90159 (Классификация кардиомониторов)

КЛАССИФИКАЦИЯ КАРДИОМОНИТОРОВ

Разнообразное применение КМ в медицинской практике привело к определенной специализации приборов. Кардиомониторы можно разделить на виды и группы, отличающиеся друг от друга контролируемыми параметрами, эксплуатационными свойствам методами обработки и представления информации. Предлагаемая классификация является в какой-то мере условной, но дает представление о сферах применения и особенностях КМ: амбулаторные (носимые), скорой помощи, клинические, тестирующие, реабилитационные, санаторно-курортные.

Амбулаторные КМ используются в стационаре и после выписки из стационара для контроля таких изменений состояния сердечной деятельности за весь период суточной активности, которые не могут быть выявлены во время непродолжительного ЭКГ-исследования в покое. На основании полученных данных производится выбор и дозировка лекарственных препаратов и определение допустимых физических нагрузок. Малые габаритные размеры, масса и автономное питание позволяют носить КМ на себе с укрепленными электродами 24 ч.

В кардиомониторе Холтера ведется непрерывная запись ЭКС на магнитную ленту с очень малой скоростью (1 мм/с). Для этого производится трансформация низкочастотного спектра ЭКС область частот, регистрируемых магнитным носителем. Обычно применяется широтно-импульсная и реже амплитудная или частотная модуляции ЭКС. Кассета с записью просматривается кардиологом при помощи специального устройства со скоростью, превышающей скорость записи в 60-120 раз. В дальнейшем метод Холтера был усовершенствован путем автоматического машинного скоростного анализа ЭКС. Обычно диагностируются основные типы аритмий и параметры смещения ST-сегмента.

Применение в амбулаторных КМ полупроводниковых запоминающих устройств и микропроцессоров позволило провести автоматический анализ аритмий и смешения сегмента ST непосредственно в приборе с запоминанием патологических фрагментов ЭКС. Удобство КМ с полупроводниковой памятью заключается в том, что данные обработки ЭКС можно получить оперативно в любой момент времени, и запуск может быть осуществлен самим больным при плохом самочувствии или во время сердечного приступа.

Кардиомониторы скорой помощи предназначены для контроля состояния сердечной деятельности, восстановления утраченного или нарушенного ритма сердца на дому и в машине скорой помощи. Все КМ позволяют вести наблюдение ЭКГ, измерять частоту сердечных сокращений (ЧСС), проводить дефибрилляцию или стимуляцию сердца. Кардиомониторы должны работать от аккумулятора машины, внутренней батареи и от сети. Масса КМ около 5-8 кг.

Клинические КМ предназначены для стационаров и могут в зависимости от назначения быть нескольких типов.

Кардиологические КМ применяются в палатах интенсивного наблюдения за кардиологическими сольными в острый период заболевания. Основное назначение КМ — сигнализация о нарушениях ритма и проводимости сердца. Такие КМ обычно работают в автоматизированной системе оперативного врачебного контроля за несколькими больными.

Хирургические КМ применяются во время операций на сердце и сосудах и в послеоперационных палатах. В отличие от остальных типов КМ измеряют ряд дополнительных параметрон кровообращения и дыхания (систолическое, среднее и диастолическое кровяное давление; минутный объем сердца; периферический пульс; температуру тела; газовый состав и т. д.). Особенностью хирургических КМ является использование в основном прямых методов измерения параметров.

Акушерские КМ устанавливаются в родильных залах, предродовых палатах и в отделениях интенсивного ухода за новорожденными. Кардиомониторы применяются при патологиях сердечно-сосудистой системы рожениц и контроля за новорожденными. Кардиомониторы матери и плода позволяют измерять ЧСС матери и плода по прямому ЭКС и доплеровскому эхокардиосигналу, обнаруживать нарушения ритмов и измерять силу маточных сокращений. Кардиомонитор для новорожденных (переношенных, недоношенных и травмированных в родах) и детей до двухлетнего возраста, страдающих воспалением легких, измеряет ЧСС, частоту дыхания и сигнализирует о нарушениях ритма сердца и остановках дыхания.

Тестирующие КМ предназначены для функциональной диагностики состояния сердечно-сосудистой системы здоровых и больных людей. Они позволяют автоматизировать процесс ЭКГ-исследований под нагрузкой под нескольким отведениям и определять газовый состав выдыхаемого воздуха. Обычно КМ поставляются с велоэргометрами или бегущей дорожкой для дозировки нагрузки.

Реабилитационные КМ необходимы для контроля сердечно-сосудистой системы в условиях возросших нагрузок и проверки эффективности назначенных лекарственных препаратов. Для этой цели возможно применение амбулаторных КМ, но более удобно, пользоваться мониторированием по радиоканалу или телефону. На больном укрепляется передатчик ЭКС с электродами, и ЭКС преобразуется в частотно-модулированный сигнал (для радиоканала) или в частотно-модулированный акустический сигнал (для передачи ЭКС по телефону). Анализ ЭКС ведется кардиологом или автоматически в центре наблюдения.

Санаторно-курортные КМ находят применение в кардиологических санаторных для контроля лечения, особенно в бальнеологических условиях; при грязе- и светолечении, лечебных ваннах и других процедурах. Электроды ЭКГ могут быть опущены в ванну и не крепиться на больном. Для дозировки нагрузки (терренкур) может быть использован КМ, который выдает сигнал тревоги при уходе ЧСС за установленные пределы.

Из всех перечисленных типов КМ самое важное значение имеют клинические КМ для палат интенсивного наблюдения. Кроме того, их устройство наиболее сложно и включает в себя элементы остальных типов КМ. Поэтому далее будут рассматриваться только клинические КМ для палат интенсивного наблюдения.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СОСТАВ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Электронные устройства (ЭУ) кардиомониторов в самом общем случае представляют собой совокупность аппаратных средств, предназначенных для преобразования, обработки и отображения информации. В нашем случае под информацией понимается электрокардиосигнал (ЭКС) и данные его обработки в кардиомониторах на всех этапах, а также управляющие и тестирующие сигналы. Основной состав ЭУ охватывает широкий арсенал аналоговых и цифровых полупроводниковых схем, обеспечивающих выполнение функций:

усиления ЭКС при значимых синфазных электрических помехах;

преобразования ЭКС в удобную для обработки форму;

анализа ЭКС во временной или частотной областях в реальном масштабе времени;

накопления и обработки данных анализа;

оперативного отображения и документирования ЭКС и результатов его обработки;

дистанционной передачи ЭКС и результатов обработки по каналам связи;

сопряжения кардиомониторов с автоматизированными системами;

автоматизации процесса управления прибором;

самодиагностирования неисправностей.

УСТРОЙСТВА СЪЕМА ЭКС В КАРДИОМОНИТОРАХ

Все устройства съема медицинской информации подразделяют на 2 группы: электроды и датчики (преобразователи). Электроды используются для съема электрического сигнала, реально существующего в организме, а датчик — устройство съема, реагирующее своим чувствительным элементом на воздействие измеряемой величины, а также осуществляющее преобразование этого воздействия в форму, удобную для последующей обработки. Электроды для съема биопотенциалов сердца принято называть электрокардиографическими (электроды ЭКГ). Они выполняют роль контакта с поверхностью тела и таким образом замыкают электрическую цепь между генератором биопотенциалов и устройством измерения.

Автоматический анализ электрокардиосигналов в кардиомониторах предъявляет жесткие требования к устройствам съема — электродам ЭКГ. От качества электродов зависит достоверность результатов анализа, и следовательно, степень сложности средств, применяемых для обнаружения сигнала на фоне помех. Низкое качество съема ЭКС практически не может быть скомпенсировано никакими техническими решениями.

Требования, применяемые к электродам ЭКГ, соответствуют основным требованиям к любым преобразователям биоэлектрических сигналов:

по точности восприятия сигнала (минимальные потери полезного сигнала на переходе электрод—кожа и сохранение частотной характеристики сигнала);

идентичность электрических и конструктивных параметров (взаимозаменяемость, возможность компенсации электрических параметров);

постоянство во времени функций преобразования (стабильность электрических параметров);

низкому уровню шумов (обеспечение необходимого соотношения сигнал—шум).

малому влиянию характеристик электродов на измерительное устройство.

Как показало применение первых кардиомониторов, обычные пластинчатые электроды ЭКГ, широко используемые в ЭКГ, не удовлетворяют требованиям длительного непрерывного контроля ЭКС из-за большого уровня помех при съеме.

УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА. ОСОБЕННОСТИ ИСТОЧНИКА ВОЗБУЖДЕНИЯ.

Источником возбуждения усилителя ЭКС (УсЭКС) является биологический объект — человек, который может быть представлен эквивалентным уравнением электрическим генератором. А как известно, свойства любого электрического генератора определяются характером изменения ЭДС во времени и внутренним сопротивлением.

Электрокардиосигнал является частью ЭДС сердца, измеряемой на поверхности тела при помощи электродов, расположенных определенным образом. Закон изменения ЭКС во времени может считаться квазипериодическим с периодом кардиокомплексов 0,1—3 с. Минимальное значение соответствует фибрилляции желудочков, а максимальное — блокадам сердца. Форма эквивалентного кардиокомплекса близка к треугольной с амплитудой, лежащей в диапазоне 0—5 мВ. Полоса принимаемых кардиокомплексом частот охватывает диапазон от 0,05 до 800 Гц.

Междуэлектродное сопротивление, включающее сопротивления переходов кожа—электрод, соответствует внутреннему сопротивлению источника возбуждения УсЭКС и изменяется в значительных пределах. Для технических расчетов обычно принимают диапазон 5—100 кОм.

Помимо перечисленных параметров при проектировании ЭКС необходимо учитывать ряд существенных особенностей источника возбуждения.

Нестабильность внутреннего сопротивления за счет изменений сопротивлений переходов кожа—электрод. При этом нужно считаться с большими значениями междуэлектродных сопротивления и их разбалансом в системе отведений ЭКС.

Образование на переходах кожа—электрод напряжений поляризации, создающих на входных контактах УсЭКС напряжение смещения, достигающее 300 мВ. Такое напряжение может вызвать насыщение усилителя.

Медленный дрейф напряжения поляризации и резкие его изменения при смещении электродов из-за движений больного. Скачки напряжения поляризации создают трудно устранимые помехи.

Наличие напряжений помех, попадающих на входные зажимы УсЭКС синфазно и противофазно. Помехи могут быть биологического и физического происхождения. К биологическим помехам относятся биопотенциалы других органов и мышц, а к физическим — наведенные на объект напряжения от неэкранированных участков сетевой проводки, сетевых шнуров других приборов и проводящих поверхностей (вторичное напряжение наводки). Особенно большой уровень имеют синфазные сигналы помех напряжения сети, попадающие на объект через емкостную связь.

Наличие импульсных помех при воздействии на объект терапевтических аппаратов: кардиостимулятора и дефибриллятора. Попадая на вход УсЭКС, артефакты импульсов кардиостимулятора искажают ЭКС и вызывают в ряде случаев ложно обнаружение кардиокомплекса, а импульсы дефибриллятора могут повредить входные цепи УсЭКС.

Основные параметры УсЭКС в значительной степени определяются свойствами входных каскадов — предусилителей. К ним предъявляются жесткие требования: высокое входное сопротивление, большой коэффициент ослабления синфазных сигналов, малый уровень шумов, высокая стабильность коэффициента усиления, большой динамический диапазон или сравнительно низкий коэффициент усиления. Предусилители строятся на основе ОУ или в комбинации ОУ с входными дифференциальными каскадами на полевых транзисторах.

Необходимость в улучшении методов усиления сигналов малого уровня на фоне синфазных помех в условиях возможного попадания опасных токов на объект привело к широкому применению развязывающих усилителей (РУ) биопотенциалов. Хотя развязка может быть выполнена на выходе УсЭКС, предпочтительнее ее осуществлять в предусилителе, так как в этом случае изоляция обеспечивается конструктивно проще и уменьшается потребляемая мощность изолированного источника питания.

По своим характеристикам РУ близки к ОУ, но обладают дополнительными, присущими только им свойствами:

защитой от высоких разностей потенциалов между входной и выходной цепями (высокое напряжение развязки) и между входами;

высокой степенью подавления синфазный помех (переменных, постоянных, импульсных), т.е. высоким коэффициентом ослабления синфазных сигналов;

очень высоким полным сопротивлением утечки с входа на "землю" цепи питания.

Обобщенная структурная схема всего УсЭКС с гальванической развязкой в предусилителе приведена на рис. 4. Предусилитель имеет небольшой коэффициент усиления, и основное усиление ЭКС производится в усилителе напряжения (УН). Учитывая, что в выходной части РУ возможна емкостная связь между каскадами, для предотвращения уходов изолинии при переключении отведений и скачках напряжения помех применяется ручное или автоматическое успокоение. Схема автоматического успокоения (АУ) содержит компаратор и аналоговый ключ для перезарядки конденсатора связи. С выхода УН сигнал поступает на активный фильтр нижних частот (ФНЧ) с изменяемой f_в при большом уровне помех. К выходу ФНЧ может быть подключен регистратор ЭКГ.

Для автоматического анализа ЭКС важно, чтобы сигал не выходил за динамический диапазон при уходах изолинии за допустимый предел. Поэтому с выхода ФНЧ ЭКС подается на стабилизатор изолинии, который представляет собой фильтр верхних частот (ФВЧ) с f_н=0,5—2 Гц. Далее с помощью аналоговых коммутаторов (АК₁ и АК₂) возможны ручная и автоматическая регулировка усиления и смещения изолинии (РРУ, РРС, АРУ и АРС). При автоматической регулировке управление производится сигналами процессора. После блока регулировки ЭКС (БР ЭКС) сигнал устанавливается до уровня, необходимого для дальнейшей обработки.

УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ