Лавренюк А.С., Мордак В.І., Сарана В.М.

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна

Засоби для вивчення та розробки ЕКГ апаратури

Електрокардіографія – один із найважливіших методів дослідження електричної активності серця шляхом реєстрації біопотенціалів серця на поверхні тіла в стандартних відведеннях. Електрокардіографія використовується для візуального аналізу ЕКГ з метою діагностики порушень у роботі серця (виявлення захворювань і хворобливих станів), а також показників варіабельності серцевого ритму, що відображають стан регуляторних процесів в організмі. Один із методів оцінки параметрів серцевого ритму – визначення частоти серцевих скорочень (ЧСС). Цей показник дозволяє об'єктивно оцінити рівень функціонування серцево-судинної системи пацієнта [1].

Для клінічного моніторингу серцевого ритму запропоноване використання електрокардіографічного (ЕКГ) модуля із таким схемним рішенням: блок для вимірів серцевого ритму (Sparkfun AD8232 Heart Rate Monitor [2]), коло захисту від імпульсів дефібрилятора, мікроконтролер фірми Atmel Atmega 328p на платформі Arduino Nano v.3.0 та роз’єм для підключення до персонального комп’ютера.

Модуль AD8232 не має захисту від імпульсів дефібрилятора, тому використано схему (рис. 1) з чотирьохелементною матрицею із зміною напругою затиску кіл SP724 фірми Littlefuse [3], призначений для запобігання перевищення напруги. Частотні характеристики модуля AD8232 розраховуються за допомогою програмного забезпечення AD8232 BAND PASS DESIGN від Analog Devices.

На базі готових блоків, розроблено структурну (рис. 2) та функціональну (рис. 3) схеми одноканального електрокардіографа.

Рис. 1. Схема захисту ЕКГ від імпульсів дефібрилятора

Рис. 2. Структурна блок-схема електрокардіографа

Рис. 3. Функціональна схема ЕКГ

Дотримуючись схемного рішення, створено одноканальний електрокардіограф з візуалізацією та обробкою сигналу у режимі реального часу в програмних комплексах MATLAB та Labview, для вивчення апаратури ЕКГ.

Завдяки розробленій програмі в Matlab було отримано сигнали з імітатора ЕКГ з середньою частотою 100 уд/хв. (рис. 4) та виконано їх фільтрацію режекторним фільтром на 50 Гц (рис. 5).

Рис. 4. Сигнал до фільтрації

Рис. 5. Сигнал після фільтрації

Для візуалізації ЕКГ та розрахунку ЧСС розроблена програма в Labview, отриманий результат показаний на рис. 6.

Зелений індикатор показує, що електроди з’єднані з ЕКГ модулем, baud rate – швидкість обміну даних по UART, data bits – число біт даних, flow control – контроль потоку передачі, parity – парність, stop bits – стопові біти, timeout – максимальний час очікування відповіді, read val. – текуче абсолютне значення із зчитуваного пристрою. Частота серцевих скорочень при підключені імітатора становить 99 уд/хв.

Рис. 6 Вихідні дані при підключені імітатора до ЕКГ модуля

Створений модуль реєструє ЕКГ сигнал та визначає частоту серцевих скорочень. Він складається з готових блоків, які забезпечили швидкий старт розробки. Завдяки своїй надійності, компактності та простоті в експлуатації модуль може використовуватися в навчальних цілях. Запропонований підхід дозволяє легко збільшити кількість каналів, додати телеметричні пристрої передачі даних, вузли калібрування, перевірки якості контакту електрод-тіло, удосконалювати програмне забезпечення для розширеного аналізу та інтерпретації ЕКГ, документування та формування баз даних.

Література:

1. Аппаратура и методы клинического мониторинга: Учеб. пособие/ Л.И. Калакутский, Э.С. Манелис. — М.: Высш. шк., 2004.

2. AD8232 Datasheet and Product Info [Електронний ресурс]: http://www.analog.com/products/application-specific/medical/ecg/ad8232.html

3. Littlefuse Tvs Diode Arrays [Електронний ресурс]: http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/datasheets/tvs_diode_arrays/littelfuse_tvs_diode_array_sp724_datasheet.pdf.pdf