Персональный кардиомонитор «КардиоТест-01»
Прибор персонального кардиомониторинга «КАРДИОТЕСТ-01» предназначен для экспресс тестирования состояния седечно-сосудистой системы человека для диагностики:
• адаптационного резерва сердечно-сосудистой системы (ССС);
• преходящих нарушений ритма и проводимости (дифференциальной диагностики обморочных состояний);
• оптимизация терапии сердечной недостаточности, хронической ишемии миокарда;
Областями применения прибора «КАРДИОТЕСТ-01» являются:
• домашний мониторинг;
• амбулатории (врач общей практики, терапевт, кардиолог);
• санаторный этап реабилитации пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями;
• спортивная медицина.
Прибор представляет собой портативное устройство, позволяющее вести регистрацию ЭКГ в одном отведении, с вычислением и индикацией диагностических показателей: ЧСС, вариабельности сердечного ритма, нарушений ритма, а также запоминать фрагменты ЭКГ для последующего анализа на компьютере и передачи на удаленное рабочее место врача по сети интернет.
Регистрация ЭКГ осуществляется:
- с помощью электродов расположенных на корпусе прибора для правой и левой руки, что соответствует первому модифицированному отведению ЭКГ
- или с помощью стандартных ЭКГ-электродов, подключаемых через внешний разъем к прибору.
Прибор может функционировать в режиме тестирования и в режиме регистрации.
В режиме тестирования в течение 30 сек осуществляется запись в память прибора и анализ ЭКГ с одновременной индикацией на ЖК экране прибора: темпа сердечных сокращений, количества преждевременных сокращений и показателя вариабельности ритма сердца - стандартного отклонения
длительностей интервалов RR (SDNN), среднего значения RR-интервалов (RR).
При завершении записи ЭКГ, экран прибора отображает средние величины указанных показателей. Эти данные используются для диагностики состояния сердечно - сосудистой системы.
Каждый фрагмент записи ЭКГ может быть просмотрен впоследствии на экране компьютера при подключении через USB порт с помощью программного обеспечения, входящего в комплект прибора.В режиме регистрации проводится диагностическая проба и в течение заданного промежутка времени прибор постоянно анализирует ЭКГ сигнал.
После окончании пробы, определяется диагностический показатель - показатель сердечно-сосудистого резерва, характеризующий состояние обследуемого.
Последующее считывание информации из памяти прибора в компьютер и визуальная оценка ЭКГ эпизодов производится врачом с возможностью создания твердой копии выявленных нарушений.
А. Значение параметров, зарегистрированных в состоянии покоя:
ЧСС - в норме от 50-80 уд. В мин. Увеличение более 80 является независимым фактором риска ССС заболеваний и смертности. Тахикардия (ЧСС более 100 в мин) может быть вызвана повышением температуры тела, эмоциональным или физическим напряжением. Брадикардия и отсутствие увеличения темпа после физической нагрузки является признаком синдрома слабости синусового узла. Брадикардия в покое и увеличение темпа ЧСС после 10 приседаний не менее 20 ударов является нормальной реакцией ССС системы.
SDNN - среднее стандартное отклонение RR-интервалов ЭКГ характеризует вариабельность сердечного ритма. В норме, зарегистрированный в состоянии покоя показатель составляет не менее 30 мс. Показатель может быть использован для характеристики вегетативного обеспечения сердечно-сосудистой деятельности. Стрессовые воздействия на организм (эмоции, физическая нагрузка, боль, интоксикации, повышение температуры) приводят к уменьшению показателя при одновременном увеличении темпа сердечных сокращений. Изменение этого показателя в ходе физической нагрузки и в периоде восстановления позволяет охарактеризовать адаптационный резерв системы кровообращения.
Технические данные персонального кардиомонитора «КардиоТест-01»:
- Диапазон входного сигнала, мВ.................................................
0.03-5- Полоса пропускания по уровню 3 дБ, Гц............................... 0.05-100
- Диапазон уверенного обнаружения QRS-комплекса ЭКГ, мВ. 0.5-5
- Вычисляемые показатели......... ЧСС, SDNN, IHB (число нерегулярных
сердечных сокращений), показатель сердечно-сосудистого резерва.
- Скорость передачи данных в персональный компьютер, кБод... 115
- Скорость развертки ЭКГ, с................................................ 0.5;1;2;4;8
- Масштабный коэффициент изображения................................ 1;2;4;8
Принципиальная схема персонального кардиомонитора «КардиоТест-01» приведена на рисунке 38.
Рисунок 38- Принципиальная схема персонального кардиомонитора
«КардиоТ ест-01»
Кардиомонитор «КардиоТест-01» включает в себя усилитель ЭКС, микроконтроллер, энергонезависимую флэш-память, устройство связи с персональным компьютером по шине USB, импульсный повышающий стабилизатор напряжения, жидкокристаллический дисплей (ЖКИ), элементы управления.
Усилитель ЭКС состоит из дифференциального усилителя (ДУ), активного подавителя синфазной помехи, двухкаскадного усилителя переменного напряжения. Схема ДУ и активного подавителя синфазного сигнала приведены на рисунке 2.16. Обратно смещенные диоды VD1-VD6 совместно с резисторами R1-R3 предназначены для защиты входных цепей ДУ от высоких напряжений. Кроме того, совместно с конденсаторами C1-C3, резисторы R1-R3 образуют
фильтр нижних частот, необходимые для фильтрации радиочастотных помех.
89
Собственно ДУ (DA1) построен на базе измерительного усилителя типа AD623, выбор которого обусловлен низким напряжением питания и потреблением тока и возможностью работы во всем диапазоне питающих напряжений (rail-to-rail). Коэффициент передачи ДУ задается с помощью резисторов R10 и R11, которые, также, образуют делитель напряжения, необходимый для снятия синфазного сигнала подаваемого на активный подавитель синфазной помехи.
Активный подавитель синфазной помехи построен на операционном усилителе DA2:2 типа AD8544 и представляет собой инвертирующий усилитель, посредством которого синфазный сигнал в противофазе через нейтральный электрод подается на тело пациента, образуя, тем самым, петлю отрицательной обратной связи по синфазной помехе.
С выхода ДУ ЭКС поступает на двухкаскадный усилитель переменного напряжения, состоящий из двух идентичных каскадов. Диоды VD9, VD11 играют роль ограничителя напряжения, способствуя быстрому восстановлению работоспособности усилителя при резких перепадах напряжения на его входе, возникающих, например, при изменении электродных потенциалов, вызванных движениями пациента. Конденсатор C7 и резистор R13 формируют фильтр верхних частот с частотой среза по уровню 3 дБ равной 0.05 Гц. Коэффициент передачи задается резисторами R18, R15. Также резистор R18 совместно с конденсатором C10 фильтр нижних частот с частотой среза 100 Гц.
С выхода усилителя переменного напряжения ЭКС поступает на порт P6.0 микроконтроллера, сконфигурированный в режим аналого-цифрового
преобразования. В микроконтроллере оцифрованный ЭКС подвергается обработке в соответствии с заложенным алгоритмом. В частности, проводиться фильтрация ЭКС, обнаружение QRS-комплексов, нахождение характерных точек, измерение длительности кардиоинтервалов, вычисление характеристик
вариабельности ритма сердца. Вычисленные характеристики вариабельности ритма сердца отображаются на ЖКИ, который соединен с микроконтроллером разъемом X3. Кроме того, зарегистрированная ЭКС запоминается в энергонезависимой памяти с последовательным интерфейсом DD2 типа
AT45D321B. Запомненный ЭКС может быть передан в персональный компьютер через устройство связи для дальнейшей обработки.
Устройство связи с персональным компьютером включает в себя гальваническую развязку, реализованную на оптронах U1 и U2 типа CNY74-2, микросхему преобразователя COM-USB DD4 типа FT232BM. Оптроны обеспечивает необходимый уровень электробезопасности, требуемый для аппаратуры кардиологической диагностики.
Преобразователь COM-USB служит для передачи данных от микроконтроллера типа MSP430F149, который имеет встроенный контроллер UART, в персональный компьютер в соответствии со стандартом шины USB.Учитывая, что питание прибора «КардиоТест-01» осуществляется от аккумуляторных батарей, необходимо для питания элементов схемы использовать высокоэффективный стабилизатор напряжения и предусмотреть возможность перевода всей схемы в энергосберегающий режим. Основу источника питания составляет импульсный повышающий стабилизатор напряжения DA4 типа MAX858, который имеет коэффициент полезного действия порядка 90%. Кроме того, данный стабилизатор обеспечивает работоспособность всей схемы при минимальном входном напряжении 0.8 В, что дает возможность практически полностью использовать емкость батарей. Транзистор VT1 работает в ключевом режиме и служит для отключения питания элементов схемы при переходе в энергосберегающий режим. Перевод в энергосберегающий режим производится микроконтроллером по истечению заданного интервала времени. Управление работой всей схемы осуществляется в соответствии с программным обеспечением, заложенным в память микроконтроллера.
4.3.