Структура современного электрокардиографа.

Изложенная выше физиологическая модель электрической активности сердца и данные о принятых в электрокардиографии системах отведений служат объективной предпосылкой для проектирования электрокардиографов.

Необходимо отметить, что в современной электрокардиографии считается обязательной одновременная синхронная регистрация сигналов ЭКГ в 12-ти отведениях: трех основных (I, II и III), трех усиленных (aVR, aVL и aVF) и шести грудных (V1 – V6). Только при этом условии возможен полноценный морфологический анализ кардиограммы и формирование электрокардиографического заключения.

При проектировании полного 12-ти канального цифрового ЭКГ - усилителя всегда принимают во внимание тот факт, что сигналы основных отведений линейно связаны друг с другом (I + III = II). Это означает, что достаточно физически зарегистрировать сигналы I и II отведений, а сигнал IIIотведения синтезировать путем простых расчетов и отобразить для просмотра, анализа и печати.

Аналогичным образом поступают и с сигналами усиленных отведений, поскольку они линейно связаны с сигналами I и II отведений. Напоминаем, что: aVF = ( II + III )/2; aVR = ( I + II )/2; aVL = ( I - III )/2.

Таким образом, в полном цифровом 12-ти канальном кардиографе необходимо и достаточно использовать 8-канальный усилитель ЭКГ-сигналов ( два основных (I и II)и шесть грудных (V1 - V6) каналов).

На Рис. 21 представлена структурная схема цифрового 12-ти канального кардиографа. Он имеет 8 каналов усиления (У1 – У8), их входы с помощью кабеля отведений и кардиографических электродов подключаются к соответствующим точкам на торсе пациента. К усилителям предъявляются высокие требования. Они должны иметь большое входное сопротивления (³ 100 Мом), малый ток утечки (£100 нА), большое подавление сетевой синфазной помехи (³ 100 дБ), усиливать сигналы в диапазоне 0,05 ... 150 Гц, иметь малый уровень шума и пр. Вопрос о технических требованиях к ЭКГ – усилителю выходит за рамки нашего рассмотрения и требует отдельного изучения.

Рис. 21. Структурная схема 12-ти канального кардиографа

Далее усиленные ЭКГ – сигналы подвергаются фильтрации системой НЧ - фильтров (постоянная времени 1, 3, 5, 10 с) и ВЧ - фильтров (70, 35 Гц ) и поступают на входы мультиплексора. Блок управления формирует команды на переключение адресной шины мультиплексора, который обеспечивает последовательное подключение выходов каждого канала усиления к аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Аналого-цифровое преобразование ЭКГ – сигнала производится с частотой 500 – 1000 Гц. АЦП обычно имеет 16 разрядов. Затем данные поступают в буфер обмена и передаются в компьютер через порт USB.

Примером реализации компьютерного кардиографа является ЭКГ – усилитель КАРДИОЛАБ. Система была разработана и произведена научно-техническим центром медицинских приборов и технологий «ХАИ-МЕДИКА» Национального аэрокосмического университета «ХАИ».

Рис. 22. Цифровой ЭКГ - усилитель компьютерной кардиографической системы КАРДИОЛАБ

В системе используются усилители ЭКГ- сигналов со следующими медико-техническими характеристиками:

· число ЭКГканалов — 12 (отведения I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1…V6);

· чувствительность — от 1мВ/дел до 5 мВ/дел;

· диапазон регистрируемых сигналов — 0.005 ... 8 мВ;

· входной ток утечки £100 нА;

· входное сопротивление ³ 100 МОм;

· подавление синфазной помехи ³ 120 дБ;

· полоса пропускания ЭКГ- усилителя (-3 дБ) 0,05 ... 150 Гц;

· полоса пропускания ФКГ- усилителя 10…1000 Гц

· взаимное проникновение каналов - 40 дБ;

· НЧ фильтры 1, 3, 5, 10 с (постоянная времени);

· ВЧ фильтры 70, 35 Гц (-3 дБ);

· уровень шума £ 2 мкВ действующего значения при закороченном входе;

· встроенная калибровка 1 мВ ± 2%, Ти = 0.1 с, Т п = 1с ± 5%;

· включение калибровки, переключение постоянных времени НЧ

и ВЧ фильтров — программное;

· сопротивление электродов от 0 до 100 кОм;

· напряжение поляризации электродов £ 300 мВ;

· защитная изоляция — полная оптическая развязка, тип BF;

· защита от импульсов дефибрилляции;

· аналого-цифровой преобразователь ЭКГ - 16 разрядов;

· аналого-цифровой преобразователь ФКГ - 20 разрядов;

· частота дискретизации ЭКГ внутренняя - 8000 Гц ± 0.02 %;

· частота дискретизации сохраняемого ЭКГ-сигнала - 1000 Гц;

· частота дискретизации ФКГ- сигнала - 32 кГц

· тип интерфейса — последовательный;

· скорость передачи данных — 768 кбит/с;

· питание - +5 В, USB;

· потребляемая мощность £ 1 ВА;

· габаритные размеры, не более 200х150х25 мм.;

· вес £ 0,8 кг;

Программа универсального кардиографа КАРДИОЛАБ включает минимальный набор необходимых функций – ведение Архива пациентов, регистрацию и анализ стандартной ЭКГ длительностью от 10 с до 1 минуты, компьютерную интерпретацию ЭКГ с выдачей синдромального заключения и возможностью его ручного дополнения и редактирования, векторный анализ ЭКГ и различные формы печати ЭКГ и отчетов.