Аналіз технічного завдання - Блок управління переносним цифровим електрокардіографом
Відповідно до технічного завдання необхідно проектувати блок керування переносним цифровим електрокардіографом. Необхідно розробити найбільш економічно вигідний прилад і в той же час, щоб він відповідав Держстандарту, метрологічним стандартам і був безпечним для потенційного пацієнта.
Електрокардіограф складається з вхідного пристрою (електроди, кабель відведень), підсилювачів біопотенціалів та реєструючого пристрою.
Різниця потенціалів з поверхні тіла знімається за допомогою металевих електродів, укріплених на різних ділянках тіла гумовими ременями, затискачами чи грушами.
Мінімальна напруга (не більше 10 мВ), сприймається електродами, подається на систему біопідсилювачів. В результаті посилення невеликі коливання напруги посилюються у багато разів і подаються в пристрій реєструючого приладу.
Електрокардіограму реєструють на папері чорнильним або тепловим способом. Так як чорнильний метод реєстрації ЕРС нині практично не використовується через значні похибки та трудомісткість процесу виготовлення, його розглядати не будемо.
Проектований електрокардіограф умовно можна поділити на такі блоки:
• Вхідний вузол (використовуємо 2 стандартні відведення);
• Обробний вузол із пристроєм керування (клавіатура);
• Вузол відображення (індикації та сигналізації пульсу);
• Вузол реєстратора (пишучий вузол, а також картка SD для зберігання інформації);
• Вузол зв'язку із зовнішнім середовищем (Bluetooth-інтерфейс);
• Вузол живлення (використовується батарея, що перезаряджається).
Вхідний вузол у свою чергу складається з:
Вхідний кабель (кабель пацієнта) з певною кількістю електродів. Для цього ТЗ необхідно3 електроди, що накладаються на кінцівки та електрод активної землі, що накладається на праву ногу;
Блок вхідних підсилювачів, що включає фільтри високої частоти, фільтри низької частоти і безпосередньо підсилювачів. Три посилених сигналу R, L, F формують сигнал придушення перешкоди по зворотному зв'язку, який подається на праву ногу N. Перший каскад посилення є інструментальним підсилювачем на базі недорогої мікросхеми AD620. Дана мікросхема забезпечує необхідний коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу КОСС = 100 дБ, має низьку напругу шуму і вимагає єдиний зовнішній резистор завдання коефіцієнта посилення. Для того, щоб уникнути насичення виходу при можливому постійному вхідному зміщенні ±300 мВ і розмаху вихідної напруги AD620 ±3,8 В коефіцієнт посилення інструментального підсилювача не повинен перевищувати 12,6. Таким чином, з урахуванням запасу виберемо коефіцієнт посилення першого каскаду рівним 7.
Оскільки практично всі сучасні електрокардіографічні прилади є цифровими пристроями (мають у своєму складі мікроконтролер), є вузол перетворення аналогових сигналів в цифрові - аналого-цифровий перетворювач певної розрядності. Існують мікроконтролери із вбудованим АЦП, наприклад ADuC842 із вбудованим 12-розрядним АЦП. Наявність цифрової частини приладу обгрунтовано багатьма чинниками і зручність подальшої обробки інформації, і регульована точність подання, і гнучкість зміни алгоритмів обробки та інше.
Вузол відображення (індикації та сигналізації пульсу):
Вузол індикації повинен показувати оператору режими роботи, де знаходиться прилад. Дозволяється функціональне поєднання індикації з клавіатурою (панеллю управління) для зміни режимів роботи приладу. Такожнеобхідна звукова сигналізація пульсу, яка спростить роботу з приладом щодо порушень ритму (аритмій). Звукову сигналізацію пульсу можна проектувати на основі пікового детектора, побудованого на операційному підсилювачі.
Зрештою прилад повинен відобразити електрокардіограму, цілком певний графік зміни ЕРС серця на твердому носії, що дозволяє тривале зберігання, а також запис на цифровий носій інформації (SD карту) для подальшої обробки отриманих даних на комп'ютері. Як твердий носій використовується термопапір. Для багатоканальних апаратів ЕКГ використовується принцип термореєстрації у вигляді про термоголовок.
Термоголовка є високопрецизійним пристроєм створеним за допомогою мікротехнологій і є набором щільноупакованих терморезисторів нанесених на керамічну або ситалову основу у вигляді лінійки.
Щільність розміщення терморезисторів дуже висока і досягає 32 пікселів/мм.
Промисловість випускає термоголовки завширшки від 40 мм до 300 мм. Для електрокардіографічних завдань реєстрації нині визначено мінімальну допустиму щільність точок як 6-8 точок/мм. І таким чином можна підрахувати, що кількість терморезисторів навіть у найвужчій головці вимірюється сотнями штук. Запис за допомогою термоголовки здійснюється також на спеціальному термочутливому папері. Папір має бути притиснутий по всій довжині термолінії до поверхні термоголовки.
На момент торкання терморезистори в місцях, де необхідно відобразити точку нагріваються, на папері залишається слід. Терморезистори необхідно охолонути до певного рівня.
Далі папір просувається із заданою швидкістю і цикл реєстрації повторюється. Подібний принципреєстрації зручний тим, що дозволяє відображати і графіки і текст з мінімумом частин, що рухаються. Варіюючи інтенсивність нагріву можлива і багатотонова реєстрація.
Вузол зв'язку із зовнішнім середовищем:
Зв'язок з комп'ютером реалізований за бездротовим стандартним Bluetooth-інтерфейсом, що підвищило ступінь мобільності пристрою та зручність його експлуатації, а також гальванічну розв'язку пацієнта з комп'ютером.
Як було сказано вище, згідно з ТЗ як джерело живлення використовується батарея, що перезаряджається, найкраще літій-іонна.
Для забезпечення метрологічних вимог до приладу, що проектується, необхідно керуватися вимогами ГОСТу та міжнародних стандартів до приладів для вимірювання біоелектричних потенціалів серця.
ГОСТ 19687-89 визначає основні характеристики приладів так:
1. Діапазон вхідних напрузі U, мВ. в межах
2. Відносна похибка вимірювання напруги U в діапазонах: