Электронные устройства (ЭУ) кардиомониторов в самом общем случае представляют собой совокупность аппаратных средств, предназначенных для преобразования, обработки и отображения информации. В нашем случае под информацией понимается электрокардиосигнал (ЭКС) и данные его обработки в кардиомониторах на всех этапах, а также управляющие и тестирующие сигналы. Основной состав ЭУ охватывает широкий арсенал аналоговых и цифровых полупроводниковых схем, обеспечивающих выполнение функций:
¨ усиления ЭКС при значимых синфазных электрических помехах;
¨ преобразования ЭКС в удобную для обработки форму;
¨ анализа ЭКС во временной или частотной областях в реальном масштабе времени;
¨ накопления и обработки данных анализа;
¨ оперативного отображения и документирования ЭКС и результатов его обработки;
¨ дистанционной передачи ЭКС и результатов обработки по каналам связи;
¨ сопряжения кардиомониторов с автоматизированными системами;
¨ автоматизации процесса управления прибором;
¨ самодиагностирования неисправностей.
УСТРОЙСТВА СЪЕМА ЭКС В КАРДИОМОНИТОРАХ
Все устройства съема медицинской информации подразделяют на 2 группы: электроды и датчики (преобразователи). Электроды используются для съема электрического сигнала, реально существующего в организме, а датчик — устройство съема, реагирующее своим чувствительным элементом на воздействие измеряемой величины, а также осуществляющее преобразование этого воздействия в форму, удобную для последующей обработки. Электроды для съема биопотенциалов сердца принято называть электрокардиографическими (электроды ЭКГ). Они выполняют роль контакта с поверхностью тела и таким образом замыкают электрическую цепь между генератором биопотенциалов и устройством измерения.
Автоматический анализ электрокардиосигналов в кардиомониторах предъявляет жесткие требования к устройствам съема — электродам ЭКГ. От качества электродов зависит достоверность результатов анализа, и следовательно, степень сложности средств, применяемых для обнаружения сигнала на фоне помех. Низкое качество съема ЭКС практически не может быть скомпенсировано никакими техническими решениями.
Требования, применяемые к электродам ЭКГ, соответствуют основным требованиям к любым преобразователям биоэлектрических сигналов:
¨ по точности восприятия сигнала (минимальные потери полезного сигнала на переходе электрод—кожа и сохранение частотной характеристики сигнала);
¨ идентичность электрических и конструктивных параметров (взаимозаменяемость, возможность компенсации электрических параметров);
¨ постоянство во времени функций преобразования (стабильность электрических параметров);
¨ низкому уровню шумов (обеспечение необходимого соотношения сигнал—шум).
¨ малому влиянию характеристик электродов на измерительное устройство.
Как показало применение первых кардиомониторов, обычные пластинчатые электроды ЭКГ, широко используемые в ЭКГ, не удовлетворяют требованиям длительного непрерывного контроля ЭКС из-за большого уровня помех при съеме.
УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
Устройства отображения медицинской информации в кардиомониторах должны отражать состояние сердечной деятельности по ЭКС, а также вспомогательные сведения о больном и технические данные о работе кардиомонитора. Таким образом, отображенные данные включают:
¨ априорные данные о больном (фамилия, имя и отчество, номер истории болезни, возраст, пол, дата поступления, анамнез, предварительный диагноз);
¨ электрокардиосигнал (должен сопровождаться индикацией скорости движения изображения и калибровочным импульсом);
¨ значения параметров ритма сердца (частота сердечных сокращений, частота экстрасистол, параметры распределения RR-интервалов);
¨ результаты автоматического анализа аритмий (должны отображаться словами диапазона в той или иной формулировке, принятой для конкретного типа кардиомониторов);
¨ сигнализацию тревоги при появлении опасных аритмий (обычно индуцируется цветом светового табло с дифференциацией степени опасности);
¨ текущее время, время появления событий и время начала проводимой терапии и других мероприятий;
¨ сигнализацию обнаружения QRS-комплекса;
¨ состояние прохождения сигналов управления и контроля работоспособности прибора;
¨ сведения о нарушении работы кардиомонитора и локализации неисправности.
Отображаемая информация может носить временный — оперативный — характер, когда предыдущая информация стирается при появлении новой, и характер накопления данных за определенные интервалы времени. В последнем случае устройство отображения должно содержать или использовать внешнее устройство памяти для хранения данных.
Параметры, определяющие качество входных цепей
| Наименование параметра | Значение параметра | Влияние параметра, примечания |
| Входной импеданс, МОм | 2,5-10 | Степень шунтирования ЭКС |
| Постоянный ток в цепи пациента через любой электрод, исключая нейтральный, мкА | менее 0,1 | Поляризующий эффект |
Параметры, характеризующие тракт усилителя ЭКС
| Наименование параметра | Значение параметра | Влияние параметра, примечания |
| Уровень внутренних шумов (размах), приведенный ко входу, мкВ | менее 15-50 | Возможность наблюдения малых сигналов |
| Коэффициент ослабления синфазного сигнала, дБ | 90-120 | Степень подавления сетевой наводки |
| Допустимое постоянное напряжение на входе, мВ | ±300 | Сохранение параметров усилителя |
| Входное напряжение ЭКС, мВ | 0,05-5 | Определяет динамический диапазон усилителя |
| Чувствительность, мм/мВ | 5-40 | Реагирование на величину входного напряжения |
| Погрешность установки чувствительности, % | ±5 | При дискретной установке |
| Напряжение калибровочного сигнала, мВ | 1±0,05 | Калибровка усилителя |
| Время успокоения при перепаде напряжения на входе 300 мВ, с | 3,0 | Восстановление работоспособности усилителя |
| Устойчивость к импульсу дефибриллятора, кВ | 2-3 | Электрическая прочность, влияние на восстановление работоспособности усилителя |
Частотно-временные параметры тракта усилителя и отображения ЭКС
| Наименование параметра | Значение параметра | Влияние параметра, примечания |
| Полоса пропускания, Гц: | Степень искажения ЭКС | |
| на выходе усилителя | 0,05-120 | |
| при отображении на экране | 0,05-50 | |
| Неравномерность АЧХ, %: | Динамическая линейность | |
| на выходе усилителя | ±10 | по амплитуде |
| при отображении на экране | ±30 | |
| Крутизна спада АЧХ вне полосы пропускания, дБ/октаву | 6 | Устойчивость тракта усилителя, искажение ЭКС |
| Выброс на переходной характеристике, % | 10 | Реакция на импульсный сигнал |
| Погрешность измерения интервалов времени по экрану, % | менее 30 | В диапазоне от 0,06 до 3 с. |
Параметры преобразования ЭКС в цифровую форму
| Наименование параметра | Значение параметра | Влияние параметра, примечания |
| Частота квантования, Гц | 250-500 | Сглаженность изображения, частота ввода данных в вычислитель |
| Погрешность частоты квантования, % | 1,0 | Обычно применяется кварцевая стабилизация частоты |
| Разрядность, бит | 8-10 | Сглаженность изображения, динамический диапазон ввода данных в вычислитель |
| Приведенная погрешность цифрового кода, % | менее 3,0 | Соотношение между входным напряжением и значением двоичного разряда |
Параметры, характеризующие устройство отображения
| Наименование параметра | Значение параметра | Влияние параметра, примечания |
| Ширина изображения, мм | 30-70 | Для ЭКС |
| Пределы перемещения луча по вертикали, мм | более 20 | Центровка изображения ЭКС |
| Ширина луча, мм | менее 1 | Фокусировка изображения |
| Дрейф нулевой линии, мм/ч | менее 5,0 | Стабильность положения изолинии |
| Скорость движения изображения ЭКС, мм/с | 12,5-100 или 12,5; 25; 50; 100 | Пространственно-временное соотношение сигналов |
| Погрешность установки скорости движения ЭКС, % | ±10 | При дискретной установке |
| Нелинейность развертки, % | менее 10 | Сохранение временных соотношений в сигнале |
| Размер развертки по горизонтали, мм | более 50 | Наглядность изображения ЭКС |
| Смещение изолинии при регулировке чувствительности, мм | менее 20 | Стабильность положения изолинии в процессе управления |
| Разрешающая способность (растр изображения) | не менее 256´512 | Качество изображения данных |
Параметры, характеризующие возможности анализа ритма
| Наименование параметра | Значение параметра | Влияние параметра, примечания |
| Диапазон напряжений уверенного обнаружения R-зубца (комплекса QRS), мВ | 0,2-0,5 | |
| Диапазон измерения ЧСС, мин -1 | 30-300 | |
| Погрешность измерения ЧСС, мин -1 | ±2 | |
| Верхняя граничная частота, при обнаружении сигнала, мин -1 | 500-600 | Возможность обнаружения фибрилляции желудочков |
| Время усреднения ЧСС, с | 15, 30, 60 | |
| Длительность запоминания фрагментов ЭКС по сигналу тревоги, с | 8-20 | Изучение предыстории нарушения ритма |
| Время анализа катастрофических аритмий, с | 5-10 | Включение сигнализации |
| Время анализа угрожающих аритмий, мин | 1-2 | Включение сигнализации |
| Число уровней программы сигнализации | 2-3 |
РАДИОТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИЙ КАНАЛ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКОГО СИГНАЛА