Компьютерный фонокардиограф

Автор: Dmytro · Дата: 23 Октябрь 2014 · Пока нет комментариев

В настоящее время в клинической практике большое внимание уделяется объективным и точным методам получения информации о звуковых явлениях работающего сердца. Ранее сердечные тона (тоновый сигнал сердца) человека исследовали с помощью аускультации, то есть обычного прослушивания. При таком методе выявление патологии в большой степени зависит от профессиональности врача, разрешающей способности его уха и других субъективных факторов. К тому же в таком случае не все тона доступны слуховому восприятию человека (например, третий или четвертый). Поэтому на смену метода аускультации пришла фонокардиография.

Фонокардиография представляет собой метод графической регистрации звуков, возникающих при работе сердца. Этот метод позволяет исследовать шумы и тоны сердца, не всегда определяемые при аускультации, дает возможность объективно проводить качественный и количественный анализ тонов и шумов сердца, при которых кардиограмма может оказаться практически нормальной.

Слуховой анализатор человека воспринимает звуковые колебания в широком диапазоне: от 16 колебаний в секунду (герц) до 20 000 Гц. Порог восприятия – 16 Гц. Колебания от 1 до 16 Гц – инфразвук. Они ниже порога слышимости и не улавливаются ухом. Частота выше 20 000 Гц – ультразвук. Они также не улавливаются ухом. Колебания разной частоты соответствуют различной частоте тонов: чем больше частота колебаний, тем выше тон, и чем меньше частота колебаний, тем ниже тон. Большая часть звуковых колебаний, обусловленных тонами и шумами, находится вне пределов звукового восприятия. Поэтому, важное значение имеет фонокардиография, которая позволяет регистрировать звуковые колебания, находящиеся за пределами восприятия ухом. По мнению большинства исследователей, тоны сердца содержат низкие частоты: от 50 до 400–500 Гц, но в среднем чаще всего число колебаний для I тона – 30–120 Гц, для II – 70–150 Гц, для III – 10–70 Гц. При патологии тоны могут иметь высокие частоты – до 700–900 Гц и более. III и IV (предсердный) тоны выслушиваются редко. Это объясняется их низкой частотой и малой интенсивностью. III тон чаще всего имеет частоту 10 – 70 Гц, IV тон 16 –35 Гц. При фонокардиографии их лучше удается зарегистрировать на низкочастотных каналах.

Так называемые тоны сердца на самом деле являются короткими, быстро затухающими шумами. Возникают они, как правило, в момент внезапного изменения состояния сердца при переходе от одного периода сердечного цикла к другому. Подавляющая часть энергии тонов сердца приходится на частоты, не превышающие 150–200 Гц. В патологических случаях в образовании тонов сердца значительное участие могут принимать составляющие более высокой частоты.

Шумы сердца, как правило, обусловлены движением крови в течение какого-либо периода сердечного цикла или в течение нескольких периодов. Обычно они продолжительнее тонов, часто образованы колебаниями более высокой частоты, достигающей для многих шумов величин порядка 400–1000 Гц.

Кроме интенсивности и частоты состава звуков сердца большое значение придается их положению во времени. При исследовании временных соотношений акустические проявления сердечной деятельности – тоны сердца и их отдельные компоненты, начало и конец шумов, их нарастание, максимум и убывание – сопоставляются во времени между собой и с другими проявлениями сердечной деятельности (элементы электрокардиограммы, сфигмограммы, кардиограммы, флебограммы и т. д.).

Согласно представленной структурной схеме фонокардиографическая приставка состоит из таких основных блоков:

– микрофон

– усилитель

– темброблок (для корректировки АЧХ микрофона)

– АЦП

– блок управления (МК)

– USB-UART адаптер

При проведении анализа технических параметров доступных в продаже микрофонов, был выбран электретный микрофон фирмы BESTAR BCM9767, имеющий следующие технические характеристики:

 

Усилитель и темброблок, обеспечивающий коррекцию АЧХ микрофона, был построен на базе операционного усилителя общего применения TL074 производства TEXAS INSTRUMENTS TI. При низкой стоимости данный ОУ предоставляет разработчику неплохие рабочие характеристики, а именно: 4 независимых канала; входное сопротивление 10¹² Ом; полоса пропускания 3 МГц; напряжение смещения U_см 3 мВ; напряжение питания ±3,5÷18 В; коэффициент гармонических искажений 0,01%; коэффициент ослабления синфазных помех 86 dB.

Управление работой фонокардиографической приставки, оцифровка и первичная обработка сигнала были возложены на управляющий микроконтроллер семейства AVR фирмы ATMEL ATmega48 со встроенным 10-битным АЦП. АЦП имеет абсолютную погрешность ±2 МЗР, интегральную нелинейность ±0.5 МЗР при быстродействии до 15 тыс. выборок/с.

Связь с персональным компьютером обеспечивается с помощью микросхемы преобразователя интерфейсов СР2102. Программное обеспечение микроконтроллера было разработано в программной среде «AVR Studio». Отладка производилась с помощью программатора «STK500».

Для управления работой фонокардиографической приставки и проведения фонокардиографических исследований была разработана компьютерная программа. Программа написана на языке высокого уровня С++ в среде разработки Borland C++ Builder 6.0 и позволяет работать с операционными системами Windows XP, Windows Vista, Windows 7.

Алгоритм работы программного обеспечения фонокардиографической приставки представлен на следующей блок-схеме:

 

Опытные образцы фонокардиографа

 

Опытные образцы компьютерного фонокардиографа  были разработаны выпускником кафедры ФБМЭ и КИТ Марцинкевичем Денисом Александровичем в 2011 году.

Разработка выполнена в рамках дипломного проекта под руководством Мустецова Николая Петровича.

Данный проект позволил дипломнику приобрести навыки работы с современными микроконтроллерами, освоить среду разработки приложений для ПК, получить опыт при разработке схематических решений медицинского оборудования.

По вопросам сотрудничества, внедрения прибора обращаться:
Заступник першого проректора з наукової роботи (начальник науково-дослідної частини університету)
доктор фізико-математичних наук, професор
Катрич Віктор Олександрович
Тел.: +38 (057) 705-12-61, 707-56-24
Адреса: пл. Свободи 4, м. Харків, 61022, кiмната: 6-54
Факс: +38 (057) 705-12-61
E-mail: vkatrich@univer.kharkov.ua

Рубрика: Наші розробки ·