доклад на конференции МРФ-2012

Автор: · Дата: 18 Апрель 2012 · Пока нет комментариев

Дацок О.М. Розробка медичних діагностичних приладів з використанням цифрових активних електродів [Текст]/ О.М. Дацок, Д.В. Павленко, А.В. Хоружна // Материалы XVI международного молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке”. Харьков, 17 – 19 апреля. – Т.1. – с. 230 – 232

Розробка медичних діагностичних приладів 

з використанням цифрових активних електродів

Дацок О.М., Павленко Д.В., Хоружна А.В.

Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

A new approach to the diagnostic electrographic systems building was proposed. It is that some functions of the signal processing are entrusted to the electrodes. The modern state of the electronics components and computer technologies fully justify application of the active digital electrodes.

Проблема створення сучасних електрографічних медичних приладів з метою удосконалення традиційних методів діагностики та розробки нових методик має декілька аспектів, які пов’язані з біологічним обґрунтуванням методу, засобами технічної реалізації, математичною обробкою сигналу, конструктивним оформленням прилада як біотехнічної системи. Сучасні вимірювальні комплекси ставлять певні вимоги до датчиків, що входять до їх складу.

Пропонується створення сучасної комп’ютерної діагностичної системи на базі цифрових активних електродів. При цьому датчик розглядається не лише в якості первинного перетворювача, що замикає коло біологічний об’єкт – підсилювач біопотенціалів (БП).  У такій системі електрод являє собою закінчений прилад на основі чутливого елемента, що включає, в залежності від потреб, пристрої підсилення сигналу, лінеаризації, калібрування, аналого-цифрового перетворення та інтерфейсу для інтеграції в системі реєстрації. Сучасний рівень мікроелектроніки  та широкий розвиток комп’ютерних технологій обумовлює актуальність розробки інформаційно-вимірювальної системи з використанням активних електродів та її подальше впровадження у сучасну клінічну практику.

Аналіз публікацій з проблеми розробки системи вимірювання біоелектричних потенціалів з високим ступенем деталізації свідчить про безумовну доцільність використання активних цифрових датчиків, а також про потребу впровадження нових високочутливих та специфічних методів  діагностики. До найвідоміших у світі науково-виробничих установ, що досліджують і комерційно виготовляють активні електроди і діагнос

тичні прилади з такими електродами, відносяться BioSemi,  Multi Channel Systems MCS GmbH та J&J Engineering, але їх вартість невиправдано висока.  На пострадянському просторі подібні прилади не виготовляються.

Однією з найважливіших проблем, що виникають внаслідок високого рівня підсилення сигналу, є створення електродів, що забезпечують вимірювання потенціалів у необхідному динамічному діапазоні та їх мінімальні спотворення, що виникають через електрохімічні процеси на проміжку електрод – шкіра при застосуванні металевих контактних електродів. Попередні дослідження, виконані авторами проекту,  довели практичну придатність ізольованих електродів для відведення біоелектричних сигналів [1]. Ємнісний характер зв’язку вимірювального кола з біооб’єктом виключає можливість виникнення будь-яких електрохімічних процесів та зменшує вплив поверхні шкіри на характеристики вимірюваного сигналу, а їх вартість значно нижче поширених хлор-срібних електродів.  

З іншого боку, достатньо високий опір електроду передбачає необхідність розташування підсилювача БП у безпосередній близькості до електрода, що значною мірою збільшить відношення сигнал – шум. Розміщений на електроді мікропроцесорний пристрій виконуватиме ряд функцій з діагностики стану електроду, його калібрування, цифрування аналогового сигналу і попередньої обробки.

 Такий підхід дозволить не лише підвищити якість вимірювань, а і максимально автоматизувати медичну діагностику. Узгодження активних датчиків з центральним пристроєм керування планується забезпечити використанням стандартизованого інтерфейсу SPI (англ. Serial Peripheral Interface). Обмін даними між активними датчиками та ведучою системою обробки реалізований із застосуванням стандарту LVDS (низьковольтна диференційна передача сигналів), що має найнижчий рівень завад з усіх відомих швидкісних способів передачі цифрової інформації. Такий підхід потребує розташування на центральному пристрої та цифрових електродах перетворювача інтерфейсу струмової петлі LVDS до TTL рівнів і навпаки.

  Нами було визначено оптимальну елементну базу всіх функціональних блоків комп’ютерної системи та розроблено схемні рішення керованого підсилювача БП з перетворенням спектру на принципі модуляції – демодуляції, що має динамічний діапазон понад 120 дБ (за напругою) та вхідний опір 1ГОм у частотному діапазоні 0Гц–10кГц. Розроблена конструкція вхідного блока активного електрода довела свою придатність у надчутливих вимірювальних системах. Також розроблено  бібліотеку прикладного програмного інтерфейсу встановлення з’єднання комп’ютера з центральним пристроєм керування та прикладну програму, що реалізує  протоколи обміну та алгоритми первинної обробки.

Дослідження довели, що застосування цифрових активних датчиків є доцільним. Використання ізольованих електродів для відведення сигналів та зниження цін на електронні компоненти дозволяє розробити доступну комп’ютерну систему діагностики, що є передумовою її широкого впровадження у приватні та державні установи.

  1. Белецкий Н.И. Определение эквивалентных параметров ёмкостных электродов биомедицинского назначения/ Н.И. Белецкий, Д.В.  Павленко,  А.В. Хоружная//Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития (МРФ –2011). – Харьков. – Т№3. – с.58 – 61.

Скачать тезисы доклада в формате pdf

Популярность: 39%

Рубрика: Публікації · Запись имеет метки: , , , , , ,  



Оставить комментарий или два

Пожалуйста, зарегистрируйтесь для комментирования.