ͥ婶鮱롿 ޫ櫲񯮭ὠ¨⬨ﳥ랠rosmedic.ru
Усилители электрокардиосигнала

Источником сигнала для усилителя ЭКС является биологический объект - человек, который может быть представлен эквивалентным электрическим генератором. Свойства любого электрического генератора определяются характером изменения ЭДС во времени и внутренним сопротивлением.

Электрокардиосигнал является частью ЭДС сердца, измеряемой на поверхности тела при помощи электродов, расположенных определенным образом. Закон изменения ЭКС во времени - квазипериодический с периодом кардиокомплексов (RR-интервалов) TRR 0,l-3 с. Форма эквивалентного сигнала кардиокомплекса близка к треугольной с амплитудой, лежащей в диапазоне 0-5 мВ. Полоса, занимаемая сигналом кардиокомплекса частот, лежит в диапазоне: 0,5-800 Гц.

Межэлектродное сопротивление, включающее сопротивления переходов кожа-электрод, соответствует внутреннему сопротивлению самого источника сигнала и изменяется в значительных пределах. Для технических расчетов обычно принимают диапазон 5-100 кОм.

Кроме перечисленных параметров, при проектировании усилителей необходимо учитывать ряд особенностей источника сигнала:

  • нестабильность внутреннего сопротивления за счет изменения сопротивления перехода кожа-электрод. При этом учитывают большие значения межэлектронных сопротивлений и их разбаланс в системе отведений ЭКС;
  • образование на переходах кожа-электрод напряжений поляризации, создающих на входах усилителя напряжение смещения, достигающее 300 мВ, что может вызвать его насыщение;
  • медленный дрейф напряжения поляризации и резкие его изменения при смещениях электродов из-за движений больного, создающие трудно устранимые электрические помехи;
  • наличие напряжений помех, попадающих на входные зажимы усилителя синфазно и противофазно. Помехи биологического и физического происхождения. Биологические помехи - биопотенциалы других органов и мышц, а физические - наведенные на объект напряжения от неэкранированных участков сетевой проводки, сетевых шнуров других приборов и проводящих поверхностей (вторичное напряжение наводки). Самый большой уровень имеют синфазные сигналы помех напряжения сети, попадающие на объект через емкостную связь;
  • наличие импульсных помех при воздействии на объект терапевтических аппаратов: кардиостимуляторов и дефибрилляторов. Попадая на вход усилителя, артефакты импульсов кардиостимулятора искажают ЭКС и вызывают в ряде случаев ложное обнаружение кардиокомплекса, а импульсы дефибриллятора могут повредить входные цепи усилителя.

Достоверность автоматического анализа ЭКС во многом зависит от параметров усилителя - первого звена в цепи предварительной обработки сигнала в КМ. Принимая во внимание характеристики источника возбуждения, особенности подключения усилителя к объекту и условия его сопряжения с электронными устройствами обработки, отображения и документирования ЭКС, рассмотрим требования к его основным параметрам.

Входное напряжение Uвх должно лежать в диапазоне 0,03-5 мВ. Нижнее значение Uвх определяет пороговую чувствительность усилителя, ниже которой наблюдение ЭКС на экране КМ затруднено.

На пороговую чувствительность влияет уровень внутренних шумов, приведенных к входу усилителя (Uш ≤ 10-30 мкВ).

Наиболее информативная часть ЭКС занимает полосу частот ∆f= 0,05 + 120Гц, но в практической ЭКГ-диагностике применяют усилители с ∆f= 0,05 ÷ 60 Гц. Чрезмерное сужение частотного диапазона со стороны нижних частот fн приводит к искажению сегмента ST и зубца Т, но уменьшает смещение изолинии, а со стороны высоких fв - к сглаживанию зазубрин на QRS-комплексе и уменьшению крутизны его склонов. Но увеличение fв приводит к увеличению помех от биопотенциалов мышц.

В КМ в зависимости от назначения тракта усиления ЭКС нормируются три значения ∆f:

f- для линейного выхода усилителя, предназначенного для подключения регистратора ЭКС;

f3 - для изображения ЭКГ на экране ЭЛТ КМ;

fм - для мониторинга при большом уровне помех.

Также нормируется полоса пропускания и неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) δf

Крутизна спада АЧХ вне полосы пропускания K f характеризуется следующими цифрами: ∆f = 0,05÷120 Гц при δf = ±10%; ∆f = 0,1 ÷50 Гц при δf = ±30%; Kf < 6 дБ/октаву.

Помехоустойчивость КМ по отношению к синфазным сигналам определяется коэффициентом ослабления синфазных сигналов, при этом чаще используется логарифмическая форма для значения Kос.сф. = 20 lq (Kд/ Kс)

где Kд и Kс- коэффициенты усиления дифференциального и синфазного сигналов.

Таким образом, и ZВх2 показывает способность усилителя различать малый дифференциальный сигнал на фоне большого синфазного; Kос.сф.находится в диапазоне 70÷80 дБ. Для дальнейшего увеличения Kос.сф. требуется применение специальных методов, что усложняет конструкцию усилителя.

Полное входное сопротивление ZВх2 должно быть не менее 2,6÷10МОм. Тогда можно пренебречь потерями в передаче ЭКС и допустить разбаланс сопротивлений кожа - электрод до 5÷10 кОм. Напряжение смещения на входных зажимах усилителя не должно уменьшать значения ZВх2 и Kос.сф.. Чтобы не увеличивать напряжение смещения, нужно ограничивать постоянный ток в цепи пациента, определяемый по входному току покоя, значением 0,1 мкА.

Особо следует отметить требование к обеспечению электробезопасности пациента, так как через электроды может протекать ток утечки от сети. Допустимый ток утечки для КМ, выполненных по классу II, не должен превышать 10 мкА.

Усилитель строится по симметричной схеме с гальванической связью между входом и выходом (рис. 1,а) или по схеме с гальваническим разделением входа и выхода (рис. 1,6).

В усилителях с гальванической связью сигнал передается с выхода на вход электрическим путем. При гальваническом разделении - между входом и выходом устанавливается трансформатор или оптоэлектронная развязка. Усилители с гальваническим разделением цепей входа и выхода принято называть развязывающими усилителями (РУ).

Image
Рис. 1. Эквивалентная схема подключений усилителя к объекту: a- гальваническая связь между входом и выходом; б - гальваническое разделение входа и выхода

Эквивалентная схема объекта состоит из генератора полезного сигнала E=E1 + E2, генератора синфазного сигнала (внешних и внутренних помех) E3 и полных внутренних сопротивлений Z1, Z2, Z3.

Для ослабления синфазных сигналов во входных каскадах усилителя применяют дифференциальный усилитель (ДУ). Подключение ДУ к объекту производят с помощью активных электродов Э1и Э2 и одного пассивного Э3, соединенного с общим проводом ДУ- "землей" (корпусом КМ) или с плавающей землей ↓

На входе ДУ образуется мостовая схема из Z1, Z2, ZВХ1, ZВХ2

Добиться полного баланса моста практически невозможно, так как Z1 и Z2 зависят от сопротивлений переходов кожа-электрод, a ZВХ1 и ZВХ2отличаются друг от друга на 0÷10% из-за возможностей реализации. В результате разбаланса моста токи I1 и I2, вызванные E3 текут через ZВХ1 и ZВХ2, образуя противофазное напряжение помех. Противофазный сигнал помехи усиливается ДУ совместно с ЭДС, поэтому он должен быть ослаблен до значения пороговой чувствительности усилителя.

В РУ реально создать достаточно большое полное сопротивление между входными и выходными зажимами.

Уменьшение влияния противофазных помех физического происхождения достигается методами экранирования, компенсации и др. Влияние противофазных помех биологического происхождения можно уменьшить фильтрацией, уменьшением площади электродов и их оптимальным расположением.

Это блюдо весьма оригинальное и не требует значительного времени на его приготовление - ленивая ачма. Как же ее приготовить? Готовый ответ на любой вопрос можно найти на otvetin.ru.


 
« Пред.   След. »
 
 
Rambler's Top100