МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

технологический институт

Федерального  ГОСУДАРСТВЕННОГО   ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО   УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО   ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО   ОБРАЗОВАНИЯ

«Южный  федеральный университет» 
 

Факультет    РАДИТЕХНИЧЕСКИЙ     

Кафедра   МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ     

                            К защите допустить:

Зав. кафедрой ___________________________________д.т.н., профессор О.Н. Пьявченко

« »   _____________   2009 г 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к  курсовому проекту по дисциплине

«Проектирование локальных информационных

микрокомпьютерных систем»

на тему:  «Система сбора и обработки данных ФПГ-канала» 
 

Руководитель       ассистент       Е.С.Синютин         

       (должность, ученая степень и звание)     
 

Студент       С.В. Ковальчук,     гр. Р-105     

                                 ( фамилия, имя, отчество, группа) 
 

« »         2009 г. 
 
 

Таганрог 2009

содержание

введение 2

1 Анализ положения СОФПГ в иерархии компьютерных систем наблюдения 2

1.1 Анализ объекта наблюдения 2

1.2 Описание метода измерения 2

1.3 Описание входных и выходных сигналов 2

1.4 Мнемосхема устройства 2

1.5 Общесистемные требования 2

1.6 Техническое задание на курсовую работу 2

2 синтез блочных структур СОФПГ 2

2.1 Разработка функциональной модульной структуры СОФПГ 2

2.2 Разработка исходной версии блочной структуры СОФПГ 2

2.3 Построение граф–схемы режимов работы и временной диаграммы режима работы 2

3 Алгоритмическая структура СОФПГ 2

3.1 Разработка алгоритма функционирования устройства в режиме измерений (основной режим работы) 2

3.2 Разработка алгоритма калибровки устройства 2

3.3 Разработка алгоритма проверки на достоверность 2

3.4 Разработка алгоритма расчета ЧСС 2

3.5 Разработка алгоритма поиска минимумов 2

3.6 Расчет вычислительной сложности алгоритмов 2

4 Проектирование структуры СОФПГ 2

4.1 Выбор датчиков системы СОФПГ 2

4.2 Расчет разрядности АЦП 2

4.2 Формирование требований к микроконтроллеру и устройству памяти данных 2

4.3 Разработка базовой электрической блок-схемы СОФПГ 2

4.4 Технические характеристики системы СОФПГ 2

заключение 2

Список использованных источников 2

Приложение А 2 

 

введение

    Повышающийся  в последнее время интерес  практикующих врачей к исследованию периферического кровообращения, а также общие тенденции в современной медицине, связанные с внедрением в лечебно-диагностический процесс сложных и наукоемких методов, минимизирующих инвазивность, лучевую нагрузку, химические и другие физиологически и психологически нежелательные воздействия на организм пациента, открывают сегодня новые перспективы для методов и приборов неинвазивной диагностики [1]. Одним из развивающихся направлений является фотоплетизмография, основанная на просвечивании тканей пациента световым потоком в красной или инфракрасной областях спектра.

    Внимание  к этой области медицинской техники  объясняется тем, что она дает возможность непрерывно, определять частоту сердечных сокращений (ЧСС), получать фотоплетизмограммы (ФПГ), характеризующие состояние периферических сосудов сердечно-сосудистой системы человека.

    Фотоплетизмографы могут применяться в анестезиологии для контроля при подаче наркоза, в хирургии и реанимации при мониторинге искусственной вентиляции лёгких, при лечении хронической лёгочной и сердечной недостаточности, в области функциональной диагностики для определения динамики деятельности сердечно-сосудистой системы при нагрузках и т.д.

    Применение  фотоплетизмографов в хирургии, педиатрии, токсикологии, кардиологии и других направлениях медицины позволяют существенно улучшить исходы сложных операций, уменьшить число летальных случаев при критических состояниях пациентов.

    В настоящий момент на рынке существуют технические решения, позволяющие  выполнять мониторинг деятельности сердечно-сосудистой системы и определять частоту сердечных сокращений, однако все эти приборы либо слишком  громоздки, и нет возможности  их быстрой транспортировки, либо у  них отсутствует возможность  подключения к АРМ оператора  и возможность работы в сети с  персональным компьютером. Однако, высока потребность в устройствах, лишенных данных недостатков.

    Целью данного курсового проекта является разработка проекта системы сбора  и обработки ФПГ-канала (СОФПГ), которая была бы лишена вышеперечисленных недостатков, т.е. обладала малыми габаритами и была удобной для транспортировки и обладала бы возможностью работы в составе сети с АРМ оператора.

 

1 Анализ положения СОФПГ в иерархии компьютерных систем наблюдения

1.1 Анализ объекта наблюдения

    Объектом  проектирования является система сбора  и обработки данных канала ФПГ.

    Объектом  наблюдения в данной работе является сердечно-сосудистая система (ССС) человека, а именно частота сердечных сокращений (ЧСС), которая рассчитывается исходя из полученной фотоплетизмограммы.

    Принцип работы всех фотоплетизмографов, являющихся спектрофотометрическими приборами, основан на отображении изменения  оптической плотности исследуемого биообъекта, вызванные пульсирующим кровотоком [1].

    В фотоплетизмографии [2] участок тканей, в котором исследуется кровоток, например палец руки, располагают на пути луча света между источником излучения и фотоприемником. Поскольку поглощение света в тканях пропорционально объему крови, проходящему через освещаемый участок, то усиливая сигнал фотоприемника можно зарегистрировать изменения его амплитуды, обусловленные артериальной пульсацией сосуда.

    Регистрация цифровой пульсовой волны (см. рисунок 1.1) основана на прохождении излучения красного цветового диапазона через палец [3].  Количество света прямо пропорционально объему крови, пульсирующей в пальце.

     

Рисунок 1.1 – Пульсовая волна (компоненты) 

    Прибор  для регистрации ФПГ, включает первичный  преобразователь пульсовой волны, устройство обработки сигнала и  устройство отображения информации.

    Первичный преобразователь пульсовой волны  представляет собой фотоэлектрический  датчик, состоящий из светоизлучающего диода и фотоприемника. Конструктивно датчик выполнен так, что излучатели и фотоприемник располагаются на поверхности тела таким образом, чтобы на фотоприемник поступал свет излучателей, ослабленный участком живой ткани. Для пальцевого датчика излучатель располагается над ногтевой пластинкой, а фотоприемник с противоположной стороны пальцевой фаланги.

1.2 Описание метода измерения

    Согласно  закону Бера-Ламберта [1], величина абсорбции света пропорциональна толщине слоя поглощающего вещества, т.е. при исследовании кровотока определяется размером сосуда или объемом крови, проходящим через исследуемый участок тканей. Сужение и расширение сосуда под действием пульсации кровотока вызывают соответствующее изменение амплитуды сигнала, получаемого с выхода фотоприемника.

    Фотоплетизмограмма, получаемая после усиления и обработки сигнала с фотоприемника (см. рисунок 1.2), характеризует состояние кровотока в месте расположения датчика.

    

Рисунок 1.2 – Абсорбция света в тканях 

    Изменения в форме ФПГ могут указывать  на развитие гемодинамических нарушений  на исследуемом участке сосудистого  русла, поэтому ФПГ отображается на графическом дисплее монитора для использования в клинической  диагностике.

1.3 Описание входных и выходных сигналов

    Характеристики  входных и выходных сигналов представлены в таблицах 1.1 и 1.2. 

Таблица 1.1 - Таблица параметров входной переменной

 

Таблица 1.2 - Таблица параметров выходных переменных