Междуэлектродное сопротивление, включающее сопротивления переходов кожа—электрод, соответствует внутреннему сопротивлению источника возбуждения УсЭКС и изменяется в значительных пределах. Для технических расчетов обычно принимают диапазон 5—100 кОм.
Помимо перечисленных параметров при проектировании ЭКС необходимо учитывать ряд существенных особенностей источника возбуждения.
Нестабильность внутреннего сопротивления за счет изменений сопротивлений переходов кожа—электрод. При этом нужно считаться с большими значениями междуэлектродных сопротивления и их разбалансом в системе отведений ЭКС.
Образование на переходах кожа—электрод напряжений поляризации, создающих на входных контактах УсЭКС напряжение смещения, достигающее ±300 мВ. Такое напряжение может вызвать насыщение усилителя.
Медленный дрейф напряжения поляризации и резкие его изменения при смещении электродов из-за движений больного. Скачки напряжения поляризации создают трудно устранимые помехи.
Наличие напряжений помех, попадающих на входные зажимы УсЭКС синфазно и противофазно. Помехи могут быть биологического и физического происхождения. К биологическим помехам относятся биопотенциалы других органов и мышц, а к физическим — наведенные на объект напряжения от неэкранированных участков сетевой проводки, сетевых шнуров других приборов и проводящих поверхностей (вторичное напряжение наводки). Особенно большой уровень имеют синфазные сигналы помех напряжения сети, попадающие на объект через емкостную связь.
Наличие импульсных помех при воздействии на объект терапевтических аппаратов: кардиостимулятора и дефибриллятора. Попадая на вход УсЭКС, артефакты импульсов кардиостимулятора искажают ЭКС и вызывают в ряде случаев ложно обнаружение кардиокомплекса, а импульсы дефибриллятора могут повредить входные цепи УсЭКС.
Основные параметры УсЭКС в значительной степени определяются свойствами входных каскадов — предусилителей. К ним предъявляются жесткие требования: высокое входное сопротивление, большой коэффициент ослабления синфазных сигналов, малый уровень шумов, высокая стабильность коэффициента усиления, большой динамический диапазон или сравнительно низкий коэффициент усиления. Предусилители строятся на основе ОУ или в комбинации ОУ с входными дифференциальными каскадами на полевых транзисторах.
Необходимость в улучшении методов усиления сигналов малого уровня на фоне синфазных помех в условиях возможного попадания опасных токов на объект привело к широкому применению развязывающих усилителей (РУ) биопотенциалов. Хотя развязка может быть выполнена на выходе УсЭКС, предпочтительнее ее осуществлять в предусилителе, так как в этом случае изоляция обеспечивается конструктивно проще и уменьшается потребляемая мощность изолированного источника питания.
По своим характеристикам РУ близки к ОУ, но обладают дополнительными, присущими только им свойствами:
защитой от высоких разностей потенциалов между входной и выходной цепями (высокое напряжение развязки) и между входами;
высокой степенью подавления синфазный помех (переменных, постоянных, импульсных), т.е. высоким коэффициентом ослабления синфазных сигналов;
очень высоким полным сопротивлением утечки с входа на "землю" цепи питания.
Обобщенная структурная схема всего УсЭКС с гальванической развязкой в предусилителе приведена на рис. 4. Предусилитель имеет небольшой коэффициент усиления, и основное усиление ЭКС производится в усилителе напряжения (УН). Учитывая, что в выходной части РУ возможна емкостная связь между каскадами, для предотвращения уходов изолинии при переключении отведений и скачках напряжения помех применяется ручное или автоматическое успокоение. Схема автоматического успокоения (АУ) содержит компаратор и аналоговый ключ для перезарядки конденсатора связи. С выхода УН сигнал поступает на активный фильтр нижних частот (ФНЧ) с изменяемой fв при большом уровне помех. К выходу ФНЧ может быть подключен регистратор ЭКГ.
Для автоматического анализа ЭКС важно, чтобы сигал не выходил за динамический диапазон при уходах изолинии за допустимый предел. Поэтому с выхода ФНЧ ЭКС подается на стабилизатор изолинии, который представляет собой фильтр верхних частот (ФВЧ) с fн=0,5—2 Гц. Далее с помощью аналоговых коммутаторов (АК1 и АК2) возможны ручная и автоматическая регулировка усиления и смещения изолинии (РРУ, РРС, АРУ и АРС). При автоматической регулировке управление производится сигналами процессора. После блока регулировки ЭКС (БР ЭКС) сигнал устанавливается до уровня, необходимого для дальнейшей обработки.
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.
ОСНОВНЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КАРДИОМОНИТОРАМ
Длительный опыт разработки и внедрения кардиомониторов (КМ) в клиническую практику позволяет сформулировать ряд медицинских и эксплуатационных требований, которым должны удовлетворять КМ. Некоторые из них противоречивы, а выполнение других затруднено, но перечисленные ниже требования позволят представить себе идеализированный КМ и оценить степень близости реальных КМ — идеальному.
Для каждого конкретного типа КМ необходим оптимальный набор диагностических признаков. Избыточность диагностических признаков усложняет программные и аппаратные средства, не повышая эффективности КМ, а в некоторых случаях являясь причиной ошибочной диагностики.
Кардиомониторы должны с высокой надежностью обнаруживать особо опасные аритмии (фибрилляцию желудочков). Угрожаемые аритмии по типу случайных событий (экстрасистолии, выпадения QRS-комплексов) не могут быть выявлены с абсолютной точностью, особенно при сложных нарушениях ритм, характеризующимися резкими изменениями амплитуды и форм желудочковых комплексов. Повышение же чувствительности КМ будет сопровождаться увеличением числа ложных тревог. Эксплуатационная документация должна содержать сведения о качестве обнаружения аритмий в контролируемых условиях.
Сигнализация тревоги в КМ должна быть дифференцирована по степени опасности для больного и различаться характером звука и цветом табло. Желательно предоставить врачу возможность выключения сигнализации по аритмиям, не имеющим значения для данного больного или присутствующим у него постоянно. Это позволит уменьшить число ложных тревог и исключить лишнее эмоциональное напряжение дежурного персонала.
Уровень помех в электрокардиосигнале (ЭКC) должен контролироваться и при превышении им допустимого предела индицироваться на передней панели КМ. Зашумленные участки ЭКС должны исключаться из анализа аритмий. К помехам следует отнести очень малый и очень большой уровни входного сигнала, затрудняющие его обработку.
В КМ должен быть детектор нарушений в системе отведений (отрыв электрода, увеличение переходного сопротивления .кожа — электрод).
Необходимо обеспечить правильную работу КМ во время электрической стимуляции сердца, когда артефакт стимула может восприниматься как желудочковый комплекс. Желательно, чтобы КМ обнаруживал интерференцию ритмов и неэффективную стимуляцию.
Кардиомонитор должен иметь выход текущего ЭКС для записи на кардиографе электрокардиограммы (ЭКГ) и выход запомненных фрагментов ЭКС по сигналу тревоги для анализа причин, вызывающих этот сигнал. Регистратор ЭКГ в этом случае должен включаться автоматически.
Должна быть обеспечена возможность работы КМ в автоматизированной системе оперативного врачебного контроля (АСОВК) путем передачи данных в центральный пост (ЦП) наблюдения.
В КМ должна применяться автоматическая начальная установка ряда параметров (усиление ЭКС, стабилизация изолинии, центровка ЭКС в динамическом диапазоне, исходные пороги разделения классов аритмий и т. п.), позволяющих начинать работу с прибором сразу после включения.
Необходимо применение наглядных средств отображения информации, позволяющих компоновать данные обработки ЭКС в удобной и выразительной форме (например, цветных дисплеев телевизионного типа).