Устройство для регистрации сердечного ритма и реограммы плода с абдоминальных электродов
Полезная модель относится к области медицины, а именно к перинаталогии, и может быть использовано для получения сигналов сердечной деятельности и системного кровообращения плода. В основу полезной модели поставлена задача увеличения отношения сигнал-помеха при регистрации электрокардиограммы и реограммы с целью повышения качества разделения сигналов матери и плода. Введение генератора зондирующего тока и многополосного цифрового фильтра позволяет реализовать разделение реографического и электрокардиографического сигналов. Применение повышенной частоты дискретизации с последующей цифровой фильтрацией увеличивает соотношение сигнал - шум по сравнению с обычным аналого-цифровым преобразователем той же разрядности, что дает возможность более качественно регистрировать сердечный ритм плода, а также позволяет регистрировать высокочастотные составляющие реографического сигнала.
Полезная модель относится к области медицины, а именно к перинаталогии, и может быть использовано для получения сигналов сердечной деятельности и системного кровообращения плода.
Известно устройство для записи биопотенциалов сердца плода, содержащее абдоминальные электроды, соединенные через буферные каскады, с первым и вторым дифференциальными усилителями, выравнивающий электрод, соединенный с подавителем синфазной помехи, третий дифференциальный усилитель, регистратор, введены временной селектор R-зубца материнской ЭКГ, последовательно соединенный с коммутатором и микроконтроллером, делитель напряжения с регулируемым коэффициентом деления, управляющий вход которого соединен с контроллером, причем вход временного селектора подключен к выходу второго дифференциального усилителя, а сигнальный вход коммутатора соединен с выходом третьего дифференциального усилителя. Абдоминальные электроды накладываются на кардиальную линию, проходящую через точку, расположенную на пересечение 5-го межреберья с левой срединно-ключичной линией, и точку, расположенную по центру верхнего края лобкового симфиза (патент RU 2269925 С2. Устройство для регистрации биопотенциалов сердца плода).
В устройстве присутствует только первичная аналоговая обработка, основанная на линейных операциях сложения и умножения сигналов, что возможно только при условии аддитивности помех и полезного сигнала, что практически никогда не выполняется в условиях регистрации сигналов биологических объектов. Как следствие, возникает проблема правильности разделения смешанного сигнала матери и плода. Данное устройство не имеет функции регистрации реографии плода.
Известно устройство для мониторирования сердцебиения плода (патент ЕР 1700564 А2. Electrocardiograph), содержащее абдоминальные электроды, референтный электрод и выравнивающий электрод, малошумящие дифференциальные усилители, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, блок управления и блок сопряжения с персональным компьютером, при этом каждый из абдоминальных электродов соединен с положительным входом малошумящего дифференциального усилителя, а референтный электрод соединении с отрицательным входом малошумящего дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого через блок сопряжения соединен с персональным компьютером. Используется 14 электродов (1 референтный, 1 выравнивающий и 12 абдоминальных), расположенных: выравнивающий электрод в районе пупа беременной, референтный электрод - на лодыжке матери или на спине напротив выравнивающего, абдоминальные - на передней поверхности живота - по квазишестиугольном форме. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.
При измерении в устройстве, вследствие того, что аналого-цифровой преобразователь обладает минимальной и достаточной частотой дискретизации, теряется часть высокочастотных составляющих полезного сигнала с абдоминальных электродов, а также отсутствует фильтрация низкочастотных шумов (вносимые дыханием и мышечной активностью матери), которые вносят ошибки при выделении полезного сигнала. Данное устройство не позволяет проводить реографические исследования плода.
В основу полезной модели поставлена задача увеличения отношения сигнал-помеха при регистрации электрокардиограммы и реограммы с целью повышения качества разделения сигналов матери и плода.
Данная задача решается за счет того, что устройство для регистрации сердечного ритма и реограммы плода, содержит, как и прототип, абдоминальные электроды, референтный электрод и выравнивающий электрод, многоканальный малошумящий дифференциальный усилитель, коммутатор, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, блок управления, блок сопряжения с персональным компьютером, при этом каждый из абдоминальных электродов соединен с положительным входом малошумящего дифференциального усилителя и соответствующим выходом коммутатора, а референтный электрод соединен с отрицательным входом малошумящего дифференциального усилителя. В отличие от прототипа, в устройство дополнительно введены генератор зондирующего тока и многополосный цифровой фильтр, при этом выход генератора зондирующего тока подключен к входу коммутатора, выход которого подключен к соответствующему абдоминальному электроду, а вход многополосного цифрового фильтра соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, выход многополосного цифрового фильтра подключен к блоку сопряжения с персональным компьютером.
Введение генератора зондирующего тока и многополосного цифрового фильтра позволяет реализовать разделение реографического и электрокардиографического сигналов.
Отличительной особенностью устройства является регистрация абдоминальной реограммы и электрокардиограммы с одних и тех же абдоминмальных электродов
На чертеже представлена функциональная схема устройства.
Устройство для регистрации сердечного ритма и реограммы плода содержит абдоминальные электроды 1-3, соединенные с положительным входом многоканального малошумящего дифференциального усилителя 6, референтный электрод 4, соединенный с отрицательным входом многоканального малошумящего дифференциального усилителя 6. Абдоминальные электроды 1-3 дополнительно подсоединены к выходу коммутирующего устройства 15, вход которого подключен к выходу генератора зондирующего тока для реографических измерений 14. Выходы усилителя 6 соединены с входами многоканального аналого-цифрового преобразователя 7 и с входом блока компенсации ухода изолинии 13, выход которого подключен к выравнивающему электроду 5. Выход многоканального аналого-цифрового преобразователя 7 соединен с цифровым многополосным фильтром 10, который, как и блок управления 11, организован на базе микроконтроллера 8. Выход цифрового многоплосного фильтра 10 подключен через вход блока сопряжения 9 к персональному компьютеру 12. Второй выход блока сопряжения 9 соединен с входом блока управления 11, первый выход которого подключен к входу синхронизации цифрового многополосного фильтра, второй выход - к входу запуска многоканального аналого-цифрового преобразователя 7, третий выход - к входу выбора электрода коммутатора зондирующего тока.
Устройство работает следующим образом.
Потенциалы, снимаемые с абдоминальных электродов 1-3, расположенных на передней поверхности живота, поступают на неинвертирующий вход многоканального малошумящего дифференциального усилителя 6. Регистрация потенциалов ведется относительно референтного электрода 4, который подключен к инвертирующему входу многоканального малошумящего дифференциального усилителя 6. Выравнивающий электрод 5, подключенный к выходу устройства компенсации ухода изолинии 13, обеспечивает снижение уровня низкочастотных шумов. Разность потенциалов с выхода многоканального малошумящего дифференциального усилителя 6 усиливается и поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 7, который начинает оцифровку при получении сигнала запуска от блока управления 10. Частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя выбрана намного больше высшей гармоники частотного спектра электрокардиографического сигнала для того, чтобы увеличить разрядность АЦП и, тем самым, улучшить качество оцифровки сигнала. Значительно увеличенная частота дискретизации позволяет одновременно с низкочастотным электрокардиографическим сигналом регистрировать высокочастотный реографический сигнал, сформированный генератором зондирующего тока 14. Затем данные поступают на цифровой многополосный фильтр 10, который осуществляет разделение частотных компонентов электрокардиограммы и реограммы, а также удаляет спектральные компоненты за пределами полосы частот биосигналов. Вход синхронизации цифрового многополосного фильтра соединен с выходом синхронизации блока управления. Данные после фильтрации поступают через 5 лок сопряжения 9 на персональный компьютер 12, где происходит вторичная обработка сигнала. Блок управления 11 управляется сигналами, поступающими через блок сопряжения 9 от персонального компьютера 12.
Применение повышенной частоты дискретизации с последующей цифровой фильтрацией увеличивает соотношение сигнал - шум по сравнению с обычным аналого-цифровым преобразователем той же разрядности, что дает возможность более качественно регистрировать сердечный ритм плода, а также позволяет регистрировать высокочастотные (оставляющие реографического сигнала.
Устройство для регистрации сердечного ритма и реограммы плода, содержащее абдоминальные электроды, референтный электрод и выравнивающий электрод, многоканальный малошумящий дифференциальный усилитель, коммутатор, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, блок управления, блок сопряжения с персональным компьютером, при этом каждый из абдоминальных электродов соединен с положительным входом малошумящего дифференциального усилителя и соответствующим выходом коммутатора, а референтный электрод соединен с отрицательным входом малошумящего дифференциального усилителя, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены генератор зондирующего тока и многополосный цифровой фильтр, при этом выход генератора зондирующего тока подключен к входу коммутатора, управляющий вход коммутатора подключен к выходу блока управления, выход коммутатора подключен к соответствующему абдоминальному электроду, вход многополосного цифрового фильтра соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход синхронизации многополосного цифрового фильтра соединен с выходом синхронизации блока управления, выход многополосного цифрового фильтра подключен к блоку сопряжения, который подключен к персональному компьютеру.
