров второго изназванных типов обычно преследует цель решить одновременно две или болееразличные задачи фильтрации (устранение постоянной составляющей, подавлениесетевой и высокочастотной помех). Такая идея представляется весьма заманчивой,но при этом повышение эффективности решения какой либо одной из указанных задачдостигается обычно в ущерб остальным. Например, достаточно простые дляиспользования в режиме реального времени ФНЧ с нулем частотной характеристикина частоте сетевой помехи имеют, как правило, относительно низкое значениечастоты среза 20—25 Гц. Это может приводить к заметному подавлениювысокочастотных составляющих полезного сигнала, что не всегда допустимо.

Адаптивные режекторные фильтрысетевой наводки отличаются тем, что в процессе работы способны подстраиватьсяпод амплитуду и фазу наводки и осуществлять благодаря этому ее полнуюкомпенсацию. Такие фильтры, в отличие от первых двух указанных типов цифровыхфильтров, мало влияют на сам полезный сигнал, в частности на его составляющие,спектр которых лежит вблизи частоты сетевой наводки. Кроме того, адаптивныецифровые фильтры способны сочетать относительную простоту реализации с высокойдобротностью. Их основным является то, что устойчивая фильтрация возможна лишьв случаях, когда амплитуда и фаза наводки не претерпевают резких изменений.Однако в реальных условиях оперативного анализа ЭКС параметры наводки меняются,как правило, сравнительно медленно. Поэтому адаптивная фильтрация оказываетсянаиболее предпочтительной.

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">
СЖАТИЕЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА

Представление ЭКС регулярнойвыборкой отсчетов, получаемой в результате его дискретизации, часто оказываетсяизбыточным. Сократить избыточность позволяют методы сжатия данных, суть которыхзаключается в уменьшении объема исходной информации путем отбора меньшего числасущественных координат. Эти координаты могут быть получены либо в результатенекоторого преобразования дискретного сигнала, либо выбраны непосредственно изисходной выборки отсчетов. Чаще всего сжатие данных связано с некоторой потерейинформации, из-за чего исходный сигнал не может быть точно восстановлен.

Возможность получения эффективногосжатия ЭКС связана с тем, что высокочастотные компоненты сигнала присутствуютна достаточно коротких отрезках сердечного цикла. Частота дискретизациирассчитывается на допустимые ошибки дискретного представления именно этихфрагментов ЭКС, поэтому описание регулярной выборкой отсчетов низкочастотныхучастков сигнала оказывается избыточным. Для устранения этой избыточностипредложены различные методы сжатия, связанные с решением многих задач хранения,передачи и обработки ЭКС.

В системах цифровой передачи данныхсокращение объема передаваемых данных снижает требования к пропускной способностиканала связи, что особенно актуально для телефонных линий связи.

Для оценки эффективности сжатогопредставления сигнала обычно применяют два показателя: коэффициент сжатия,определяемый отношением числа исходных отсчетов сигнала к числу полученных координат,и ошибка восстановления сигнала. В качестве последней чаще всего используетсяабсолютная или средняя квадратическая ошибка.

Подход к выбору метода сжатия иоценка его эффективности должен определяться конкретной целью его применения. Взадачах хранения и передачи данных обычно задается допустимый уровень искажениявосстановленного сигнала, а выбор конкретного метода осуществляется исходя изусловий получения наилучшего значения коэффициента сжатия при известной илидопустимой сложности реализации алгоритма кодирования-декодирования сигнала.

Среди существующих методов сжатияданных можно выделить группу методов, основанных на разложении сигнала поортогональным функциям. Применение для целей сжатия разложения Карунена—Лоэва, ряда Фурье,преобразования Хаара позволяет достигать высоких коэффициентов сжатия, однакотребует большого объема вычислений. Кроме того, возникает проблемапредварительного выделения сердечного цикла, что затрудняет реализацию этихметодов в системах реального времени. Такое сжатие используется для храненияЭКГ в автоматизированных архивах и передачи ЭКГ на расстояние, когда нетжестких требований к сложности алгоритмов обработки и скорости вычислений.

Широкое применение получили методысжатия, основанные на амплитудно-временных преобразованиях сигнала. К наиболеепростым относится метод разностного кодирования, который обеспечиваетсокращение избыточности регулярной выборки отсчетов за счет уменьшения объемакаждой координаты. Важно отметить, что этот метод обеспечивает абсолютно точноевосстановление дискретизованного сигнала.

Достаточно распространены методысжатия сигнала, использующие аппроксимацию сигнала на отдельных временныхотрезках различными функциями. В качестве аппроксимирующих функций могут бытьвзяты алгебраические полиномы разных степеней или специальные функции, нобольшинство алгоритмов предполагает использование низкостепенных приближающихфункций (ступенчатая или линейная аппроксимация). Это объясняется в основном ихотносительной простотой и высоким быстродействием, что имеет решающее значениедля задач передачи и обработки ЭКС в реальном масштабе времени.

Среди методов описания сигналаспециальными функциями известен метод кодирования ЭКС нерегулярными отсчетами.Задача аппроксимации рассматривается здесь как определение оптимального наборавосстанавливающих фильтров с выбором из них линейно-независимых, которыеопределяют номера существенных отсчетов сигнала. Благодаря такому способукодирования удается достичь коэффициентов сжатия порядка 15—20 в зависимости отсложности исходных кривых ЭКГ. Успешно применяют для сжатия ЭКС аппроксимациюсигнала кубическими сплайнами. Разработанный сп

еще рефераты
Еще работы по медицине