Апаратні рішення в БЕС для обробки біопотенціалів

Схема захисту від високих напруг (рис. 3.30) складається з резисторів та обмежувачів. Можна зменшити дію перешкод та запобігти вихід підсилювачів з ладу. Існує декілька способів отримати вольт-амперну характеристику (рис. 3.31). Зустрічно-включені діоди мають порог Vb=600 мВ. Обмеження напруги забезпечується відкритим діодом. Більш високі порогові напруги забезпечуються двуханодним стабілітроном (Vb=2-20 В). Ще більші обмеження напруги можна отримати за допомогою неонової лампочки (Vb=50-90 В).

Рис. 3.30. Захист від викидів вхідних напруг

Рис. 3.31. Вольт-амперна характеристика (а). Зустрічно-увімкнуті діоди (б). Двуханодний стабілітрон (в). Неонова лампочка (г)

Інформацію про частоту серцевих скорочень (ЧСС) можна отримати з сигналів артеріального тиску, тонів серця та ЕКГ. Можна вимірювати середню ЧСС, визначаючи кількість скорочень серця за певний проміжок часу. При визначенні миттєвої ЧСС (рис. 3.32) обчислюється тривалість кожного кардіоциклу; а величина, обернена до тривалості , являє собою миттєву ЧСС. Сигнал ЕКГ проходить через смуговий фільтр, який пропускає QRS комплекси, послаблюючи артефакти та зубці P і T. Пороговий детектор запускає перший одновібратор, який виробляє імпульс P1. Задній фронт імпульса Р1 запускає імпульс P2. Ці обидва імпульси надходять на входи елементу «або-ні», вихід якого (P3) знаходиться у високому стані весь кардіоцикл, крім 20 мкс (тривалість P1 та P2). Високий рівень P3 дозволяє сигналу з частотою 1 кГц проходити на вихід елемента «і» (P4), що підключений до входу лічильника. Оскільки P2 скидає лічильник в 0, то число, яке міститься в лічильнику до початку QRS комплекса, дорівнює тривалості минулого кардіоциклу. Імпульс P1 забороняє дію лічильника і копіює (відкриваючи ключ) вміст лічильника в регістр, який зберігає його до наступного QRS комплекса. До виходу регістра підключен перетворювач код-опір. На цей опір подається стала напруга (з джерела стабілізованої напруги), і струм через нього дорівнює i=U/R=k/Tr, де Tr ─ інтервал між QRS-комплексами. Із цього виразу видно, що струм обернено пропорційний тривалості кардіоциклу, а іншими словами, пропорційний миттєвій ЧСС. Вихідна напруга V0 формується перетворювачем струм-напруга. Часова діаграма роботи вимірювача частоти серцевих скорочень наведена на рис. 3.33.

Рис. 3.32. Вимірювання частоти серцевих скорочень

Рис. 3.33. Часова діаграма роботи вимірювача частоти серцевих скорочень

Для визначення електричної активності м’язів використовують міограф (рис. 3.34).

Рис. 3.34. Блок-схема інтегратора міограми

Вхідний сигнал ЕМГ (V1) подається на випрямляч, на виході якого сигнал (V2) має позитивну полярність. Напруга V2 подається на інтегратор. Заряд на конденсаторі інтегратора пропорційний інтегралу вхідного сигналу V2. Коли вихідний сигнал інтегратора досягає порога, компаратор запускає одновібратор. Вихідний сигнал з одновібратора замикає ключ, який підключено паралельно конденсатору, що визиває розряд конденсатора. Після цього, інтегратор починає інтегрувати з нуля і цикл повторюється знову. Часова діаграма інтергатора міограми наведена на рис. 3.35.

Рис. 3.35. Часова діаграма інтергатора міограми

При тривалому записі ЕКГ може порушуватися контакт електрод-шкіра. Більшість кардіомоніторів має схеми для виявлення обриву електрода (рис. 3.36). Джерело струму з частотою 50 кГц увімкнено паралельно електродам. Якщо контакт порушується через обрив дроту, тоді опір між електродами, а також падіння напруги різко збільшуються. Смуговий фільтр виділяє сигнал виміру імпедансу, який подається на пороговий детектор. Якщо амплітуда цього сигналу перевищує поріг, включається синал тривоги.

Рис. 3.36. Блок-схема системи для виявлення обриву електрода