Прецизійний перетворювач аналогових сигналів для системи прикроватного моніторингу

    

    Рис. 6. Дротовий датчик-опір для реєстрації пульсових  коливань променевої артерії. А — поволочний елемент; Б-датчик; В  — сфигмограмма: 1 — рамка; 2 -важіль для установки  пілота; 3 — дротовий елемент опору 

    Ємнісні датчики служать для аналогічних  цілей і діють за принципом  зміни ємності конденсатора при  змінах відстані між його пластинами, положення яких міняється й у  ході досліджуваного процесу. Вимір  ємності проводиться на високій  частоті за допомогою спеціальних приладів, що дозволяє реєструвати досить малі коливання (серцевий поштовх, пульсація кровоносних посудин, скорочення порожніх органів - шлунка, кишечнику, моченого міхура й т.п.). [  ]

    Індуктивні  датчики перетворять механічні коливання в зміни індуктивного опору котушки (міняючи положення в ній залізного сердечника). Ці датчики поряд з ємнісними широко використають у мініатюрних приладах, наприклад в електроманометрах для зондування серця й посудин, і радіопілюлях й ін. Новий перспективний спосіб механоелектричного перетворення заснований на застосуванні механотронів - електронних ламп із  рухливими електродами, удосконалення яких відкриває ще більш широкі можливості для реєстрації біомеханічних процесів.

    У фонокардіографії як датчики використається мікрофон. Звукові коливання серця перетворяться в електричні за допомогою спеціального мікрофона. Розрізняють кілька видів мікрофонів: лінійні, стетоскопічні й логарифмічні. [  ]

    Лінійні мікрофони фіксують коливання, не корригіруя їх у тім виді, у якому вони надходять у мікрофон. Сучасні апаратури має ряд пристосувань, що забезпечують достатню точність лінійної реєстрації.

    Стетоскопічні мікрофони дозволяють за допомогою  спеціальних фільтрів усувати коливання  дуже низької частоти (до 30Гц), що необхідно при частотному аналізі тонів і шумів серця. Крім того, стетоскопічний мікрофон поліпшує перетворення високочастотних коливань. Запис звуків серця цим мікрофоном приблизно відповідає звукам, що вислухує вухом через звичайний стетоскоп. Особливо коштовно те, що при стетоскопічному записі відтворюються ледь чутні й нерозрізнені вухом коливання.

    Логарифмічні  мікрофони фіксують звуки високої  частоти. Одержуваний запис відбиває логарифм зміни сили звуку й кривої, тобто відтворює співвідношення гучності, сприймані слуховим аналізатором людини. Електричні коливання  з мікрофона попадають у підсилювальну систему, а потім подаються на пристрій, що реєструє, - чутливий гальванометр, за допомогою якого відбувається запис на стрічці. [  ]

    Розділ 2. Методична частина

 

    2.1. Фонокардіограф 

    Фонокардіографи - прилади, призначені для реєстрації ФКГ у діагностично значимих діапазонах частот. Фонокардіограф складається з мікрофона, підсилювача, частотних фільтрів і графічного реєстратора.

    Мікрофон  є сприймаючим пристроєм і одночасно перетворювачем звукових коливань серця, сприйманих з поверхні грудної клітки пацієнта, в електричний сигнал. Мікрофони для фонокардіографа підрозділяють на контактні і з повітряною камерою; в останньому випадку звукові коливання з поверхні грудної клітки передаються на чуттєвий елемент мікрофона через повітряне середовище . Перевагою контактного мікрофона є його більш низька чутливість до шумів у приміщенні, де проводиться дослідження, і менша залежність отриманих записів від якості прилегания мікрофона до грудної стінки. [ ]

    Підсилювачі в сучасних фонокардіографах сполучають з фільтрами, основне призначення  яких полягає в придушенні низькочастотних  коливань, що не чутливі при аускультації. Застосовують як високочастотні фільтри, що знижують чутливість лише до низькочастотних складових , так і смугові, що забезпечують запис серцевих звуків у визначеному частотному діапазоні звукового спектра.

      Пристрій фонокардіографа, що  реєструє, повинен забезпечувати  запис звукових коливань з  частотами до 800- 1000 Гц. До таких пристроїв відносяться фоторегістратори і реєстратори зі струминним чорнильним записом. Широке поширено одержав так називаний запис з перетворенням, що виробляється на чорнильнопишучих реєстраторах того ж типу, що і для реєстрації ЕКГ, шляхом модуляції по амплітуді сигналами, виділеними фільтрами, сигналів допоміжного генератора з частотою 80-100 Гц. У цьому випадку одержуваний запис частоти допоміжного генератора зберігає всі амплітудні і тимчасові співвідношення сигналів на виході фільтрів. [ ]

    Вітчизняною промисловістю серійно випускається фонокардіограф ФКГ-01. Він забезпечує запис на чорнильнопишучих реєстраторах ФКГ, а також ЕКГ, сфігмограми  і флєбограми, тобто може застосовуватися  для полікардіографії.

    Фонокардіограф  містить мікрофон МФ-1, блок підсилювачів і фільтрів і швидкодіючий чотирьохканальний реєстратор Н-338-4. Мікрофон МФ-1 електродинамічного типу з повітряною камерою має частотний діапазон від 10 до 2000 Гц і може застосовуватися як для запису ФКГ, так і для вимірів звукового тиску. Відмінною рисою фонокардіографа є можливість використання двох типів фільтрів - для так названої відфільтрованої фонокардіографії по Маассу і Веберу , що передбачає запис ФКГ у 6 частотних діапазонах, і смугові фільтри. [  ]

    Реєстратор типу Н-338-4 забезпечує запис сигналів з частотою не більш 100-120 Гц; у фонокардіографі застосоване перетворення фонокардіографічних сигналів.

    Для реєстрації ФКГ на звичайних електрокардіографах  призначений перетворювач, що серійно  випускається, фонокардіографічний універсальний ПФУ-01. Він містить мікрофон МФ-1, трьохканальний підсилювач з фільтрами, двохканальный осциллоскоп для спостереження сигналів ФКГ і пристрій для запису ФКГ методом перетворення. Наявний програмний перемикач фільтрів забезпечує стандартну послідовність їхнього включення . 
 
 
 
 
 
 

2.2. Схема фонокардіографа  і її короткий  опис 

Рис. 7. Функциональна схема  системи прикроватного  моніторінгу

 

    Фонокардіограф  складається з мікрофона, підсилювача, системи частотних фільтрів, реєструючого пристрою .

    Посилюваний сигнал надходить на вхід мікросхеми через розділовий конденсатор С₁ і резистор R₂. Цей резистор і конденсатор С₂ утворять фільтр нижніх частот. Він необхідний для придушення високочастотних перешкод, а також для підвищення стійкості роботи всього підсилювача в цілому. Так як підсилювач виконаний по інвертующій схемі, при близькому розташуванні вхідних і вихідних проводів , велика імовірність виникнення позитивного зворотного зв'язку . 
 
 

    Розділ 3. Експериментальна частина

 

    3.1. Схема прецизійного  перетворювача аналогових  сигналів 

      

Рис. 8. Принципова схема інтерфейса для послідовного порта 

    Принципова  схема, приведена на рис. 8, побудована на основі схеми промислових АЦП ADC 10 і ADC 12. Зокрема, застосований аналогічний  вхідний каскад з дільником напруги. При використанні тих же номіналів резисторів R₄ і R₅ (100 кОм для 8-розрядного ADC 10 і 33 кОм для 12-розрядного ADC 12) можна забезпечити автоматичну сумісність цього пристрою з усіма приставками, - пристроями нормування сигналів, датчиками і т.п. І навпаки, зовсім очевидно, що з даним пристроєм не можна використовувати програми, призначені для ADC 10 і ADC 12, можна застосовувати тільки ті програми, що написані саме для нього і приведені на сервері www.dmk.ru. Також допускається використання власних розробок, заснованих на драйверах.

    Треба враховувати, що вхідний опір мікросхеми АЦП послідовного наближення має, принаймні під час виконання перетворення, майже тільки ємнісний характер. При напрузі пітанія 5 В струм витоку в відповідає активної складового опору - 5 Мом, що значно більше вхідного опору звичайного осциллографа. Ємнісна ж складова може досягати 30 пф у мікросхеми TLC 1549 і 100 пф у LTC 1292. Це не сильно відрізняється від того, що властиво входові класичного осциллографа, але випадок, що нас цікавить, зовсім особливий. [  ]

    Вхідна ємність утворена елементами пристрою вибрання-збереження, і вона постійно змінюється.

    Величини  резисторів, обрані для вхідних ланцюгів ADC 10 і ADC 12 (рис. 2), були розраховані так, щоб гарантувати бажану точність на високих частотах дискретизації, на яких можуть працювати ці прилади (близько 20 кГц). Однак номінали резисторів можна збільшувати, якщо споживача влаштовують не настільки високі швидкості вимірів. При використанні виробів у комплекті з програмами, написаними мовою BASІС з інтерпретатором і виконуваними на не дуже швидкому процесорі, номінали можна збільшити до 500 кОм , щоб одержати стандартний вхідний опір 1Мом. У звичайних випадках прекрасно підійде номінал 100 кОм (з допуском 1% або менше). [  ]

    Підключення ліній керування і лінії даних АЦП до порту RS 232 більш складне, чим до рівнобіжного порту. Дійсно, робочі рівні напруг на висновках послідовного порту звичайно складає близько 12 В, тоді як АЦП формує напруга від 0 до 5 В.

    Для рішення цієї проблеми в схемі  встановлені три стабілітрони D₅ - D₇ на напругу 4,7 В и два резистори R₁ н R₂. Крім того, перед інтегральним стабілізатором 78L05, що формує напругу 5 В із сигналу лінії TXD, повинний бути включений імпульсний діод D₈. 

    Передбачений  також вхід для зовнішнього джерела  харчування, розташований поруч з аналоговим входом, на той випадок, коли ПК не зможе забезпечити достатній рівень напруги. Це буває, хоча і вкрай рідко, при використанні деяких моделей ноутбуків. У такій ситуації проста 9-вольтова гальванічна батарейка надовго забезпечить роботу пристрою. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Висновки 

    

1. Ходом літературного  огляду встановлено, що серце - центральний орган кровоносної системи, котрий представляє собою порожнистий м’язовий орган конусовидної форми. Серце складається з чотирьох камер: праве передсердя, правий шлуночок, ліве передсердя, лівий шлуночок. М'язове волокно серця має трансмембранний потенціал, обумовленим нерівномірним розподілом іонів калію, натрію і хлору усередині і поза кліткою. Величина цього потенціалу дорівнює приблизно 90мв. Розглянуто різні методи дослідження активності серйя: ЕКГ, ВКГ, ЕКІ, КГ, БКГ, ДКІ, МКІ. Докладно розглянули метод фонокардіографії.   Фонокардіографія — метод графічної реєстрації тонів і шумів серця і їхньої діагностичної інтерпретації. Одночасна (синхронна) запис ФКГ і ЕКГ, сфигмограммы, криві тиски в порожнинах серця і магістральних судин при катетеризації дозволяє точно установити фазову характеристику тонів і шумів, виявляє ряд важливих закономірностей у співвідношенні звуків серця з ЕКГ і гемодинамическими показниками.
2. Встановлено, що фонокардіографи - прилади, призначені для реєстрації ФКГ у діагностично значимих діапазонах частот. Фонокардіограф складається з мікрофона, підсилювача, частотних фільтрів і графічного реєстратора.
3. Розглянуто схему прецизійного перетворювача аналогових сигналів. Принципова схема побудована на основі схеми промислових АЦП ADC 10 і ADC 12. Так як підсилювач виконаний по інвертующій схемі, при близькому розташуванні вхідних і вихідних проводів , велика імовірність виникнення позитивного зворотного зв'язку .

    Література

 

1. Рудяков Я.І. Кардіологія. – М.: Медицина. 1970 р. 325 с.
2. Чєрнов А.З., Кечкер М.І. практичне руководство по клінічній кардіології. – М.: Медицина. 1971 р. 467 с.
3. Мала медичне енциклопедія. Под ред. Василенко В.Х. – М.: Видання “Радянська енциклопедія”.  1970 р. 638 с.
4. Касирський І.А. Справочник по функціональній діагностиці. – М.: Медицина. 1970 р. 319 с.
5. Шабанова А.Н. Медичний справочник. – М.: Медицина. 1988 р. 473 с.
6. Михайлов С.С. Анатомія людини. – М.: Медицина. 1984 р. 563 с.
7. Кудряшева З.Н., Ганжина А.В. Посібник по біології для поступаючих в вузи. – М.: Вища школа. 1974 р. 432 с.