Distantsionny_kontrol_psikhofiziologicheskogo_sostoyania_s_pomoschyu_sverkhshirokopolosnoy_RLS

252

Рис. 4.66 Схема измерений

Рис. 4.67 Общий вид измерителя Сверхширокополосный измеритель пульса имеет следующие характеристики:

-дальность действия – 1…1.5 см;

-плотность потока мощности излучения – не более 0.01 мВт/см2;

-диапазон значений измеряемого пульса: 20…200 ударов в минуту;

-среднее отклонение от истинного значения пульса не более 5%;

-полоса пропускания: 0.1…30 Гц;

-время измерения: от 5 минут;

-рабочая температура: от +10 до +45 С;

-влажность: от 30 до 90%;

-измерение всех основных показателей сердечного ритма, необходимых для анализа его вариа-

бельности;

- измерение скорости распространения пульсовой волны по кровеносным сосудам;

253

- предоставление полученных данных в удобном для медицинского специалиста виде.

4.3.3. Принцип работы

В качестве зондирующих сигналов сверхширокополосного измерителя используются однопо-

лярные импульсы, длительностью порядка 300-500 пикосекунд (10-12 секунд). На рис. 4.68, в качестве примера, приведена осциллограмма такого импульса. Применение подобных сигналов позволяет определить параметры движения, имеющего очень малую амплитуду и, в частности, движение стенок сосудов кровеносной системы человека.

Рис. 4.68 Осциллограмма сверхширокополосного однополярного импульса (ось времени –

1нс/дел, ось амплитуды – 1.2 В/дел)

Датчик сверхширокополосного измерителя состоит из высокочастотной и низкочастотной плат.

На высокочастотной плате размещены высокочастотные цепи прибора. На низкочастотной плате – цепи усиления, фильтрации и согласования с аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). Струк-

турная схема датчика представлена на рис. 4.69.

Генератор формирует короткие импульсы длительностью – 300…500 пс, которые поступают в делитель и распределяются на два канала, один из которых является опорным, а другой - измеритель-

ным. Измерительный канал представляет собой линию задержки, время задержки которой зависит от диэлектрической проницаемости поверхности, прилегающей к датчику. В данном случае такой по-

верхностью является участок тела человека, диэлектрическая проницаемость которого изменяется при изменении наполняемости прилегающего к датчику кровеносного сосуда.

254

Рис. 4.69 Структурная схема датчика После перемножения сигналов опорного и измерительного каналов возникает последователь-

ность видеоимпульсов с широтно-импульсной модуляцией (рис. 4.70). Низкочастотная фильтрация этой последовательности позволяет получить сигнал, пропорциональный изменению диэлектриче-

ской проницаемости, то есть наполняемости кровеносного сосуда. Выделенный сигнал далее усили-

вается и фильтруется для устранения эффекта наложения спектров при оцифровке сигнала.

На рис. 4.71 показан физический процесс регистрации пульсовой волны, пробегающей по кро-

веносному сосуду.

Рис. 4.70 Временные диаграммы работы датчика.

255

Рис. 4.71 Процесс регистрации пульсовой волны Аналоговые сигналы, полученные от датчиков, подаются на АЦП и далее на компьютер. Ком-

пьютерные программы цифровой части сверхширокополосного измерителя пульса позволяют обес-

печить:

1.Вывод на экран сигналов от двух датчиков в реальном времени.

2.Фильтрацию полученных сигналов в заданной полосе частот.

3.Регистрацию и хранение в базе данных информации о пациенте и условиях измерения.

4.Регистрацию и сохранение в файл результатов измерения.

5.Расчет основных медицинских показателей, для представления результатов исследования в удобном для врача графическом и численном виде.

6.Получение результатов исследования в виде компактного отчета, с возможностью вывода на

печать.

На рис. 4.72 показаны сигналы, получаемые одновременно с двух датчиков и отображаемые в реальном масштабе времени. Сигналы проходят через несколько фильтров, общая полоса которых составляет 0.02 – 10 Гц, что позволяет очистить их от разного рода высокочастотных шумов.

256

Рис. 4.72 Сигналы датчиков

Обработка полученных данных, выполняемая в компьютере, позволяет определять как скорость

пульсовой волны, так и вариабельность сердечного ритма.

4.3.4. Определение скорости пульсовой волны

Определение скорости пульсовой волны основано на расчете задержки между базальными точ-

ками, соответствующими одному и тому же удару сердца, полученному от разных датчиков (рис.

4.73). Базальная точка пульсовой волны соответствует моменту появления второй производной кри-

вой пульса, возникающей после наибольшего минимума.

Рис. 4.73 Базальные точки на измеренных кривых.

257

Рис. 4.74 Схема измерения скорости Расстояние между датчиками определяется, как показано на рис. 4.74.

По суммарному расстоянию S = A + B и полученному времени задержки пульсовой волны про-

изводится расчет ее скорости. Результат представляется в виде графика измеренных скоростей по каждому удару за время измерения (рис. 4.75) и в виде среднего значения измеренной скорости.

Рис. 4.75 Пример графика скорости пульсовой волны.

4.3.5. Определение вариабельности сердечного ритма

Для определения вариабельности сердечного ритма используются как графическая информа-

ция, так и численные данные, используемые в медицинской практике. И графики и численные дан-

ные, полученные с помощью сверхширокополосного измерителя пульса, формируются его про-

граммным обеспечением из временных и амплитудных соотношений между базальными точками на кривой пульсовой волны (рис. 4.73), принятой от одного датчика.

Сверхширокополосный измеритель пульса позволяет получить следующую графическую ин-

формацию:

258

Ритмограмма – зависимость величины интервала (в секундах) между базальными точ-

ками от времени обнаружения точки (в секундах). Позволяет визуально оценить динамику изменения пульса за время исследования (рис. 4.76).

Рис. 4.76. Ритмограмма

Скаттерограмма – зависимость величины текущего интервала между базальными точ-

ками (в секундах) от величины предыдущего интервала (в секундах). Позволяет визуально оценить аномальные отклонения от нормального ритма (рис. 4.77).

Рис. 4.77. Скаттерограмма.

Гистограмма – распределение количества одинаковых или близких по величине ин-

тервалов на оси времени, в соответствии с их величиной. Позволяет визуально оценить от-

клонение распределения вариабельности ритма от нормального (рис. 4.78).

259

Рис. 4.78. Гистограмма.

Спектрограмма – спектр кривой вариабельности в области низких частот (до 0.5 Гц).

Позволяет визуально оценить соотношение гармоник различных частот в ритмограмме иссле-

дования (рис. 4.79).

Рис. 4.79. Спектрограмма.

Программное обеспечение сверхширокополосного измерителя пульса позволяет также полу-

чить следующую численную информацию:

Количество обнаруженных интервалов за время исследования (NRR).

Средняя частота сердцебиения (ударов в минуту) (HR).

Средний интервал между базальными точками (миллисекунд) (RR duration).

Средняя мощность в очень низкочастотной части спектрограммы (до 0.04 Гц) (VLF power).

Средняя мощность в низкочастотной части спектрограммы (от 0.04 до 0.15 Гц) (LF power).

Средняя мощность в высокочастотной части спектрограммы (от 0.15 до 0.4 Гц) (HF power).

260

Отношение средних мощностей в низкочастотной и высокочастотной областях спектрограм-

мы (LF/HF).

Среднеквадратическое отклонение интервалов (SDNN).

Количество последовательных интервалов, отличающихся более чем на 50 миллисекунд

(pNN50).

Полученная информация выдается врачу в виде компактного отчета, пример которого приведен на рис. 4.80.

Рис. 4.80. Пример отчета (страница 1 и 2).

4.3.6. Проверка правильности данных, полученных сверхширокополосным измерителем

пульса.

Для проверки правильности данных, полученных сверхширокополосным измерителем пульса при измерении ВСР, его показания сравнивались с показаниями, полученными с помощью традици-

онного медицинского оборудования. Для верификации использован прибор «КАД-03», измеряющий ВСР на основе регистрации сигналов ЭКГ.

Ниже на рис. 4.81 приведены данные, полученные в одном из экспериментов.