ПЗ (1230770), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Рисунок 6.3 – Устройство ЭКГ аппарата

Электрокардиографы состоят из входного устройства, усили­теля биопотенциалов и регистрирующего устройства. Раз­ность потенциалов, возникающая на поверхности тела при воз­буждении сердца, регистрируется с помощью системы металли­ческих электродов, укрепленных на различных участках тела. Через входные провода, маркиро­ванные различным цветом, электрический сигнал подается на коммутатор, а затем на вход усилителя. Малое напряжение, воспринимаемое электродами и не превы­шающее 1–3 мВ, усиливается во много раз и подается в регис­трирующее устройство прибора. Регистрирующее устройство записывает электрокардиограмму на специальную движущую бумагу на подобие миллиметровки. Само устройство может состоять из неподвижного электромагнита и якоря в виде движущегося писца с чернилами.

6.3 Инструментальный усилитель

Для регистрации двух сигналов относительно общего нулевого провода в электрокардиографе применяется инструментальный усилитель. Данное устройство позволяет измерить разность двух потенциалов и избавиться от синфазного сигнала. Схема инструментального усилителя состоит из трех операционных усилителей и представлена на рисунке 6.4 [1].

Рисунок 6.4 – Схема инструментального усилителя

В структуру усилителя входят два неинвертирующих усилителя DA1 и DA2, подключенные к входам дифференциального усилителя DA3. Достоинство схемы состоит в том, что с помощью одного переменного резистора R₁ можно регулировать коэффициент усиления измерительного усилителя. Такая схема, кроме усиления разностного (дифференциального) сигнала U₂–U₁, способна эффективно подавлять сетевые помехи с частотой 50 Гц, которые являются для такого усилителя синфазными, т.е. воздействующими одновременно на оба входа усилителя. Одинаковые по величине резисторы обозначены на схеме одинаковыми индексами. Переменный резистор R₄ предназначен для балансировки схемы усилителя, т.е. при равенстве входных сигналов U₂ = U₁ с помощью резистора R₄ добиваются балансировки усилителя, при котором значения выходного напряжения U_вых = 0.

При анализе работы схемы усилителя принимаем идеальными параметры операционных усилителей: бесконечные значения входного сопротивления и коэффициента усиления. В этом случае можно считать нулевыми токи, протекающие через входы усилителя I_ОУ = 0, а также нулевое напряжение U₀ = 0 между его входами. Входы усилителя можно считать равнопотенциальными [1].

Рассмотрим вначале работу и основные соотношения для схемы дифференциального усилителя DA3.

При отсутствии тока, протекающего через неинвертирующий вход ОУ DA3, через резисторы R₃, R₄ под действием напряжения v₄ на «землю» протекает ток, определяемый параметрами этих сопротивлений. Эти резисторы образуют схему делителя напряжения, определяющего напряжение v₅ на неинвертирующем входе ОУ DA3

.

Поскольку входы ОУ равнопотенциальны, напряжение на инвертирующем входе ОУ DA3 равно напряжению v₅ на неинвертирующем входе. Верхняя часть схемы работает как инвертирующий усилитель. Через резистор R₃ протекает ток, определяемый разностью потенциалов на его выводах

.

В отсутствии тока на инвертирующем входе ОУ DA3, такой же по величине ток протекает через резистор обратной связи R₄

,

поэтому можно записать

Выражая из последнего уравнения напряжение v₅ и приравнивая его к выражению (6.3), получим

.

Полученное соотношение определяет коэффициент усиления дифференциального усилителя как отношение сопротивлений резисторов

.

Установим значение коэффициента усиления инструментального усилителя. Поскольку входы ОУ DA1, DA2 имеют одинаковые потенциалы, разность потенциалов на резисторе R₁ определяется разностью U₂–U₁ входных сигналов усилителя. Под действием этого напряжения через резистор R₁ протекает ток

,

то есть все входное напряжение U₂–U₁ приходится на резистор R₁

.

При нулевом входном токе ОУ такой же по величине ток i будет протекать через оба резистора R₂. Для напряжения на выходе усилителей DA1, DA2 можно записать

.

Коэффициент усиления дифференциального сигнала усилителями DA1, DA2 равен отношению выходного напряжения v₄–v₃ к разности напряжений U₂–U₁ на входе усилителя

.

Перемножая коэффициенты усиления каскадов (6.8) и (6.12), получаем общий коэффициент усиления инструментального усилителя

.

Как видно из формулы (6.13) получиться необходимый коэффициент усиления можно путем регулирования сопротивления резисторов.

6.4 Проверка предлагаемой структуры режекторного фильтра на
действующем ЭКГ аппарате

Разработанный режекторный фильтр был применен при работе в составе переносного электрокардиографа, выполненного на базе 32-разрядного микропроцессора STM32-LCD, оборудованного жидкокристаллическим дисплеем размером 320х240 пикселей. Предлагаемый алгоритм цифровой фильтрации реализован программно и составляет часть кода обработки ЭКГ сигнала.

Процедура цифровой фильтрации, реализованная в микропроцессоре, достаточно проста: измеренные с интервалом 0,0025 с значения сигнала ЭКГ заносятся в массив Y, состоящий из 8 элементов: Y[0]…Y[7]. После суммирования содержимого всех ячеек массива и деления полученной суммы на 8, получается выходной сигнал режекторного фильтра в дискретные моменты времени. После этого происходит цикл смещения данных между ячейками массива: в крайнюю левую ячейку Y[0] перемещается значение из соседней ячейки Y[1] и т.д. Цикл заканчивается после занесения сигнала ЭКГ в крайнюю правую ячейку Y[7].

Фрагмент программного кода, реализованный в процессоре на языке высокого уровня Си, показан на рисунке 6.5.

Рисунок 6.5 ­– Фрагмент программного кода режекторного фильтра

Его первая строка соответствует процедуре суммирования и деления накопленной суммы на 8 путем сдвига суммы на 3 позиции вправо ( 3). В следующих семи строках программы показана процедура циклического сдвига информации между ячейками массива. С помощью последней строки осуществляется занесение сигнала ЭКГ (Y[7] = IBIn_LO) в крайнюю правую ячейку пассива Y[7].

Отфильтрованный в микропроцессоре сигнал через его выходные порты поступает на вход внешнего цифро-аналогового преобразователя, с выхода которого аналоговый ЭКГ сигнал поступает на вход цифрового запоминающего осциллографа ADC1000C с полосой пропускания 40 МГц, позволяющего в реальном масштабе времени производить быстрое преобразование Фурье с индикацией на экране полученного спектра сигнала. На рисунке 6.6 показаны результаты исследования сигнала ЭКГ, снятые с экрана осциллографа.

Рисунок 6.6 – Гармонический сигнал электрокардиограммы

В верхней части рисунка показана кривая ЭКГ сигнала, поступающая на вход осциллографа с выхода ЦАП, а ниже - соответствующий ей частотный спектр. Из его анализа (фрагмент а) следует, что в спектре ЭКГ сигнала отсутствуют гармоники с частотой 50 Гц, что свидетельствует об эффективной работе предлагаемого фильтра для регистрации и анализа сигнала кардиограммы.

7 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЖЕКТОРНОГО ФИЛЬТРА В ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФАХ

В том, что предлагаемая структура фильтра позволяет получить более достоверный диагноз при снятии ЭКГ диаграммы, мы убедились в прошлых разделах. Но необходимо также рассмотреть целесообразность применения данного фильтра с точки зрения экономических законов.

7.1 Теоретические основы при расчете экономической эффективности в медицинских разработках

Понятие эффективности медицинской помощи следует различать с общеэкономической категорией эффективности, с соответствующими показателями в сфере материального производства.

Показатели эффективности деятельности медицинских учреждений служат критерием социальной и экономической значимости данной отрасли в разви­тии общества. В общем, на уровне народного хозяйства, эффективность здравоохранения выражается степенью влияния и воздействия его на сохранение и улучшение здоровья населения, повышением производительности труда, в предотвращении расходов на здравоохранение и расходов по социальному страхованию и социальному обеспечению, в экономии затрат в отраслях материального производства и непроизводственной сферы, увеличением прироста национального дохода [12].

Эффективность здравоохранения, его служб и отдельных мероприятий определяется совокупностью различных критериев и показателей, каждый из которых харак­теризует какую-либо сторону процесса медицинской деятельности.

Эффективность здравоохранения не может быть определена однозначно. Применительно к здравоохранению опре­деляются три типа эффективности: медицинскую, экономическую, социаль­ную.

В отличие от других отраслей народного хозяйства, результаты тех или иных мероприятий здравоохранения, его служб и программ анализируются с позиций социальной, медицинской и экономической эффективности, среди которых приоритетными являются медицинская и социальная эффективность. Без оценки результатов медицинской и социальной эффективности не может быть определена и экономическая эффективность. Существует взаимосвязь и взаимообусловленность между медицинской, социальной и экономической эффективностью.

Под понятием «эффективность» понимается степень достижения конкрет­ных результатов.

Медицинская эффективность – это степень достижения медицинского результата. В отношении одного конкретного больного это выздоровление или улучшение состояния здоровья, восстановление утраченных функций отдель­ных органов и систем. На уровне учреждений здравоохранения и отрасли в целом медицинская эффективность измеряется множеством специфических показателей: удельный вес излеченных больных, уменьшение случаев перехода заболевания в хроническую форму, снижение уровня заболеваемости населения [13].

Медицинская эффективность показывает степень достижения поставленных задач диагностики и лечения заболеваний с учетом критериев качества, адек­ватности и результативности. Медицинское вмешательство может быть более действенным, если научный уровень и практика его проведения обеспечи­вают наилучший результат оказания медицинской помощи при наименьших затратах всех видов ресурсов. Но даже при идеальном качестве медицинского обслуживания может быть не достигнута главная цель – здоровье пациента [14].

Характеристики

Список файлов ВКР