Минобрнауки россии

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

им. В.И. Ульянова (Ленина)”

Кафедра БТС

Доклад

по дисциплине: «Биотехнические Системы»

на тему «Разработка БТС для записи ЭКГ»

Группа: 7503

Студенты:

Цветков Е.Е.

Рогозин Р.?.

г. Санкт-Петербург

2012 г.

Введение

Электрокардиография – один из важнейших методов диагностики заболеваний сердца. Наличие электрических явлений в сокращающейся сердечной мышце впервые обнаружили Р. Келликер и И. Мюллер в 1856 году. Однако возможность изучения электрических импульсов сердца отсутствовала до 1873 г., когда появилась возможность записывать сигналы с поверхности тела, что позволило впервые получить запись электрической активности миокарда человека. На основе изобретенного Д. Швейггером струнного гальванометра, В.Эйнтховен создал первый электрокардиограф, который был весьма громоздким сооружением и весил около 270 кг. Эйтховен предложил располагать электроды на руках и ногах, что используется и по сей день. Он ввел понятие отведения, предложив три так называемых стандартных отведения от конечностей, т. е. измерение разницы потенциалов между левой и правой рукой (I отведение), между правой рукой и левой ногой (II отведение) и между левой рукой и левой ногой (III отведение). Заслуги Эйнтховена были оценены, и в 1924 г. ему была присуждена Нобелевская премия.

Таким образом, первое семейство электрокардиографов началось с приборов, записывающих электрический сигнал на бумажный, термочувствительный или фоточувствительный носитель. С развитием радиоламп, а затем и транзисторов, появилась возможность усиливать электрокардиосигнал, обеспечивая более высокую разрешающую способность и снижая требования к механической части приборов. Можно охарактеризовать первое семейство электрокардиографов так: это приборы, усиливающие электрокардиосигнал до уровня, достаточного, чтобы приводить в действие механическое устройство записи. До 1990х годов во всём мире совершенствовались и массово выпускались именно такие системы. Ещё в середине прошлого века они стали достаточно компактными и экономичными, чтобы использоваться в большинстве медицинских учреждений. В схему усилителя в процессе развития этого семейства устройств были включены различные фильтры для устранения дрейфа изолинии, снижения высокочастотных помех, удаления сетевой наводки и посторонних миографических сигналов. Таким образом, аналоговая часть электрокардиографов достигла сегодняшнего уровня, и уже долгое время не претерпевает существенных изменений. В роли носителя информации в электрокардиографах этого семейства чаще всего выступала термочувствительная бумажная лента. Запись велась небольшими периодами времени с каждого отведения на узкую ленту, либо со всех одновременно на широкую ленту для многоперьевых электрокардиографов. Стоит отметить, что данное семейство приборов остаётся распространённым и сегодня.

Примерно с 1990х развитие микропроцессорной техники и сопутствующей элементной базы позволило многим фирмам начать выпуск пригодных для массового практического применения цифровых электрокардиографов. Они строились по следующей схеме: аналоговый усилитель электрокардиосигнала на нужное число каналов, включающий необходимые фильтры, приводил сигнал ко входному диапазону аналого-цифрового преобразователя, микропроцессор опрашивал все каналы либо при помощи одного аналого-цифрового преобразователя и аналогового мультиплексора, либо при помощи каждого аналого-цифрового преобразователя для своего канала. Второй вариант нередко обосновывался несовершенством аналоговых коммутаторов и переходными процессами на входе аналого-цифрового преобразователя, а уж о мультиплексировании фильтров не могло быть и речи. В связи с этим цифровые кардиографы представляли собой цифровую надстройку над классической аналоговой схемой усиления. Также в них часто интегрировался принтер для печати выбранных фрагментов записанной в память электрокардиограммы. Для выбора распечатываемого фрагмента необходимы были графический дисплей и клавиатура. Цифровая схема занималась обработкой сигнала, цифровой фильтрацией, расчётом стандартных параметров по сделанной записи, которые распечатывались на ленту. Таким образом, электрокардиограф второго семейства представлял собой миниатюрный компьютер. Поскольку компьютерная техника в конце прошлого века только начинала развиваться, и персональный компьютер в кабинете врача был редкостью, это было разумным решением, однако весьма дорогим. С распространением персональных компьютеров в такие электрокардиографы добавились функции взаимодействия с ними, что ещё больше усложнило эти приборы. На сегодняшний день, однако, их можно встретить во множестве коммерческих лечебных учреждений. Их стоимость, как правило, в 3-10 раз превосходит стоимость персонального компьютера. Однако возможность автономной обработки электрокардиосигнала является важным свойством для врачей, которые могут применять подобную технику для постановки диагноза, например, при выезде на дом, когда персональный компьютер со специальным программным обеспечением может быть недоступен или просто не так удобен в работе.

Третье семейство электрокардиографов, которое можно легко выделить по функциям, ведёт своё начало от Холтеровских мониторов. Такие приборы не могут непосредственно сообщить подробную информацию по поступающему электрокардиосигналу, поскольку не имеют таких развитых средств общения с пользователем, как приборы второго семейства. Они предназначены для длительной автономной записи как правило небольшого числа отведений. Поэтому основными направлениями их развития являются миниатюризация, снижение энергопотребления, увеличение объёма записываемых данных и борьба с различного рода помехами. Обработка записанного сигнала при этом полностью возлагается на персональный компьютер. Это связано с широким распространением компьютеров, которые теперь уже не редкость в кабинетах врачей даже в государственных лечебных учреждениях. В связи с массовостью производства и универсальностью персональных компьютеров цена на их вычислительные ресурсы давно держится на низком уровне, что легко заметить в сравнении со специализированной вычислительной техникой. Таким образом, позиции третьего семейства электрокардиографов на данный период развития подобной техники являются наиболее экономически оправданными, и приемлемыми для большого числа медицинских учреждений. А ведь стоит напомнить, что именно простота приборов для электрокардиографии и их низкая стоимость определили широкое распространение этого метода вместе с первым семейством приборов. Таким образом, это семейство ближе к первому, и отличается только тем, что использует преобразование сигнала в цифровую форму, а в качестве носителя информации - цифровое запоминающее устройство.

Электрокардиографическая техника, как видно из вышеприведённой истории, развивалась по двум основным направлениям. Первое – это приспособление к конкретным процедурам исследования: кратковременная запись, нагрузочный тест, отслеживание изменений электрической активности в реальном времени, длительный мониторинг вне медицинского учреждения. Второе - повышение информативности записываемого сигнала в целом, увеличение разрешения по амплитуде и по времени, увеличение длительности записи для периодически записывающих устройств и другие улучшения универсального характера. Эти улучшения позволяли точнее диагностировать патологии в работе сердца, а также перекладывать всё больше функций на автоматизированные системы обработки электрокардиосигнала, которые развиваются в направлении более надёжного распознавания патологических изменений.