Разработка имитатора сигналов для электрокардиографов
Диссертация - Компьютеры, программирование
Другие диссертации по предмету Компьютеры, программирование
Магистерская РАБОТА по теме:
Разработка имитатора сигналов для электрокардиографов
ВВЕДЕНИЕ
Биоэлектрические процессы в организме являются источником диагностической информации о состоянии и деятельности тканей и органов.
Регистрация потенциалов, возникающих на поверхности тела, может производиться длительно и многократно без каких-либо болезненных ощущений или вредного воздействия на организм. Это важное достоинство, наряду с большой информативностью, явилось одной из причин широкого распространения биоэлектрических методов исследования, которые используются во всех областях медицинской науки и практики: кардиологии, невропатологии, психиатрии, хирургии и т.д.
Современная диагностика сердечных заболеваний не может обойтись без электрокардиографического исследования, представляющего собой анализ зарегистрированной кривой изменения биопотенциалов сердца.
Электрокардиография или метод электрокардиографического исследования является одним из самых распространенных методов обследования работы сердца у людей любого возраста. Электрокардиограмма представляет собой кривую токов возбуждения сердечной мышцы. Среди методов обследования сердца, а их всего три: электрокардиография, рентгенография сердца и эхокардиография (ультразвуковое исследование сердца), метод стандартной электрокардиографии имеет ряд преимуществ. Он доступен (электрокардиограф можно без труда принести к постели пациента), абсолютно безопасен, что позволяет проводить исследование повторно и оценивать динамику изменений, например, - на фоне лечения. Электрокардиография - объективна, поскольку точки наложения электродов постоянны, при этом грамотная врачебная интерпретация полученных результатов позволяет предполагать многие патологические состояния или отвергнуть их.
Электрокардиограф является прибором, предназначенным для измерения напряжений и временных интервалов в виде электрокардиограммы. Для повышения точности электрокардиограммы необходимо периодически поверять и настраивать электрокардиограф (ЭК). Таким образом, целью данной работы является разработка имитатора сигналов для поверки ЭК. Функциональный генератор разработан на микросхеме (логический элемент ИЛИ-НЕ). Для питания имитатора усовершенствована схема стабилизатора напряжения и узла контроля напряжения батареи, разработанного на операционном усилителе.
В работе даны инструкции и рекомендации по поверки электрокардиографа с помощью имитатора.
1. БИОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ
.1 Физические основы электрокардиографии
В современной медицинской практике для изучения электрической активности сердца используется метод электрокардиографии.
Экспериментальные данные показывают, что процесс распространения возбуждения по различным частям сердца сложен. Скорости распространения возбуждения варьируются в сердце по направлению и величине. В стенках предсердий возбуждение распространяется со скоростью 30 - 80 см/с, в атриовентрикулярном узле оно задерживается до 2 - 5 см/с, в пучке Гиса скорость максимальна - 100 - 140 см/с.
Рисунок 1.1 - Последовательность распространения волны возбуждения по отделам сердца. Стрелки указывают направления и времена прихода возбуждения в данный участок сердечной мышцы
В результате длины волн возбуждения:
, (1.1)
где R - период рефрактерности, в различных отделах системы проведения возбуждения также будут различаться: так в предсердиях , в атриовентрикулярном узле , в ножках пучка Гиса [1].
Полное описание электрического состояния сердца, математическое описание распределения мембранных потенциалов по всему объему сердца в каждой клетке и описание изменения этих потенциалов во времени невозможно. Поэтому, в соответствии с принципом эквивалентного генератора, сердце заменяют эквивалентным генератором тока, электрическое поле которого близко по свойствам электрическому полю, созданному сердцем.
Токовый генератор с электродвижущей силой не имеет большое внутреннее сопротивление , что созданный им ток не зависит от сопротивления нагрузки R (рис. 1.2):
. (1.2)
Рисунок 1.2 - Генератор тока
Для расчета потенциалов электрического поля, созданного генератором тока в однородной проводящей среде, генератор представляют в виде токового электрического диполя - системы из положительного и отрицательного полюса (истока и стока электрического тока), расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Важнейший параметр токового диполя - дипольный момент .
Вектор направлен от "-" к "+", от стока к истоку, то есть по направлению электрического тока во внутренней цепи генератора тока. Если в условиях опыта можно считать пренебрежимо малым , то диполь называется точечным.
Для расчета потенциалов электрического поля токового диполя сначала рассматривается поле униполя - отдельно рассматриваемого одного из полюсов диполя [1].
Потенциал электрического поля униполя (рис. 1.3) можно рассчитать на основе закона Ома в дифференциальной форме.
Рисунок 1.3 - К расчету потенциала электрического поля униполя: а - истока; б - стока
Плотность электрического тока j, то есть электрический ток через единицу площади: j = I / S, согласно закону Ома:
<