Технические науки/6.Электротехника и радиоэлектроника

Порхунов А.А., Уваров А.А., Лежнина И.А., Старчак А.С., Оверчук К.В.

Томский Политехнический Университет, Россия

Карманный электрокардиограф как способ диагностики опасных сердечно-сосудистых заболеваний

Электрокардиография является одним из основных способов диагностики сердца. Следуя новым тенденциям в электрокардиографической диагностике, в последние 5–8 лет сформировалось направление индивидуальной портативной или «карманной» электрокардиографии.

В общем, все электрокардиографы индивидуального применения можно разделить на две категории: домашние и портативные или «карманные».

Домашние электрокардиографы (рис. 1,а) представляют собой компактные приборы в виде измерительных приставок к персональному компьютеру, на который устанавливается специализированное программное обеспечение.

«Карманные» электрокардиографы (рис 1,б) представляют собой самостоятельные мобильные устройства, часто снабжаются экраном и имеют функции автоматического анализа.

а) б)

Рис. 1 Внешний вид индивидуальных электрокардиографов:
а – домашний кардиограф CardioJet, б – карманный кардиограф Армед PC-80B

Ключевое преимущество стационарных домашних электрокардиографов – полнота информации и диагностическая ценность, «карманных» – компактность и удобство применения. Соответственно, главной задачей становится объединение этих преимуществ и создание быстрого и информативного способа регистрации ЭКГ.

Для апробации предложенного метода регистрации ЭКГ был разработан карманный электрокардиограф с возможностью подключения дополнительных грудных электродов (рис. 2). В приборе предусмотрена одновременная регистрация до двух грудных отведений, которая осуществляется с помощью обычных медицинских электродов и набора кабелей для подключения.

Рис.2 Внешний вид разработанного прибора вместе с внешним кабелем для грудных отведений

Измерительная схема прибора (рис. 3) построена на специализированной интегральной схеме для электрокардиографии ADS1292 фирмы Texas Instruments. Применение схемы позволяет сократить количество компонентов на плате и при этом добавить в прибор целый ряд дополнительных функций таких, как самотестирование, измерение кожно-электродного импеданса, автоматические обнаружение обрыва измерительной цепи.

Рис. 3 Структурная схема разработанного карманного электрокардиографа

Особого внимания заслуживает встроенное программное обеспечение. Разработка производилось в среде CooCox CoIDE которая предназначена для разработки программного обеспечения микроконтроллеров архитектуры ARM. Для отладки использовалась отладочная плата STM32F4Discovery.

Основной особенностью встроенного ПО является использование операционной системы (ОС) реального времени FreeRTOS v4.7.2 [2]. Благодаря использованию такой ОС удалось сократить время разработки посредством создания соответствующих задач. Для контроля задачи имеются специальный набор API функций, описание которых можно найти на официальном сайте FreeRTOS [3].

Встроенные в корпус датчики выполнены из фольгированного стеклотекстолита с последующим покрытием одним из трех возможных металлов: припоем ПОС-63, гальваническим золотом или серебром.

На рисунках 4, 5, 6 показаны данные, демонстрирующие качество регистрации ЭКГ с помощью встроенных металлических электродов.

Рис.4 Сравнение формы записей, полученных с помощью встроенных металлических (вверху) и стандартных хлорсеребряных электродов (внизу)

Рис.5 Сравнение дрейфа изолинии записей, полученных с помощью встроенных металлических (вверху) и стандартных хлорсеребряных электродов (внизу)

Рис.6 Сравнение спектров сигналов, полученных с помощью встроенных металлических (темный спектр) и стандартных хлорсеребряных электродов (светлый спектр)

На основании этих данных установлено, что:

1. Регистрация с помощью встроенных электродов вполне не искажает форму сигнала и такие записи вполне пригодны анализа ЭКГ в стандартных клинических применениях.

2. Встроенные металлические электроды вызывают существенно более высокий дрейф и смещение изолинии в сравнении со стандартными хлорсеребряными, что объясняется склонностью металла к накоплению заряда.

3. Встроенные электроды гораздо более чувствительны к сетевым помехам с частотой 50 Гц, что объясняется худшим контактом с кожей и, соответственно, более высоким сопротивлением кожно-электродного перехода.

Исследования показали, что встроенные электроды вполне пригодны для ЭКГ диагностики и позволяют получить сравнимое качество сигнала. В рамках проекта по разработке и внедрению «карманных» электрокардиографов были созданы опытные прототипы электрокардиографов, проведены исследования технических характеристик приборов и методов их применения. На данный момент ведется опытное внедрение в клинических отделениях НИИ Кардиологии СО РАМН.

Литература:

1. Министерство связи и массовых коммуникаций Российской Федерации. Концепция построения и развития телемедицинской сети РФ [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.inforegion.ru/ru/main/medicine/telemed/telemed_concept/ свободный. – Загл. с экрана. – Яз. рус.

2. Борисов‑Смирнов А. Операционные системы реального времени для микроконтроллеров //Chip news. -2012. -№ 5. – С.38-43.

3. OPENRTOS [Электронный ресурс]. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.freertos.org/a00106.html свободный. – Загл. с экрана. – Яз. англ.